Реализаций наиболее вероятных сценариев, учитывающих комплексное применение подводных лодок, надводных кораблей, средств гидроакустического противодействия и пр
| Вид материала | Документы |
- Кеннет Бийр Суда-ловушки против подводных лодок: секретный проект Америки, 8429.43kb.
- Тые годы прошлого века погибла одна из подводных лодок нашего флота, я узнал ещё, 487.36kb.
- Обзор материалов прессы, 480.67kb.
- И в области противодействия их незакон, 693.27kb.
- Hawk Происхождение «Черного Ястреба», 175.35kb.
- Многие воспитательные задачи наиболее успешно решаются при использовании средств эмоционального, 1381.57kb.
- Р. Р. Кадырова о состоянии работы по линии противодействия незакон, 86.85kb.
- Вид работ №30 «Монтаж, демонтаж строительных конструкций в подводных условиях», 16.72kb.
- Комплексное применение информационно-волнового метода физиотерапии на различных этапах, 570.75kb.
- Отчет ОАО «скбк», 35.27kb.
4.4 Выводы
1 Эффективная дальность стрельбы неизменно проявляет себя на всех 3-х рассматриваемых этапах развития БСУ как основная характеристика торпеды, определяющая ее боевую эффективность.
2 БСУ на всем рассмотренном интервале развития является слабым звеном (именно предельные значения ее характеристик ограничивают эффективную дальность стрельбы) в цепи основных торпедных систем ЭДК, БЗО, БСУ, формирующих функциональность торпеды и определяющих ее боевую эффективность.
3 Структура надсистем БСУ на данном этапе развития претерпела незначительные изменения. В частности, в надсистеме “корабль-торпеда-цель” возросло число средств ГПД до 2-х, которые одновременно может применить корабль-цель. Структуры надсистем БСУ эволюции торпед и РЭСТ практически не изменились. Однако, благодаря внедрению процессорных электронных и информационных технологий, содержимое компонент БСУ и ее надсистем изменилось кардинально. Аналоговую электронику большинства компонент вытеснили бортовые электронные цифровые решающие устройства, обладающие существенно большей информационной плотностью, чем аналоговые, благодаря чему произошло резкое возрастание информационного потенциала БСУ и ее надсистем, которое обусловило их совершенствование путем внедрения более мощных и совершенных алгоритмов, а также более информативной измерительной аппаратуры.
4 Поскольку развитие БСУ и ее надсистем подпитывается единым для них базисом, развитие их взаимообусловлено.
Основная составляющая функциональности БСУ совершенствуется в соответствии с развитием надсистемы “корабль-торпеда-цель” и на данном этапе развития позволяет торпеде осуществить самонаведения на корабль-цель в условиях акустических помех, организованных им применением до 2-х средств ГПД, по априорной информации о возможном положении корабля-цели, формируемой атакующим кораблем и корректируемой в процессе хода торпеды по каналу ТУ, а также возможностью дистанционного подрыва БЗО при прохождении торпеды вблизи корабля-цели. В случае большой степени неопределенности области возможного положения цели может быть осуществлен групповой торпедный залп, при котором каждой торпеде “делегируется” своя полоса ответственности. Отрицательное взаимное влияние ССН разных торпед в группе при этом устраняется разнесением их рабочих частот.
Развитие вспомогательной составляющей функциональности БСУ (проявляющей себя при функционировании системы РЭСТ) на данном этапе было направлено не только на увеличение объема и точности бортовых измерений, регистрируемых на магнитных информационных носителях с высокой плотностью хранения информации, но и на обеспечение автоматизации ввода и обработки зарегистрированных бортовых измерений в ЦВМ. Это позволило автоматизировать наиболее трудоемкие элементы технологии уточнения теоретико-экспериментальной модели функционирования БСУ, адекватность которой реальным процессам обусловливает качество реализации локальной обратной связи системы РЭСТ по качеству алгоритмов.
5 Развитие архитектуры БСУ на данном этапе проявляется в ее разделении на физический и информационный уровни (ранее архитектура БСУ характеризовалась только физическим уровнем). Это разделение произошло благодаря внедрению в процесс разработки БСУ информационных технологий, результатом применения которых является самостоятельный информационный продукт.
