Software & Systems

Принимая во внимание то, что по своему функциональному назначению все радиоэлектронные системы (РЭС) основаны на использовании радиоволн, в работах [1, 2] определена классификация самих РЭС, которая подтверждает справедливость их рассмотрения относительно собственно радиочастотных (РЧ) действий. Это позволяет сформировать единый универсальный подход к представлению РЭС, инвариантный к РЧ-услови­ям. Выработка рекомендаций по применению РЭС S должна учитывать как общность действий в РЧ-спектре, так и возможности их реализации.

Унифицированное представление функционирования информационных РЭС

Под общностью Rf РЧ-спектра будем понимать непустое множество радиочастот Rf ={fk}, образую- щееся в результате пересечения множеств радиочастот fQ = {fQj} и fS = {fSp}, используемых, соответственно, РЭС S и средой Q:

Rf : fQ = fQ Ç fS ¹ Æ.                                            (1)

Элемент fk множества радиочастот Rf образуется в результате

fk : (fQj Ù fSi = fQj) Ú ( fQj Ù fSi = fSi).                    (2)

Отсутствие общности={} РЧ-спектра наблюдается, когда : fQ Ç fS = Æ, то есть

: (fQj Ù fSi = 0) Ú ( fQj Ù fSi = 0).

Схематично прямую РЧ-связанность  РЭС S со средой Q можно представить в виде: .

Аналогичным образом можно представить об- ратную РЧ-связанность  РЭС S со средой Q: : .

Если существуют одновременно  и , значит, РЭС S и среда Q являются взаимосвязанными в РЧ-спектре:

=Ù= ()Ù() =.   (3)

Тогда можно говорить об отношениях

-     :  – объект S не имеет прямую РЧ-связанность со средой Q;

-     :  – объект S не имеет обратную РЧ-связанность со средой Q;

-     :  – объект S не имеет как прямую, так и обратную РЧ-связанность со средой Q.

В соответствии с этим образуются df = {, , } = {} и ={, , } = {} – множества отношений, соответственно, РЧ-связан­ности и несвязанности (l = +, –, ±).

Так как между любым элементом Qj среды Q и РЭС S существуют либо отношения , либо отношения  с учетом введенных понятий среда Q может состоять из множества РЧ-связан­ных QC и множества несвязанных QD элементов, то есть

, (4)

                                (5)

причем

. (6)

Особый интерес вызывает множество РЧ-свя­занности QC элементов среды Q с РЭС S, так как, если QC = {QCj} = Æ, функционирование последнего в интересах достижения желаемого результата PS теряет свой смысл. Поэтому QC ¹Æ – первый сопутствующий признак функционирования РЭС S.

Естественно, если QC ¹ Æ, а DS = Æ, DS Í S и DQ = Æ, DQ Q, либо DS ¹ Æ и DQ = Æ, либо DS = Æ и DQ ¹ Æ, то функционирование РЭС S в целях достижения желаемого результата PS также теряет свой смысл. Поэтому DS ¹ Æ и DQ ¹ Æ – второй сопутствующий признак функционирования РЭС S.

Очевидно, если DS ¹ Æ достигают DQ ¹ Æ, а это возможно тогда и только тогда, когда QC ¹ Æ, то возникает множество воздействий= {}, соответственно, РЭС S на среду Q:

=DS ÇDQ, ÍQC.

Поэтому ¹Æ – третий сопутствующий признак функционирования S.

Варианты формирования воздействия  РЭС S на среду Q могут быть различными:

-     прямое воздействие ;

-     обратное воздействие ;

-     взаимное воздействие .

Воздействия  РЭС S на среду Q по природе формирования эквивалентны воздействиям  среды Q на РЭС S, то есть

,

,                                      (7)

.

Если условно принять, что QC ¹ Æ и DQ ¹ Æ являются влиянием bQ среды Q на трансформацию действий DS РЭС S в воздействия , то есть

bQ:((QC ¹ Æ)(DQ ¹ Æ)),

то справедлива следующая запись:

DS ® bQ ®.                                                 (8)

Аналогичным образом получаем логическую цепочку по формированию воздействия среды Q на РЭС S:

DQ ® bS ®,                                                  (9)

где bS: ((QC ¹ Æ) Ú (DS ¹ Æ)).

