Методика обоснования требований к бортовым программно-аппаратным средствам планирования траектории движения малых беспилотных вертолетов

Заключение

Разработанный в 1973 году Ethernet имел пропускную способность 2.94 Мбит. Датой рождения Ethernet принято считать 22 мая 1973 года, когда Меткольф впервые письменно употребил термин Ethernet.

В рамках компании 3Com Меткольфу удалось убедить таких гигантов как DEC, Intel и Xerox использовать в качестве стандартных сетей для своих продуктов именно Ethernet, в то время как Token Ring использовался практически только в продукции IBM.

Институт инженеров электроники и электротехники, который занимается стандартизацией технологий, поняв, что компьютерные сети требуется поскорее упорядочить, в феврале 1980 года организовал так называемый «Проект 802». Технология Ethernet получила номер стандарта IEEE 802.3, а технология Token Ring IEEE 802.5. Многие наверняка слышали, что беспроводная сеть, которая в

целом тоже относится к стандарту Ethernet, иногда называется 802.11b, 802.11g или 802.11n. Это и есть номера стандартов института IEEE, которые по-прежнему описывают очень динамично развивающиеся компьютерные сети.

Сам Ethernet к моменту получения номера 802.3 уже предлагал пропускную способность в 10 Мбит. К 1993 году он научился передавать данные по оптическому кабелю. В 1995 году новый стандарт 802.3u развил скорость в 100 Мбит, а в 1998 802.3z уже описал 1 Гбит/с. Несколько лет назад, в 2010 году, технология 802.3ba описала 100 Гбит-ный стандарт передачи данных, но он все еще не слишком распространен.

Кроме того, Ethernet обрастал и сопутствующими технологиями, вроде 802.3af, известный как Power over Ethernet (PoE), позволяющий передавать по Ethernet-кабелю не только данные, но и электричество для обеспечения работы подключаемого сетевого устройства. Наверняка, впереди эту технологию ждет еще много интересного.

ЛИТЕРАТУРА

1. Володин К.И. Информационная система сопровождения разработки встраиваемого программного обеспечения для беспроводных сенсорных сетей / К.И. Володин, А.И. Переходов // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 1 (9). С. 85-90.

2. Брусникин М.С. Обнаружение точки подключения хоста в неуправляемой Ethernet сети / М.С. Брусникин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 261-262.

УДК 621.5.09: 621.22-56

Попов1 А.Н., Батраева2 И.А., Тетерин1 Д.П.

*АО «Конструкторское бюро промышленной автоматики», Саратов, Россия

2ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», Саратов, Россия

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К БОРТОВЫМ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫМ СРЕДСТВАМ ПЛАНИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ МАЛЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ВЕРТОЛЕТОВ

Предложена формализованная методика обоснования требований по назначению бортовых программно-аппаратных средств планирования траектории движения беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа Ключевые слова:

обоснования требований, требования по назначению, номенклатурный анализ, баллистиконавигационное обеспечение

Введение. Созданием и производством малых беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа взлетной массой до пятисот килограммов занимаются ведущие иностранные разработчики авиационной техники. Летательные аппараты указанного типа находят все более широкое применение при выполнении боевых, транспортных, поисково-спасательных и других специальных операций. Количество серийно выпускаемых беспилотных вертолетов гражданского и военного применения за рубежом с каждым годом многократно увеличивается.

В Российской Федерации беспилотные вертолеты рассматриваемого класса в настоящее время не производятся. Их разработка является проблемой федерального уровня, которая отнесена к разряду критических технологий государства и решается в рамках государственных оборонных программ. Успешное решение проблемы во многом зависит от степени совершенства отечественных бортовых систем управления, программно-аппаратные средства которых должны обеспечивать в т.ч. автономное планирование траектории движение летательного аппарата в режиме времени близком к реальному в зависимости от динамических характеристик вертолета, условий внешней среды и противодействия противника. Трудности обеспечения планирования траектории движения вертолетов до настоящего времени были связаны с ограниченными вычислительными ресурсами бортовых систем управления и недостаточной точностью применяемых методов бал-листиконавигационного обеспечения.

