Диссертация (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений), страница 4

Обеспечение устойчивости функционирования БЦВК в условиях воздействия СК ЭМИ, на основе разработки новых эффективных методов ирасчетных моделей оценки воздействия полей ЭМИ на элементы и узлы БЦВКпозволяющих проводить интеллектуальный анализ параметров искажений информационного потока в системе для предотвращения деструктивного воздействия ЭМИ на БЦВК, включая минимизации временных затрат на восстановлениекомплекса после сбоевДля достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1) анализ состояния проблемы обеспечения устойчивого функционирования структурно-сложных иерархических систем в условиях воздействия преднамеренных импульсных электромагнитных излучений;2) обобщение существующих методов и моделей оценки устойчивости РЭАк воздействию СК ЭМИ и исследование особенностей воздействия СК ЭМИ наэлементы и узлы бортовых вычислительных комплексов;183) разработка адаптивных моделей взаимодействия мощных электромагнитных импульсов с элементами БЦВК для интеллектуального анализа и оценкиустойчивости их к деструктивному воздействию СК ЭМИ;4) разработка модели оценки воздействия СК ЭМИ на элементы и узлыБЦВК, отражающая возможные варианты реализации таких воздействий с учетом ихместа воздействия, временных, частотных и энергетических характеристик;5) разработка модели интеллектуальной системы анализа устойчивостиэлементов 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 основесвоевременного обнаружения фактов искажений информационного потока;8) разработка научно-методического обеспечения проведения экспериментальных исследований бортовых вычислительных комплексов на воздействиепреднамеренных сверхкоротких электромагнитных излучений;9) проведение экспериментальных исследований устойчивости ряда БЦВМк воздействию сверхкоротких импульсных ЭМП и анализ полученных результатов исследований;10)разработка единого методологического комплекса системного реше-ния проблемы обеспечения эффективного функционирования БЦВК, позволяющего проводить интеллектуальный анализ и оценку параметров искажений информационного потока в бортовом вычислительном комплексе для предотвращения деструктивного действия ЭМИ.Объект исследования.

Объектами исследования в работе выбраны типовыеБЦВК, разработанные в НИИ «Аргон», их элементы, как общего, так и специального назначения.Выбранные объекты являются наиболее перспективными для использования в авиационных и космических комплексах при решении задач управления иконтроля на подвижных объектах.19Предмет исследования. Методы и модели анализа и оценки устойчивостифункционирования БЦВК к преднамеренному воздействию СК ЭМИ.Методологические и теоретические основы исследования. Методы исследования базируются на применении основных результатов теории большихсистем, системного анализа, нейронных сетей, теории информации, теории вероятностей и теории случайных процессов, теории электромагнитизма и методовматематической статистики.

Активно использовались методы имитационного (всредах MATLAB Neural Network, MATLAB Simulink), полунатурного и натурногомоделирования.Научная новизна исследования.Получены следующие основные новые научные результаты:1. На основе проведенного аналитического обзора исследований по темедиссертации, показана необходимость пересмотра традиционных подходов кобеспечению работоспособности структурно-сложных систем при воздействии наих элементы СК ЭМИ и сформулированы предпосылки кразработкепринципиально 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 основеинтеллектуальныхметодованализаиоценкипараметровискаженийинформационного потока в системе для предотвращения деструктивногодействия СК ЭМИ.2.

Сформулированы базовые принципы построения интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивости (ИСАУ) БЦВК на основе адаптивной многоуровневой системы обнаружения деструктивных электромагнитных воздействий(СОДЭМВ) на элементы и узлы БЦВК, являющейся ядром интеллектуальной сис-темы. При этом нижний уровень решает проблемы оперативной идентификацииЭМВ, а верхний - накопления опыта по обнаружению последствий деструктивныхЭМВ на БЦВК путем использования датчиков ЭМВ, распределенных по структуре ИСАУ.203. Предложена модель интеллектуальной системы анализа и оценкиустойчивости БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ, учитывающаявозможные варианты реализации таких воздействий с учетом их меставоздействия, временных, частотных и энергетических характеристик.4. Разработаны адаптивные модели взаимодействия мощных электромагнитных импульсов с элементами БЦВК для интеллектуального анализа и оценкиустойчивости их к деструктивному воздействию СК ЭМИ, в том числе:- модель воздействия СК ЭМИ на микропроцессорные управляющие устройства БЦВК, учитывающая возможные варианты реализации таких воздействийс учетом их амплитуды, фронта импульса и энергии;- модель воздействия СК ЭМИ на каналы передачи данных (на основе технологий Fast и Gigabit Ethernet) современных БЦВК при воздействии периодических импульсных помех, учитывающая длину кадра и межкадрового интервала, сцелью своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока;5.

Разработаны методы интеллектуального анализа данных в задачах оценкиустойчивости БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ на основе использования интеллектуальных механизмов нейронных сетей, нечеткой логики и гибридных, в частности, нейро-нечетких систем, а также генетических алгоритмов иэволюционных процессов наследования, развития, адаптации и отбора, обеспечивающих возможность идентификации и исправления периодических искажений впотоке обрабатываемой информации в адаптивной многоуровневой системы обнаружения деструктивных электромагнитных воздействий на элементы и узлыБЦВК в реальном режиме времени.6.