Эти логические цепочки наглядно представляют процесс формирования воздействий  и  в РЧ-спектре.

С учетом вышеизложенного унифицированное представление функционирования активно-пассивных РЭС S описывается в следующем виде [3, 4]:

-     первично РЭС формирует в РЧ-спектре действие DS, направленное на излучение радиоволн yS (DS: yS);

-     в случае наличия в РЧ-спектре влияния bQ среды Q часть действия DS: yS трансформируется в воздействие , радиоволны  которого являются радиоволнами , принимаемыми средой Q, то есть :=;

-     в соответствии с принимаемыми радиоволнами  среда Q осуществляет излучение собственных радиоволн yQ, которые являются ее реакцией Re(Q) на воздействие  РЭС S, то есть yQ=Re(Q): ;

-     излучение средой Q радиоволн yQ характеризует в РЧ-спектре ее действие DQ, то есть DQ: yQ;

-     в случае наличия в РЧ-спектре влияния bS объекта S часть действия DQ: yQ трансформируется в воздействие , радиоволны  которого явля- ются радиоволнами , принимаемыми РЭС S, то есть : (=).

Это можно отобразить как

DS: yS  ®bQ ®: (=) ®

>®DQ: yQ®bS ®: (=).            (10)

Процесс унифицированного представления [5, 6]

-     для пассивно-активных РЭС:

DQ: yQ®bS ®: (=) ®

>®DS: yS®bQ ®:=;               (11)

-     для активно-адаптивных РЭС:

DS: yS®bQ ®: (=) ®

> ®DQ: yQ®bS ®: (=) ®

= Re (S): >;                                                  (12)

-     для пассивно-адаптивных РЭС:

DQ: yQ®bS ®: (=) ®

= Re(S): > DS: yS® bQ ®

®: (=) ® >,            (13)

где Re(Q) – реакция среды Q;  Í xS,  Í yS,  Í xQ и  Í yQ.

В этих структурно-логических схемах в явном виде отсутствует учет ресурсов РЭС, а значит, нет возможности их использования в представленном виде для определения содержательных компонентов учебных упражнений. В [7] рассмотрен пример, из которого видно, что эффективность применения РЭС зависит не только от имеющихся ресурсов, в частности энергетических, но и от возможности реализации объектом функций их перераспределения, в частности излучаемой мощности.

Механизмы управляемости

Возможность осуществления РЭС функций выбора, распределения и перераспределения ресурсов зависит от заложенных в нем механизмов управляемости. Для построения структурно-логических схем функционирования эрготехнических РЭС, учитывающих операторскую деятельность, рассмотрим отдельно механизмы их управляемости.

Как определено в [3], формирование РЧ-воздей­ствия  зависит от множества располагаемых РЭС S ресурсов [6, 8]:

RS = {fS, tS, WS, xS},                                             (14)

где fS – РЧ-ресурсы (первообразные множества РЧ-связанности QC = {QCj} ¹ Æ); tS, WS и xS – соответственно временные, энергетические и пространственные ресурсы (первообразные множества действия DS ¹ Æ).

В свою очередь, располагаемые ресурсы RS РЭС S могут характеризоваться следующими параметрами [4]:

-     fS – рабочая радиочастота fS0, РЧ-диапазон DfS, полоса пропускания DFS и т.п.;

-     tS – момент времени tS0 возникновения действия DS, длительность tS, периодичность TS действия DS и т.п.;

-     WS – энергия ES, затрачиваемая на формирование действия DS, средняя мощность pS, импульсная мощность pSI, коэффициент полезного действия hS и т.п.;

-     xS – ширина распространения (проникновения) DqS и DFS действия DS, соответственно, в азимутальной и угломестной плоскости, азимут qS и угол места FS распространения максимума действия DS, пространственная поляризация gDS действия DS и т.п.

Сами располагаемые ресурсы RS определяют потенциальные возможности применения РЭС S.

