УДК 681.3

Е.И. Антипин

 

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ТИПОВЫМ НАБОРОМ СРЕДСТВ НАВИГАЦИИ

 

Ввиду сложности учета всевозможных факторов, влияющих на работу сложных информационно-управляющих систем (ИУС), вычисление эффективности остается актуальной задачей, требующей различных математических подходов. Над проблемой расчета эффективности работали: Шебшаевич В. С. [1], Ярлыков М.С. [2]. Формулы для инженерных расчетов показателей эффективности сложных ИУС предложил Марюхненко В.С. [3].

В связи с быстрым темпом роста сложности алгоритмов работы и аппаратурной реализации ИУС, ростом стоимости аппаратуры, расширением разнообразия условий эксплуатации, а также глубины последствий применяемых решений, задача расчета  эффективности сложных ИУС остается актуальной, в том числе и для комплексных навигационных систем (КНС).

Исходные данные. В типовой состав (КНС) подвижного транспортного средства может входить   k  навигационных систем и устройств (НСУ) [3]. При расчетах принимаем гипотезу, что в текущий момент времени  каждый из входящих в КНС элементов НСУ может находиться в одном из n=2 возможных состояний ­– исправном  и неисправном  [4]. Для этого формируется матрица состояний Н с полным перебором всех состояний

 

                                  (1)

где i=1,2,3, … , k – количество НСУ входящих в состав КНС; m=1,2,3, … , M – количество состояний КНС, определяемых по формуле

 

 M=2k.                                                         (2)

 

Столбцы Нm, m=1…512, матрицы H можно рассматривать как самостоятельные векторы, характеризующие m – ые состояние КНС.

Согласно исследованиям, выполненным в [4] общий и частные (в m – м состоянии КНС) показатели эффективности навигационного обеспечения ПТС по разомкнутой модели предлагается вычислять по формулам

 

                                  (3)

 

                                            (4)

 

где m – порядковый номер состояния системы (1≤m≤M); qm­ – весовые коэффициенты частных критериев эффективности; C0 – постоянная составляющая, которая вводиться для исключения отрицательных значений критерия эффективности Wm; Pm – вероятности состояний КНС; Im  – информативность навигационных измерений; Wоз.m – частный критерий эффективности КНС при решении основной задачи навигации; Эm  – эффективность решения дополнительных задач.

Постановка задачи. На основе исходных данных разработать программу расчета значения общего взвешенного вероятностно-информационного критерия эффективности навигационного обеспечения управляемых подвижных транспортных средств в реальном масштабе времени с учетом заданных числовых показателей  качества системы навигационного обеспечения подвижного транспортного средства с количеством средств навигации k=9.

Порядок составления программы.

По анализу исходных данных, очевидно, что расчет эффективности трудоемкая задача. Для этого целесообразно использовать ЭВМ.  В качестве среды реализации структурной схемы алгоритма расчета эффективности (рис.1) КНС выбран язык программирования Borland Delphi 7.0 [5].

Первым этапом предусматривается ввод исходных данных и проверку на правильность ввода. Формы ввода информации представлены на рис.3 и рис.4. Далее по формуле 2 вычисляется количество состояний М и формируется матрица Н (1).  

 

Рис.1. Структура алгоритма вычисления эффективности навигационного обеспечения

 

Таблица 1

№ 

Наименование операций

1.

Вычисление количества состояний M=nN 

2.  

Формирование матрицы H

3.  

Формирование векторов Hm, m=1,2,…,M

4.

Формирование матрицы  Qсб

5.  

Формирование матрицы  X

6.  

Формирование матрицы  Qсб.m, m=1,2,…,M

7.  

Формирование матрицы  Xm,  m=1,2,…,M

8.  

Вычисление частного показателя Wоз.m, m=1,2,…,M

9.  

Формирование вектора  Pm

10. 

Формирование вектора  Im

11. 

Формирование матрицы  B

12. 

Формирование матрицы  Kвт

13. 

Формирование вектора  Э

14. 

Формирование вектора  Эm

15. 

Вычисление эффективности навигационного обеспечения

16. 

Индикация промежуточных и конечного результата

17. 