Разработке и совершенствованию методов и средств траекторного управления движением вертолетов посвящены труды российских ученых Бра-вермана А.С., Букова В.Н., Вайнтрауба А.П., Во-лодко А.М., Дмитриева И.С., Есаулова С.Ю., Кра-совского А.А., Михалева И.А., Петросяна Э.А., Саюрова В.Д., Пшихопова В.Х., Успенского О.В., Эрлиха И.А., Юрьева Б.Н. и др. Созданы и успешно

эксплуатируются пилотажные, пилотажно-навигаци-онные комплексы и системы управления для вертолетов с функциями автопилота [1-5] : САУ-3 2 (для вертолетов типа Ка-32), САУ-800 (Ка-52), САУ-62 (Ка-62), ПКВ-8 (Ми-8/17), ПКВ-171 (Ми-171), ПКВ-М24 (Ми-28Н, Ми-24ПН), ПКВ-26Д (Ми-26) и др.

За рубежом наибольших успехов в области разработки автопилотов для вертолетов добились компании Honeywell International Inc. (США), SAGEM (Франция), Genesys Aerosystems (США), Garmin International Inc. (США) и др. В области исследования методов планирования траектории движения вертолетов необходимо отметить работы ученых Amidi Omead и Mettler Bernard (Carnegie Mellon Universities, США), Chen Ben (National University of Singapore, Сингопур), Krainer Clemens (Paris-Lodron-Universitat Salzburg, Австрия), Lum Kai-Yew (National ChiNan University, Тайвань), Johnson Eric (Georgia Institute of Technology, США) и др.

Однако, несмотря на большой объем проводимых исследований, отечественные и зарубежные инженеры и конструкторы при создании малых беспилотных вертолетов (МБВ) в теоретическом плане вынуждены использовать методы и средства планирования траектории, созданные еще в прошлом веке. Эти методы и средства не позволяют автономно в режиме времени близком к реальному комплексно учитывать при планировании траектории динамические характеристики летательных аппаратов, условия внешней среды и противодействия противника. Поэтому научно-техническая задача совершенствования методического аппарата и создания специализированных бортовых средств автономного решения траекторных задач применительно к МБВ является актуальной.

В соответствие с действующими государственными стандартами на разработку авиационной техники разработка программно-аппаратных средств баллистиконавигационного обеспечения МБВ должна

начинаться с обоснования требований по назначению и формирования технического задания на опытно-конструкторскую работу. Данные процессы в настоящее время мало формализованы, из-за чего требуют привлечения высококвалифицированных специалистов, которые не застрахованы от принятия ошибочных решений. В статье предлагается подход к формализации процедуры формирования технического задания, который может снизить количество ошибочных решений, тем самым сократить сроки и затраты на проведение опытно-конструкторских работ по созданию средств планирования траектории движения МБВ.

Методика обоснования требований к бортовым программно-аппаратным средствам планирования траектории движения малых беспилотных вертолетов. Методика предполагает последовательное выполнение операций (рис. 1): сбора и анализа ис-

ходных данных; формирования неупорядоченных подмножеств элементарных составляющих требований; определения общей цели опытно-конструкторских работ (ОКР) по созданию средств планирования траектории (СПТ) и обоснования множества частных целей ОКР, определяющих функции СПТ в целом; декомпозиции частных целей ОКР до уровня подцелей, определяющих функции входящих подсистем; обоснования упорядоченных множеств ситуаций применения, выполняемых задач и требований по назначению; декомпозиции требований к СПТ в целом до уровня требований к входящим бортовым программным и аппаратным средствам баллистиконавигаци-онного обеспечения; перехода от требований по назначению к функциям, от функций - к критериям принятия решений при определении эффективных вариантов реализации СПТ МБВ в зависимости от условий внешней среды и противодействия противника [6-8].

Вертолеты МБВ ОТТ: ГОСТы, ОСТы:НТД Аналоги ПНК

НИР

ОКР

Патентный поиск

Условия достижения целей {F)

Формы матем. описания МБВ

Условия эксплуатации

Условия противодействия

Условия специфические { Ус)

Цели ОКР Ц = {ЩЦ1,Ц2, ..} с (Ци и Пни Xij~\ Б) л В

Цепи определяющие функции системы Цф - {Цф1, Цф2, }

Цепи определяющие функции подсистем П — {Л1, П2 ...} _ ' Цф х Г)

Ситуации применения С = {С1, С2, ...}с{Уэ*УпхУс) Работы Р = {PI, Р2, ... } -

I I

Задачи 3 = {31, 32, ...)-

Наименования требований

Количественные части требований

Требования по назначению Т — {Т1, Т2,. }- [(РхС)хН]иК=[(ЗхН)иК]

I I

Требования к аппаратным средствам Та = {Та1, Та2,...} Требования к программным средствам Тп = {Тп1, Тп2,,..}

1 1

Функции аппаратных средств Фа = {Фа1, Фа2,...} КритерииКра = {Кра1, Кра2,,..} Функции аппаратных средств Фп = {Фп1, Фп2,...} Критерии Крп = {Крп1, Крп2,}

Рисунок 1 - Содержание методики обоснования требований

Перечислены источники исходных данных для нормирования требований: характеристики современных летательных аппаратов, в т.ч. вертолетов и беспилотных систем; требования, содержащиеся в общих технических требованиях (ОТТ), государственных и отраслевых стандартах, нормативной технической документации (НТД) регламентирующих процессы создания и эксплуатации сложных технических систем рассматриваемого класса; параметры существующих аналогов СПТ; результаты предшествовавших научно-исследовательских работ (НИР) и ОКР и др.

