Алгоритмы выявления различных навигационных погрешностей во время полета воздушного судна на основе комплексного использования информации

может выполняться на любом ПМ, что дает возможность параллельного выполнения в целом.

Для хранения программ и данных в РВПС используется общая память, которая физически разделена между ПМ, однако, логически представляет собой непрерывное поле памяти с прямой адресацией. Связь ПМ между собой, а также с общей памятью осуществляется через систему коммутации. Каждый процессорный модуль обладает локальной памятью, в которой непосредственно и выполняются процедуры, составляющие программу.

Используемая часть тела процедуры состоит из конечного числа сегментов. Сегмент представляет собой участок программы, который может выполняться на процессоре ПМ без задержек, связанных с обменом данными между общей памятью и локальной памятью и с запуском подчиненных сегментов и процедур. Все сегменты, принадлежащие одной процедуре, выполняются на одном и том же ПМ, в то время как процедура, порожденная каким-либо сегментом, может быть передана для выполнения на другом ПМ.

Процесс выполнения программы на РВПС представляет собой одновременное выполнение на различных ПМ минимальных программных единиц - сегментов, взаимосвязи между которыми могут образовывать достаточно сложную сетевую динамическую структуру. При этом каждый сегмент может начать выполнение, если готовы результаты выполнения предшествующих ему сегментов. Такой принцип управления вычислительным процессом является потоковым, также как и рассматриваемая система.

С учетом перечисленных особенностей РВПС способ контроля порядка следования операторов в программе заключается в следующем. Диагностированию подлежит отслеживание правильного расположения операторов синхронизации. Дефектами при функционировании вычислительной системы является пропуск или несвоевременное выполнение оператора синхронизации.

В случае пропуска оператора синхронизации ВП может продолжаться с неверными данными, что немедленно скажется в невозможности получения достоверных результатов вычислений.

При несвоевременном выполнении оператора синхронизации, наряду с вышеназванным эффектом, возможно появление бесконечного цикла ожидания вычислительного процесса в том случае, когда ожидаемая информация (результаты, управляющие сигналы, данные) не может быть передана в соответствующую точку синхронизации.

Предварительные преобразования, необходимые для выполнения контроля, включают разбиение ВП на линейные сегменты и формирование списков сегментов, границы которых определяют операторы распараллеливания и синхронизации. Все точки запуска (синхронизации) обязательно должны представлять нижние (верхние) границы сегментов. При необходимости любая команда может быть выделена как граница. Разработаны контролирующие соотношения, отражающие правильность выполнения ВП, рассмотрена процедура трансляции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фролов С.И., Горячев Н.В., Таньков Г.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. О некоторых проблемах надежностно-ориентированного проектирования бортовых РЭС // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. - Пенза, Изд. ПГУ, 2017. - Т.1. - С.155-156

2. Полтавский А.В., Юрков Н.К. Модель отказов автоматизированных средств контроля // Надежность и качество сложных систем. - 2015. - №1(9). - С.63-67

3. Фролов С.И., Горячев Н.В., Таньков Г.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. О некоторых проблемах надежностно-ориентированного проектирования бортовых РЭС // Надежность и качество сложных систем. - 2017. - №2(18). - С. 3-8

4. Дорофеева О.С. Функциональное диагностирование управляющих связей вычислительных процессов по стандартным схемам программ. // Вычислительные системы и технологии обработки информации: Межвузовский сборник научных трудов / гл. ред. В.И.Волчихин. - вып.8 (31). - Пенза: ИИЦ ПензГУ, 2008. -С.54-57

УДК 621.396.98.004.1

Богатюк А.С., Витушкин В.В., Затучный Д.А.

Московский государственный технический университет гражданской авиации

АЛГОРИТМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВО ВРЕМЯ ПОЛЕТА ВОЗДУШНОГО СУДНА НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В статье приведена классификация ошибок при определении местоположения воздушного судна. Приведён пример определения погрешности при определении координат воздушного судна, возникающей вследствие рассинхронизации бортовых часов навигационного космического аппарата и потребителя. На основе этого был сделан вывод о влиянии даже небольшой рассинхронизации во времени между источником сигнала и потребителем на ошибку при определении координат воздушного судна. Приведён алгоритм выявления ошибки при передаче информации по линии передачи данных, основанный на введении системы тестов, включающей совокупность двух последовательностей, которые являются совокупностью характеристик полученной навигационной информации по линии передачи данных и из наземного пункта. Приведён алгоритм определения вероятности ошибок первого и второго рода при выборе дальнейшей траектории движения воздушного судна при переходе к зональной навигации.