Благодаря внедрению бортовых цифровых решающих устройств, структурные изменения интенсивно протекают внутри составляющих БСУ компонент, но пока не затрагивают ее физический архитектурный уровень. Эта “структурная замороженность” физического архитектурного уровня обусловлена также отсутствием расширения на данном этапе развития номенклатуры подсистем БСУ и используемых ими физических полей. Изменения компонент при этом направлены, прежде всего, на упрощение их физического уровня, в частности, – электромеханических элементов в архитектурном слое датчиков. Это стало возможным, благодаря передачи части выполняемых ими ранее функций информационному уровню БСУ.
С ростом информационного потенциала, и, в связи с этим, сложности БСУ увеличивается число декомпозирующих слоев. В частности, на информационном архитектурном уровне появляется слой драйверов, выполняющий аналогичные функции функциям слоя устройств согласования физического архитектурного уровня БСУ.
6 Архитектуру электронного цифрового решающего устройства можно представить в виде универсальных компонентов (процессора, памяти данных, и пр.) и универсальных информационных коммуникаций, специализированных устройств ввода-вывода информации и компактной памяти инструкций, в которой сосредоточена информационная составляющая подсистемы, которую обслуживает данное решающее устройство. В электронных аналоговых решающих устройствах информационная составляющая была распределена по всему решающему устройству, что не обеспечивало высокого уровня потенциала гибкости БСУ.
Концентрация информационной составляющей БСУ в компактных компонентах памяти электронного цифрового решающего устройства при соответствующих конструкторских решениях, обеспечивающих технологичность оперативного к ним доступа, придает высокий потенциал гибкости всей БСУ. Увеличение степени гибкости БСУ позволяет расширить допуск на неопределенность ее информационной составляющей, проявляющуюся на этапе проектирования алгоритмов и устраняемую на этапе морских испытаний.
Резкое увеличение информационного потенциала БСУ на данном этапе развития позволяет увеличить объем технологической доли информационной составляющей БСУ, в частности, связанной со встроенным контролем торпеды, что делает менее острой проблему осуществления требуемой глубины контроля для обеспечения должного уровня надежности выстрела торпеды.
7 Архитектура физического уровня электронных цифровых БСУ содержится противоречивое решение по межсистемным связям, наследованное от архитектуры электронной аналоговой БСУ. Это решение по межсистемным связям является гармоничным распространением на системный уровень архитектуры электронных аналоговых решающих устройств, являющихся компонентами подсистем БСУ и предполагающих реализацию информационной составляющей в соответствующей специализированной системе связей. Электронное цифровое устройство предоставляет возможность отказаться от специализированной системы связей, заменив ее универсальными информационными коммуникациями, без оговорок на ограничения, налагаемые спецификой конкретных подсистем, а информационную составляющую БСУ распределить по компонентам памяти ее решающих устройств. Логично было бы распространить архитектурные решения электронных цифровых решающих устройств на системный уровень путем придания межсистемным связям БСУ универсального характера. В этом случае БСУ могла бы обладать всеми замечательными свойствами электронных цифровых решающих устройств, в частности, возможностью перепрограммирования и тестирования информационной составляющей БСУ с внешней аппаратуры, возможностью лабораторной ее отладки в реальном масштабе времени, и пр.
^ 5 Анализ эволюции БСУ на этапе
бортовых интегрированных систем управления (БИСУ)
(конец 1990-х – начало 2000 годов)
5.1 Историческая справка
В рассматриваемый период происходит модернизация и разработка сравнительно небольшой номенклатуры новых торпед. Причем при разработке всех современных торпед бортовые системы изменяются кардинально, в то время как их корпусно-механическая часть, как правило, лишь модернизируется. Примером может служить поиск путей развития торпедного оружия США, приведший к созданию торпеды МК54 калибра 324мм [Л5.1], пришедшей на замену самой массовой торпеды МК46. Первоначально торпеду МК46 предполагалось заменить торпедой МК50 с новым энерго-движительным комплексом и цифровой бортовой системой, но данный проект не был реализован из-за большой стоимости торпеды. Тогда и было принято решение создать торпеду МК54 на базе энерго-движительного комплекса торпеды МК46, обновив лишь БСУ. Бортовая система торпеды МК 54 содержит 24 сигнальных микропроцессора класса TMS 320C40, что обеспечивает трехкратное увеличение вычислительных ресурсов по сравнению с ресурсами наиболее “интеллектуальной” из цифровых - торпеды МК48 мод.6. Функциональная направленность развития БСУ при этом состоит в комплексировании навигационных и акустических информационных потоков с целью более эффективного решения задач распознавания цели и оптимизации траектории торпеды вблизи нее. Заметим, что характерной структурной особенностью современных торпедных БСУ является развитие в них вторичных подсистем, которые черпают подлежащую в них обработке (комплексированию) информацию не с измерительных датчиков (как первичные подсистемы), а с выхода первичных подсистем.