Известно, что в РЧ-спектре РЭС S при воздействии  на него среды Q может формировать реакцию Re(S) в виде ответных действий:

DS = Re(S):.                                                 (15)

Реакция Re(S) может быть управляемой и неуправляемой.

В свою очередь, РЭС S можно представить в виде

SÌ´DS, DS = Re(S): (, СS)                   (16)

или ®СS® DS,                                                  (17)

где CS – множество состояний S [4].

Если СS ¹ СS(), то S является условно управляемым в РЧ-спектре, то есть его управление заключается в адаптации действий DS на воздействия  без изменения CS:

             (18)

Если СS = СS(), то S является безусловно управляемым в РЧ-спектре, то есть его управление заключается в изменении состояния СS на воздействия :

.                                       (19)

Объект S может быть комплексно управляемым в РЧ-спектре, то есть для одной части элементов множества СS = СS(), а другой части – СS ¹ ¹ СS():

Необходимо отметить, что, помимо внешней управляемости (по радиоканалам) РЭС S, он может быть внутренне управляемым (по электрическим цепям). Внутренняя управляемость состоит в изменении состояния СS РЭС S в зависимости от текущей полезности qS его функционирования и желаемого результата PS для сложившихся РЧ-условий.

Полезность функционирования РЭС S [3] представим в виде

qS = qS (, DS).                                               (20)

Если текущая величина функции полезности РЭС S отличается от желаемого результата PS, то необходимо формировать такое управляющее воздействие dS на состояние СS, при котором qS PS, то есть

dS (СS): qS PS                                                                  (21)

или dS = F(qS – PS),                                                  (22)

где F – функционал.

В свою очередь, состояние СS зависит от располагаемых ресурсов RS [1]:

СS = Re(S): RS.                                                    (23)

Поэтому управляющее воздействие dS изначально заключается в выборе и распределении (перераспределении) располагаемого ресурса RS.

С учетом этого процедура внутреннего управления РЭС S, направленная на формирование в РЧ-спектре его действия DS в соответствии с воздействиями  среды Q, может быть представлена как

®dS = F(qS –PS)® RS®СS®DS.              (24)

Необходимо отметить, что сама процедура внутреннего управления РЭС S может быть организационной и неорганизационной [4].

Организационное управление РЭС SO заключается в выборе и распределении (перераспределении) непосредственно человеком (оператором) располагаемого ресурса RS, направленных на минимизацию невязки между действительной полезностью qS и желаемым результатом PS функционирования объекта и реализуемых оператором с помощью органов управления.

Неорганизационное управление РЭС SHO – это управление располагаемыми ресурсами RS, выполняемое без участия человека (оператора) на основании собственных действий, которые по отношению к объекту являются внутренними.

Ресурсы RS обеспечивают формирование как РЧ-действий DS, так и информационных потоков X, на основании анализа которых оператор осуществляет операции D по воздействию на органы управления объекта S [5].

С учетом этого функционирование адаптивно-пассивной эрготехнической РЭС S представим в следующем виде [5]:

-     для автоматизированного режима (dS ¹ Æ, US ¹ Æ):

(25)

-     для ручного режима (dS = Æ, US ¹ Æ):

(26)

Соответственно функционирование автоматического РЭС S (dS ¹ Æ, US = Æ) имеет следующее представление:

               (27)

Структурно-логические модели (25) и (26) определяют прямую задачу по регулированию РЧ-условий функционирования РЭС за счет выполнения операторами предписанных операций D в соответствии с ранее сформированными у них перцептивными образами.

Использование системного подхода и теоретико-множественного описания систем позволило на основании общих для всех РЭС РЧ-признаков классифицировать и определить единый подход представления РЭС в виде структурно-логических схем, отличительной особенностью которых является то, что в них учитываются РЧ-взаимовоздей­ствия с элементами среды, выраженные через РЧ-действия и РЧ-влияния, образующие причинно-следственные отношения РЧ-условий функционирования РЭС. На основании единого подхода к представлению РЭС, а также учитывая их управляемость, уточнено структурно-логическое описание унифицированного представления функционирования информационных РЭС [9, 10].

