Автоматизация диагностирования систем управления оружием в динамических режимах тестирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Векленко, Юрий Алексеевич

• Векленко, Юрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Векленко, Юрий Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОНЦЕПЦИЯ СТЕНДОВ НАЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОРУЖИЕМ.

1.1. Организация стендово-имитационной среды АСУО и требования к ее подсистемам.

1.2. Развитие АСУО как объектов наземной отработки.

1.3. Концепция стендов наземной отработки АСУО

ОКБ «Авиаавтоматика».

1.4. Направления развития стендов наземной отработки

АСУО третьего, четвертого поколений и перспективных систем.

1.5. Типовые стенды наземной отработки АСУО, выпускаемые

ОКБ «Авиаавтоматика».

1.6. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СТЕНДОВ ОТРАБОТКИ АСУО.

2.1. Определение требований и ограничений к аппаратно-программным средствам перспективных стендов комплексирования и отработки АСУО.

2.2. Задачи, решаемые подсистемами перспективных стендов комплексирования и отработки АСУО.

2.3. Определение требований к программному обеспечению для проведения проверок канала информационного обмена целеуказаниями в динамическом режиме.

2.4. Структурная организация перспективных стендов отработки АСУО.

2.5. Выводы.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АСУО ПО ИНФОРМАЦИОННЫМ КАНАЛАМ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ

ИСТОЧНИКОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ОШИБОК.

3.1. Математические основы тестирования АСУО по информационным каналам с целью локализации источников динамических ошибок наведения.

3.2. Алгоритмы проверки АСУО по информационным каналам в динамическом режиме.

3.3. Модель блока распределения и преобразования информации (БРПИ) как системного объекта АСУО.

3.4. Выводы.

4. МЕТОДИКА И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПРОВЕРКИ КАНАЛА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА ЦЕЛЕУКАЗАНИЯМИ АСУО

В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ.

4.1. Особенности программных средств имитационного моделирования канала информационного обмена АСУО.

4.2. Методика проверки канала информационного обмена с локализацией источников динамических ошибок.

4.3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация диагностирования систем управления оружием в динамических режимах тестирования»

Актуальность темы. Производство автоматизированных систем управления оружием (АСУО) современных летательных аппаратов предполагает последующую опытную эксплуатацию сразу с полезной нагрузкой (либо коммерческой, либо по Госзаказу). Это приводит к значительному сокращению этапа летно-конструкторских испытаний, что вступает в противоречие с требованиями к уровню надежности поставляемой на рынок техники. Таким образом, принципиальное значение имеет организация наземной отработки АСУО, которая рассматривается как комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению экспериментального определения показателей качества и надёжности разрабатываемых систем, соответствия их характеристик установленным требованиям.

Наземная отработка АСУО осуществляется на основе лабораторно-стендовой испытательной базы с применением научно-обоснованных методик испытания. Для организации эффективной лабораторно-стендовой отработки необходимо развитие в следующих направлениях: а) адресная разработка и модернизация стендовой базы; б) разработка и внедрение автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем технического диагностирования в реальном времени испытаний; в) создание единой информационной системы лабораторно-стендовой отработки, позволяющей объективно оценивать состояние отработки на требуемом интервале времени; г) разработка и внедрение расчетно-экспериментальных методов наведения на исследовательском и отработочном этапах испытаний; д) комплексирование стендовых изделий для организации комплексной отработки совокупности макросистем.

Современные стенды наземной отработки АСУО можно условно разделить на два вида. Стенды первого вида решают традиционную для всех поколений АСУО задачу моделирования инициализации, подготовки и безопасного применения всех типов авиационных средств поражения (АСП). Стенды второго вида дополнительно имитируют передачу и преобразование информации для прицеливания телевизионных, лазерных, инфракрасных и других типов головок самонаведения АСП, что свойственно последним, четвёртому и пятому, поколениям АСУО. Отработка АСУО на стендах первого вида проводится с использованием имитационных моделей АСП, управляющих комплексов и другого оборудования летательных аппаратов. При этом предусматривается регистрация результатов в виде циклограмм. Стенды второго вида предполагают отработку АСУО в соответствии с действующими методиками, включая проверку передачи информации по интерфейсам (каналам) целеуказаний (ЦУ).

