Автореферат (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений), страница 8

Параметры испытательных импульсов поля, виды испытаний, степени жёсткости воздействий, методы и средства испытаний, критерии оценки устойчивости БЦВМ соответствовали требованиям международных и национальных стандартов по СКИ ЭМП: для электромагнитных полей − не более ±20%; для тока и напряжения − не более ±30%.Исходя из современных технических возможностей и проведенного анализа, определены требования к метрологическим характеристикам излучателейдля испытаний БЦВК на устойчивость к воздействию сверхкоротких ЭМИ:- напряженность электрического поля в рабочей зоне – 1-100 кВ/м;- длительность импульса по уровню 0,5 от амплитуды – 100 пс - 25нс;- длительность фронта импульса по уровням 0,1-0,9 от амплитуды -100-500 пс;- частота повторения от однократных от 1 кГц до 1МГц.Испытания проводились по схеме приведенной на рисунок 8.31Рисунок 8 - Схема проведения экспериментаа)б)Рисунок 9 – Расположение излучающей установки в безэховой камере (а) ирасположение экранированных стенок, для регулировки мощности излучения (б)Для установки начального уровня напряженности поля 10 кВ/м, воздействующего на объект, излучающую установку расположили на расстоянии R=3,8 мотносительно испытываемого блока.

Для обеспечения требуемой напряженностиизлучения, экранированные стенки расположили относительно друг друга на расстоянии 13 см. При увеличении размера зазора между экранированными стенкамина уровне 67,5 кВ/м происходит отказ устройств ввода-вывода (рисунок 9).В результате экспериментальных исследований УОВ в условиях воздей32ствия СКИ ЭМП установлено, что УОВ нормально функционирует по заданному в ГОСТе критерию устойчивости при напряженности электрического поляот 1 до 30 кВ/м, частоте следования импульсов 1кГц.С целью оценки предельных уровней устойчивости функционированияпроводились экспериментальные исследования УОВ с подключенными кабельными линиями на повышенных уровнях воздействия СКИ ЭМП до наступлениясбоев в работе изделия. При этом установлено, что в УОВ возникли устойчивыесбои, как во время тестирования системы, так и в рабочем режиме при воздействии электрического поля напряженностью более 200 кВ/м, частотой следования импульсов 1кГц.В условиях дополнительного экранирования кабельных линий сохранялосьнорма льное функционирование при напряженности электрического поля 140,4кВ/м, частоте следования импульсов 1кГц.

Экспериментально полученный коэффициент запаса по устойчивости функционирования оценивается в диапазоне значений 2-7 в зависимости от уровня защищенности кабельных линий УОВ.Также были проведены экспериментальные исследования на воздействиеСК ЭМИ БЦВК для авиационных и космических комплексов в составе:- БЦВМ М20 – двухканальная вычислительная машина;- многофункциональный бортовой вычислительный комплекс БВК ЕА-102.- кабельные линии бортовой кабельной сети.В результате исследований установлено, при воздействии однократныхимпульсов электрического поля с напряженностью (1–10) кВ/м и длительностью 100 пс БЦВМ с подключенными кабельными линиями не имели сбоев, отказов и нормально функционировали.В результате исследований к воздействию СК многократных импульсовЭМП напряженностью (0,3 – 30) кВ/м с частотой повторения 1кГц и напряженностью (0,02- 0,2) кВ/м с частотой повторения 1МГц и длительностью импульса270 пс установлено, что БЦВМ М20 с подключенными кабельными линиямими не имели сбоев, отказов и нормально функционировали.В результате исследований БЦВМ М20 с повышенными уровнями установлено, что при отключенных кабельных линиях определен уровень стойкостиБЦВМ М20 и БЦВК к воздействию импульсных электрических полей: 150 кВ/мпри частоте повторения 1кГц и 2 кВ/м при частоте повторения 1МГц.С подключенными штатными кабельными линиями сбои и отказы в работе БЦВМ М20 возникали при воздействии импульсных электрических полей:напряженностью 80 кВ/м при частоте повторения 1кГц и 2 кВ/м при частотеповторения 1МГц.Отмечено влияние поляризации поля на работу БЦВМ М20 при частотеповторения импульсов 1кГц.

Сбои возникали при вертикальной поляризации33электрического поля. При горизонтальной поляризации эффектов не обнаружено.С дополнительной экранировкой кабельных линий БЦВМ М20 и БЦВКсохраняли работоспособность при воздействии вертикальной и горизонтальнойполяризации воздействующего поля: импульсных электрических полей 150 кВ/мпри частоте повторения 1кГц и 2 кВ/м при частоте повторения 1МГц.

Коэффициент запаса по стойкости исследованных БЦВМ при дополнительной экранировке входных кабельных линий составил величину 5.Исследование стойкости каналов передачи данных и управления БЦВК вусловиях воздействия СКИ ЭМП проводилось путем проведения косвенных испытаний бортовой сети и средств защиты на стойкость к воздействию импульсных токов и напряжений СКИ ЭМИ - посредством разряда импульсов тока в защитные экраны кабелей и токопроводящие корпуса испытываемой аппаратуры;посредством подачи импульсов напряжения в цепь «жила – защитный экран» кабеля; посредством подачи импульсов напряжения в цепь «жила – жила» кабеляили непосредственно на входы испытываемой аппаратуры.По результатам проведенных экспериментальных исследований были сделаны следующие выводы:- наибольшую опасность для передаваемой информации представляютнаведенные импульсные помехи, возникающие в результате емкостной инжекции в линию связи, это приводит к большему количеству потерянных кадров;- большая часть энергии импульса теряется из-за несоответствий импедансов между источником, кабелем и нагрузкой;- воздействие СК ЭМИ с частотой повторения импульсов до 1 МГц приамплитуде до 400 В/м оказывает деструктивное воздействие на процесс передачи данных в сетях Fast и Gigabit Ethernet.