Во второй половине 1990-х годов интенсивно развивается концепция интеграции всех бортовых систем в единую систему. Известны работы, в которых интеграция охватила не только бортовые торпедные, но и корабельные системы, которые были объединены в единую корабельно-торпедную систему с изменяющейся в процессе подготовки и выполнения боевой задачи структурой. Так, осенью 1996 и весной 1998 годов [Л5.2] в акватории города Феодосии были проведены морские испытания экспериментального образца первой отечественной антиторпеды разработки ГНПП “Регион”, в которых разыгрывалась дуэльная ситуация между торпедой-целью и антиторпедой. Бортовые системы антиторпеды и торпеды-цели были разработаны по технологии бортовых интегрированных систем управления (БИСУ), обеспечивающих на борту этих изделий единое информационное пространство и информационный доступ через бортовые соединители ко всем системным ресурсам изделий. В качестве вычислительного ядра корабельно-торпедной системы использовалась ПЭВМ, установленная на корабле и подключенная к бортовым системам изделий по информационным каналам через бортовые соединители. В проводимом дуэльном эксперименте было очень важно обеспечить движение изделий в единой системе координат и в едином времени, в то время как опытовый корабль не имел необходимой для проведения эксперимента навигационно-управляющей системы. Задача была решена путем конфигурирования на информационном уровне корабельной навигационно-управляющей системы из ресурсов бортовых систем изделий и корабельной ПЭВМ непосредственно перед пуском. Сначала временно созданная система подготовила необходимые для пуска данные. Затем она была переконфигурирована в пусковую систему, в которую были введены полученные пусковые данные, и которая обеспечила проведение пусков антиторпеды и торпеды-цели по необходимой для осуществления дуэли программе.
Отечественные бортовые системы, создаваемые по технологии БИСУ, испытывались в 1999 году и позднее [Л5.3]. Они подтвердили высокие технические характеристики БИСУ, удобство экспериментальной отработки, эффективность выявления узких мест, оперативность обнаружения и исправления ошибок. В настоящее время технология БИСУ применяется для разработки большинства перспективных отечественных торпед. Концепция этой технологии, излагаемая в настоящем разделе, разрабатывалась на основе анализа динамики развития торпедных БСУ и современных тенденций развития элементного базиса.
5 Анализ эволюции БСУ на этапе
бортовых интегрированных систем управления (БИСУ)
(конец 1990-х – начало 2000 годов)
^ 5.1 Историческая справка
В рассматриваемый период происходит модернизация и разработка сравнительно небольшой номенклатуры новых торпед. Причем при разработке всех современных торпед бортовые системы изменяются кардинально, в то время как их корпусно-механическая часть, как правило, лишь модернизируется. Примером может служить поиск путей развития торпедного оружия США, приведший к созданию торпеды МК54 калибра 324мм [Л5.1], пришедшей на замену самой массовой торпеды МК46. Первоначально торпеду МК46 предполагалось заменить торпедой МК50 с новым энерго-движительным комплексом и цифровой бортовой системой, но данный проект не был реализован из-за большой стоимости торпеды. Тогда и было принято решение создать торпеду МК54 на базе энерго-движительного комплекса торпеды МК46, обновив лишь БСУ. Бортовая вычислительная система торпеды МК 54 содержит 24 сигнальных микропроцессора класса TMS 320C40, что обеспечивает трехкратное увеличение вычислительных ресурсов по сравнению с ресурсами современной “интеллектуальной” цифровой торпеды МК48 мод.6. Функциональная направленность развития БСУ при этом состоит в комплексировании навигационных и акустических информационных потоков с целью более эффективного решения задач распознавания цели и оптимизации траектории торпеды вблизи нее. Заметим, что характерной структурной особенностью современных торпедных БСУ является развитие в них вторичных подсистем, которые черпают подлежащую в них обработке (комплексированию) информацию не с измерительных датчиков (как первичные подсистемы), а с выхода первичных подсистем.
