Влияние навигационного обеспечения на эффективность управления

Управление - это тот процесс, от которого зависит своевременность и полнота выполнения поставленной задачи. Эффективность управления в любых условиях значительно возрастет при внедрении в систему управления современных интегрированных технологий. В условиях арктических просторов, отсутствия ориентиров и незнакомой местности важное значение приобретают технологии позиционирования и точного определения своего местоположения. Поэтому интеграция в систему управления навигационных технологий является актуальным направлением повышения её эффективности.

Показатели управления

Рассмотрим общие принципы управления. Для этого сформируем показатели качества системы управления (СУ) на основе её внутренних характеристик. Одной из таких характеристик является оперативность управления, под которой понимается способность СУ своевременно решать свои задачи, формировать и исполнять управлявшие воздействия, не допуская необратимых процессов. Необходимость в оперативном управлении обусловлена тем, что в процессе функционирования сети возникают проблемные ситуации, под которыми понимается несоответствие между фактическим и плановым состоянием объекта управления. Проблемная ситуация требует реакции СУ на её устранение, т.е. возникает необходимость решения задач оперативного управления.

Для решения таких проблемных ситуаций необходимо оперативно, точно и своевременно отслеживать состояние объектов, сокращая, таким образом, цикл управления и повышая достоверность информации. В настоящее время для этих целей широко внедряются интегрированные системы навигации, связи, управления (ИС НСУ), наблюдения, разведки и т.п.

Процесс управления начинается с момента выявления контролем проблемной ситуации и продолжается до момента её устранения. Этот отрезок времени называется циклом управления ( Т цу ) - это первая характеристика оперативного управления.

Составными частями (основными фазами) управления являются: время сбора информации ( t сб ); время принятия решения ( t пp.p ) и время восстановления ( t вост )

Т цу — t сб + t пр.р + t вост .

Время сбора информации включает в себя время контроля t к и время передачи информации t пер от контролируемых элементов на пункт управления (ПУ), в частности, полевой сетью связи t сб = t к + t пep .

Продолжительность цикла управления не должна превышать некоторой пороговой величины, по истечении которой может произойти срыв управления, т. е. ограничение на длитель- ность цикла управления может быть представлено в виде Тцу < Тдоп, где Тдоп - пороговое время, по истечении которого может произойти срыв управления.

Затраты времени на принятие решения и восстановление назовём временем реакции системы управления на проблемную ситуацию tp — tпр.р+ tвост.

Тогда длительность цикла управления определяется выражением

Т цу — t к + t пер + t p .

Учитывая случайный характер факторов времени, определявших состояние сети, запишем

Р оу = p ( Т цу <  Т доп ) >  p оп тр ,

где р оу - вероятность оперативного управления, показывающая с какой вероятностью время цикла управления, не превысит допустимое, приводящее к срыву управления.

Требуемая её величина для тактической зоны не должна быть ниже 0,9. Это вторая характеристика оперативности управления.

Требования к циклу управления

Обоснуем требования к циклу управления на основе теории массового обслуживания. Допустим, что используется одноканальная система сбора информации, интервалы времени исправного функционирования элементов сети являются независимыми, экспоненциально распределенными случайными величинами с интенсивностью выхода из строя элементов сети ν. Интервалы времени восстановления также независимы и экспоненциально распределены с интенсивностью восстановления элементов α. Тогда плотность распределения величины времени цикла управления ю( Тцу) имеет вид

” ) = fexp [-T ] , при Тцу > 0 цу)   [0,              при Тцу < 0,

где с - среднее значение интенсивности (частота) решения задач управления в единицу времени (частность решения задач).

Частность решения задач управления

c(Лt) = 2k   V а 7 {1 - e-(а+V)At} = 2к         {1 - et j,

(1 + v/ a)               '       (1 + p)2(            ’

где Л t - интервал времени, для которого рассчитывается с ; k - масштабный коэффициент, р = v/a - загрузка СУ сообщениями о состоянии объектов.

