Материал: Системный подход при проектировании радиосистем

Усложнение проектируемых PC предъявляет высокие требования к квалификации радиоинженеров. Современный радиоинженер должен обладать глубокими знаниями в области математики, физики, в своей узкой профессиональной области и быть эрудированным в смежных областях радиоэлектроники. Он должен умело сочетать теоретические методы исследования с экспериментальными, работу на ЭВМ с личным творчеством, обладать качествами ученого, инженера и организатора.

Эффективность является важнейшей и наиболее общей характеристикой различных радиосистем (PC), Оценка эффективности осуществляется с помощью специальных критериев. Выбор критериев является одним из основных моментов при решении любых задач, основанных на количественной оценке эффективности технических средств и методов их использования.

Эффективность любых PC - определяется назначением, а также результатами использования по назначению и затратами на их создание и эксплуатацию. В этой связи показателя, предназначенные для использования в качестве критериев эффективности PC, должны в общей случае содержать в своем составе параметры или характеристики, описывающие назначение, результаты применения, а также затраты на их создание и эксплуатацию.

При формировании критериев эффективности широкое распространение получила концепция задачи об оптимальном распределении ресурсов, разработанная в теории потенциальной эффективности. Две модификации этой задачи (прямая и обратная) позволяют охватить самые разнообразные случаи оптимизации PC и на их основе сформировать критерии общей эффективности в следующей редакции:

а) максимизация технической эффективности W при фиксированных затратах С

W → W_max; C ≤ C_доп.;

б) минимизация затрат С при фиксированной технической аффективно сти

C → C_max; W ≤ W_доп.

Пригодность того или иного представления критерия эффективности зависит от степени его адекватности реальной обстановке.

С целью обеспечения высокого уровня адекватности критерия технической эффективности РС современным требованиям, предъявляемым при их проектировании, воспользуемся для его формирования известными принципами оценки эффективности радиоэлектронных средств.

Для детального представления критерия W необходимо учитывать характер функционирования исследуемых PC. В наиболее общем виде показатель W характеризуется результатами выполненных операций

= K₀W₀,

где W₀ - среднее значение результата применения PC в операции (сеансе наблюдения);

K₀ - количество выполненных операций (сеансов наблюдения).

Количество выполняемых в РС операций может быть определено из соотношения

K₀ = ,

где K_ис - коэффициент использования РСПОИ по назначению;_оп - технический ресурс РС;

Т_р - продолжительность выполнения одной операции (например, оценки j-го параметра сигнала);

K_ис = ,

где Т_и - продолжительность использования РС по назначению; T_п - продолжительность работы РС при проведении профилактических мероприятий.

При фиксированном количестве выполняемых в РС операций (K₀ = const) величина показателя W может изменяться только за счет изменения среднего результата отдельной, операции W₀.

В ходе дальнейшего изложения основное внимание уделяется обсуждению показателя W₀. При этом правомерно критерий W₀ оценивать внешними параметрами, характеризующими результаты применения РС в операции.

Выбор внешних операций определяющих W₀, а следовательно и W, для каждого вида РС имеет свои особенности. Вместе с тем, можно указать и ряд общих положений, которые могут быть использованы при определении критерия эффективности для различных PC. К числу исходных данных, определяющих состав и значения показателя W различных PC, следует отнести наличие схемных и конструктивных особенностей, обусловленных специфичностью плана использования их по назначению и совокупностью условий, в которых они применяются.

Для количественной оценки эффективности функционирования PC используются технические характеристики {l₁; l; l_n}.

Для описания результатов использования средств в соответствующих условиях применяются характеристики, называемые тактическими {А₁, А₂, …, A_j, …, А_n}.

Любая j-я тактическая характеристика описывает некоторую совокупность свойств PC в тех или иных условиях

A_j = A_j(l_j1; l_jn; b_j1; …; b_jk; g_j1; …; g_jm),

где { b_j1; …; b_jk} - совокупность характеристик, описывающих план использования PC;

{ g_j1; …; g_jm} - совокупность характеристик, описывающих условия использования РС.