Во второй половине 1990-х годов интенсивно развивается концепция интеграции всех бортовых систем в единую систему. Известны работы, в которых интеграция охватывает не только бортовые торпедные, но и корабельные системы, которые объединяются в единую корабельно-торпедную систему с изменяющейся в процессе подготовки и выполнения боевой задачи структурой. Так, осенью 1996 и весной 1998 годов [Л5.2] в акватории города Феодосии были проведены морские испытания экспериментального образца первой отечественной антиторпеды разработки ГНПП “Регион”, в которых имитировалась дуэль между торпедой-целью и антиторпедой. Бортовые системы антиторпеды и торпеды-цели были разработаны по технологии бортовых интегрированных систем управления (БИСУ), обеспечивающих на борту этих изделий единое информационное пространство и информационный доступ через бортовые соединители ко всем системным ресурсам изделий. В качестве вычислительного ядра корабельно-торпедной системы использовалась ПЭВМ, установленная на корабле и подключенная к бортовым системам изделий по информационным каналам через бортовые соединители. В проводимом дуэльном эксперименте было очень важно обеспечить движение изделий в единой системе координат и в едином времени, в то время как опытовый корабль не имел необходимой для проведения эксперимента навигационно-управляющей системы. Задача была решена путем конфигурирования на информационном уровне корабельной навигационно-управляющей системы из ресурсов бортовых систем изделий и корабельной ПЭВМ непосредственно перед пуском. Сначала временно созданная система подготовила необходимые для пуска данные. Затем она была переконфигурирована в пусковую систему, в которую были введены полученные пусковые данные, и которая обеспечила проведение пусков антиторпеды и торпеды-цели по необходимой для осуществления дуэли программе.
Отечественные бортовые системы, создаваемые по технологии БИСУ, испытывались в 1999 году и позднее [Л5.3]. Они подтвердили высокие технические характеристики БИСУ, удобство экспериментальной отработки, эффективность выявления узких мест, оперативность обнаружения и исправления ошибок. В настоящее время технология БИСУ применяется для разработки большинства перспективных отечественных торпед. Концепция этой технологии, излагаемая в настоящем разделе, разрабатывалась на основе анализа динамики развития торпедных БСУ и современных тенденций развития элементного базиса.
^ 5.2 Разработка архитектуры современной БСУ
на основе анализа ее эволюции
В разделе 4 (4.4 п.7) отмечалось, что электронным цифровым БСУ присуще архитектурное противоречие, связанное с наследованием специализированных межсистемных связей от электронных аналоговых БСУ. Современная микропроцессорная электроника позволяет специфику этих связей учесть в памяти инструкций, а сами связи заменить универсальными информационными коммуникациями, что является гармоничным распространением архитектуры электронного цифрового решающего устройства на системный уровень. Проявление лояльности разработчиков к упомянутому противоречию можно объяснить сложившимися традициями по декомпозиции БСУ, предполагающими применение функционально-конструктивных методов, а также несовершенством (в то время) элементного базиса для решения подобных задач. Специализированные межсистемные связи обеспечивают четко регламентированные границы между подсистемами БСУ, что и предполагает применение функционально-конструктивных методов декомпозиции. Универсальные информационные коммуникации, напротив, объединяют решающие устройства всех подсистем БСУ в единую вычислительную сеть, что, с одной стороны, “размывает” границы между подсистемами БСУ, перенося их значительную часть в информационное сетевое пространство, а с другой стороны, требует освоение разработчиками новых, на то время, нетрадиционных подходов к разработке объединяемых в вычислительную сеть решающих устройств.
Если не связывать разрабатываемый с традиционным подходом к декомпозиции БСУ, предполагающим применение функционально-конструктивного метода декомпозиции, и учесть современные достижения элементного базиса, то, основываясь на результатах проведенного в разделах 2…4 анализа, можно предложить следующую концепцию формирования архитектуры современной БСУ.