Существующие стенды наземной отработки АСУО не обеспечивают достаточную точность локализации ошибок при диагностировании АСУО в части проверки информационных каналов целеуказаний. Отработка осуществляется только в статическом режиме при условии дискретизации аналоговых сигналов, что дополнительно снижает точность проверки функций по аналоговым интерфейсам управления. В результате возможен пропуск потенциальных источников ненадёжности в работе АСУО и, в частности, так называемых динамических ошибок наведения, определяемых пространственным рассогласованием между требуемой и реальной траекториями прицеливания и обусловленные инерционностью каналов преобразования и передачи информации АСУО. В боевой обстановке существенные динамические ошибки могут привести к потере цели, невыполнению полётного задания при работе по наземным целям и потере летательного аппарата или его экипажа при работе по воздушным целям. Для преодоления указанных недостатков в опытно-конструкторском бюро (ОКБ) «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор» выполняется проектирование и производство новых стендов наземной отработки, обеспечивающих более высокую точность локализации источников динамических ошибок при диагностировании работы АСУО по информационным каналам. Однако их построение требует разработки соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка научных основ, моделей, алгоритмов и методик диагностирования АСУО на стендах наземной отработки для более точной локализации источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

Объект исследования-, стенды наземной отработки АСУО как управляющий комплекс имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

Предмет исследования: процессы, методы и алгоритмы диагностирования АСУО по информационным каналам в динамических режимах тестирования на стендах наземной отработки.

Диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательских опытно-конструкторских работ (НИОКР), проводимых по заказу Кизлярского электромеханического завода по дополнительному соглашению №2 от 29.09.08 к договору №1194 от 22.03.07 с ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор», а также совместных НИР ГОУ ВПО КурскГТУ и ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор» (договор №1274, тема №1.219.08П).

Цель диссертации: повышение точности локализации источников динамических ошибок наведения в автоматизированных системах управления оружием летательных аппаратов при их тестировании в процессе производства на стендах наземной отработки на основе разработки нового подхода к проведению диагностики каналов целеуказаний, алгоритма и методики тестирования системы по информационным каналам.

Задачи исследований:

1. Анализ архитектуры современных АСУО и определение путей совершенствования стендов их наземной отработки как управляющего комплекса имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

2. Разработка структурно-функциональной организации стендов наземной отработки АСУО, позволяющей производить оценку и локализацию динамических ошибок наведения в информационных каналах целеуказаний.

3. Синтез имитационной модели блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющей исследовать идеализированные траектории наведения и их изменение под воздействием динамических ошибок от различных источников.

4. Разработка алгоритма и методики проверки канала информационного обмена целеуказаниями АСУО в динамическом режиме на основе разработанной модели и создание комплекса программ для реализации диагностирования АСУО для более точной локализации источников динамических ошибок системы с применением предложенного алгоритма и методики.

5. Апробация разработанного алгоритма и методики на базе одного из существующих стендов отработки автоматизированных систем управления оружием в ОКБ «Авиаавтоматика».

Научная новизна работы:

1. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы в динамическом режиме и более точно определять источники динамических ошибок наведения в каналах целеуказания.

2. Синтезирована имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд и обеспечивающая возможность исследования траекторий нацеливания под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Разработаны научно обоснованные алгоритм и методика диагностирования АСУО, отличающиеся выделением элементарных траекторий наведения на цель (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль) при декомпозиции реальных траекторий и позволяющие повысить точность диагностирования АСУО на 4% и выявить в 2,3 раза больше некондиционных блоков АСУО.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным и обоснованным применением положений и методов теории автоматического управления, математической статистики, методов стохастического моделирования, а также результатами имитационного моделирования с использованием зарегистрированных в установленном порядке программных средств, протоколами информационного взаимодействия АСП с бортовым радиоэлектронным оборудованием и натурными испытаниями на образце головок с самонаведением (ГСН-63) ракеты Х-29Т с применением стенда отработки АСУО на базе ОКБ «Авиаавтоматика».

Практическая ценность результатов диссертации заключается в повышении эффективности наземной лабораторно-стендовой отработки за счёт сокращения времени и уменьшения средств, выделяемых на отработку АСУО, при одновременном повышении точности локализации источников динамических ошибок до уровня отдельных каналов и их параметров.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы при работе с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний с более высокой точностью (до уровня отдельных каналов и их параметров).

2. Имитационная модель основных блоков АСУО, принимающих участие в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно представить потоки команд целеуказания для заданного множества типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, отработку полученных команд, и обеспечить возможность исследования траекторий наведения под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Алгоритм диагностирования АСУО, позволяющий повысить степень локализации источников динамических ошибок путём проверки функционирования системы вблизи граничных значений углов наведения при нацеливании по элементарным траекториям, композиции которых составляют реальные траектории наведения (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль).

4. Методика тестирования информационного канала целеуказаний АСУО в динамическом режиме, обеспечивающая возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и локализации источников динамических ошибок на стендах наземной отработки с использованием разработанного алгоритма.

5. Комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки и результаты апробации предложенного алгоритма и методики на базе стенда наземной отработки АСУО ЗОПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика»

Практическое использование результатов работы.

Результаты диссертационного исследования будут использованы в процессе производства стендов наземной отработки автоматизированных систем управления оружием пятого поколения в ОКБ «Авиаавтоматика» и ИМК26 «ГосНИИаС».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах: на третьей научно-практической конференции «Проблемы развития унифицированных систем управления оружием» (г. Курск, 2002 г.), на международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (г. Москва, 2004 г.), на четвёртой научно-практической конференции «Перспективы развития систем управления оружием» (г. Курск, 2007 г.), на региональной научно-методической конференции «Современные проблемы высшего профессионального образования» (г. Курск, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы» (г. Курск, 2009 г.), а также на научных семинарах ОКБ «Авиаавтоматика» и кафедры вычислительной техники КурскГТУ с 2000 по 2009 г.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, среди которых имеется 1 статья в научном издании, входящем в Перечень ВАК Минобрнауки РФ, и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем выполнено следующее: в [38, 39, 41, 42] разработана структурная организация стендов наземной отработки АСУО; в [40] предложена концепция отработки изделий АСУО на стендах в ОКБ «Авиаавтоматика»; в [43, 45] описаны особенности моделирования коммутационных блоков, используемых в составе АСУО; в [44] разработан ряд принципов диагностирования блоков АСУО.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Векленко, Юрий Алексеевич

4.4. Выводы

1. Предложенная методика тестирования информационного канала целеуказаний АСУО в динамическом режиме обеспечивает возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и локализации источников динамических ошибок на стендах наземной отработки с использованием разработанного алгоритма.

2. Для реализации предложенной методики тестирования и практической проверки разработанного подхода создан комплекс программ диагностирования АСУО на стендах наземной отработки, включающий программные средства имитационного моделирования информационного канала и пакет имитаторов различных подсистем, входящих в разработанную структуру стенда наземной отработки (имитаторы систем верхнего уровня, рабочего места ведущего инженера, АСП-ЭК циклограммы, БИ-35). Проведена апробация разработанных алгоритма и методики на базе стенда отработки АСУО 30ПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика».

3. В целом проведенные исследования показали, что предложенный подход позволяет повысить точность локализации источников динамических ошибок наведения по всем каналам. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение точности диагностирования АСУО. Так, в результате тестирования контрольной выборки АСУО (включающей системы, выпущенные в течение 2009 года) в соответствии с действующей методикой было выявлено 3% дефектных систем. Внедрение предложенного подхода в ОКБ «Авиаавтоматика» позволило на той же выборке выявить 7% дефектных систем (в дополнительно выявленные 4% дефектных АСУО вошли системы с динамическими ошибками в блоках РПИ, в частности, те, БРПИ которых давали задержку перепадов управляющих напряжений более 10,23 мс на некоторых траекториях наведения).

Заключение

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача разработки научных подходов, алгоритмов и методик диагностирования систем управления оружием летательных аппаратов на стендах наземной отработки с локализацией источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

В ходе её решения получены следующие основные результаты.

1. Сформулированы требования к стендам наземной отработки АСУО как управляющему комплексу имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов, позволяющие определить структурно-функциональную организацию их аппаратно-программных средств.

2. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая имитировать работу системы с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний при различных траекториях наведения.

3. Синтезирована дискретно-стохастическая имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам и вносящих наибольшие динамические ошибки, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд.

4. Созданы алгоритм и методика диагностирования АСУО, позволяющие тестировать функционирование системы вблизи граничных значений углов наведения при наведении на цель по элементарным траекториям, входящим в реальные траектории нацеливания, и обеспечивающие повышение точности диагностирования систем на 4% и увеличение числа выявленных некондиционных блоков в 2.3 раза. Проведена апробация разработайных алгоритма и методики на базе стенда отработки АСУО 30ПИ (30ПК) в ОКБ «Авиаавтоматика».

5. Разработан комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки с определением и визуализацией величин динамических ошибок системы по информационным каналам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Векленко, Юрий Алексеевич, 2009 год

1. Бабиченко А.В. Концепция многоуровневой комплексной обработки информации перспективных комплексов бортового оборудования Текст. /I

2. А.В .Бабиченко, М.И.Орехов, А.ПРогалёв (ФНПЦ «РПКБ») // «Авиационные системы в XXI веке» материалы юбилейной научно-технической конференции, Москва,1 1-13 апреля 2006 г. М: НИЦ ГосНИИАС, 2006, Том 1. - С. 307-316.

