Телемеханика. Телемеханика_4. Конспект лекций для студентов специальности 153 01 07 Информационные технологии и управление в технических системах
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
4.3.3. Системы передачи дискретной информации с ИОС-ОЖ. В систе- мах с ИОС решение на повторение или выдачу в ПИ комбинации (блока) при- нимается на передатчике по результатам анализа переданной комбинации, а также по информации о комбинации, принятой приемником системы по каналу обратной связи. Возможны различные варианты построения систем с ИОС. Рассмотрим простейший вариант. На рис. 4.7 и 4.8 приведены схема алгоритма и временная диаграмма ра- боты системы с информационной обратной связью. Полученная от ДИ комбинация записывается в накопитель и одновремен- но передается в канал связи. Принятая комбинация записывается в приемный накопитель. Следует заметить, что при приеме возможны два исхода – прием комбинации i a , идентичной переданной, и прием комбинации j a , отличаю- щейся от переданной. Принятая комбинация подвергается некоторому преоб- разованию, а результат преобразования ) ( i a f по каналу ОС посылается пере- датчику. Примером преобразования может служить линейное кодирование. В этом случае ) ( i a f будет вектором, компоненты которого являются избыточ- ными элементами кодовой комбинации, полученной кодированием i a (систе- мы с укороченной ОС). Известен частный случай, когда i i a a f = ) ( , т.е. когда по каналу ОС посы- лается обратно принятая комбинация. Системы, в которых i i a a f = ) ( , называ- ют системами со сравнением, или системы с обратной проверкой (системы с полной информационной связью). В передатчике системы из переданной комбинации также формируются ) ( 1 i a f , после чего производится сравнение и, если ) ( ) ( 1 i i a f a f = , принимается решение о правильности приема i a , а если ) ( ) ( 1 i i a f a f ¹ – решение о стира- нии i a на приеме и повторной передаче i a . Принятое решение по вспомога- тельному каналу (или по основному при принятии специальных мер разделе- 121 Рис. 4.7. Схема алгоритма работы системы с ИОС 1 1 1 f(1) f(1) 1 2 2 2 f(j) 2 2 f(2) f(2) 2 2 3 3 3 От ИИ Из накопителя Вход ДКС Выход ДКС Вход КОС Выход КОС Передача решения Прием решения ПИ t бл t t t t t t t t t t р t аи t ос t р t с t сл f(j) Рис. 4.8. Временные диаграммы работы системы передачи дискретной информации с ИОС 119 123 ния информации и сигналов) передается на приемник. При получении сигнала подтверждения правильности приема комбинации i a последняя передается в ПИ, а при приеме сигнала стирания – стирается. Структурная схема системы с ИОС-ОЖ представлена на рис. 4.9. Система работает следующим образом. По команде готовности блока управления (БУ) передатчика источник информации (ИИ) через ключ (К1) передает в дискрет- ный канал (ДКС) комбинацию из К разрядов. Эта комбинация одновременно запоминается в накопителе. Рис. 4.9. Структурная схема системы передачи дискретной информации с ИОС-ОЖ На приеме принятая комбинация записывается в накопитель и одновре- менно поступает в формирователь сигнала обратной связи (ФСОС). Пусть в системе применяется укороченная ОС. Тогда ФСОС формирует r проверочных разрядов, которые по каналу ОС (КОС) помещается на передающую сторону. Принятая на передающей стороне r-разрядная комбинация поступает на один из входов устройства сравнения (УС). На второй вход УС из кодера пере- датчика поступает соответствующая кодовая комбинация как результат коди- рования комбинации, хранящейся в накопителе. Таким образом, УС сравнивает поразрядно две r-разрядные комбинации соответствующие одной и той же ин- формационной k-разрядной последовательности. Если в результате сравнения окажется, что ошибка не обнаружена, то УС выдает соответствующий сигнал на блок управления, который в свою очередь даст команду формирователю ко- довых комбинаций (ФКК) передать в сторону приемника сигнал подтвержде- ния. После этого БУ разрешает ИИ выдать очередную комбинацию для пере- дачи в ДКС и стирает предыдущую в НК1. Получив подтверждение с выхода анализатора (А), формирователь сиг- нала «Норма» выдает команду на вывод информационной комбинации, храня- щейся в НК2, приемнику информации (ПИ) через К2 и приемник приступает к 124 приему из ДКС следующей комбинации, поступающей вслед за сигналом под- тверждения. Если же при сравнении в УС обнаружится ошибка. То УС дает соответ- ствующий сигнал БУ, который выдает команду ФКК на передачу в сторону приемника служебного сигнала стирания, вслед за которым из НК1 будет по- вторяться передача предыдущей комбинации. При этом К1 закрывается и бло- кируется поступление новой комбинации из ИИ. Получив сигнал стирание, А закрывает К2 и стирает хранящуюся в НК2 информацию, записывая туда же комбинацию, поступившую вторично за сигналом стирания. Снова произво- дится формирование сигнала ОС, который передается по КОС, и т.