Семенов С.А. (sergeysemenov53@gmail.com) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова, Тверь, Россия, доктор технических наук, Кобан А.Я. (alenachugrei@mail.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (преподаватель), Тверь, Россия | |
Ключевые слова: методика, построение, система, целевая функция, эффективность, показатель, информационные потери, организация вычислений |
|
Keywords: technique, constructing, system, objective function, effectively, an indicator, information loss, business computing |
|
|
Задача построения перспективной радиолокационной системы является сложной слабоструктурированной задачей, решение которой требует учета множества факторов в условиях не поддающейся структуризации неопределенности. Причем неопределенность существует относительно как характеристик составляющих компонентов системы, так и ее параметров. По сути данная задача относится к классу задач принятия решений в нечеткой обстановке.
В условиях неопределенности процесс принятия решения [1–3] описывается в виде áF, S, RО, lñ, (1) где F – множество показателей, характеризующих систему; S – множество исходных компонентов для ее построения, sÎS; RО – множество действий разработчика или оператор построения системы из компонентов, RO=áAO, Sñ, aOÎAO – действие, множество действий оператора по выбору компонентов; l – функция, характеризующая потери при формировании облика системы, когда на отношении F´RO действием aOÎAO выбирается faÎF. Нечеткое действие aOÎAO имеет функцию принадлежности mA: AO®[0, 1]; нечеткая стратегия построения RaO описывается нечетким отношением, характеризующим варианты выбора оператором построения исходных компонентов S ´ AO, и имеет функцию принадлежности mRa: S´AO®[0, 1]. Задача заключается в поиске стратегии построения, которая минимизирует функцию потерь: mRa: F ´ RO ®minl. (2) В качестве функции потерь для радиолокационной системы как информационной системы предлагается использовать функцию от информационных потерь [4, 5]. Использование сформированного на ее основе критерия минимума информационных потерь позволяет вполне целенаправленно проектировать информационную систему и осуществлять сравнительную оценку эффективности варианта построения системы, сформированного в ходе проектирования и при применении по назначению в местах дислокации. В свою очередь, показатель, характеризующий информационные потери, обладает свойствами физического и функционального показателей. Он рассчитывается с использованием результатов непосредственных измерений, полученных, например, в тестовом режиме, позволяет локализовать элементы системы, на которых происходят недопустимые потери. Отражая степень недостижения цели, этот показатель позволяет оценивать вклад информационной системы в надсистему и может использоваться в качестве обратной связи при адаптации системы к состоянию среды [5]. В соответствии с предложенным показателем эффективная радиолокационная система должна обеспечить максимум количества элементов множества, описывающего воздушную обстановку на ее входе X, информация о которых получена (подверглась отображению и преобразованию в системе) в течение определенного времени, или минимизировать подмножество элементов, данные о которых потеряны:
где Xl, cardXl – подмножество информационных потерь в системе Xl Í X и, соответственно, мощность этого подмножества. Тогда minl = minf(cardXl). (4) Таким образом, задача поиска нечеткой стратегии построения радиолокационной системы состоит в поиске стратегии, обеспечивающей формирование варианта построения, характеризующегося минимумом информационных потерь при отображении воздушной обстановки. При этом методика построения должна обеспечивать достижение цели – построение радиолокационной системы, характеризующейся минимумом информационных потерь. Пусть среда, в которую погружена радиолокационная система, характеризуется множеством состояний Q={q1, q2, …, qn, …}, (5) а ее возможные общая и частные цели функционирования – множеством G = {g1, g2, g3, …, gi}. (6) Пусть в момент времени t среда находится в сложном состоянии, которое характеризуется подмножеством Q* Ì Q, представляющим собой некий набор элементарных состояний