Печать

 

Рис. 3. Форма ввода данных

Рис. 4. Заполнение расчетных данных

Матрица состояний Н формируется в цикле while (рис.2). Число циклов М соответствует количеству переходов состояний рассматриваемой  системы состоящей из элементов k. В цикле, изменяющийся от 1 до М с шагом 1, каждый порядковый номер состояния переводится  в двоичный код, c использованием операторов div (деление без остатка) и mod (получение остатка от деления), размерностью k и записывается в столбец матрицы.

 В каждом состоянии системы m индекс со значением «h» принимается за исправное состояние элемента i, а за « » принимается элемент, находящийся в состоянии отказа. Таким образам матрица Н самостоятельный вектор характеризующий m–ое состояние системы – от первого, когда все элементы работоспособны, до состояния М, когда все элементы системы находятся в состояние отказа.

Все расчеты критериев эффективности производятся для работоспособных элементов (рис.2) кроме расчета вероятности состояний, где элементы в состоянии отказа принимают значения вероятности отказа Q[i], а работоспособные элементы – вероятность безотказной работы P[i].

Рис. 2. Блок-схема алгоритма программы расчета эффективности КНС

 

Примечание к рис.2: k – количество систем комплексирования; M – количество состояний; P[i] – Вероятность безотказной работы; Q[i] – Вероятность отказа; Qсб.т[i] – Вероятность отсутствия сбоя; V[i] – Коэффициент пространственного использования рабочей зоны; Т[i] – Коэффициент временного использования рабочей. зоны; K[i] – Коэффициенты веса вторичных задач навигации.

 

Заключительным этапом работы программы является вывод результатов расчетов на экран и по рассчитанным данным построение графиков (табл.2, табл.3, рис.5):

Вероятность состояний системы P(m), показывает значение вероятности безотказной работы данной системы в каждом состоянии системы; эффективность решения основной задачи Wоз(m), показывает каким значением эффективности решения основной задачи обладает система в каждом из состояний; эффективность решения вторичных задач Эвт(m), отображает каким значением эффективности решения вторичных задач обладает рассчитываемая система в каждом из ее состояний; эффективность состояний системы W(m), отображает плотность распределения эффективности системы в каждом из рассчитанных состояний; анализ эффективности работы системы W2(m) (рис.5, табл.3) показывает основные значения эффективности W и входящие в эти значения номера и количество переходов состояний рассматриваемой системы.

 

Таблица 2

Рис.5. Эффективность состояний комплексной навигационной системы

 

Таблица 3

 

Таблица 4

Фрагмент разработанной программы

Код

Комментарий

for m:=0 to strtoint(z1) do

  begin

  ost[k]:=0;

  i:=0;                 

  i:=i+1;      

  ch:=m div 2;           

  ost[i]:=m mod 2;   

 

 

  while  ch>0 do        

          begin

           i:=i+1;       

           ost[i]:=ch mod 2;    

           ch:=ch div 2;      

           end;

 end;

 

 

– задание переменной для индекса двоичного числа;

 

– увеличение значения переменной на 1;

– целая часть числа при делении на 2;

– остаток  от деления при делении на 2 записываем в массив с индексом m, т.е. сразу с конца строки;

– до тех пор пока целая часть числа будет больше или равна 0, то;

– увеличиваем индекс на 1;

– вычисляем остаток;

– целую часть самого числа.

 

 

 

 

Таким образом, разработана, в соответствии с выбранной концепцией, программа расчета эффективности комплексной навигационной системы, которая позволяет в диалоговом режиме выполнить ввод исходных данных и в реальном масштабе времени производить расчет критерия и частных показателей эффективности, с индикацией или печатью результатов расчета в числовом  виде и в виде диаграмм.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С. Шебшаевича.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь. 1993. - 408 с.

2. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь. 1985. - 344 с.

3. В.С. Марюхненко Формирование взвешенного информационно-вероятностного показателя эффективности применения  комплексных навигационных систем подвижных транспортных средств. Авиакосмическое приборостроение. – 2011. – №4 – с.12 – 19.

4. Марюхненко В.С. Системный анализ навигационного обеспечения подвижных транспортных объектов: монография / В.С. Марюхненко; под ред. д–ра техн. наук, профессора Ю.Ф. Мухопада – Иркутск: изд–во ИрГТУ, 2008. – 80 с.

5. Фаронов В.В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня [Текст]: учеб. пособие / В.В. Фаронов. – СПб.: Питер, 2007. – 640с.