д. И так бу- дет продолжаться до тех пор, пока в приемник не поступит сигнал подтвер- ждения. При полной ИОС в приемнике и передатчике отсутствуют кодеры, и по обратному каналу на УС поступает вся информация, принятая приемником. Очевидно, что при полной ИОС обратный канал должен иметь такую же про- пускную способность, что и прямой. Из рис. 4.8 видно, что время ожидания СЛ C ОС АН Р ОЖ t t t t t t + + + + = 2 , где ОС t – длительность r-разрядной комбинации при укороченной ИОС или длительность К-разрядной комбинации при полной ИОС; СЛ t – длительность служебного сигнала, передаваемого по прямому ДКС. Таким образом, как следует из данного выражения, эффективность ис- пользования канала связи в системе с ИОС-ОЖ ухудшается при увеличении длины информационного блока и протяженности линии связи. 4.3.4. Сравнение систем передачи цифровой информации с РОС-ОЖ и ИОС-ОЖ. В системе с РОС по прямому каналу передается информация ком- бинации длиной n единичных элементов, а по каналу ОС – служебные комби- нации. В системе с ИОС по прямому каналу передаются информационные комбинации длиной К единичных элементов и команды решения по каналу ОС – проверочные комбинации длиной n-К или К единичных элементов. Выберем в качестве сравнения системы с РОС и ИОС, использующие помехоустойчи- вый код (n, K). Если каналы прямого и обратного направлений передачи оди- наковы и ошибки в них независимы, то вероятности трансформации провероч- ных разрядов в обоих каналах одинаковы. Поэтому обнаруживающая способность кода не зависит от того, где про- исходит сравнение проверочных разрядов: на передающей (в системе с ИОС) или на приемной (в системе РОС) стороне системы. Следовательно, при равной безошибочной передаче служебных сигналов системы с ИОС и РОС обеспечи- вают одинаковую вероятность передачи. Отсюда следует, что и среднее число повторных передач (переспросов) в обеих системах совпадает. 125 Средняя скорость передачи сообщений по прямому каналу в системах с РОС меньше, чем в системах с ИОС, поскольку в первых с каждым сообщени- ем длиной К дополнительно передается еще n-К=r проверочных единичных элементов. В системах с ИОС эти проверочные элементы передаются по об- ратному каналу. Если помехоустойчивость обратных каналов выше, чем пря- мого, то вероятность передачи в системах с ИОС также выше, чем в системах с РОС. Такое положение может иметь место, например, при передаче информа- ции с искусственного спутника Земли (ИСЗ) на Землю, когда обратный канал может быть организован с помощью мощного передатчика и высокоэффектив- ной антенны. В случае группирующихся ошибок в системах с ИОС часто воз- никает естественная (за счет разноса во времени передачи по прямому и обрат- ному каналу) декорреляция ошибок в прямом и обратном каналах. В системах с РОС информационные и проверочные символы передаются слитно и такая декорреляция отсутствует. Верность передаваемой информации в обоих типах рассматриваемых систем в значительной степени определяется свойствами вы- бранного кода, обнаруживающего ошибки. При пакетном распределении оши- бок верность определяется не только свойствами кода, но и временем блоки- ровки. Объясняется это тем, что приемник, обнаруживая первую ошибку паке- та, блокируется на h кодовых комбинаций, благодаря чему часть ошибок этого пакета им не воспринимается. Таким образом, увеличение емкости накопителя передатчика приводит к некоторому увеличению достоверности передачи. Од- нако при этом снижается пропускная способность системы, так как при запросе приемник блокируется на большее время. Не выгодны и короткие кодовые комбинации, поскольку для обеспечения заданных корректирующих свойств отношение К/n в них меньше, чем в длин- ных кодовых комбинациях, т.