Государственное научное учреждение «ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИНФОРМАТИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ» (ОИПИ НАН БЕЛАРУСИ) Лаборатория идентификации систем № 222 ПРОТОТИП ПРОГРАММНОЙ НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДСИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ Прототип предназначен для отработки телеметрических технологий, методов и алгоритмов интеллектуального контроля и управления бортовыми подсистемами маломерных космических аппаратов (МКА, микроспутников). Задачей ППС-ТМК является обработка телеметрической информации, поступающей по космическому каналу связи от бортовых источников данных о состоянии подсистем космических аппаратов на основе технологий искусственного интеллекта для: 1) отработки технологий контроля состояния бортовых подсистем КА; 2) отработки технологий замкнутого управления измерительным оборудованием и бортовыми подсистемами МКА; 3) обнаружения и предсказания нарушений штатных режимов функционирования бортовых подсистем. Обработка и анализ научных телеметрических данных (в том числе ДЗЗ) в задачу прототипа не входит. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ В рамках ППС-ТМК рассматривается простая космическая система, состоящая из одного КА (БОРТ) и контрольно-измерительной станции (КИС).
СТРУКТУРА ПРОТОТИПА СОСТАВ ППС-ТМК состоит из: 1) имитационной программной системы (ПСБОРТ) 2) программной системы обработки и анализа телеметрической информации (ПС-КИС) 3) транспортной подсистемы (КАНАЛ). Имитационной программная система ПС-БОРТ моделирует поведение бортовых систем генерируя данные измерений различных физических параметров. Данные маркируются временными метками, которые вырабатываются имитационной моделью бортовой службы времени и упаковываются в пакеты пользовательского уровня. Программная система обработки и анализа ПС-КИС обеспечивает выполнение задач интеллектуальной обработки телеметрической информации о состоянии бортовых подсистем и принятие решений. Транспортная подсистема КАНАЛ обеспечивает выполнение базовых телекоммуникационных задач пакетной телеметрии — доставку пакетов пользовательского уровня обрабатывающей ПС, а также моделирует передачу данных по ненадежному радиоканалу.
Подсистема имитационного моделирования источников телеметрических данных ПС-БОРТ Подсистема имитационного моделирования источников телеметрических данных (сенсоров) предназначена для генерирования данных, поступающих от различных измерительных устройств на борту КА. Бортовая система, как источник взаимосвязанных в статистическом смысле телеметрических данных, может моделироваться несколькими способами: 1)на основе формального моделирования квазистационарных состояний и переходов из одного в другое; 2)на основе макрофизического моделирования бортовых подсистем. 3)на основе формального моделирования динамических нелинейных процессов. В каждом из этих случаев информация, составляющая суть модели хранится в базе данных имитационных моделей.
Макрофизическая модель Модель бортового телеметрического объекта (БТМО) представляется в виде элементарных компонент, во всех точках объема которых его макрофизические (термодинамические) свойства можно считать одинаковыми. Например, вытеснительная система из два баков с жидкостями (V_3, V_4) и двух баллонов с газом (V_1, V_2). Жидкости через регуляторы расхода G_1 и G_2 поступают в нагреватель. Измеряемые величины показаны красным, управляющие воздействия — синим. Зеленым показано взаимодействие с окружающей средой. Для каждой компоненты БТМО определяются уравнения состояния и уравнения переноса на основе термодинамической модели. В результате имеем имитационную модель, описываемую системой обыкнов. дифференциальных уравнений с нелинейными коэффициентами, решения которой относительно измеряемых значений формируют модельную телеметрию. К выходным данным добавляется модель погрешностей.
Модель квазистационарных состояний. Модель представлена набором состояний в N-мерном пространстве. Состояние определяется многомерным распределением значений сигнала. Для нормального распределения состояние задается средним значением и ковариационной матрицей. Среднее может с течением времени смещаться. Ковариационная матрица может изменяться. В частности, перед сменой состояний может расти дисперсия. Генератор 1. Возможность выбора распеределения из доступных в R. Данные выдает в зависимости от параметров конфигурации в сокет или стандартный поток. Управляется также из сокета или stdin/stdout. Генератор 2. Поддерживает на сегодня нормальное распределение. Позволяет менять ковариационную матрицу со временем по заданному закону. К нему разработан кластерный и нейросетевой анализаторы.
Пример работы генератора при N=2, M=5
Сигнал генератора и оценка
Транспортная подсистема КАНАЛ Подсистема включает имитационную модель радиолинии, а также программный интерфейс канального уровня стека протоколов телеметрии и телеуправления. Имитационная модель радиолинии состоит из кодера радиосигнала, декодера, а также подсистемы внесения искажений в передаваемые данные. Искажения, вносимые в передаваемые данные формируются отдельным процессом, настройка которого осуществляется с помощью коммуникационных механизмов операционной системы. Взаимодействие подсистем Подсистемы ППС-ТМК представляют собой независимые компоненты, взаимодействующие поверх естественных коммуникционных механизмов, таких как сообщения, каналы и сокеты. Для этого на каждом уровне предусматривается возможность инкапсуляции пакетов текущего уровня в пакеты коммуникционного механизма ОС. В рамках ППС-ТМК транспортный и сетевой уровни реализуются в свернутом виде, т. е. предполагается, что транспортное и сетевое соединения перманентно установлены поверх фиксированного (выделенного) звена связи. Никакого функционала маршрутизации, установления/завершения соединения и Qo. S не предусматривается. На данных уровнях реализованы только работа с пакетами поверх установленного соединения.
Скачать презентацию Государственное научное учреждение ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИНФОРМАТИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ
e72adf996314357fe1732093bd99a22d.ppt