Ключевые слова:

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ ВОЗДУШНОГО СУДНА, ПСЕВДОДАЛЬНОСТЬ, ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, ТРАЕКТОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА

Введение

Ошибка при определении местоположения воздушного судна при использовании спутниковых радионавигационных систем может возникать по следующим причинам:

Отказ навигационного космического аппарата. Так как полный отказ

навигационного космического аппарата есть величина очень малая (примерно 10 7 ), то, как правило, рассматривается допусковый отказ. В этом случае навигационное сообщение передаётся, но информация в нём искажена.

Несанкционированное подавление сигналов навигационного космического аппарата. Это вполне возможно, так как мощность навигационного сигнала довольно мала (25-30 Вт).

Имитационные организованные помехи, которые подобны полезным сигналам, но соответствующие ложным значениям координатным и некоординатным

характеристикам объектов наблюдения, включая и факт их обнаружения [1].

Определение погрешностей при определении местоположения воздушного судна с использованием спутниковой радионавигационной системы

Одной из причин при неправильном определении местоположения ВС может стать ошибка при определении псевдодальности, которая определяется по формуле [2]:

АО

где с - скорость света, Т' - это рассинхронизация по времени между навигационным космическим аппаратом и потребителем.

Если Т' = 10~7с , то АО (() = 3-108-10~7 = 30 м .

Информация о рассинхронизация по времени может быть истинной, свидетельствующей об отклонении бортовых часов навигационного космического

аппарата, но может иметь и характер несанкционированного воздействия, имеющего целью внести погрешность в определение местоположения ВС.

Приведём пример.

Координаты 1-го навигационного космического аппарата имеют следующее значение в условных единицах: x = 3,y = 2,Zj = 3 , псевдодальность, вычисленная до 1-го навигационного космического аппарата от потребителя равна 2 условным единицам.

Координаты 2-го навигационного космического аппарата имеют следующее значение в условных единицах: x = 2,y = 1,Zj = 2 , псевдодальность, вычисленная до 2-го навигационного космического аппарата от потребителя равна 1,73 условных единиц.

Координаты 3-го навигационного космического аппарата имеют следующее значение в условных единицах: x = 2,5,y = 2,Zj = 2,5 , псевдодальность, вычисленная до 3-го навигационного космического аппарата от потребителя равна 1,22 условных единиц.

В [3] показано, что координаты ВС по псевдодальностям могут быть получены по следующей формуле:

D Ч

где Хвс, Ybc, Zbc - прямоугольные координаты воздушного судна с навигационной аппаратурой потребителей в геоцентрической системе координат, Xi, Yi, Zi- такие же координаты i-го навигационного космического аппарата из навигационного сообщения, Тч-расхождение шкал времени навигационного космического аппарата и потребителя, с -скорость распространения радиоволн, SDt - погрешности определения псевдодальностей, i=1,2,..N, N - число навигационных космических аппаратов, по сигналам которых определяется псевдодальность.

Используя формулу [2], получим координаты воздушного судна: (1, 2, 3).

Предположим, что имеется информация по рас-синхронизации бортовых часов навигационного космического аппарата и потребителя следующего вида:

для 1-го навигационного космического аппа-

1 щ-10

рата: -3-10 с,

для 2-го навигационного космического аппарата: 1,7-10-10 с,

для 3-го НКА: 1,1-10-9 с.

Составим систему уравнений с учётом уже имеющейся информации:

(3 - Хвс )2 + (2 - Уве )2 + (3 - ZBC )2 + c - (-3-10-10) = 1,91

(2 - Хвс )2 + (1 - Уве )2 + (2 - Zbc )2 + c-1,7-10-10 = 1,78

(2,5 - Хвс )2 + (2 - Уве )2 + (2,5 - Zbc )2 + c-1,1-10-9 = 1,54

Решая это уравнение, получим значения для координат воздушного судна: (1,1; 2,2; 3,1).

Следовательно, вектор погрешностей при определении координат воздушного судна может быть представлен в следующем виде: А = (0,1; 0,2; 0,1) .

Таким образом, даже небольшая рассинхрониза-ция во времени бортовых часов навигационного космического аппарата и потребителя или искажённая информация о такой рассинхронизации приводит к значительным погрешностям при определении местоположения воздушного судна.

Последствия таких погрешностей могут заключаться в следующем:

При неверном определении своих координат экипаж воздушного судна может ошибочно принять решение об изменении (или не изменении) траектории полёта, что может привести к опасному инциденту или даже авиакатастрофе.