е. больше относительная адаптивность. Поэтому существуют оптимальные значения длин кодов, которые для каналов с опреде- ленными характеристиками и заданными скоростями модуляции обеспечивают максимальную скорость передачи информации. Исследования показали, что при заданной вероятности передачи опти- мальная длина кода в системах с ИОС несколько меньше, чем в системах с РОС, что удешевляет реализацию устройств кодирования и декодирования. Однако общая сложность реализации систем с ИОС больше, чем систем с РОС. Поэтому системы с РОС нашли более широкое применение. Системы с ИОС применяют в тех случаях, когда обратный канал может быть без ущерба для других целей эффективно использован для передачи комбинаций. В заключе- ние следует отметить, что при построении систем на микроконтроллерах во- прос о сложности может не ставиться, так как многие задачи при этом решают- ся программными методами, не усложняя аппаратуру ПК и КП. 4.3.5. Сравнение эффективности систем с РОС и исправлением ошибок кодом. Для сравнения систем введем коэффициент эффективности, учитывающий как полезный эффект (уменьшение вероятности ошибочного приема), так и затраты на его достижение: 126 ) / log( g a K ЭФФ = , (4.4) где КОРР ОШ ПР ОШ P P a / = – выигрыш в защите от ошибок; ПР ОШ P – вероятность ошибки при использовании простого кода; КОРР ОШ P , – вероятность ошибки при использовании корректирующего кода; C И g g g + = ; И g , С g – информационная и схемная избыточности соответ- ственно. Величина ПР ИЗБ И R R g / = определяется относительным снижением скоро- сти передачи за счет использования избыточного кода. При этом считается, что полоса канала остается неизменной. Схемная избыточность ) / ( 0 C C g ПД C m = , где ПД С – объем аппаратуры с применением корректирующего кода; 0 C – объем аппаратуры с применением простого кодирования; m – весовой коэффициент, позволяющий сравнить И g и С g по технико- экономическим показателям. Для кодов с исправлением ошибки K r K r K R R g ПР ИЗБ И / 1 / ) ( / + = + = = (4.5) Объем аппаратуры при использовании такого кода возрастает примерно в 1,5 раза [10]. Итак, 5 , 1 » C g Пример 4.1. Сравнить эффективность применения кода Хэмминга (7,4), обеспечивающего исправление одной ошибки, и системы с РОС. Примем, что ошибки независимы и 2 1 10 - = P . В случае простого кода 04 , 0 ) 1 ( 1 1 = - - = K ПР ОШ P P ; в случае кода Хэмминга 003 , 0 ) 1 ( ) 1 ( 1 1 1 1 1 » - - - - = - n n ИЗБ ОШ P nP P P Следовательно, выигрыш в верности 13 003 , 0 / 04 , 0 » = a При этом затраты увеличиваются на 75 , 1 4 3 1 1 = + = ÷ ø ö ç è æ + = K r g И ; 5 , 1 = C g Тогда 25 , 3 = + = C И g g g Отсюда коэффициент эффективности в случае применения кода, исправ- ляющего ошибки, 127 2 ) 25 , 3 / 13 log( ) / log( » = = g a K КОД ЭФФ Теперь рассмотрим эффективность применения системы с РОС. В этой си- стеме используются коды с обнаружением ошибок. Будем исходить из того, что ошибочно принятый знак поступит потребителю только в том случае, ко- гда ошибка на приеме не будет обнаружена. Известно, что вероятность обна- ружения ошибок корректирующим кодом гораздо выше, чем вероятность их исправления. Даже при независимых ошибках соотношение между этими веро- ятностями достигает нескольких порядков. Еще выше это соотношение при па- кетных ошибках. Поэтому величина а, определяющая полезный эффект, силь- но возрастает по сравнению с кодом, исправляющим ошибки. Естественно, что увеличиваются и затраты как в части дополнительного снижения пропускной способности за счет переспросов, так и за счет увеличения объема аппаратуры. Однако, как правило, выигрыш значительно перекрывает затраты. При использовании кода (7,4) в режиме обнаружения ошибок можно пока- зать, что обнаруживаются все одно-, двух-, пяти- и шестикратные ошибки, а также 80 % всех трех- и четырехкратных ошибок. Поэтому при 2 1 10 - = P веро- ятность необнаруженной ошибки будет равна 5 10 65 , 0 - × » ОШ Н P . Тогда 6000 10 65 , 0 / 04 , 0 5 » × = - a Рассмотрим затраты: ОШ И P N N N K r g × - + = ) 1 ( , где N – количество переданных сообщений; ) /( ОШ P N N N × - – количество сообщений подлежащих переспросу. В данном случае 07 , 0 ) 1 ( 1 1 = - - = n ОШ P P Следовательно 88 , 1 07 , 0 1 1 4 3 1 = ÷÷ ø ö çç è æ - ÷÷ ø ö çç è æ + = И g В этом случае 5 , 2 = C g , откуда 38 , 4 5 , 2 88 , 1 = + = + = C И g g g ; 2 , 10 ) 38 , 4 / 6000 log( ) / log( » = = g a K КОД ЭФФ Итак, по сравнению с системой связи, использующей для повышения до- стоверности код с исправлением одиночной ошибки, система с обратной свя- зью дает выигрыш 1 , 5 2 / 2 , 10 / = = КОД ЭФФ ОС ЭФФ K K раза. 4.3.6. Основные достоинства и недостатки систем с обратной связью. К ним можно отнести: 128 – приспосабливаемость (адаптация) к изменяющимся условиям канала, т.