Центральное место при формировании архитектуры современных БСУ занимают решающие устройства. Их архитектура определяет множество потенциальных архитектурных решений на системном уровне. Наиболее предпочтительной является архитектура системы, полученная распространением архитектурных решений решающего устройства на системный уровень, т. к. архитектура системной надстройки, в этом случае, является расширением архитектуры решающего устройства и не снижает потенциал его функциональности (в частности, свойство гибкости), а наследует его. Определим сначала архитектуру современного бортового решающего устройства, основываясь на современных достижений элементного базиса и на анализе динамики архитектуры его предшественников на всем интервале развития БСУ. Затем распространим его архитектурные решения на системный уровень.
Архитектурные схемы электронных аналоговых и цифровых решающих устройств (рисунки 3.9 и 4.6) фиксируют принципиальные архитектурные решения, являющиеся реакцией на скачкообразное развитие элементного базиса, выработанной эволюционным фильтром в процессе их развития в результате рационального выбора из многообразия всевозможных вариантов. Эти схемы отражают динамику механизмов обеспечения гибкости через придание группе элементов решающего устройства свойства универсальности. Так на этапе электронных аналоговых БСУ свойство универсальности решающего устройства (рисунок 3.9) проявлялось лишь на уровне несвязанных между собой унифицированных элементов – операционных усилителей. Элементы системы связей на всех уровнях были специализированными и жестко фиксировали в себе электронный аналог информационной составляющей БСУ. Т.е. информационная составляющая “растворялась” в пространстве всего решающего устройства. По этой причине свойство гибкости могло быть обеспечено лишь технологичностью конструктивного доступа к заранее предусмотренным компонентам, и то, - в крайне ограниченном объеме.
На этапе электронных цифровых БСУ на смену унифицированных элементов решающего устройства (рисунок 4.6) пришли универсальные элементы – процессор, оперативная память и универсальные информационные коммуникации. Универсальность при соответствующей функциональности этого крайне ограниченного и фиксированного числа элементов позволила трансформировать пространственный электронный аналог информационной составляющей БСУ, реализуемый в электронном аналоговом решающем устройстве, в последовательность выполнения посредством этих универсальных элементов заранее запрограммированных инструкций. Т.е. информационная составляющая сконцентрировалась во внешней по отношению к этим универсальным элементам памяти инструкций, носитель которой занимает (относительно габаритов решающего устройства) малые объемы. В результате, благодаря увеличению доли универсальных компонентов решающего устройства и концентрации информационной составляющей в малых объемах (микросхемах памяти), решения по обеспечению свойства гибкости данного класса БСУ оказываются существенно технологичней, чем для класса электронных аналоговых БСУ.
Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы. В процессе развития доля универсальных элементов решающего устройства растет, причем их функциональность ориентирована на уменьшение доли специализированных элементов, основными представителями которых являются носители информационной составляющей, что приводит к процессу концентрации информационной составляющей в малых объемах, несущественных по сравнению с габаритами всего решающего устройства. В результате информационная плотность, информационный потенциал и степень гибкости решающего устройства возрастают.
С момента преодоления субмикронными технологиями рубежа норм проектирования 0,6…0,8 мкм элементный базис предоставляет широкий выбор базовых элементов для создания современных бортовых решающих устройств. Это - сигнальные микропроцессоры со стандартным набором интерфейсов, позволяющих осуществлять скоростной информационный обмен между компонентами и самими решающими устройствами, электрически перепрограммируемые энергонезависимые элементы памяти, системы на кристалле, включающие в себя мощное перепрограммируемое микропроцессорное ядро, аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи, стандартные интерфейсы ввода-вывода и пр.
На основе результатов проведенного анализа и с учетом современных достижений элементного базиса архитектурную схему современного решающего устройства, отражающую изменение потенциала универсальности, можно представить в виде схемы (рисунок 5.1).
На архитектурной схеме:
- данное решающее устройство включает в себя только универсальные компоненты и коммуникации (этот качественный скачок стал возможным с появлением в элементном базисе высоконадежных микросхем перепрограммируемой энергонезависимой памяти и микросхем стандартных интерфейсов для удаленной высокоскоростной передачи информации),
- к минимуму сведена доля специализированных компонентов (к носителю памяти инструкций),
- носитель памяти инструкций вынесен во внешнюю по отношению к решающему устройству аппаратуру.