3. Алгоритм выявления погрешностей при передаче искажённой навигационной информации по линии передачи данных

При переходе к режиму зональной навигации на выбор траектории полёта воздушного судна оказывают значительное влияние не только погрешности при навигационных определениях, осуществляемые по спутниковым радионавигационным системам аппаратурой, находящейся на борту воздушного судна, но и искажённая передача этой информации по линиям передачи данных.

Таким образом, быстрое определение искажённой информации в общем объёме информации, а также возможные последствия этого являются актуальной задачей, которую необходимо решить при переходе к зональной навигации. Получение искажённой информации на борту воздушного судна может быть связано как с передачей неверных навигационных данных при нормальном функционировании системы, ответственной за её передачу, так и с искажённой передачей верных навигационных данных.

Одним из способов выявления искажения навигационной информации может стать сличение данных, полученных на борту воздушного судна с другого воздушного судна с информацией, полученной из наземного пункта обеспечения безопасности полётов. Такая процедура может дать возможность быстро выявить отказы при функционировании линии передачи данных.

Предложим для выявления несоответствия ввести систему тестов, т.е. совокупности двух последовательностей, которые являются совокупностью характеристик полученной навигационной информации по линии передачи данных ¡(1, ...,ХМ и полученной из наземного пункта К^ [4]:

г =

Будем считать, что тест выявляет искажение при передаче информации, если приведённые последовательности отличаются друг от друга хотя

бы в одной точке.

Предложим следующее правило исследования.

Каждой I-й проверке возможности использовать навигационную информацию, переданную по линии передачи данных, поставим в соответствие значение Я . Это число принимает следующие значения:

0 - если погрешности в переданной навигационной информации проверка не выявила или 1 - в противном случае.

В зависимости от ситуации в полёте воздушного судна, а также его приоритетности проведём сортировку оценок. Для каждой оценки имеется вес щ

т

Далее вычисляется значение М = ^щЯ . При срав-

¡=1

нении этого значения с определённым значением

М можно сделать вывод. В случае выполнения

условия М <М , делается вывод о том, что навигационная информация передаётся верная а, в противном случае, делается вывод о невозможности пользоваться этой навигационной информацией.

При выполнении описанной процедуры возникают две разновидности ошибок:

1) i -я проверка не выявила искажений в переданной навигационной информации, хотя таковые имеются. Обозначим её вероятность :

е = р

2) i -я проверка выявила искажения при передаче навигационной информации. Обозначим её вероятность 3 :

3 = р

Допустим, что при 1-й проверке рассматриваются факторов, где i = 1,...,т . Далее сделаем предположение, что каждый фактор возникает с вероятностью . Обозначим вероятность ошибки, возникающей по причине неверного вывода по достоверной навигационной информации через р(Л) .

Тогда, используя формулу полной вероятности, и, принимая в расчёт возможность взаимного влияния различных факторов, а также предполагая, что ошибки из-за неверного вывода на основе

верной навигационной информации и при получении искажённой информации могут возникать в одно время, получим [6]:

р

Аналогично:

Представляется естественным сделать вывод, что для вычисления вероятности ошибки в ходе всей проверки, а не относительно отдельных оценок необходимо свести к минимуму число факторов, влияющих на ошибку.

4. Алгоритм определения ошибки при построении траектории воздушного судна в условиях помех

Помехи искусственного и естественного происхождения, возникающие при получении навигационной информации от навигационных космических аппаратов и вследствие искажённой передачи этой информации по линии передачи данных, в итоге могут привести к ошибке при выборе траектории экипажем ВС при переходе к режиму зональной навигации.

Простой логический анализ даёт возможность сделать простую классификацию этих ошибок:

экипаж ВС принял решение об изменении траектории полёта ВС, хотя предпочтительнее было следовать старой траектории.

Экипаж ВС решил следовать старой траектории движения, хотя предпочтительней было изменить траекторию движения.

Дальнейший анализ ситуации даёт возможность выявить причины ошибок, возникающих при определении экипажем ВС дальнейшего маршрута своего движения:

1) ошибки, возникающие вследствие получения неверной навигационной информации от навигационных космических аппаратов или искажённой передачи этой информации по линии передачи данных.

2) ошибки, возникающие вследствие неверных выводов из достоверной навигационной информации, возникающие вследствие плохого физического или психологического состояния экипажа или других причин.

Сделаем предположение, что при осуществлении процедуры выбора траектории ВС экипаж ВС рассматривает возможность из т вариантов дальнейшего продолжения движения.