е. число повторения неправильно принятых комбинаций должно полностью определяться состоянием канала и автоматически поддерживаться на уровне, необходимом для достоверного прохождения сообщений; – возможность использования только кодов обнаруживающих ошибки; – простота схемной реализации кодирующих устройств по сравнению с устройствами, реализующими кодирование с исправлением ошибок. Единственным недостатком систем с ОС является уменьшение скорости передачи информации в тех случаях, когда ошибки отсутствуют, а обратный канал используется недостаточно эффективно, так как он предназначается только для коррекции ошибок. 5. БОРТОВАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Бортовые радиоэлектронные системы, используемые в настоящее время на летательных аппаратах различных типов, характеризуются высокой сложно- стью. Это объясняется тем, что резко возросла сложность задач, решаемых бортовыми радиоэлектронными средствами современных летательных аппара- тов. Как для беспилотных, так и для пилотируемых летательных аппаратов ха- рактерно то, что такие задачи, как управление полетом, наведения, навигация, контроль состояния бортовых систем и управление ими, которые ранее реша- лись на Земле или с ее участием, выполняются непосредственно на борту раз- личными радиоэлектронными системами. Успешное выполнение задач, стоящих перед бортовыми радиоэлектрон- ными системами летательных аппаратов, возможно при наличии соответству- ющей информационно-телеметрической системы, которая предназначена для сбора и представления разнообразной информации в процессе полета и ее рас- пределения между подсистемами летательного аппарата, подготовки необхо- димой информации для передачи на Землю и, если это требуется, для отобра- жения экипажу. При этом число разнообразных источников сообщений, ин- формация с которых контролируется информационно-телеметрической систе- мой, может достигать десятков тысяч, причем эти источники распределены во всем объеме, занимаемом летательным аппаратом [11]. Большое количество и рассредоточенность источников сообщений и бор- товых подсистем по всему объему летательного аппарата исключают возмож- ность использования отдельных проводных или кабельных связей для каждого источника и соответствующего потребителя информации прежде всего потому, что объем и вес требуемой кабельной сети становится непомерно большим. Кроме того, применение индивидуальных линий связи в каждой подсистеме затрудняет организацию их взаимодействия, монтаж, отладку и возможную модернизацию оборудования, создает большие трудности в наращивании ин- 129 формационно-телеметрической системы. Поэтому современные информацион- но-телеметрические системы летательных аппаратов строятся по магистраль- но-модульному принципу. Он состоит в том, что в бортовой части информаци- онно-телеметрической системы используется единая информационная маги- страль (или несколько магистралей), по которой производится необходимый обмен информацией посредством уплотнения каналов (мультиплексирования) этой магистрали. При этом элементы информационно-телеметрических систем выполняются в виде отдельных модулей, что позволяет упростить их монтаж, отладку, модернизацию и обеспечить легкость наращивания системы. Исполь- зование единой информационной магистрали придает гибкость структуре ин- формационно-телеметрической системы, упрощает организацию взаимодей- ствия подсистем, позволяет резко уменьшить вес, количество и суммарную длину проводных соединений. Другим важным принципом, используемым в современных информационно-телеметрических системах, является иерархиче- ский принцип. В соответствии с ним отдельные блоки системы объединяются на нескольких (обычно на трех-четырех) уровнях иерархии, причем один блок более высокого уровня иерархии управляет несколькими блоками нижестояще- го уровня, собирает от них и передает им необходимую информацию. Использование иерархического принципа организации преследует не- сколько целей. Они состоят в том, чтобы наилучшим