Кластеризация диагностических моделей и их выделение из конфигурационных наборов аппаратных архитектур реконфигурируемой системы функционального контроля и диагностики космического аппарата

В работе рассматриваются особенности математической формализации процессов формирования диагностических моделей контролируемых и диагностируемых бортовых систем космического аппарата в реконфигурируемом вычислительном поле. Предложена математическая модель, описывающая классы диагностических моделей бортовых систем космического аппарата (КА) в виде изолированных диагностических кластеров, показывающих максимальный набор аппаратных конфигураций в реконфигурируемой системе контроля и диагностики КА.

Ключевые слова: диагностика, диагностическая модель, кластер, реконфигурация, аппаратный уровень, конфигурационная функция, аппаратная архитектура.

В предыдущих статьях [7–9] рассматривались основные особенности организации диагностического обеспечения бортовых систем космического аппарата (КА) на базе реконфигурируемых вычислительных систем, которые, в свою очередь, предлагалось практически реализовать на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) типа FPGA. При построении системы контроля и диагностики (СКД) КА было предложено использовать принцип вложенных матричных структур, что наделяло бы диагностическую модель, способностью к многоуровневой реконфигурации в процессе ее адаптации к сложным типам неисправностей и сбоев, возникающих в бортовых системах в процессе эксплуатации КА.

Целью данной небольшой заметки является необходимость указать на то, что при математической формализации процессов формирования аппаратных уровней диагностических моделей в РВП для каждой из них можно выделять своеобразный диагностический кластер, каждый из которых будет соответствовать ограниченному числу конфигурационных наборов аппаратных архитектур для каждого класса диагностических моделей.

Пусть имеется несколько классов  диагностических моделей, которые можно записать в виде набора

,

где - конфигурационная функция диагностической модели, соответствующей классу , при этом

где –орграф логико-арифметических связей между всеми функциональными элементами –го аппаратного уровня диагностической модели класса , которые образуют элемент –го аппаратного уровня;  — конфигурационная функция, описывающая аппаратный уровень с порядковым номером  в диагностической модели класса , которую независимо от принадлежности к конкретному классу диагностических моделей всегда можно представить в виде матрицы вида

,

где элемент – логико-арифметическая функция элемента –го аппаратного уровня диагностической модели; коэффициент  — функция включения функционального элемента –го аппаратного уровня и в качестве множителя может принимать лишь одно из двух значений

Матрицу , в свою очередь, можно записать как

,

где коэффициент (множитель)  есть функция включения (задействования) коммутируемого логического блока (КЛБ) в образовании элемента второго аппаратного уровня при выделении фрагмента РВП, т. е.

Ввиду того, что число всевозможных конфигураций РВП при формировании в нем диагностических моделей строго ограничено, отсюда следует, что

,

где – множество всех возможных состояний (конфигураций) РВП; - подмножество состояний РВП, не реализующих диагностические модели; - подмножество состояний РВП, соответствующих реализации диагностических моделей по классу . При этом, понятно, что

.

Т. о., для каждого класса диагностических моделей , можно выделить собственный диагностический кластер , который будет описывать набор конфигурационных состояний для той или иной диагностической модели и удовлетворять соотношению

где - порядковый номер конфигурации диагностической модели, удовлетворяющей принадлежности к классу .

Выводы:

1)        рассмотрен способ описания процесса формирования аппаратный уровней диагностических моделей бортовых систем КА в РВП, учитывающий как логико-арифметические функции элементов аппаратных уровней, так и топологию их направленных связей в виде орграфа для каждого из аппаратных уровней диагностической модели;

2)        предложена математическая модель, описывающая процесс формирования диагностических кластеров  в конфигурационных наборах аппаратных архитектур РВП, каждый из которых выделяет принадлежность диагностической модели к тому или иному классу алгоритмов диагностики и контроля бортовых систем КА.

Литература:

1.         Алексеев А. А., Кораблев Ю. А., Шестопалов М. Ю. Идентификация и диагностика систем.-М.: Издательский центр «Академия», 2009.-352 с.

2.         Бровкин А. Г., Бурдыгов Б. Г., Гордийко С. В. и др. Бортовые системы управления космическими аппаратами. /Под ред. проф. А. С. Сырова-М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010.-304 с.

3.         Евреинов Э. В. Однородные вычислительные системы, структуры и среды.-М.: Радио и связь, 1981.- 208 с.

4.         Евреинов Э. В., Хорошевский В. Г. Однородные вычислительные системы.-Новосибирск: Наука, 1978.

5.         Каляев А. В. Многопроцессорные системы с программируемой архитектурой.- М.: Радио и связь, 1984, 240 с.

6.         Каляев И. А., Левин И. И., Семерников Е. А., Шмойлов В. И. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры /Изд. 2-е, перераб. и доп. / Под общ. Ред. И. А. Каляева. — Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. — 344 с.

7.         Савкин Л. В. О решении задач бортового диагностирования космических аппаратов с помощью реконфигурируемых вычислительных систем. Технические науки — от теории к практике / Сб. ст. по материалам XXXIX Междунар. науч.-практ. конф. № 10 (35). Новосибирск: Изд. «СибАК», 2014. — с. 79–87.

8.         Савкин Л. В., Клочко О. С., Макаров А. С. Реализация алгоритмов распознавания сложных видов неисправностей и отказов бортовой аппаратуры космических аппаратов на основе встроенных реконфигурируемых диагностических систем // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2014. № 11 (12). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/1756 (дата обращения: 23.12.2014).

9.         Савкин Л. В., Новичков В. М., Ширшаков А. Е. Многоуровневая реконфигурация моделей диагностических систем как средство повышения гибкости алгоритмов диагностики и контроля бортовых систем космических аппаратов. Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы Всероссийской научно-технической конференции, 25–27 ноября 2014 г. Т. 2.-М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014.- С. 296–299.