Программные продукты и системы

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:

          (3)

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 . Тогда абстрактную модель радиолокационной системы в момент времени t можно задать функционалом

,                                                         (7)

который отображает состояние среды в цель функционирования системы.

Тогда ,                        (8)

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:

.                           (16)

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:

(17)

где lf – приоритет комплекса задач, функционала, процесса;  – отношение между компонентами функционала – автоматизированными задачами оператора отображения .

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

,                  (18)

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,  – отношение порядка, заданное на структуре алгоритмов); Q = {q1, q2, …, qi, …} – множество состояний среды выделенных ситуаций предметной области; Р = {рk} – вычислительные ресурсы системы (рk – количество ресурсов k-го типа); T – временное ограничение на принятие решения;  – профили алгоритмов; PAAf : – правила выбора структуры алгоритмов за заданное время T с наилучшим возможным качеством, реализуемых модулем мониторинга и уточнения сценария; l – показатель качества принятия решений (информационные потери).

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

1.  Pospelov D.A. (Ed.) Nechetkie mnozhestva v modelyakh upravleniya i iskusstvennogo intellekta  [Fuzzy  Sets in  Controlling
and Artificial Intelligence Models]. Moscow, Nauka, Fizmatlit Publ., 1986, 311 p.

2.  Orlovskiy S.A. Problema prinyatiya resheniy pri nechetkoi iskhodnoi informatsii [A Decision-Making Problem when Fuzzy
Input Data]. Moscow, Nauka Publ., Fizmatlit Publ., 1981, 194 p.

3.  Gaft M.G. Prinyatie resheny pri mnogikh kriteriyakh [Multicriteria Decision-Making]. Moscow, Znanie Publ., 1979, 64 p.

4.  Semenov S.A., Semenov V.S., Monichev S.S., Arzhaev V.I. Forming an integral efficiency factor of information system
functioning. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2012, no. 2, pp. 144–146 (in Russ.).

5.  Gorskiy Yu.M.  Sistemno-informatsionny analiz protsessov upravleniya   [System and  Information Analysis  of  Management
Processes]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1988, 327 p.

6.  Semenov S.A., Boyarintsev A.V., Moyseenko P.G., Semenov V.S., Kornienko V.V. On the approach to proving an abstruct
functional model of a long-range radar intelligence system.  Voprosy radioelektroniki. Ser. “SOIU”  [Radioelectronics  Issues.
“SOIU” Series]. 2010, no. 1, pp. 146–155 (in Russ.).

7.  Pilshchikov D.E.  Metody i metodiki sozdaniya perspektivnykh KSA dlya punktov (organov) upravleniya VVS na osnove
primeneniya tipovykh proektnykh resheny i protsedur [Methods and  Methodologies of Creating Long-Range Integrated Automation
Systems for Air Force  Command Strength Based on Using Standard Design Solutions and  Procedures]. Monograph, Tver,  Military
Acad. of the Aerospace Def. Publ., 2005, 199 p.

8.  Ivlev A.A.  Osnovy teorii Boyda. Napravleniya razvitiya, primeneniya i realizatsii  [The  Basics  of Boyd  Theory. Develop-ment, Application and Implementation]. Monograph, Moscow, 2008, 64 p.

9.  Tarasov V.B.  Ot mnogoagentnykh sistem  k intellektualnym organizatsiyam: filosofiya, psikhologiya, informatika  [From
Multiagent Systems to Intelligent Organizations: Philosophy, Psychology, Computer Science]. Moscow, URSS Publ., 2002, 352 p.