Представляется естественным ввести следующие обозначения:

А - погрешность, причиной которой не является искажение навигационной информации. Классификация таких погрешностей может заключаться в следующем:

погрешности, причиной которых являются устойчивые явления: работа навигационных и связных систем ВС, интенсивность воздушного движения и т.д.;

погрешности, причиной которых является возникновение внезапных и случайных событий, например резкая перемена метеорологической обстановки или различное психологическое состояние команды ВС;

грубые просчёты, совершённые экипажем ВС.

Введём следующее обозначение:

р(А) - вероятность события А.

Далее приведём алгоритм определения ошибок при выборе дальнейшей траектории движения ВС. Вероятность события, связанного с неверным выбором траектории движения ВС при переходе в ] -ю точку воздушного пространства находится следующим образом [7]:

+ р

ур

р (а)!>;;р (л=о /;) 1

р

е=Еае +р (А)'

навигационной информации с г -го ВС, г = 1,...,п , д = 1,..., т приведёт к тому, что экипаж ВС ошибочно изменит свою траекторию.

Похожим образом можно определить вероятность того, что отбрасывание экипажем ВС варианта изменения своей траектории в ]-ю точку является ошибкой [8]:

п

4 = ЕД4 +р

1=1

где - вероятность того, что наличие неверной навигационной информации с г -го ВС, г = 1,...,п , 7 = 1,..., т приведёт к тому, что экипаж ВС ошибочно не изменит свою траекторию.

Величины Ед и могут быть взяты из стати-

стики событий на различных ВС.

В качестве вариантов построения траектории дальнейшего движения ВС представляется естественным рассмотреть 5 вариантов:

продолжение прямолинейного движения по маршруту;

смена эшелона на верхний; смена эшелона на нижний; смена коридора на левый; смена коридора на правый.

В таблицах 1 и 2 приведены примеры расчёта величин Ед и 8д . Величина Д бралась из [5] и

считается равной 10 5 . Величина р(А) была принята равной 0,001. При расчётах полагалось, что число ВС в зоне, от которых получает информацию экипаж ВС, равно 5.

Таблица 1

Вероятность события, связанного с неверным выбором траектории движения ВС при переходе в следующую точку воздушного пространства

} = Д Е р (А) Е}

1 10-5 10-6

2 10-5 210-6 10-3 9 • 10-11 +10-3

3 10-5 3 10-6

4 10-5 10-6

5 10-5 210-6

Таблица 2

Вероятность ошибки при отбрасывании экипажем ВС варианта изменения своей траектории в следующую точку пространства

} = Д 4 р

1 10-5 2 •Ю-6

2 10-5 3 •Ю-6 10-3 1,5 •Ю-10 +10-3

3 10-5 10-6

4 10-5 4 •Ю-6

5 10-5 5 •Ю-6

где Д- вероятность получения неверной навигационной информации с г -го ВС,

Анализ таблиц 1 и 2 даёт возможность сделать вывод, что в случае естественных помех, приводящих к погрешностям при определении координат ВС, а также искусственных погрешностей, которые не имеют характер несанкционированного воздействия, основной вклад в ошибку при построении

Е =

4 =

Ед - вероятность того, что наличие неверной

г=1

траектории дальнейшего движения ВС вносит погрешность, связанная не с искажённой передачей навигационной информации на борт ВС, а с другими факторами, такими как психологическое состояние экипажа ВС или интенсивность воздушного движения.

5. Заключение

В рамках данной работы были получены следующие результаты:

Проведена классификация ошибок при определении местоположения воздушного судна.

Рассмотрена погрешность при определении местоположения воздушного судна, связанная с искажённой информацией о дальности до навигационного космического аппарата и проведён расчёт,

иллюстрирующий влияние этой погрешности на ошибку при определении местоположения воздушного судна.

Сделан вывод о последствиях таких погрешностей.

Приведён алгоритм выявления ошибки при передаче навигационной информации по линии передачи данных.

Приведён алгоритм определения вероятности ошибок при выборе дальнейшей траектории движения ВС.

Приведены результаты нахождения вероятности этих ошибок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.В. Анцев, В.А. Сарычев. Высокоточное оружие. - Москва, Радиотехника, 2017.

2. А.А. Поваляев. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат. - М.: Радиотехника, 2008.

3. Ю.А. Соловьёв. Системы спутниковой навигации. - ЭКО-ТРЕНДЗ, Москва, 2002.

4. Затучный Д.А. Определение ложной информации по голосу пилота. - Труды Международного Симпозиума " Надёжность и качество ", Пенза, 2010, Том 1, стр. 429-430.