Основные отличия современного бортового решающего устройства от его прототипа, используемого на этапе электронных цифровых БСУ, состоят в следующем.
Первое, место жесткого (неперепрограммируемого) носителя памяти инструкций заняли микросхемы энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти, загружаемые с внешней аппаратуры, включающей в себя жесткий носитель памяти инструкций. В процессе нормального функционирования решающего устройства память инструкций хранится в микросхемах оперативной памяти инструкций и данных, предварительно загружаемой из внешней аппаратуры, либо из внутренней перепрограммируемой памяти инструкций. Перепрограммируемая память инструкций помимо временного (до очередного перепрограммирования) хранения инструкций, используется для обеспечения “живучести” БСУ в случае сбоев при боевом ее применении. При сбоях в режиме автономного функционирования БСУ оперативная память инструкций и данных перезагружается с перепрограммируемой памяти инструкций. Отметим, что в отличие от своих предшествующих образцов, в которых свойство гибкости обеспечивалось технологичностью конструктивных решений, в данном решающем устройстве осуществляется архитектурная поддержка свойства гибкости, т.е. его информационная составляющая может быть изменена во внешней по отношению к нему аппаратуре, без воздействия на его конструкцию.
Второе, вместо используемых ранее в решающих устройствах нестандартных (специализированных) элементов ввода-вывода, в данном решающем устройстве применены стандартные интерфейсные элементы ввода-вывода информации, обеспечивающие скоростной информационный обмен между решающими устройствами.
Третье, еще одной отличительной особенностью данного решающего устройства является возможность регистрации всех входящих в него и выходящих из него информационных потоков данных, благодаря введению в его структуру дополнительного компонента - энергонезависимой регистрирующей памяти. Воспроизведение с использованием данной памяти экспериментальной информации в лабораторных условиях позволяет воссоздавать работу решающего устройства, адекватную его функционированию в составе БСУ на испытаниях всех видов, что способствует повышению качества анализа функционирования системы. Такое решение дает возможность также отказаться от автономной бортовой системы измерений, требование независимости которой от других подсистем БСУ было ранее продиктовано традицией применения функционально-конструктивного метода декомпозиции.
Универсальные информационные коммуникации и система интерфейсов ввода-вывода информации современных бортовых решающих устройств позволяют объединить их в вычислительную сеть (рисунок 5.2) с общей памятью инструкций, вынесенной во внешнюю по отношению к вычислительной сети аппаратуру.
В вычислительной сети при обеспечении ее должными информационными коммуникациями можно образовать информационное пространство, единое для всех подсистем БСУ, в котором становится возможным реализация, так называемых, интегрированных алгоритмов, основанных на объединении информационных потоков разных измерительных систем и датчиков. По этой причине БСУ, в основе которой используется вычислительная сеть с единым информационным пространством, здесь и далее будем называть бортовой интегрированной системой управления (БИСУ).
Распространение на системный уровень (рисунок 5.3) архитектурных решений решающего устройства и вычислительной сети БИСУ (ВС БИСУ) позволяет полностью отказаться от специализированной системы связей. Напомним, что в ближайшем прототипе БИСУ – электронных цифровых БСУ на системном уровне сохранилась специализированная система связей, являющаяся носителем определенной доли информационной составляющей БСУ. В БИСУ все информационные коммуникации носят универсальный характер и предназначены для информационного обмена абонентов (вычислительных компонентов) вычислительной сети между собой и связи их с внешней аппаратурой. В этих информационных коммуникациях может циркулировать информация с разным смысловым наполнением, зависящим от решаемой в конкретный момент задачи. Информация может представлять собой команды, адреса, параметры обрабатываемых сигналов, и пр.
БИСУ, архитектурная схема физического уровня которой приведена на рисунке 5.3, декомпозирована на ВС БИСУ и измерительно-исполнительные тракты (ИИТ), состоящие из устройств согласования УС и датчиков, либо исполнительных механизмов ИМ. Причем в основе устройств согласования лежат микропроцессорные элементы, придающие ИИТ свойство гибкости и возможность подключения к ВС БИСУ через используемые в ней стандартные интерфейсы. Сама ВС БИСУ подключается к внешней аппаратуре также через стандартный, принятый в системах корабля для информационного обмена с торпедой, интерфейс.