Даны результаты анализа исходных данных по отношению к СПТ МБВ по формированию неупорядоченных подмножеств элементарных составляющих требований: общеизвестных целей ОКР - ци; новых потребностей - Пн; характеристик известных СПТ подлежащих воспроизведению - х; недостатков известных СПТ, которые не должны повторяться - Б; возможностей по реализации новых целей - в; планируемых условий эксплуатации - Уэ, условий изменения внешней среды - Ув, условий противодействия противника - Уп; исходных состояний при планировании траектории - и; наименований требований по назначению - н; количественных частей требований - К; форм описания МБВ - О; способов задания траектории движения МБВ - Д.

Общую, частные цели и подцели ОКР по созданию СПТ МБВ предложено формировать с использованием логических формул:

Ц = {Ц0 > Ц1 > Ц2 > ...}

Б) О В;

{П1 > П2 > ... } с (Цф х И).

(Ц„ U Пн U х

ul

порядок формирования упорядоченных

П

Изложен множеств:

- ситуаций использования СПТ как сочетание планируемых условий применения МБВ с учетом возможных изменений внешней среды и противодействия противника С = {С1 > С2 > ... } с (Уэ х Ув х Уп);

- выполняемых задач как достижение подцелей создания СПТ в конкретных ситуациях применения летательного аппарата в зависимости от исходного состояния, формы описания и способа задания траектории МБВ

З = {З1 > З2Г ... } с (п х О х Д х С);

- требований по назначению СТТ как комбинация выполняемых задач, типовых наименований и количественных частей требований

Т = {Т1 > Т2Г ... } с (З х Н) ^ К.

Для сокращения размерности решаемой задачи на каждом этапе нормирования требований предложено использовать модифицированный метод «жесткого» ранжирования, разработанный Сафроновым В.В. [911]. Идея метода в построении упорядоченных множеств составляющих требований (картежей Парето), элементы которых расположены в соответствии с решающими правилами многокритериального ранжи-

рования. Модификация метода заключается в использовании решающих правил, коэффициенты важности которых заданы интервалами значений.

Общая сущность метода применительно к задаче формирования упорядоченных множеств составляющих требований:

1. Для каждого из множеств Цг Пг С и З определяются множества векторных и скалярных критериев сравнения составляющих требований:

- Кк(тр) = {К!1(тр),] = 1,3} - множество векторных критериев, характеризующих трсоставляющую требований;

- К!1(тр) = {К!]1(тр),1 = 1,2} - множество скалярных

критериев

характеризующих т„ составляющую тре-

ем число элементов

бований, где р Е Ык Е {1,п}, прич множества Ы11 равно [п + 1 — к], п - число составляющих требований, к = 1, Н - номер текущего шага решения задачи ранжирования.

2. Определяются коэффициенты важности критериев:

- А = {а.},] = 1, 3} - коэффициенты важности векторных критериев;

- А. = {(¿¡¿А = 1,2} - коэффициенты важности скалярных критериев

, причем

3 2

у а. = 1 у а,г

= 1.

*> / "1,1 ¡=1 1=1

3. Осуществляется попарное сравнение составляющих требований тк и т1 (к ф I, к = 1,п,1 = 1,п) по критериям Кк(тк),К11(т1),] = 1, г, где г - общее число критериев. Строится оценочная матрица С, элементы которой принимают следующие значения:

- если N+¿ = 0, N-¿ = 0, Ы=л = {1 г}, то ск1 = с,,,=

[1.1]!

,1 + - I

[Ы2,Ы2],С1Л = [0,0]! _

- если = 0, Ы-1 = {1 г},Ы=1 = 0, то ск1 =

[0,0],С1Л=[Ы2,Ы2]!

то Си, =

[Ыз,Ыз],с№ = [0,0]!

- если = 0, Ы— ф 0, ф 0, то сК1 = [0,0], = [Ыз,Ыз]!