5. Руководство по требуемым навигационным характеристикам (RNP), Издание третье, 2008.

6. Анодина Т.Г. и др. Автоматизированные системы УВД. - М.: Транспорт, 1992.

7. Затучный Д.А., Овчинников В.В. Методика определения оптимального уровня регулярности полётов по множеству критериев. - Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», Пенза, 2017, Том 1, стр. 187-190.

8. Затучный Д.А., Овчинников В.В. Методика определения «коммерческих» расходов при обслуживании нерегулярно выполненных рейсов авиакомпании. - Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», Пенза, 2017, Том 2, стр. 299-301.

УДК 05.13.11

ШОхнов В.А., Глушко А.А., Журавлева Л.В., Зинченко Л.А., Казаков В.В., Макарчук В.В., Нажмутдинова К. А.

Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕМАНТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

В работе рассмотрены особенности обучения студентов технических специальностей с использованием дескриптивной семантики. Представлено разработанное на основе технологии Word2vec и веб-сервиса RusVectores программное обеспечение для визуализации семантической близости слов. Рассмотрены, преимущества использования когнитивных технологий для повышения качества обучения студентов. Предложены методики внедрения разработки в процесс обучения. Ключевые слова:

КОГНИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СЕМАНТИЧЕСКИЙ АНАЛОГ, ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СПЕЦИАЛЬНОСТИ.

1 Алгоритмы и программы выявления семантических аналогов

Анализ естественных языков является нетривиальной задачей. Не применяя соответствующих алгоритмов, невозможно формализовать его особенности. Одним из возможных подходов является использование алгоритмов для расчета векторных представлений слов Word2vec [12], которые ставят в соответствие каждому слову некий вектор из чисел, описывая таким образом каждое слово, внесенное в модель, в многомерном пространстве.

Применение Word2vec требует предварительного обучения, так как в его основе лежит нейросеть прямого распространения. При обучении на вход поступает достаточно большой объем текстовой информации. Используется два основных алгоритма обучения: CBOW и Skip-gram. Оба эти алгоритма базируются на использовании нейронных сетей. Принципиальным отличием является то, что алгоритм CBOW предсказывает слова при данном контексте, а алгоритм Skip-gram предсказывает контекст при данном слове. Также в анализе естественных языков используется алгоритм fastText, который позволяет учитывать морфемную информацию о словах. Алгоритмы обучения анализируют весь текст, поступивший на вход, и рассчитывают встречаемость каждого слова в нем. Далее массив всех слов сортируется по убыванию частоты, причем самые редкие по частоте слова удаляются. После этого строится дерево Хаффмана для кодирования всего словаря и экономии памяти и вычислительной мощности. Затем из текста выбирается небольшая часть, называемая субпредложением, используемая для обучения. В результате получается обученная нейросеть, способная ставить каждому изученному слову в соответствие многомерный вектор и наоборот, вектору - соответствующее слово.

Как правило, обученная модель, с которой можно работать, имеет достаточно большой объем,

Введение

Одной из важнейших задач в эффективном обучении технических специалистов является задача объяснения новых терминов. При этом зачастую студент при обучении в школе не сталкивался со словами русского языка, используемыми инженерами в своей практической деятельности. В частности, термин «оснастка» [1], используемый при обучении по курсу «Технология производства», отсутствует в Национальном Корпусе русского языка [2]. Для преодоления проблемы понимания новых слов задача преподавателя высшей школы состоит в том, чтобы выстроить такую цепочку аналогий с имеющимся опытом студента, чтобы новый термин запоминался как можно проще и понятнее [3-5].

Учет специфики современного обучаемого контингента, являющегося в большинстве своем «сетевым поколением», требует перехода от вербального обучения к визуальным обучающим средам [6, 7] и новым форматам передачи знаний. Для организации эффективного процесса обучения в условиях цифровой экономики требуется использовать новые подходы в обучении, основанные на информационных [8, 9], когнитивных технологиях [10, 11] и семантическом анализе [12]. Обеспечение интерактивности процесса обучения позволяет преподавателю проще удерживать внимание студентов во время лекций и семинаров.

Все вышеизложенное приводит к необходимости разработки программного обеспечения, ориентированного на особенности современного учебного процесса. Для этого должны быть проанализированы существующие алгоритмы и программы выявления семантических аналогов. В настоящей статье рассмотрены существующие алгоритмы и программы выявления семантических аналогов, после чего описано разработанное программное обеспечение для изучения новых терминов на основе анализа семантической близости слов.