Иерархические структуры в навигационных комплексах

Навигационные комплексы с иерархической структурой отличаются развитой системой адаптации, самосовершенствования и искусственного интеллекта. Каждый уровень иерархии решает определенную задачу и включает в себя ряд взаимосвязанных подсистем модулей: датчики измерительной информации, модели (алгоритмы) решения задач и задатчики априорной информации. Объем измерительной и априорной информации на каждом уровне иерархии должен быть таким, чтобы обеспечить решение определенной задачи при условии возможных помех и изменения надежности функционирования. Чем выше уровень иерархии, тем сложнее и интеллектуальнее решаемые задачи.

Каждый вышестоящий уровень является управляющим (командным) по отношению к нижестоящим, причем прямой и обратный потоки информации позволяют оценить результаты решения задач каждого уровня, внести соответствующие поправки, уточнить и оптимизировать программы действий. Если измерительная информация получается с помощью отдельных навигационных устройств или датчиков информации, то все виды априорной информации и содержание моделей задаются человеком-оператором при наземной подготовке ПК, а затем корректируются в полете.

Отметим некоторые функциональные особенности уровней иерархии на примере гипотетической схемы, представленной на рис. 6.

Низший уровень иерархии I включает в себя совокупность навигационных устройств, осуществляющих непрерывные измерения физических величин, связанных различным образом (методы навигационных измерений) с искомыми навигационными параметрами вектора состояния.

Навигационные устройства содержат датчики контроля состояния, дополнительная информация от которых используется для обеспечения надежности измерений. Сигналы от датчиков контроля используются и на более высоком уровне иерархии (IV) для изменения параметров схем и перестройки структуры НК с целью сохранения надежности и живучести комплекса при выходе из строя его модулей.

Принцип интегрального использования навигационных устройств предполагает, что по своему количеству и назначению они полностью удовлетворяют информационные потребности НК, объем резервирования (измерение одной физической величины разными методами) и дублирования (применение одинаковых параллельно включенных устройств) обеспечивает заданный уровень надежности, а обмен информацией между устройствами позволяет скомпенсировать методические погрешности измерений без привлечения вышестоящих уровней иерархии ПК.

Учитывая, что на каждом уровне иерархии объем решаемых задач и потоки информации также ограничены в определенных пределах, это создает условия для применения таких же ЭВМ на всех уровнях иерархии НК. Следовательно, иерархическая структура НК позволяет перейти от систем с централизованным интеллектом к системам с распределенным интеллектом, обеспечивающим более рациональное и эффективное использование вычислительной техники.

Уровень иерархии II включает в себя систему формирования вектора навигационного состояния летательного аппарата на основе информации, получаемой от I уровня иерархии и собственных источников: задатчиков априорной информации и задаваемой модели динамики движения объекта.

Устранение погрешностей вектора навигационного состояния, а также привлечение некоторой дополнительной информации, получаемой в результате использования навигационных корректоров, и корреляционной обработки сигналов, производится на III уровне иерархии НК. Этот уровень является важнейшим, так как он обеспечивает высокую точность навигационных измерений на основе использования статистической обработки информации.

Для этого потоки навигационной информации, получаемые со II уровня иерархии, совместно с сигналами от навигационных корректоров III уровня иерархии (радиотехнических, астрономических, геомагнитных и др.) создают такой информационный избыток, который позволяет применить современные стохастические методы фильтрации и сглаживания погрешностей (например, методы Калмана-Бьюси и др.).

Этот уровень иерархии кроме надежности обеспечивает адаптацию НК к реальным условиям полета. Для этого используются дополнительные датчики, контролирующие внешние условия полета, влияющие на работу навигационных устройств (потеря видимости ориентиров, появление радиопомех и т. п.).

Современное состояние развития кибернетики и микроэлектроники позволяют воссоздать в НК более высокие уровни иерархии – системы самосовершенствования (V уровень) и искусственного интеллекта (VI уровень).

Система самосовершенствования в качестве источников информации использует разностные сигналы датчиков информации НК, модели оптимизации структуры, прогнозирования и развития. На этом уровне иерархии осуществляется корреляционная обработка разностных сигналов и их запоминание, выявляются новые зависимости, закономерности и явления, которые могут быть использованы для увеличения размерности вектора навигационного состояния, получения дополнительной (в основном, градиентной) навигационной информации, повышения точности, автономности и надежности измерений. Накопление статистических сведений и их обработка позволяют организовать процесс самообучения НК.

Система искусственного интеллекта на основе моделей оптимального поведения, информации об экстремальных ситуациях проводит оценку качества выполнения задач по управлению ЛА, принимает необходимое решение и формирует управляющее воздействие.

На пилотируемых летательных аппаратах высшей ступенью иерархии является человек-оператор (экипаж летательного аппарата). При взаимодействии с НК человек-оператор получает через систему отображения информации сведения о ходе решения задач навигации на всех уровнях иерархии, а также информацию о состоянии окружающей среды и летно-тактической обстановке. В результате осмысливания этой информации он принимает решения, которые затем реализует через систему управления НК.

Рис. 6. Структура иерархической системы получения и обработки информации в навигационном комплексе

Рассмотренная структурная схема НК (см. рис. 6) носит обобщенный характер, и ее техническая реализация допускает большое число вариантов. Выбор оптимального варианта, наиболее полно удовлетворяющего потребностям конкретных видов летательных аппаратов и совокупности критериев качества, может быть выполнен на основе системного метода разработки или с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР).

Задание

1. Изучить классификацию современных навигационных комплексов.

2. Изучить основополагающие закономерности построения навигационных комплексов.

3. Рассмотреть модули, составляющие навигационный комплекс.

4. Изучить иерархическую структуру навигационных комплексов.