3. Красовский А.А. Основы теории авиационных тренажеров. — М. Машиностроение, 1995, 304 с.

4. УДК 004.324 Mil-Std-1553. Использование информационной шины Mil-Std-1553 для повышения скорости передачи бортовых данных. Avionics Magazine, Nov. 2006, p. 40-43.

5. УДК 623.465.7.082.001.18. Направления развития ГСН, предназначенных для действия по воздушным целям. Референт В.И. Цыганов. Редактор А.Н. Давыдов.

6. УДК 004.4. Информационные шины с повышенным быстродействием. Avionics Magazine, Jan. 2000, p. 30-31, Avionics Magazine, Nov. 1999, p. 32-34 Референты М.Ю. Сошина, A.M. Березовский. Редактор A.M. Павлов.

7. УДК (623.624+623.593.532).004.17. Оценка эффективности буксируемой радиолокационной ложной цели. Референт Г.И. Околелов. Редактор В.Ф. Грибков.

8. УДК 355.42.001.57. Имитационное моделирование и создание моделей тактических ситуаций. Simulating and Modeling Battlefield Scenarios Aerospace America,Febr.2000, p. 15-17 Референт М.Ю. Сошина. Редактор В.В. Кропова.

9. Бахалов JI.E. Комплексная система управления вооружением и полётом как эффективное средство повышения возможностей истребителя //Мир авионики. 2001. №3.

10. Бахалов JI.E. Режимы и задачи управления истребителем при атаке целей в дальнем воздушном бою // Общероссийский научно-технический журнал «По-лёт».2002. №11.1.l

11. Боевая авиационная техника. Авиационное вооружение. Учеб. пособие для слушателей высших военных заведений / под ред. Д.И. Гладкова. М.: Воениз-дат,1987.

12. Васильев С.Н.,Жерлов А.К., Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. М.: Физматлит, 2000.

13. Военная авиация. Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России. Т. 4 /под общей редакцией С.Б. Иванова. М.: Оружие и технологии, 2002.

14. Гордон Е. Российские экспериментальные истребители (МФИ, С-37). М.: Полигон, 2001.

15. Евдокимов Г.И., Леонов Ю.И. Радиолокационная система «Барс» для тактических истребителей //Радиотехника. 2005. № 2.

16. Канащенков А.И. Концепция совершенствования авионики и облик современных систем управления вооружением // Военный парад. 2004. Май-июнь.

17. Коконцев В.М., Широков JI.E. Исследование работы бортовых алгоритмов комплексного гипотезного сопровождения целей при постановке ими различного вида преднамеренных помех // Тр. ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2005. Вып. 1(15).

18. Колпаков К.М., Горшков Ю.В., Алёшин Б.С. Основные концепции построения вычислительных систем летательных аппаратов нового поколения // Тр. ГосНИИАС . Вопросы авионики. 2000. №1.

19. Многофункциональный истребитель СУ-35 // Вестник авиации и космонавтики. 2002. № 1.

20. Панкратов О.Н. Модель применения ракет класса «воздух-воздух» //Изв. РАН. Теория и системы управления. 1995 № 4.

21. Панкратов О.Н. Математическая модель движения летательного аппарата с учётом формы и вращения Земли // Мехатроника, автоматизация, управление. 2003. № 11.

22. Поздняков П.В., Федунов Б.Е. Основы информационной интеграции бортовой аппаратуры. Учеб. пособие. М.: Изд-во МАИ, 1993.

23. Федосов Е.А. Настоящее и будущее российского авиастроения: взгляд из ГосНИИАС // Вестник авиации и космонавтики . 2000. № 1.

24. Федосов Е.А., Федосеев Е.П., Джанджгава Г.И., Бабаян Б.А. Бортовые вычислительные системы перспективных комплексов авионики // Восьмой международный симпозиум. Авиационные технологии XXI века: достижения и новые идеи. Жуковский: Изд. ЦАГИ, 2003.

25. Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Информационный барьер в разработках авиационной техники и пути его преодоления // Общероссийский научно-технический журнал «Полёт». 2001. № 4.

26. Векленко, Ю.А. Новые стенды для отработки авиационных систем управления / Ю.А. Векленко и др. // Датчики и системы. 2009. №7. С. 38-41.

27. Векленко, Ю.А. Программа имитационного моделирования матричных коммутаторов с отказоустойчивой маршрутизацией пакетов / Ю.А. Векленко и др. / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2009612576; заявл. 23.03.2009; per. 21.05.2009.