Разработана система показателей и комплекс методов защиты БЦВК отвоздействия СКИ ЭМИ на основе своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока, позволяющий, в том числе, оптимизировать соотношение «стоимость/эффективность» защиты за счет размещения на иерархических уровнях ИСАУ только необходимых датчиков ЭМВ и оценивать устойчивость БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ через величины относительного21ущерба и интегральные показатели активности распределенных по структуреИСАУ датчиков ЭМВ.7.

Разработано научно-методическое обеспечение проведения экспериментальных исследований на воздействие преднамеренных сверхкоротких электромагнитных излучений на элементы и узлы БЦВК, позволяющее формировать программу проведения испытаний и критерии оценки стойкости бортовых вычислительных комплексов с учетом требований к метрологическим, эксплуатационными конструктивным характеристикам излучателей.8.

Разработана новая методология, направленная на решение проблемыобеспеченияустойчивостифункционированиябортовыхвычислительныхуправляющих комплексов в условиях воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов, позволяющая проводить интеллектуальный анализ и оценкупараметров искажений информационного потока в системе для предотвраще-ниядеструктивного действия ЭМИ на БЦВК, включая минимизацию временныхзатрат на восстановление БЦВК после сбоев вызванных этими воздействиями.Основные положения, выносимые на защиту:1) Новые базовые принципы построения интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивости БЦВК на основе адаптивной многоуровневой системыобнаружения деструктивных ЭМВ на элементы и узлы БЦВК.2) Модель интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивостиБЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ, позволяющая обеспечить возможность идентификации и исправления периодических искажений в потоке обрабатываемой информации в реальном масштабе времени.3) Комплекс моделей взаимодействия мощных электромагнитных импульсов с элементами БЦВК для интеллектуального анализа и оценки устойчивости ихк деструктивному воздействию СК ЭМИ, учитывающие возможные вариантыреализации таких воздействий с учетом их амплитуды, фронта импульса и энергии, а также длин кадра и межкадрового интервала, с целью своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока.224) Методы интеллектуального анализа параметров искажений информационного потока в системе с учетом априорного опыта экспертов и возможности извлечения любых знаний с целью повышения достоверности оценки устойчивостиБЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ.5) Методы защиты БЦВК от воздействия СКИ ЭМИ на основе своевременного обнаружения фактов искажений информационного потока, позволяющие повыситьустойчивостьБЦВКиоптимизироватьсоотношение«стои-мость/эффективность» защиты.6) Методики проведения экспериментальных исследований БЦВК на воздействие преднамеренных СК ЭМИ, позволяющее формировать критерии оценкистойкости бортовых вычислительных комплексов с учетом требований к метрологическим, эксплуатационным и конструктивным характеристикам излучателей.7) Новая методология, направленная на решение проблемы обеспеченияустойчивогофункционированиябортовыхвычислительныхуправляющихкомплексов в условиях воздействия СК ЭМИ, позволяющая предотвращатьдеструктивное воздействие ЭМИ, включая минимизацию временных затрат навосстановление системы после сбоев.Материалы, представленные в диссертации, характеризуются общейнаправленностью разработок.

Они содержат совокупность новых научныхобобщений и отвечают задачам современного развития теории и практики вобластиобеспеченияэффективногофункционированиясовременныхиперспективных бортовых вычислительных комплексов в условиях воздействиясверхкоротких импульсных электромагнитных помех.Практическая значимость.Практическими результатами диссертационной работы являются:1. Комплекс методик проектирования интеллектуальной системы анализа иоценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ.2. Комплекс моделей взаимодействия СК ЭМИ с элементами БЦВК интегрированных в адаптивную многоуровневую систему обнаружения деструктивныхэлектромагнитных воздействий на элементы и узлы БЦВК.233.

Комплекс методик по оценке воздействия ЭМИ на кабельные линии иэлементы современных бортовых вычислительных комплексов.4. Требования к аппаратно-программным комплексам, обеспечивающимреализацию алгоритмов работы современных сетевых устройств БЦВК по передаче и обработке потоков цифровых информационных сигналов в соответствии ссовременными телекоммуникационными протоколами сетевого обмена.5.

Системные методы защиты бортовых вычислительных комплексов отСКИ ЭМИ с использованием структурно-функциональных и алгоритмическихподходов к построению системы защиты от воздействия импульсного ЭМИ и рекомендации по совершенствованию методов и средств защиты БЦВК от воздействия СК ЭМИ.6. Комплекс методик проведения экспериментальных исследований на воздействие преднамеренных сверхкоротких электромагнитных излучений на элементы и узлы БЦВК, позволяющий формировать программу проведения испытаний и критерии оценки стойкости бортовых вычислительных комплексов с учетом требований к метрологическим, эксплуатационным и конструктивным характеристикам излучателей.7. Обобщенная методика тестирования каналов передачи данных (на основе технологий Fast и Gigabit Ethernet) современных БЦВК в условиях воздействияСК ЭМИ.8.