Совокупность тактических характеристик полностью описывает результат использования PC в заданных условиях, и при этом показатель W различных PC в общем виде может быть определен как

W = W(l₁, …, l_n; b₁, …, b_k; g₁, …, g_m)

Исходя из вышеизложенного следует, что все виды критериев технической эффективности автономных PC могут быть определены с помощью характеристик, описывающих назначение и результаты использования их по назначению.

В связи с тем, что радиосистемы первичной обработки информации (РСПОИ) являются составной частью различных РС, их следует отнести к группе неавтономных технических средств РС, как правило, предназначенных для решения совокупности задач, которые является компонентами более сложных задач, выполняемых комплексами или станциями т.e. РСПОИ является элементами различных радиосистем обработки информации (РСОИ).

Принципы определения и использования критериев эффективности неавтономных средств, входящих в состав РСОИ (комплексов или станций), имеют некоторые особенности. Эти особенности обусловлены тем, что технические и тактические характеристики неавтономных средств, являются недостаточными для объективной оценки критериев W₀, и W, а следовательно, и для решения тех задач, в которых есть необходимость их использования.

Связано это с тем, что критерия W₀ и W неавтономных средств зависят не только от параметров, характеризующих непосредственные результаты их использования по назначению, но и от результата использования системы более высокого ранга, в состав которой они входят. Техническая эффективность РСПОИ при этом характеризуется ее вкладом в успешное решение задачи, стоящей перед РСОИ. Для оценки этого вклада могут быть использованы различные параметры РСПОИ.

РСПОИ характеризуется внешними и внутренними параметрами. Внешние параметры описывают РСПОИ как подсистему комплекса радиоконтроля (РК) и к ним относятся:

n_ф - количество оцениваемых в РСПОИ информационных параметров сигналов;

a_i - нормированная информативность i-го информационного параметра сигнала, которая выбирается из условия

= 1;

 - нормированная дисперсия полной погрешности при оценивании i-го информационного параметра сигнала;

Р_по - вероятность правильного обнаружения;

М_р - пропускная способность РСПОИ;

Р_н - уровень надёжности РСПОИ;

K_г - коэффициент готовности РСПОИ.

Внутренние параметры описывает РСПОИ с точки зрения проектировщика и сюда относятся:

N_ш - коэффициент шума РСПОИ;

Р_с - реальная чувствительность РСПОИ;

D_РСПОИ - динамический диапазон РСПОИ;

Dl_pi - разрешающая способность при оценивании i-го параметра РИ;

 - нормированная дисперсия методической погрешности i-го функционального преобразования;

 - нормированная дисперсия аппаратурной погрешности i-го функционального преобразования;

Dq_а, Db_у, f_н, f_в, Df_вт, Df_н, DZ - рабочие диапазоны изменений исходных данных, в частности, сектор по азимуту Dq_а, сектор по углу места Db_у, границы рабочего частотного диапазона f_н и f_в, ширина рабочего частотного диапазона по входу BT Df_вт и выходу ВТ Df_н, диапазон изменения поляризации принимаемых РИ DZ;

М - количество ожидаемых РИ в зоне действия РСПОИ;

 - среднее время существования РИ;

Т_р - быстродействие РСПОИ;

Т_нр - среднее время наработки РСПОИ на один отказ;

T_об - среднее время технического обслуживания РСПОИ.

Внутренние параметры играют роль независимых переменных и при проектировании влияют на значения внешних параметров, которые, в свою очередь, определяют эффективность РСПОИ.

Техническая эффективность РСПОИ может быть достаточно полно охарактеризована совокупностью перечисленных выше внешних и внутренних параметров.

В настоящее время при, многокритериальной оценке эффективности радиосистем используются различные формы представления векторного критерия: аддитивные, мультипликативные, ранжированные и т.д.

Выбор формы представления векторного критерия определяется спецификой исходных условий и ограничений, постоянной его вычисления и интерпретации, возможностями приведения к скалярному вида и установления взаимосвязи с принципами оптимизации радиосистем.

Использование при проектировании РСПОИ модульного принципа создает предпосылки для формирования критерия нормированной технической эффективности в мультипликативной форме, поскольку при этом может быть обеспечена важность и независимость внешних параметров, используемых в качестве скалярных критериев, а также независимость исходных данных, используемых на различных шагах оптимизации структуры РСПОИ.