Разрушение сетевого соединения наступает при уровне СКИ-наводок на нагрузке сетевого интерфейса до 6 В приемкостной инжекции и 12 В при индуктивной инжекции и длительности помеховых импульсов до 200 нс.Анализ полученных экспериментальных данных и механизмов воздействия СКИ ЭМП на УОВ подтвердил адекватность разработанных моделей взаимодействия мощных ЭМИ с элементами БЦВК для интеллектуального анализаи оценки устойчивости их к деструктивному воздействию СК ЭМИ, и показал,что сбои, системные отказы и нарушение функционирования возникают в основном за счет недостаточной эффективности экранирования бортовой кабельной сети БЦВК, которые в свою очередь, выявляются, как правило, при испытаниях и в процессе эксплуатации.Для оценки эффективности функционирования ИСАУ БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ проведен ряд модельных экспериментов.

Пооусловиямоэксперимента числооиспользуемых БЦВМ, выполненных в защищенном34исполнении, f вокаждомосеансеопередачиоравновероятно выбиралось отодного до трех. Это означает, что до момента прибытия в FS7 пакет могпобывать на одной, двух или трех БЦВМ в защищенном исполнении.После проведения сеансов передачи получен следующий эффект:1) процент потерь пакетов в момент, когда БЦВМ недоступна  15%.2) процент искаженных пакетов  16%.Восвязиосопотребностьюопроведенияобольшогоочислаоиспытанийодляоценки среднеквадратичногооотклоненияотакжеореализован программныйпрототип ИСАУ БЦВК, позволяющийогенерировать топологии сетей,озадаватьконтролируемыеоучасткиоиоосуществлятьосеансы передачи.

Полученныеоценки реализации ЭМ воздействий показывают, что применение ИСАУ БЦВКпозволяет повысить стойкость передачи информации в бортовых сетях.Осциллограмма наведенных импульсных помех в проведенных модельныхэкспериментах представлена в таблице 2.Таблица 2 - Осциллограмма наведенных импульсных помеха) передаваемые данныеб) без передачи данных поканалу 45в) при передаче данных поканалу 45 (спецификация1000 Base -T)35г) при передаче данных поканалу 45 и использовании«маршрутизируемого сервиса»д) использование «маршрутизируемого сервиса» и перенаправление данных по трассе 66, 69ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.

На основе проведенного аналитического обзора исследований по темедиссертации, показана необходимость пересмотра традиционных подходов кобеспечению работоспособности структурно-сложных систем при воздействиина их элементы СК ЭМИ. Сформулированы предпосылки к разработкепринципиально новых расчетных моделей анализа и оценки воздействия полейЭМИ на структурно-сложные системы с возможностью их интеграции в рамкахединого методологического комплекса, позволяющего проводить достовернуюоценку устойчивости такого класса систем к воздействию СК ЭМИ на основеинтеллектуальных методов анализа и оценки параметров искажений информационного потока в системе для предотвращения деструктивного действия СК МИ.2.

Сформулированы новые базовые принципы построения ИСАУ БЦВКна основе адаптивной многоуровневой системы обнаружения деструктивныхэлектромагнитных воздействий на элементы и узлы БЦВК, являющейся ядроминтеллектуальной системы. При этом нижний уровень решает проблемы оперативной идентификации ЭМВ, а верхний - накопления опыта по обнаружениюпоследствий деструктивных ЭМВ на БЦВК путем использования датчиковЭМВ, распределенных по структуре ИСАУ.3.

Предложена впервые модель интеллектуальной системы анализа иоценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ, позволяющая обеспечить возможность идентификации и исправления периодическихискажений в потоке обрабатываемой информации в реальном масштабе времени.4. Разработаны адаптивные модели взаимодействия мощных электромагнитных импульсов с элементами БЦВК для интеллектуального анализа и36оценки устойчивости их к деструктивному воздействию СК ЭМИ, в том числе:- модель воздействия СК ЭМИ на микропроцессорные управляющие устройства БЦВК, учитывающая возможные варианты реализации таких воздействий с учетом их амплитуды, фронта импульса и энергии;- модель воздействия СК ЭМИ на каналы передачи данных (на основетехнологий Fast и Gigabit Ethernet) современных БЦВК при воздействии периодических импульсных помех, учитывающая длину кадра и межкадрового интервала, с целью своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока;5.

Разработаны методы интеллектуального анализа данных в задачахоценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ на основеиспользования интеллектуальных механизмов нейронных сетей, нечеткой логики и гибридных, в частности, нейро-нечетких систем, а также генетическихалгоритмов и эволюционных процессов наследования, развития, адаптации иотбора, обеспечивающих возможность идентификации и исправления периодических искажений в потоке обрабатываемой информации в адаптивной многоуровневой системы обнаружения деструктивных электромагнитных воздействий на элементы и узлы БЦВК в реальном режиме времени.6.