Определяющей характеристикой архитектуры системы является ее эволюционная стабильность (нечувствительность архитектуры к эволюции элементного базиса на достаточно протяженном интервале времени). Определяющей эта характеристика является, поскольку архитектура системы определяет концепцию проектирования, разработки, экспериментальной отработки, изготовления и эксплуатации системы, как следствие - инфраструктуру ее создания и эксплуатации, являющуюся громоздким, дорогостоящим и инерционным звеном, реализация которого после затратных проб и ошибок может быть отвергнута фильтром эволюции из-за архитектурного несовершенства системы.
Если не налагать жестких ограничений на тип применяемых в БИСУ интерфейсов (развитие которых в настоящее время очень динамично) и жестко ограничить перечень предъявляемых к ВС БИСУ и ИИТ архитектурных требований, то предлагаемая архитектура представляется эволюционно стабильной.
Ограничим архитектурные требования к ВС БИСУ и ИИТ следующим перечнем.
1 ^ ВС БИСУ должна располагать единым информационным пространством. Выполнение данного требования отрицает применение специализированной вычислительной сети, физические связи между вычислительными компонентами которой определяются реализуемым в ней конкретным алгоритмом, и предполагает применение универсальной вычислительной сети. ВС БИСУ позволяет обеспечить:
- независимость физического и информационного уровней БИСУ (цель – обеспечение возможности эффективного применения принципа декомпозиции-субоптимизации при создании сложной технической системы, каковой является ВС БИСУ),
- разбиение БИСУ на подсистемы и организацию связей между ними на информационном уровне БИСУ (цель – концентрация проблемных задач в информационном пространстве, позволяющим осуществлять на этапе экспериментальной отработки БИСУ и торпеды исправление ошибок проектирования с малыми затратами, в том числе ошибок, связанных с декомпозицией информационной составляющей БИСУ, что практически не снижает эффективности применения принципа декомпозиции-субоптимизации, несмотря на зависимость между собой декомпозируемых информационных компонентов информационной составляющей БИСУ).
2 ^ ВС БИСУ должна иметь согласованный с пусковой аппаратурой корабля интерфейс, позволяющий осуществлять в составе торпеды помимо информационного обмена данными с кораблем многократную запись и перезапись в энергозависимые и энергонезависимые носители памяти программного обеспечения, загружаемого с внешней по отношению к торпеде аппаратуры. Выполнение данного требования необходимо для обеспечения:
- гибкости и модернизируемости БИСУ (цель – обеспечение в рамках располагаемого информационного потенциала БИСУ возможности малозатратного исправления ошибок проектирования на этапе экспериментальной отработки БИСУ и торпеды, и осуществления малозатратной модернизации на этапе эксплуатации торпеды),
- высокой степени контролепригодности торпеды благодаря применению подхода, основанного на локальном тестировании и диагностики неисправностей каждого элементарного (неделимого и программно доступного) компонента аппаратуры БИСУ, требующего осуществления многократной (без запоминания в энергонезависимых элементах памяти ВС БИСУ) перезагрузки ВС БИСУ локальными и комплексными тестами (цель – увеличение вероятности безотказного функционирования БИСУ в режиме боевого применения торпеды).
3 ^ ВС БИСУ должна обеспечивать регистрацию всех входных в нее и выходных из нее информационных потоков. Выполнение данного требования позволяет осуществлять:
- анализ результатов функционирования ВС БИСУ, полученных на морских испытаниях, путем воспроизведения функционирования ВС БИСУ в лабораторных условиях, адекватных условиям морских испытаний, как в реальном, так и произвольном масштабах времени,
- уточнение с использованием зарегистрированных экспериментальных данных математических моделей функционирования торпеды и ее систем, а также проверку адекватности этих моделей реальности.
4 ИИТ должен разрабатываться на микроконтроллерной основе (системе на кристалле), позволяющей осуществлять многократное ее перепрограммирование. Выполнение этого требования позволяет обеспечить:
- независимость физического и информационного уровней ИИТ (цель – обеспечение возможности эффективного применения принципа декомпозиции-субоптимизации при создании сложных ИИТ),
- выполнение необходимых условий для реализации свойств гибкости и модернизируемости ИИТ.