Тогда оперативность управления

цу

Рoy = f w (Тцу ) dt•                                   (6)

Интенсивность решения задач по управлению зависит от помехозащищённости и живучести элементов ИС НСУ (устойчивости), которая определяется их разведзащищённо-стью. Вероятность вскрытия её элементов можно оценить так

Рвскр (tвскр ^ At) = 1 - eXP(- Дt/tвскр ),

где Δ t – промежуток времени, за который определяется вероятность вскрытия, после которого последует активное воздействие противника.

Решив выражение (7) относительно Δ t и подставив его в выражение (5), получим выражение для частности решения задач управления

c ⁽ t BCKp ) = ² k ^“^ L ¹ - ехР { ^{(a + V )} t BCKP ^ln(1 - Р вскр ) } ] ■                      (8)

Анализ выражения (8) показывает, что частость решения задач СУ возрастает с повышением интенсивности воздействия противника ( р вскр ) и загрузки системы управления сообщениями о состоянии объектов (ρ).

Решение уравнений (6), (7) и (8) позволяют получить значение времени цикла управления элементами сети

T цу

- ^ln( Р оутр ) ₌ ___________________ — ^ln( Р оутр ) ___________________

^{C (Л} t )       ^{2 k} (1 + p)² [ 1 - ехр { ^{(a + V )}^скр ^ln(1 - Р вскр ) } ]

где p оу тр – требуемая вероятность оперативности управления; с (Δ t ) – среднее значение интенсивности решения задач управления за время Δ t .

Анализ выражения (9) показывает, что чем чаще решаются задачи СУ и жёстче требования к оперативности управления, тем короче должен быть цикл управления.

Таким образом, показатели оперативного управления зависят от вероятности вскрытия элементов системы, своевременной передачи сообщений и мобильности, а временные характеристики управления при этом определяются временем сбора информации о состоянии объектов управления и реакцией СУ.

Рассмотрим временные характеристики контура управления и определим влияние навигационных технологий на время цикла управления.

Время, необходимое для сбора данных

Оценка качества обслуживания осуществляется по результатам статистических измерений

(сбор информации), обеспечивающих решение задач управления. К статистическим методам измерения и обработки результатов предъявляются противоречивые требования – получить точную информации о состоянии (ситуации) элементов системы управления за минимальное время.

Как показывает опыт, сбор статистических данных для оценки состояния элементов управления системы требует значительных затрат времени. Для обоснования принципов оценки состояния элементов, определим время, необходимое для сбора статистических данных. Допустим, что на пункт управления поступает Y сообщений, каждое из которых может быть не своевременно доведено с вероятностью потерь р пот , тогда число сообщений, которое необходимо зарегистрировать при оценке состояния k -го элемента с заданной точностью оценки

Yk = Г2 (Y дов)

⁽¹ - P пот )

5 k ( х, У, z ) P пот

= Ф-1

1 _ ^{1 Y}doe     ⁽¹   р пот )

у       ²    ) ⁵н ⁽ X , У , z ) P пот

где Г² пот (γ дов ) = Ф^–1(1 – 0,5(1 – γ дов )) – гамма функция; Ф – интеграл вероятности; γ дов – значение доверительной вероятности; p пот – вероятность потерь (несвоевременное доведение); δ k ( x , y , z ) – относительная погрешность определения местоположения k -го подвижного объекта управления (точность оценки).

Анализ выражения (10) показывает, что чем хуже точность определения местоположения, тем больше требуется времени для сбора информации о состоянии объектов управления. Так, при р пот =0,1 повышение точности на один порядок уменьшает время сбора информации о состоянии объектов управления более чем в 6 раз.

Следовательно, требуемое время сбора информации о состоянии объектов при заданной достоверности передачи информации зависит от точности оценки состояния объекта.

Заключение

Таким образом, решение задач с использованием навигационных технологий повышает эффективность управления за счет многократного сокращения времени на сбор информации о состоянии объектов управления, улучшения точности определения местоположения подвижных объектов, оптимизации маршрутов движения с учетом комплексного воздействия противника и сокращение времени на установление связи с объектами, а также улучшает устойчивость функционирования элементов системы связи.

Результаты оценки цикла управления могут быть использованы для проверки корректности решения задач планирования и сравнения их с данными о качестве функционирования системы, полученными другими методами.