образом распределить ре- сурсы системы, обеспечив наименьшую ее сложность, быстродействие и ем- кость памяти, и вместе с тем обеспечить необходимую оперативность и точ- ность анализа всей собираемой информации. Объем информации, собираемой на борту летательного аппарата информационно-телеметрической системы, весьма велик, и его непосредственная обработка, необходимая для формирова- ния на борту соответствующих управляющих сигналов, не может быть осу- ществлена. Однако собираемая информация в значительной степени избыточ- на. Избыточность имеет как статистический, так и программный характер. Статистическая избыточность вызвана тем, что сообщения, собираемые в процессе полета информационно-телеметрической системой, в большинстве своем нестационарны, и их информативность меняется во времени в довольно широких пределах. Поскольку изменение во времени этой информативности априорно неизвестно, то частота опроса источников сообщений выбирается исходя из их максимальной информативности, что и приводит к появлению статистической избыточности. Программная избыточность возникает тогда, когда информация от какого-либо источника совсем не требуется на данной фазе полета летательного аппарата, но, тем не менее, используемая программа опроса составлена так, что этот источник опрашивается. В современных информационно-телеметрических системах используются разнообразные методы уменьшения статистической избыточности, называемые методами сжатия данных, такие, как полиномиальное предсказание и интерпо- ляция, адаптивная коммутация и др. В частности, для многих технических па- раметров, контролируемых на борту летательного аппарата, достаточно осу- ществлять только текущий допусковый контроль, при котором посредством 130 сравнения текущего значения параметра с его верхним и нижним допуском выносится решение о том, «в норме» или «не в норме» этот параметр, Про- граммная избыточность устраняется соответствующим подбором программ коммутации источников. Использование иерархического принципа построения информационно- телеметрических систем позволяет осуществить устранение указанной выше избыточности непосредственно в местах сбора информации, не загружая ин- формационную магистраль и подсистемы, расположенные на более высоких иерархических уровнях, избыточной информацией. Для этого локальная группа источников, собирающих информацию с какого-либо агрегата или подсистемы летательного аппарата, объединяется в унифицированный блок – локальный элемент. В локальном элементе осуществляется представление информации, собираемой источниками, в стандартной цифровой форме, сокращение стати- стической и программной избыточности и уплотнение сообщений, собранных от обслуживаемых источников. Для устранения программной избыточности в блоке памяти локального элемента могут храниться несколько различных про- грамм опроса обслуживаемых источников, предусматривающих различные ча- стоты опроса и различный состав обслуживаемых источников. Выбор той или иной программы опроса может осуществляться по команде о более высокого иерархического уровня либо по команде с Земли. В памяти локального элемен- та хранятся также различные константы, необходимые для обеспечения его функционирования, такие, как допуски на параметры, подвергаемые допуско- вому контролю, значения апертур на параметры, подвергаемые полиномиаль- ному статистическому сжатию, и т. п. Как правило, в современных информационно-телеметрических системах используется временное уплотнение с незакрепленными каналами, т.е. времен- ное разделение каналов с кодовым признаком. Для осуществления ВРК – КП необходимо разравнивание во времени нерегулярного потока собираемой ин- формации, т.е. буферизация данных, для чего в составе локального элемента имеется соответствующее буферное запоминающее устройство. Кроме того, необходимо датирование собранной информации, для чего в локальном эле- менте генерируются соответствующие метки времени, обеспечивающие требу- емую точность временной привязки собранной информации. В локальном элементе может также осуществляться помехоустойчивое ко- дирование собранной информации, обеспечивающее ее защиту от внутриси- стемных помех и возможных сбоев в работе аппаратуры. При этом обычно ис- пользуются простейшие методы кодирования, позволяющие обнаруживать ошибки посредством контроля кодовых слов на четность (нечетность). Связь локальных элементов между собой и с вышестоящим иерархиче- ским уровнем осуществляется посредством информационной магистрали. Од- нотипные источники информации, обслуживаемые одним локальным элемен- том, могут быть объединены в несколько групп, каждая из которых составляет канальный элемент. Канальные элементы связаны между собой внутри локаль- ного элемента местной информационной магистралью. Технической основой 131 для построения локальных элементов в настоящее время являются однородные или унифицированные вычислительные элементы, реализуемые с использова- нием микропроцессоров. Таким образом, локальные элементы составляют второй уровень иерархии в системе информационно-телеметрического обеспечения, на котором осу- ществляется отбор и представление информации, собираемой на первом уровне иерархии – уровне источников информации. При этом объем информа- ции, поступающей с локального элемента на более высокий иерархический уровень, существенно меньше объема поступающей на него информации с низшего иерархического уровня. Тем самым освобождаются ресурсы более высокого иерархического уровня для решения более ответственных задач. На высшем уровне иерархии системы информационно-телеметрического обеспечения находится бортовая вычислительная система. На основе анализа данных о со- стоянии контролируемых подсистем и информации, получаемой от экипа- жа или наземного пункта управления, бортовая вычислительная система управляет информационным потоком в информационной магистрали и органи- зует работу локальных элементов путем задания порядка обмена информацией и программ опроса источников в локальных элементах. В большинстве случаев в бортовых вычислительных системах используются 16-разрядные (реже 32-разрядные) бортовые цифровые вычислительные машины производитель- ностью до 10 6 опер./с. При этом кроме задач информационно-телеметрического обеспечения бортовая вычислительная система выполняет и другие задачи, например, задачи управления полетом, наведения, навигации, диагностики бортовых подсистем и др. По типу организации вычислений бортовые вычис- лительные системы могут быть централизованными и децентрализованными. Первый тип организации бортовой вычислительной системы предполагает централизацию всех вычислительных функций в одной достаточно мощной бортовой вычислительной машине. Подобная централизация позволяет с мак- симальной эффективностью использовать имеющиеся вычислительные ресур- сы, однако в случае модификации или расширения функций системы требуется радикальный пересмотр используемого математического обеспечения, что со- пряжено с большими затратами времени и средств. Поэтому централизованные бортовые вычислительные системы применяют, в основном, там, где предпола- гается одноразовое использование математического обеспечения без модифи- каций в процессе эксплуатации, например в бортовых системах космических аппаратов. При организации бортовой вычислительной системы по децентрализован- ному типу вычислительные функции распределяются между несколькими бор- товыми вычислительными машинами, предназначенными для решения вполне определенных задач и работающими независимо. Это позволяет разрабатывать, отлаживать и модифицировать отдельные вычислительные машины одновре- менно и независимо друг от друга. Распределение задач по машинам произво- дится с учетом свойств задач и требуемой вычислительной мощности, и обыч- 132 но одной машине поручается ограниченный круг однотипных задач, что позво- ляет существенно упростить и снизить затраты на математическое обеспече- ние. Следует отметить, что затраты на математическое обеспечение могут в не- сколько раз превышать стоимость самих вычислительных машин, поэтому по- следнее обстоятельство является весьма важным. Кроме того, в децентрализо- ванных бортовых вычислительных системах можно использовать различные методы увеличения надежности и различные кратности резервирования от- дельных машин с учетом важности решаемых ими задач. Кроме того, при вы- ходе из строя одной или нескольких бортовых вычислительных машин их функции полностью или частично могут выполнить другие машины, что обес- печивает меньшую уязвимость бортовой вычислительной системы. Структурная схема, поясняющая рассматриваемую структуру бортовой информационно-телеметрической системы, представлена на рис. 5.1. Рис. 