который отображает состояние среды в цель функционирования системы. Тогда где R = {A ´ P ´ O} – оператор системы, преобразующий входной информационный объект X в выходной; A – множество автоматизированных задач радиолокационной системы; P – множество ресурсов системы; O – множество технических компонентов радиолокационной системы. Тогда действия оператора построения системы, обеспечивающие достижение поставленной цели, можно представить следующим образом: AO: Q*®GF=minl(S/F, R, P, AO), P£Pзад, (9) где P, Pзад – множество показателей, характеризующих требуемые и заданные ресурсы системы. Радиолокационная система характеризуется в основном двумя группами показателей, определяющих информационные потери, а именно группой пространственных показателей, характеризующих параметры формируемого радиолокационного поля или зоны обнаружения группировки системы (Fпрост), и группой информационных показателей, характеризующих в первую очередь качество обработки информации в рамках сформированного варианта построения системы (Fинф). Цель, достигаемая оператором построения, декомпозируется на составляющую, направленную на достижение требуемых параметров радиолокационного поля, и составляющую, обеспечивающую требуемое качество обработки информации о воздушной обстановке: GF = {GF1, GF2}, (10) множество показателей, характеризующих систему, можно представить как F = {Fпрост, Fинф}, (11) а информационные потери – l = {l1, l2}. (12) С учетом проведенной декомпозиции методика построения должна состоять из двух этапов, на каждом из которых для достижения цели построения системы необходимо добиваться минимума информационных потерь. 1-й этап: формирование варианта построения радиолокационной системы для обеспечения требуемых пространственных характеристик радиолокационного поля, или этап построения группировки радиолокационных средств: A1O: Q*®GF1 = minl1(S1/ Fпрост, P, AO), P£Pзад. (13) 2-й этап: уточнение варианта построения в части формирования облика функционала подсистемы сбора и обработки для обеспечения требуемого качества обработки информации о воздушной обстановке: A2O:Q*®GF2=minl2(S/Fпрост, Fинф, R, P, AO), P£Pзад. (14) В настоящее время 1-й этап – построение группировки радиолокационных средств – является вполне теоретически и практически прора- ботанным. К сожалению, несмотря на высокие результаты в развитии методологии построения радиолокационной системы, в известных исследованиях не в полной мере уделяется внимание второму этапу, не отражены проблемы построения функционала, обеспечивающего интеграцию или объединение информации в радиолокационной системе, то есть функционала, реализующего системообразующую функцию при минимизации информационных потерь в ходе отображения. Основой реализации системообразующей функции радиолокационной системы, как показано в [6], при традиционном использовании типовых проектных решений [7] для первичной, вторичной и третичной обработки в системе является организация вычислительных процессов и данных. Именно организация вычислительного процесса и данных, то есть оператора отображения R, в первую очередь определяет поведение системы в среде как открытой, активной и развивающейся, в которой главное внимание уделяется процессам взаимодействия компонентов, рационального использования ими вычислительных и информационных ресурсов в соответствии с состоянием среды, как предпосылкам возникновения новой системы с особыми качествами. Причем внешняя среда представляет собой среду с жесткой конкуренцией, в условиях которой одним из путей достижения неоспоримых преимуществ при реализации процедур принятия точных решений является опережение противника по темпу действий [8]. Поэтому при допущении, что в радиолокационной системе реализованы типовые методы обработки, обеспечивающие требуемое качество, целью оператора построения системы является обеспечение такой организации вычислений и данных, которая позволяет минимизировать время решения соответствующего функционала при имеющихся вычислительных и информационных ресурсах. Полное решение соответствующего функционала, то есть достижение цели функционирования системы в течение ограниченного времени, предполагает и минимизацию информационных потерь. Основными особенностями организации деятельности компонентов оператора системы, которые необходимо учитывать при решении задачи, являются следующие: – многоуровневость, иерархичность, высокая сложность структур радиолокационной системы; – широкий круг применения при существенно ограниченном временном балансе решения возлагаемых задач; – необходимость устойчивого эффективного функционирования в различной обстановке, при различных формах и способах применения; – необходимость информационного взаимодействия в гетерогенных сетях, построенных на вычислительных средствах различной архитектуры, и реализации высокоэффективных технологий совместного сбора, обработки, хранения, отображения, выдачи большого количества разновидовой и разномасштабной информации. В условиях принятых допущений целью построения, достижение которой обеспечивается организацией вычислительного процесса и данных ORGF с учетом состояния среды [9], является минимизация информационных потерь при ограничениях на ресурсы системы: GF: {ORGF/Q*}®minl2(S/P, R, A2O), P£Pзад, (15) где P, Pзад – множество показателей, характеризующих требуемые и заданные ресурсы системы. В соответствии с этим основными компонентами организации вычислительных процессов и данных ORGF являются организация вычислений и информационных потоков ORGFVP как процессов и организация данных ORGFD:
Ключевым компонентом организации вычислительных процессов и данных является организация вычислений и информационных потоков. Суть данной задачи – формирование на основе типовых проектных решений под каждое состояние среды функционала, обеспечивающего достижение сформированной цели функционирования GAF или минимизации информационных потерь l2 при реализации функционала и ограничениях на вычислительные ресурсы системы:
где lf – приоритет комплекса задач, функционала, процесса; Формально в общем случае абстрактную модель решения задачи (17) с учетом обеспечения соответствия между скоростями реакции функционала на i-е изменение среды при максимально достижимом качестве решений в условиях ресурсных ограничений можно представить в виде
где AAf=({(ai, ti, qi)}, r) – множество реализуемых автоматизированных задач (алгоритмов), их структура (ai – i-й алгоритм, ti – время выполнения ai, qi – показатель качества выполнения ai, В обобщенном виде реализация механизмов удовлетворения временных ограничений при реализации сценария командой агентов предполагается на уровнях: – решения глобальной задачи (достижения глобальной цели), реализации сценария функционирования системы, предписывающего последовательность выполнения отдельных комплексов и функционалов в конкретном состоянии среды; – отдельных комплексов и функционалов, предписывающих реализацию сценария последовательности выполнения составляющих их функционалов, модулей, процессов; – реализации конкретных модулей и процессов. Обобщенный, циклически выполняемый алгоритм организации вычислений и информационных потоков с учетом временных ограничений, реализуемый на всех уровнях перспективной радиолокационной системы, состоит из следующих шагов. В контуре формирования системы: – формирование последовательности выполнения комплексов, функционалов, процессов в соответствии с заданным сценарием функционирования планом (формирование модели функционирования системы в данном состоянии среды); – оценка прогнозируемого времени и параметров качества функционирования с учетом имеющихся ресурсов; – уточнение в случае необходимости модели функционирования с учетом наличия полных, приближенных, контрактных и прерываемых алгоритмов решения комплексов, функционалов и процессов, имеющихся ресурсов, требуемого времени и приемлемого качества результата функционирования; – реализация сформированной модели системы. В контуре функционирования системы: – реализация сценария функционирования в соответствии с выбранной моделью; – динамическое прогнозирование и отслеживание времени на получение результата и показателей качества функционирования (для сравнения текущих и спрогнозированных значений); – уточнение модели функционирования в соответствии с шагами формирования системы (в случае расхождения значений). Таким образом, использование показателя информационных потерь позволяет, по мнению авторов, сначала скомплексировать методики этапов построения радиолокационной системы, а предложенная формализация цели и постановок задач этапов построения – создать базу для подхода к дальнейшему развитию единой методики построения радиолокационной системы, а в конечном итоге сформировать ее в виде эффективного программного продукта. Литература 1. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта; [под ред. Д.А. Поспелова]. М.: Наука. Глав. ред. Физматлит, 1986. 311 с. 2. Орловский С.А. Проблема принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, Глав. ред. Физматлит, 1981. 194 с. 3. Гафт М.Г. Принятие решений при многих критериях. М.: Знание, 1979. 64 с. 4. Семенов С.А., Семенов В.С., Моничев С.С., Аржа- ев В.И. Формирование интегрального показателя эффективности функционирования информационной системы // Программные продукты и системы. 2012. № 2. С. 144–146. 5. Горский Ю.М. Системно-информационный анализ процессов управления. Н.: Наука, 1988. 327 с. 6. Семенов С.А., Бояринцев А.В., Мойсеенко П.Г., Семенов В.С., Корниенко В.В. О подходе к обоснованию абстрактной модели функционирования перспективной системы РЛР // Вопросы радиоэлектроники. Сер.: СОИУ. 2010. Вып. 1. С. 146–155. 7. Пильщиков Д.Е. Методы и методики создания перспективных КСА для пунктов (органов) управления ВВС на основе применения типовых проектных решений и процедур: Тверь: Изд-во ВА ВКО, 2005. 199 с. 8. Ивлев А.А. Основы теории Бойда. Направления развития, применения и реализации. М.: 2008. 64 с. 9. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. М.: УРСС, 2002. 352 с. References |
http://swsys.ru/index.php?id=3915&lang=%E2%8C%A9%3Den&like=1&page=article |
|