Программно-математическая модель командно-измерительной системы космического аппарата

необходимое для создания систем аэрации время в связи с их многофакторностью и взаимозависимостью.

При проектировании аэрационных систем используется около 50 входных параметров, таких как длина затопленной струи, зольность ила, количество коридоров аэротенка и др. [2]. Имитационная модель позволяет спроектировать систему, основываясь на этих параметрах, следить за поведением системы при их изменении, моделировать аварийные ситуации. При использовании имитационного моделирования работы гидропневматического аэратора производится расчет технологических параметров аэрационных систем, представляемых в виде определенных значений, графиков и создания моделей, например, создание модели затопленной струи аэратора.

Очистные сооружения, аэрационные системы существуют в каждом городе каждой страны. Использование имитационной модели применимо ко всем системам, основанным на гидропневматическом аэраторе.

Библиографические ссылки

1. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэ-ротенками. М. : Акварос, 2003.

2. Карелин Я. А., Репин Б. Н. Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. М. : Пищевая промышленность, 2004. 30 с.

References

1. Jhmur N. S. Tehnologicheskie i biohimicheskie processy ochistki stochnyh vod na sooruzhenija s ajerotenkami (Technological and biochemical processes wastewater treatment facilities with aeration tanks). M. : AKVAROS, 2003.

2. Karelin Ya. A., Repin B. N. Biohimicheskaja ochistka stochnyh vod predprijatij pishhevoj promyshlennosti (Biological treatment of waste water of the food industry). М. : Pishhevaja promyshlennost, 2004. 30 p.

© Морозов Г. А., 2014

УДК 004.94

ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА*

Л. Ф. Ноженкова, О. С. Исаева, Е. А. Грузенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44 E-mail: expert@icm.krasn.ru, gruzenko@icm.krasn.ru

Представлено программное обеспечение, предназначенное для поддержки конструирования бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата. Описаны основные подсистемы, функции, особенности реализации и направления дальнейшего развития.

Ключевые слова: командно-измерительная система, имитационное моделирование, контрольно-проверочная аппаратура.

THE PROGRAM-MATHEMATICAL MODEL FOR THE SPACECRAFT COMMAND AND MEASURING SYSTEM

L. F. Nozhenkova, O. S. Isaeva, E. A. Gruzenko

Institute of Computational Modeling SB RAS 50/44, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: expert@icm.krasn.ru, gruzenko@icm.krasn.ru

The software for designing the spacecraft command and measuring system is submitted. The main subsystems, functions, properties of realization and the direction of further development are described.

Keywords: command and measuring system, simulation modeling, test and control equipment.

Командно-измерительная система (КИС) является важнейшим элементом космического аппарата. КИС предназначена для передачи телеметрической информации со спутника на землю, приема телекоманд из центра управления полетами, обработки и передачи их бортовым системам космического аппарата,

а также для измерения текущих навигационных параметров орбиты.

Как правило, исследования командно-измерительных систем, как и других сложных технических объектов [1], касаются решения отдельных задач моделирования или анализа.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в Институте вычислительного моделирования СО РАН (договор № 02.G25.31.0041). Руководитель работ Л. Ф. Ноженкова.

Решетневскуе чтения. 2014

В работе предлагается существенно иной подход, заключающийся в совмещении информационных, измерительных, вычислительных и управляющих функций в рамках единого программного обеспечения. Разработано программное обеспечение, составляющее программно-инструментальный комплекс -программно-математическая модель бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата (ПММ БА КИС). Целью создания ПММ является повышение эффективности работы конструктора-разработчика аппаратной части БА КИС за счет применения передовых информационных технологий, математического и программного обеспечения. Ограниченность возможностей экспериментального исследования командно-измерительных систем делает разработку программно-инструментальных средств их моделирования и анализа актуальной. ПММ состоит из нескольких взаимосвязанных подсистем, функционирующих в рамках единого информационного пространства: подсистемы интерфейсного и графического сопровождения прикладных задач, подсистемы имитационного моделирования, учебно-исследовательской системы и программного обеспечения контрольно-проверочной аппаратуры [2].

Подсистема интерфейсного и графического сопровождения предназначена для моделирования структуры, состава и характеристик командно-измерительной системы. Начальная конфигурация модели состоит из приемника, передатчика, интерфейсного модуля командно-измерительной системы, блока имитации бортовой аппаратуры космического аппарата, в состав которого входят бортовой цифровой вычислительный комплекс, бортовой комплекс управления и бортовая аппаратура телесигнализации, а также блока наземного комплекса управления для имитации функций взаимодействия с центром управления полетами. Задачи, возникающие перед конструктором в процессе моделирования, требуют многократного изменения графической модели, уровень детализации которой определяется целью моделирования. Опыт создания подсистемы показал необходимость развития инструментальных средств для выполнения различных реализаций модели КИС, упрощения, детализации или резервирования отдельных блоков, изменения интерфейсов взаимодействия, а также параметров и характеристик системы. Расширение графических возможностей системы определяет требования к развитию остальных подсистем для обеспечения многофункционального взаимодействия.