- если Ы+}1Ф0, Ыщф0, N¡=¿>0, то

= У [Я1,а1]/ у [Я1,а-,\с1Л = у [а,,а¡] I V [а,,а]\ 'ЕЫы ' ¡Ёй+л

лучших, худших и равных критериев, Ы2»1,1«Ы3< Ы2.

3. Выполняются п-1 шагов метода «жесткого» ранжирования, на каждом к-ом шаге:

- определяются интервальные значения характерных чисел: й]1 - количество составляющих требований, которые доминируют над -й составляющей;

- количество составляющих требований, над которыми доминирует 1-я составляющая; V], - во сколько раз 1-я составляющая требований доминирует над к-й составляющей;

- выбирается наиболее «важная» составляющая требований тн с минимальным значением О/1, максимальным значением (если существует несколько составляющих с равными значениями О/1), минимальным значением (если существует несколько составляющих с равными значениями Мр). Номер составляющей требований тн включается в кортеж Парето. Из оценочной матрицы С исключаются строка и столбец, соответствующие составляющей тк.

На п-1 шаге оставшаяся составляющая тпвключается в кортеж последней.

Шаги 2-4 для каждой группы коэффициентов важности.

Заключение. Новизна предложенной методики обоснования требований: в формализации процесса обоснования требований по назначению СПТ; в ведении в рассмотрение новых подмножеств элементарных составляющих требований Ув, Упг И, О, Д и как следствие получение новых логических формул формирования множеств ситуаций использования и решаемых задач СПТ; в использовании модифицированного метода жесткого ранжирования для построения упорядоченных множеств составляющих требований; в уменьшении размерности задачи нормирования требований за счет сокращения количества членов множеств составляющих требований и количества шагов метода «жесткого» ранжирования (введении в рассмотрение критерия определения величины я).

Результаты, представленные в данной статье, получены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ входе выполнения проекта 9.2108.2017/ПЧ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Попов, А.Н. Пилотажные комплексы и навигационные системы вертолетов / А.Н. Попов, Д.П. Тете-рин, А.Г. Яшин и др. - М.: Инновационное машиностроение, 2017. 368 с.

2. Попов, А.Н. Способ планирования траектории движения летательного аппарата / А.Н. Попов, Т.Г. Ежова, Д.П. Тетерин: Рос. Федерация. № 2016151070; заявл. 23.12.2016.

3. Попов, А.Н. Способ планирования траектории движения летательного аппарата / А.Н. Попов, Т.Г. Ежова, Д.П. Тетерин: Рос. Федерация. № 2017103548; заявл. 02.02.2017.

4. Попов, А.Н. Результаты испытаний инерциального измерительного блока в составе стенда несущей системы беспилотного вертолета / В.В. Алешкин, П.Н. Голованов, А.Н. Попов и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. № 1 (2). Т. 18. С. 363-368.

5. Попов, А.Н. Универсальный вертолетный пилотажный исследовательский стенд «Березина» / А.А. Алексеев, О.Т. Алексеева, А.Н. Попов и др. // Современные технологии автоматизации. 2016. № 1. С. 52-58.

6. Тетерин, Д.П. Проблемные вопросы задания и оценки качества программного обеспечения / Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: ИИЦ ПГУ, 2007. С. 151-153.

7. Дрогайцев, В.С. Технология построения интеллектуальных систем управления процессом комплек-сирования автоматизированных средств испытания бортовых систем летательных аппаратов / Г.С. Гово-ренко, В.С. Дрогайцев, Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2003. С. 273-274.

8. Тетерин, Д.П. Синтез требований к бортовому информационно-измерительному и моделирующему комплексу / Д.П. Тетерин // Информационно-управляющие системы, № 1 (38), 2009 г. С.10-14.

9. Тетерин, Д.П. Выбор эффективных вариантов средств моделирования элементов бортовых систем управления летательных аппаратов методами гипервекторного ранжирования / И.А. Батраева, А.Н. Попов, Д.П. Тетерин и др. // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. -Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2015. Т. 1. С. 150-154.

10. Тетерин, Д.П. Генерирование возможных вариантов рулевых приводов для автономных подводных аппаратов / С.В. Алилуев, В.А. Поршнев, В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2014. Т. 2. С. 193196.

11. Тетерин, Д.П. Многовекторное и гипервекторное ранжирование автоматизированных систем контроля / Л.Г. Быстров, Г.С. Говоренко, В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2003. С. 292-294.

где N¿1, N¡,1, N¡,1 - номера, соответственно

сли Nl+l ф 0, N¡1, = 0, Nl=l ф 0,