Автореферат (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений)

На правах рукописиМихайлов Виктор АлексеевичРАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИУСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ В УСЛОВИЯХ ПРЕДНАМЕРЕННОГОВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕРХКОРОТКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙСпециальность 05.12.13 –Системы, сети и устройства телекоммуникацийАвтореферат диссертации на соисканиеученой степени докторатехнических наукМосква – 2014Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт «Аргон»Научный консультант доктор технических наук, профессорАнатолий ВалерьевичЦарегородцевОфициальные оппоненты:Брехов Олег Михайлович– доктор технических наук, профессор, Московский авиационный институт (национальныйисследовательский университет) заведующийкафедрой «Вычислительные машины, системыи сети»Фоминич Эдуард Николаевич – доктор технических наук, профессор, Лауреатпремии Совета Министров СССР, Военныйинститут (инженерно-технический) ФГК ВОУВПО «Военная академия материальнотехнического обеспечения им.

генерала армии А.В.Хрулева», профессор кафедры электроснабженья, электрооборудования и автоматикиСавченко Владимир Петрович – доктор технических наук, профессор, ЛауреатГосударственнойпремииРФ,ОАО«Радиотехнический институт им. АкадемикаА.Л.Минца», генеральный директорВедущая организация: ФГУП «Центральный научно - исследовательскийрадиотехнический институт им.

академика А.И. Берга»Защита состоится « 30 » июня 2014 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.048.13 Национального исследовательского университета «Высшаяшкола экономики» по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., 3С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Национальногоисследовательского университета «Высшая школа экономики», по адресу:101000,г.

Москва, ул. Мясницкая, д.20 и на сайте: www.hse.ru.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационногосовета, к.т.н., профессор»2014 г.Грачев Николай НиколаевичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы исследованияВ последнее десятилетие необходимость обеспечения защищенностиструктурно-сложных систем от мощных электромагнитных излучений (ЭМИ)становится обязательным условием при их проектировании. При этом надоиметь в виду, что компоненты любой структурно-сложной системы распределены в пространстве и связь между ними физически осуществляется при помощи сетевых соединений, реализованных в виде структурированных кабельныхсистем (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и т.п.).

Всё это выставляет определенные требования, как к электронному оборудованию, так и к информационной инфраструктуре, которые следует рассматривать как единое целое, и нарушение информационной целостности в одном звене приведет к нарушению работы всей системы. К тому же, технология, обеспечивающая высокие скорости обработки информации, обладает повышенной чувствительностью к наведенным напряжениям и токам, вызванным электромагнитными полями от различных источников естественного и искусственного происхождения, включая преднамеренные силовые электромагнитные воздействия.Особенно это относится к современным бортовым цифровым вычислительным комплексам, функционирующих в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений, которые занимают особоеместо в системах управления и контроля подвижными объектами, и все в большей степени оснащаются электронными элементами, чувствительными к электромагнитным воздействиям.

В связи с чем, сегодня особо остро стоит задачапо защите бортовых цифровых вычислительных комплексов (БЦВК) от воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения (СКИ ЭМИ).Кроме того, имеется устойчивая тенденция всё большего использования в современных бортовых цифровых вычислительных комплексах микропроцессорных устройств с временами срабатывания единицы и доли наносекунд и значительного уменьшения уровней и длительности сигналов для передачи информации, а также появление более мощных стационарных и мобильных излучателей, формирующих периодические и однократные сверхкороткие электромагнитные импульсы и обладающие принципиально новыми качествами, отсутствующими у традиционных источников ЭМИ: соразмерностью длительностивоздействующих импульсов с длительностью информационных сигналов.Установлено также, что источники мощных ЭМИ способны оказыватьвоздействия на БЦВК и его элементы, приводящие к частичному нарушениюцелостности и полной потери передаваемого информационного сигнала, а внекоторых случаях к нарушению функционирования элементов и узлов БЦВК.3При этом важной особенностью данного воздействия является часто нефизическое разрушение элементной базы вычислительных комплексов ифизических каналов связи, а искажение обрабатываемой информации.Особую актуальность данная проблема приобретает еще и в связи спринятием нового поколения национальных и международных стандартов поэлектромагнитным явлениям и разработкой новых типов источников электромагнитной энергии, которые характеризуются более высокими значениямиЭМП и более короткими временными характеристиками, лежащими внаносекундной и субнаносекундной областях.

Кроме того, невозможностьучета всех факторов, влияющих на поражающее действие ЭМИ, сложностьсовременного бортового оборудования затрудняют получение достовернойинформации о степени поражения и механизмах поражения.На сегодняшний день несколькими научными школами, возглавляемымироссийскими (Ю.В. Парфеновым, Н.В. Балюком, Ю. Сахаровым, Т.Р. Газизовым, М. И. Жуковским, С.А. Сухоруковым) и зарубежными (W.