Анализ концептуального описания РСПОИ и особенностей ее структуры при модульном построении показывает, что

) уровень функциональности, характеризующийся параметрами n_ф, {a₁, …, a_i, …, a_nф}, зависит от состава и целевого назначения модулей,, входящих в каталог;

) уровень готовности зависит от внутренних параметров специальностей модулей, определяющих состав средств встроенного контроля (СВК) и их взаимосвязей при организации технического обслуживания;

) уровень надежности зависит от количества и надежности используемых модулей и их взаимосвязей при организации резервирования;

) вероятность правильного обнаружения определяется внутренними параметрами модулей, которые используются во входном тракте (ВТ) и обнаружителе (Об), а также принципами их композиции при построении структуры РСПОИ;

) нормированная дисперсия полной погрешности  определяется внутренними параметрами модулей, которые используются в ВТ и устройстве оценивания (УОц) i-го информационного параметра сигнала, а также принципами их композиции при построении структуры РСПОИ;

) пропускная способность определяется принципами построения таких подсистем РСПОИ, как ВТ и ИП, и внутренними параметрами модулей, используемых при построении указанных подсистем.

Для обеспечения максимальной простоты мультипликативного критерия технической эффективности РСПОИ необходимо осуществить преобразование совокупности внешних параметров в минимально возможное количество скалярных критериев эффективности.

Совокупность внешних параметров РСПОИ, характеризующих многофункциональность n_ф, {a₁, …, a_i, …, a_nф } и достоверность обработки информации {, …, , …, } можно заменить таким внешним параметром комплекса РК, как вероятность правильного распознавания радиоизлучений (РИ)

Р_рас = ≤ 1 при = 1

Поскольку принципы оптимизации надежности и готовности базируются на исходных данных, не оказывающих существенного влияния на другие внешние параметры РСПОИ, то это позволяет вводить в состав мультипликативного критерия уровень надежности Р_н и коэффициент готовности K_г в виде скалярных критериев.

Пропускная способность РСПОИ характеризуется количеством РИ М_р, которое может быть обслужено в единицу времени при допустимом уровне правильного обнаружения Р_по. При анализе технической эффективности РСПОИ целесообразно пользоваться нормированной пропускной способностью

Р_пр = ≤ 1 при Р_по ≤ Р_{по доп},

где М_с - количество РИ, существующих в единицу времени в зоне действия РСПОИ;

Р_{по доп} - допустимый уровень вероятности Р_по.

Между пропускной способностью и характеристиками помехоустойчивости при обнаружении имеются взаимосвязи, что не позволяет использовать эти внешние параметры РСПОИ в качестве скалярных критериев эффективности в составе мультипликативного критерия без дополнительного рассмотрения.

Для преодоления указанной трудности целесообразно вместо нормированной пропускной способности ввести в РСПОИ понятие вероятности установления контакта с РИ.

Вероятность установления контакта соответствует нормированной пропускной способности в случае идеальной помехоустойчивости РСПОИ при решении задач обнаружения

Р_ук = ≤ 1 при Р_по = 1.

Использование вместо параметра Р_пр вероятности Р_ук обеспечивает независимость исходных данных и принципов оптимизации вероятностей Р_ук и Р_по, что позволяет использовать их в качестве скалярных критериев эффективности в составе мультипликативного критерия.

Необходимым условием успешного выполнения РСПОИ стоящих перед ней задач является сохранение ее в исправном состоянии, как перед использованием, так и в процессе использования по назначению. Успешность выполнения этого условия зависит от надежности и условий эксплуатации.

Вероятность успешного выполнения РСПОИ решаемой задачи и показатель, характеризующий уровень надежности и готовности, входят мультипликативно в критерий W₀, поскольку при нулевой оценке этих параметров использовать ее по назначению невозможно.

На основе вышеизложенного все внешние параметры РСПОИ, определяющие ев нормированную техническую эффективность, могут быть объединен мультипликативным критерием

W₀ = Р_ук Р_по Р_рас Р_н K_г ≤ 1

Нормированная техническая эффективность РСПОИ W_н соответствует вероятности успешного решения задачи Р_р.