Для описания методов работы командно-измерительной системы создана подсистема имитационного моделирования. Подсистема предназначена для имитации действий КИС при прохождении пакетов команд и телеметрии, а также реакций на изменения наблюдаемых параметров. Моделирование и визуализация функционирования КИС выполнена на графической модели, реализованы алгоритмы работы структурных блоков, которые в зависимости от их назначения выполняют прием, обработку, передачу пакетов команд, анализ и формирование телеметрии и реакций, соответствующих поведению реального оборудования. Процесс моделирования сопровожда-

ется протоколом, содержащим параметры функционирования, данные, события и действия. Применение подсистемы имитационного моделирования показало ограниченность возможностей использования алгоритмических подходов к описанию функционирования командно-измерительных систем. Реализация имитационной модели должна изменяться в зависимости от назначения космического аппарата. Создание в программном обеспечении алгоритмов работы блоков, с одной стороны, упрощает модель и делает возможным наглядное проведение имитационных экспериментов, но, с другой стороны, уменьшает универсальность и в некоторых случаях достоверность получаемых решений. Алгоритмический подход является основой для моделирования и управления, но не позволяет прогнозировать нештатные ситуации, не представленные алгоритмами. В настоящий момент выполняется расширение возможностей имитационной подсистемы созданием методов интеллектуального моделирования функционирования КИС. В этом случае имитационная модель представляет собой декларативное описание вариантов логики работы командно-измерительной системы, поведения отдельных блоков КИС и правил их взаимодействия, отображающее последовательность событий, возникающих в моделируемой системе. Простой и наглядный способ описания действий модели позволит конструктору самостоятельно создавать различные варианты работы оборудования.

Разработанные подходы и технологические решения позволили построить программное обеспечение для поддержки процесса испытаний командно-измерительной системы в составе контрольно-проверочной аппаратуры, в основе которого лежит информационно-графическая модель испытываемого КИС. Назначение подсистемы проведения испытаний заключается в организации экспериментального определения количественных и качественных характеристик функционирования командно-измерительной системы для проверки соответствия установленным техническим требованиям. В соответствии с техническими документами и спецификацией оборудования введенные характеристики параметров модели предназначены для формирования сценариев испытаний, контроля измерений, а также послесеансного анализа данных. Разработано программное обеспечение «Редактор сценариев», которое предоставляет удобные визуальные инструменты графического создания сценариев проведения испытаний. Сценарии представляют собой последовательности измерений и действий на основе заданного набора команд и параметров оборудования. Функции анализа измерений обеспечивают контроль результатов на основе эталонных критериев, формирование реакций при выходе за граничные условия, визуализацию данных, генерацию отчетов и рекомендаций по результатам проведенных испытаний. В системе реализована возможность программным путем изменять состояние параметров оборудования или алгоритмы его функционирования, это позволяет оперативно менять измерительные возможности в зависимости от конкретных задач или результатов анализа.

Для подготовки инженерно-технических специалистов к работе с командно-измерительными системами и разработанным программным обеспечением в объеме, необходимом для проектирования и тестирования составных частей бортовой аппаратуры КИС, создана учебно-исследовательская подсистема ПММ. Программное обеспечение предоставляет функции создания и трансляции учебных материалов. Навигация по учебному курсу осуществляется через оглавление или расширенный тезаурус. Реализация исследовательских функций выполнена средствами имитационного моделирования, позволяющими наглядно демонстрировать различные особенности работы бортовой аппаратуры. Изучение современных направлений и тенденций развития образовательных ресурсов показало необходимость организации индивидуальных траекторий обучения и персонализации учебного процесса. Это потребовало разработки и применения интеллектуальных методов организации учебно-исследовательской среды.

В настоящий момент ведутся работы по развитию функциональных возможностей и повышению эрго-номичности как отдельных подсистем, так и про-

граммно-инструментального комплекса в целом. Разработка программного и информационного обеспечения программно-математической модели БА КИС в полнофункциональном варианте рассчитана до конца 2015 года.

Библиографические ссылки

1. Новосельцев В. И., Тарасов Б. В. Теоретические основы системного анализа // Майор. М., 2013. С. 256.

2. Ноженкова Л. Ф., Исаева О. И., Грузенко Е. А. Построение программно-математической модели командно-измерительной системы космического аппарата // Информатизация и связь. 2014. № 1. С. 87-93.

References

1. Novoseltsev B. I., Tarasov B. V. Teoreticheskie osnovy sistemnogo analiza. Moscow Maior 2013, P 256.

2. Nozhenkova L. F., Isaeva O. S., Gruzenko E. A. Informatizatsiya i svyaz, 2014, no. 1, p. 87-93.

© Ноженкова Л. Ф., Исаева О. С., Грузенко Е. А., 2014

УДК 004.932

ПОСТРОЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО СКЕЛЕТА КИСТИ РУКИ В ЗАДАЧАХ РАСПОЗНАВАНИЯ ЖЕСТОВ

А. В. Носов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: alexander@nosov.org

Предложен метод построения непрерывного скелета кисти руки. Приведены понятия «непрерывный скелет многоугольной фигуры», «радиальная функция скелета» и «максимальный пустой круг».

Ключевые слова: обработка изображений, распознавание жестов, непрерывный скелет.

MODEL CONSTRUCTION OF THE TOPOLOGICAL SKELETON OF THE HAND IN PROBLEMS FOR GESTURE RECOGNITION

A. V. Nosov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation Е-mail: alexander@nosov.org

The method of construction of topological skeleton is proposed. The following terms are defined: "Topological skeleton ofpolygonal figure", "radial function of topological skeleton", "maximum empty circle".

Keywords: image processing, hand gesture recognition, topological skeletons.

В задачах машинного зрения и искусственного интеллекта одной из перспективных задач является задача распознавания жестов рук. Применение технологии распознавания жестов рук включают в себя приложения виртуальной реальности, распознавания языка глухонемых, человеко-машинного взаимодействия и др.

В большинстве случаев жесты разделяют на статические и динамические. Под статическими жестами понимается положение кисти руки в пространстве в определенный момент времени. Динамические жесты являются последовательностью статических жестов. Эффективным средством распознавания статических жестов является анализ непрерывного скелета кисти руки [1-3].