Таким образом, унифицированное описание функционирования информационных РЭС основано на едином подходе к их представлению в виде структурно-логических схем, отличительной особенностью которых является то, что в них учитываются РЧ-взаимовоздействия с элементами среды, выраженные через РЧ-действия и РЧ-влияния, образующие причинно-следственные отношения РЧ-условий функционирования РЭС.

Оценка ПО учебно-тренировочных средств

Данная оценка при унифицированном описании функционирования информационных РЭС может быть выполнена по результатам экспертизы, а также при представлении их как систем сложной иерархической структуры построения и по информационному полю рабочих мест операторов управления воздушным движением (УВД) с использованием критерия Фишера-c2 и обобщенного закона распределения.

На рисунке представлена структура экспертной оценки имитационного моделирования учебно-тренировочных комплексов операторов УВД.

На рисунке (см. http://www.swsys.ru/uploaded/ image/2017_2/2017-2-dop/1.jpg) представлен интерфейс программы оценки ПО (оценки адекватности) учебно-тренировочных комплексов операторов УВД и управления планированием тренажной подготовки специалистов по эксплуатации информационных РЭС.

Рассмотренное унифицированное описание функционирования информационных РЭС реализуемо для учебно-тренировочных средств операто- ров УВД. Это позволяет в дальнейшем выполнить оценку результатов имитационного моделирования в учебно-тренировочных средствах операторов УВД и скорректировать организацию тренажной подготовки.

Литература

1.     Потапов А.Н. Автоматизация тренажной подготовки операторов радиоэлектронных объектов управления воздушным движением. Воронеж: Изд-во ВАИУ, 2010. 136 с.

2.     Сысоев Е.С. Особенности функционирования эргатических радиоэлектронных средств управления воздушным движением // Научные чтения имени А.С. Попова: сб. стат. регион. науч.-практич. конф. Воронеж: Изд-во ВУНЦ ВВС «ВВА», 2012. С. 38–42.

3.     Лебедев В.В., Романов А.В. Теоретико-множественный подход к описанию функционирования эрготехнических радиоэлектронных средств // Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем: сб. тр. 32 Всерос. науч.-технич. конф. Серпухов: Изд-во филиала ВА РВСН им. Петра Великого, 2013. С. 118–122.

4.     Сысоев В.В., Крутских П.П., Свинцов А.А. Математическая модель информационного конфликта // Радиотехника (журнал в журнале). 1999. № 3. С. 77–80.

5.     Дикарев В.А., Султанов Р.В. Обеспечение качества применения компьютерных систем тренажа. Балашов: Николаев, 2002. 89 с.

6.     Пономаренко В.А. Психология жизни и труда летчика. М.: Воениздат, 1992. 58 с.

7.     Губсков Ю.А., Прокофьев С.Н. Системная модель информационной конфликтно-устойчивой автоматизированной системы освоения эрготехнических комплексов // Информатика: проблемы, методология, технологии: матер. 12 Междунар. науч.-методич. конф. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2012. Т. 1. С. 109–112.

8.     Дудоров А.Д. Методика оценки тренажеров лиц группы руководства полетами в интересах повышения качества их подготовки // Современные проблемы и перспективные направления развития авиационных комплексов и систем военного назначения, формы и способы их боевого применения: сб. стат. Всерос. науч.-практич. конф. Воронеж: Изд-во ВАИУ, 2011. С. 92–98.

9.     Абу-Абед Ф.Н., Помазуев О.Н., Платонов А.Ю., Миронов А.М., Рюмшин А.Р. Методика определения показателей качества обнаружения радиолокационных станций // Програм- мные продукты и системы. 2014. № 2. С. 118–124.

10.  Назаров Т.И. Анализ системы организации тренажной подготовки операторов радиоэлектронных объектов управления воздушным движением // Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы, подготовка специалистов: тр. XXIV Межвуз. науч.-технич. конф. СПб: Изд-во ВУНЦ ВМФ, 2013. С. 334–338.