Radasky,C. Baum, D. Nitsch, I. Kohlberg, D. Giri, F. Tesche, H. Garbe, F. Sabath, M. Ianoz)учеными, проведено значительное количество исследований, подтверждающих,что с помощью генераторов сверхкоротких электромагнитных импульсов, инжектирующих тем или иным способом импульсы напряжения в физическуюсреду передачи информации, можно воздействовать на обмен данными по сетимежду оконечными пользователями.

При этом существующими средствами диагностики факт такого воздействия может не определяться, так как сетевое соединение при этом не разрушается.Определенные успехи были достигнуты в решении задач анализа стойкости структурно-сложных систем, создании методов измерений и экспериментальной проверки методик расчета наведенных ЭМИ токов и напряжений вкабельных линиях, экранах и антеннах. Большой вклад в решение этой проблемы внесли советские и российские ученые: Кечиев Л.Н., Соколов А.А., МыроваЛ.О., Сахаров К.Ю., Степанов П.В., Михеев О.В., Туркин В.А., Комягин С.И.,Крохалев Д.И., Царегородцев А.В., Штейнберг В.И., а также научные коллективы ФГУ 12 ЦНИИ МО, ОАО «МНИРТИ», ФГУП «ВНИИОФИ», МИЭМ,ОАО «НИИ «АРГОН», ОИВТ РАН, ФГУП «ЦентрИнформ», НИИПП, НИИИТ,ГНИИИ ПТЗИ.В то же время, оценка стойкости структурно-сложных систем, какими являются, в частности, БЦВК представляют пока малоисследованную научнуюпроблему.

Систематизация и обобщение этих результатов, которые бы определили методологию обеспечения и оценки стойкости управляющих БЦВК к воздействию мощных ЭМП с учетом требований международных стандартов,прогноза параметров воздействия, средств защиты до сих пор не проведены.4С учетом изложенного можно заключить, что в настоящее время СК ЭМИявляется новой серьезной угрозой для бортовых комплексов подвижных объектов и в современных условиях проблема оценки ЭМВ на такой класс системуправления становится одной из актуальных. Все это требует пересмотра традиционных подходов к обеспечению и оценке устойчивости бортовых вычислительных управляющих комплексов к воздействию мощных ЭМВ в рамкахновой методологии, позволяющей не только оценивать уровень устойчивостиБЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ, но и обеспечивать требуемыйуровень их устойчивости путем реализации перспективных эффективных мер,таких как, например, реконфигурация бортового комплекса и т.п.Данная работа призвана восполнить отмеченный пробел, так как посвящена решению актуальной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение , а именно, разработке научно-методологических основ обеспечения и оценки устойчивости бортовых вычислительных управляющих комплексов к воздействию мощных ЭМП с учетом требований международных стандартов и прогноза параметров воздействия и их интеграции в рамках единогокомплекса интеллектуальных методов анализа и оценки устойчивости БЦВК кдеструктивному воздействию СК ЭМИ.Цель исследованияОбеспечение устойчивого функционирования бортовых вычислительныхуправляющих комплексов в условиях воздействия СК ЭМИ, путем разработкиновых эффективных методов и расчетных моделей оценки воздействия СКЭМИ на элементы и узлы БЦВК на основе использования интеллектуальныхмеханизмов нейронных сетей с целью минимизации временных затрат на восстановление БЦВК после сбоев вызванных этими воздействиями.Задачи исследованияДля достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:1) анализ состояния проблемы обеспечения устойчивого функционирования структурно-сложных иерархических систем в условиях воздействияпреднамеренных импульсных электромагнитных излучений;2) обобщение существующих методов и моделей оценки устойчивостиРЭА к воздействию СК ЭМИ и исследование особенностей воздействия СКЭМИ на элементы и узлы бортовых вычислительных комплексов;3) адаптация существующих и разработка новых моделей взаимодействия мощных ЭМИ с элементами БЦВК для интеллектуального анализа и оценки устойчивости их к деструктивному воздействию СК ЭМИ;4) разработка модели оценки воздействия СК ЭМИ на элементы и узлыБЦВК, отражающая возможные варианты реализации таких воздействий с учетом5их места воздействия, временных, частотных и энергетических характеристик;5) разработка модели интеллектуальной системы анализа устойчивости(ИСАУ) элементов и узлов БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ;6) разработка методов интеллектуального анализа и оценки устойчивостибортового вычислительного комплекса к воздействию СК ЭМИ;7) разработка методов защиты БЦВК от воздействия СКИ ЭМИ на основе своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока;8) разработка научно-методического обеспечения проведения экспериментальных исследований бортовых вычислительных комплексов на воздействие преднамеренных сверхкоротких электромагнитных излучений;9) проведение экспериментальных исследований устойчивости рядаБЦВМ к воздействию сверхкоротких импульсных ЭМП и анализ полученныхрезультатов исследований;10) разработка единого методологического комплекса системного решения проблемы обеспечения эффективного функционирования БЦВК, позволяющего проводить интеллектуальный анализ и оценку параметров искаженийинформационного потока в бортовом вычислительном комплексе для предотвращения деструктивного действия ЭМИ.Объект исследования.