5 Устройство согласование ИИТ должно обеспечивать встроенный контроль датчика (исполнительного механизма). Выполнение этого требование позволяет создать необходимые условия для обеспечения должной глубины контроля (цель - обеспечение заданного уровня вероятности безотказного функционирования ИИТ в режиме его боевого применения).
6 ИИТ должна иметь согласованный с ВС БИСУ интерфейс, позволяющий осуществлять помимо информационного обмена данными с ВС БИСУ многократную запись и перезапись в энергозависимые и энергонезависимые носители памяти микроконтроллера ИИТ программного обеспечения, загружаемого с внешней по отношению к ИИТ аппаратуры. Выполнение этого требования позволяет обеспечить:
- гибкость и модернизируемость ИИТ (цель – обеспечение в рамках располагаемого информационного потенциала ИИТ возможности малозатратного исправления ошибок проектирования на этапе его экспериментальной отработки автономно и в составе торпеды, и осуществления малозатратной модернизации на этапе эксплуатации торпеды),
- высокую степень контролепригодности ИИТ благодаря возможности его дистанционного тестирования через ВС БИСУ в составе торпеды (цель – обеспечение заданного уровня вероятности безотказного функционирования ИИТ в режиме боевого применения торпеды).
Предлагаемые архитектурные решения позволяют вести независимую разработку и экспериментальную отработку ВС БИСУ и ИИТ.
Подходы к экспериментальной отработке ИИТ определяются в основном спецификой применяемых в них датчиков (исполнительных механизмов), возможностями имитации физической среды их функционирования и сигналов, располагаемыми математическими моделями. Несмотря на сложность некоторых трактов, например, акустического тракта дальней зоны, они могут пройти полный цикл экспериментальной отработки в рамках наземных лабораторно-стендовых испытаний. Это реально, поскольку практически во всех случаях наземной отработки удается осуществить механический, электрический и информационный доступы ко всем элементам ИИТ, сформировать все необходимые тесты и провести все необходимые измерения. В общем случае для осуществления экспериментальной отработки ИИТ применяются стенды (рисунок 5.4), в основе которых лежат имитатор соответствующего конкретному ИИТ физического поля и сигналов, и имитатор информационного взаимодействия с ВС БИСУ. Применение в ИИТ стандартного интерфейса позволяет осуществить разработку имитатора информационного взаимодействия с ВС БИСУ с малыми затратами, сведя ее к комплексированию аппаратной части и большой доли программного обеспечения из стандартных компонентов и к созданию оригинальной части имитатора в виде программного продукта, соответствующего специфике конкретного ИИТ.
При экспериментальной отработке ВС БИСУ могут быть использованы информационные имитаторы ИИТ (рисунок 5.5), подключаемые через соответствующие адаптеры, как и сама ВС БИСУ, к персональному компьютеру. Весь цикл экспериментальной отработки физического уровня ВС БИСУ может быть осуществлен в лабораторных условиях. Его реализация зависит лишь от эксплуатационных требований и не зависит от специфики функционирования внешних по отношению к ВС БИСУ систем. Напротив, качество экспериментальной отработки информационной составляющей ВС БИСУ, в которой реализуются все алгоритмы функционирования торпеды в составе надсистемы “корабль-торпеда-цель”, зависит от специфики функционирования внешних по отношению к ВС БИСУ систем, прежде всего, динамики и акустики надсистемы.
Задачи уточнения и подтверждения адекватности моделей этих надсистем реальности представляются наиболее сложными, поскольку их решение предполагает проведение и получение экспериментальных данных морских испытаний торпеды, условия проведения которых в максимальной степени должны быть приближены к условиям функционирования надсистемы “корабль-торпеда-цель”. В данном случае морским испытаниям альтернативы нет, поэтому архитектурные решения и требования к ВС БИСУ (пункты 1…3 настоящего раздела), ориентированные на снижение затрат на разработку и экспериментальную отработку современной БСУ и диктуемые ее надсистемой РЭСТ, являются принципиальными и актуальными.