5.1. Структурная схема бортовой телеметрической системы Кроме рассмотренных выше локальных элементов (ЛЭ) и бортовой вы- числительной системы (БВС) в ее состав входит блок магнитной записи (БМЗ), в котором, в частности, записывается информация, предназначенная для пере- дачи на Землю во время отсутствия радиосвязи летательного аппарата с назем- ным пунктом управления. В случае пилотируемого летательного аппарата в состав бортовой инфор- мационно-телеметрической системы входит также блок контроля и индикации (БКИ), который обеспечивает экипажу наблюдение и управление работой от- дельных подсистем летательного аппарата, а также проведение необходимых экспериментальных исследований. В современных бортовых информационно- телеметрических системах летательных аппаратов блок контроля и индикации выполняется на многофункциональных дисплеях, что позволяет в значитель- ной степени решить проблему ограниченности объема кабины экипажа и 133 уменьшить нагрузку на экипаж, освобождая его от наблюдения за многими од- нофункциональными индикаторами. На экраны дисплеев от бортовой вычислительной системы выводится только та информация, которая имеет существенное значение или необходима в данной полетной ситуации, в частности, сигнальная информация о наруше- нии нормального функционирования отдельных подсистем и информация о наступлении важных событий в процессе полета. Используя органы управле- ния дисплеями, экипаж имеет возможность связаться с любой из подсистем ле- тательного аппарата, ввести в нее информацию, меняющую режим работы данной подсистемы, или вызвать на экран дисплея любую интересующую его информацию. Устройство сопряжения обеспечивает совместимость всех подсистем, вхо- дящих в состав бортовой информационно-телеметрической системы, а именно: совместимость форматов данных, обрабатываемых в каждой подсистеме, син- хронизацию, таймирование и координацию всех переключений. Таким образом, для выполнения задач информационно-телеметрического обеспечения летательных аппаратов совместно используются аппаратные и программные средства. При этом, несмотря на значительную стоимость мате- матического обеспечения, программная реализация часто оказывается более дешевой, чем то оборудование, которое понадобилось бы для решения анало- гичных задач. Система информационно-телеметрического обеспечения является одной из важнейших систем летательного аппарата, надежная и безошибочная работа которой является необходимым условием для выполнения полетных задач и обеспечения безопасности экипажа. Поэтому обеспечение высокой надежности системы информационно-телеметрического обеспечения представляет важ- нейшую проблему. Поскольку, несмотря на весьма высокую надежность эле- ментов, всегда существует ненулевая вероятность отказа или сбоя в системе, то система информационно-телеметрического обеспечения должна быть построе- на таким образом, чтобы она была в достаточной мере нечувствительна к неиз- бежным отказам и сбоям, или, как говорят, система должна быть толерантной. Для обеспечения толерантности системы используют разнообразные ме- тоды введения в нее избыточности, которую можно классифицировать как ап- паратурную, программную и временную. При аппаратных методах в аппарату- ру вводятся дополнительные элементы, блоки или устройства. К этим методам относятся, например, помехоустойчивое кодирование используемых в системе сигналов, внутрисхемное кодирование, позволяющее реализовать самокоррек- тирующиеся устройства, методы резервирования на различных уровнях (уровне элементов, блоков, устройств и систем), осуществляемое посредством их дублирования, троирования и т.п. Экономически наиболее целесообразно применять, возможно, более низкий уровень введения избыточности, поэтому при создании толерантных систем информационно-телеметрического обеспе- чения часто используют резервирование на уровне отдельных модулей и трои- 134 рование модулей с вынесением решения по большинству, т.е. с мажоритарной логикой. Введение программной избыточности осуществляется дублированием в памяти особенно важных данных и программ, применением различных тесто- вых и диагностических программ. Введение временной избыточности осуществляется повторением решения некоторых программ или их части, использованием решающей обратной связи, подтверждающей правильность принимаемой и обрабатываемой информации. |