Направления развития автоматизированных систем управления и связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направления развития автоматизированных систем управления и связи

В.И. Борисов

Аннотация

Проведен анализ науки и инновационных технологий, которые могут оказать существенное влияние на развитие или содействовать появлению новых возможностей в конфликтных ситуациях. Проведена оценка развития автоматизированных систем управления при переходе от платформоцентрического управления к сетецентрическому. Показана целесообразность перехода от линейной экономики к циклической (программно-определяемое радио, аддитивные технологии, беспилотные летательные аппараты и т.д.) в целях экономии материалов при производстве. управление сетецентризм синергетический эффект

Ключевые слова: сетецентризм, синергетический эффект, когнитивное радио, программно-определяемое радио (ПОР), искусственный интеллект.

Analysis of scientific and innovation technologies, which may have a significant impact on development or facilitate the emergence of new opportunities in conflict situations, was conducted. Assessment of the automated control systems development in the transition from platform-centric to network-centric control was led. Advisability of the transition from linear to cyclical economy (software-defined radio, additive technologies, unmanned aerial vehicles, etc.) to save materials in productions is presented.

Keywords: network centrism, synergetic effect, cognitive radio, software-defined radio (SDR), artificial intelligence.

Введение

Процессы глобализации, стремительно протекающие в мировом сообществе, определяют новое качественное состояние мирового экономического пространства. Считается, что только глобализация экономики позволит преодолеть кризис, поразивший международное сообщество и обусловленный тем, что существующая модель экономического развития - линейная экономика, в основе которой лежит постоянный рост производства и потребления, исчерпала себя. В настоящее время планета не выдерживает рост потребления; начиная с 1980-х гг. потребление превысило возможности планеты, а на рубеже XX-XXI вв. этот разрыв составил уже более 20% [1, 2].

Сегодня реально существует мировая экономика, международное разделение труда, резко возрастают транспортные и информационные потоки между континентами, странами, а также внутри каждой страны. Глобальная экономика порождает глобальное информационное общество, в котором производство и потребление информации являются важнейшими видами деятельности. Информация признается наиболее значимым ресурсом, а информационная среда, наряду с социальной и экономической, - средой обитания человека.

В этих условиях первостепенная роль принадлежит инновационной деятельности, позволяющей обеспечить непрерывное обновление технической и технологической базы производства, осваивать и выпускать новую конкурентоспособную продукцию, проникать на мировые рынки товаров и услуг.

Группа стран - технологических лидеров, обладающих динамично развивающимся научно-технологическим сектором, а также образованием и промышленностью, способными подхватывать результаты исследований и разработок и обеспечивать на этой основе выпуск конкурентоспособной, высококачественной продукции, выход из кризиса видят в переводе своих экономик на 6-й технологический уклад, основу которого составляют: информационно-коммуникационные технологии, когнитивные технологии, нано- и биотехнологии (ИНФО, БИО, НАНО, КОГНО). Эти страны контролируют глобальный рынок и задают правила игры на нем [3].

Отличительными характеристиками стран - технологических лидеров являются:

- развитая наука как главный ресурс развития;

- образование, ориентированное на подготовку специалистов-творцов;

- способность обеспечить реализацию полного инновационного цикла «наука - технология - массовое производство - реализация».

Нами проведен анализ тенденций развития науки и инновационных технологий, которые могут оказать значительное влияние на развитие автоматизированных систем управления за счет перехода от стволовой системы управления к сетецентрической, в рамках которой возможно достижение синергетического эффекта. При этом сетецентризм рассматривается как инновационный инструмент повышения боевых возможностей в конфликтных ситуациях. Рассмотрим направления развития автоматизированных систем управления и связи.

Технологии сетецентрического управления

Новая парадигма развития систем управления и связи связана с переходом от платформоцентрического управления к сетецентрическому. Термин «сетецентризм» впервые появился в 70-е гг. в американской компьютерной индустрии и стал результатом прорыва в информационных технологиях, которые позволили организовать взаимодействие между компьютерами, даже несмотря на использование в них разных операционных систем. Концепция «Сетецентрическое управление - сетецентрические войны» - это развертывание цифровых сетей с целью обеспечения как вертикальной, так и горизонтальной интеграции всех участников операции, а также изменение тактики действий перспективных формирований с рассредоточенными порядками, оптимизация способов разведывательной деятельности, упрощение процедур согласования и координации огневого поражения.

Основные этапы развития концепции сетецентризма.

В конце 70-х гг. прошлого столетия в США появилась концепция «Интеграция систем управления и связи» (С3 - Command, Control and Communications). Основное ее содержание состояло в разработке систем и средств связи, позволяющих организовать эффективный обмен данными между различными АСУ. За счет реализации концепции предусматривалось достичь требуемого уровня технического сопряжения, выработать единые стандарты форматов сообщений, а также обеспечить непрерывность и оперативность управления.

В середине 80-х гг. ее сменила новая концепция - «Интеграция систем управления, связи и разведки» (C3I - Command, Control, Communications and Intelligence), которая охватывает уже не только АСУ, но и широкий круг функциональных областей деятельности и оперативного обеспечения. В частности, проводилась разработка единых форм и способов представления и отображения разведывательной информации и текущей обстановки, создание центров обработки и логического анализа с целью распределения обобщенной информации всем органам управления в реальном масштабе времени.

Начало 90-х гг. ознаменовалось принятием концепции «Интеграция систем управления, вычислительной техники, связи и разведки» (C4I - Command, Control, Communications, Computers and Intelligence) [4]. В рамках ее реализации создавался единый комплекс информационно-вычислительных сетей со стандартным программным и аппаратным обеспечением и достигалась высокая степень автоматизации процессов местоопределения, целеуказания и распределения информации различного вида, в т.ч. через электронную почту, и телеконференцсвязь.

Концепция «Сетецентрическое управление - сетецентрические войны» появилось в конце 90-х гг. и получила обозначение C5I - Command, Control, Communications, Computers, Intelligence and Combat Systems. Здесь к стандартной концепции C4I добавился ещё один элемент «С» - боевые системы. Таким образом, концепция C5I рассматривает боевые системы как своеобразные устройства, подключенные к единой сети. В зависимости от выбора сетевой архитектуры и ее типа такими устройствами могут быть корабли, самолеты, различные средства поражения, средства управления, связи, разведки и наблюдения, группа военнослужащих или отдельные солдаты, а также комбинация и тех, и других.

В этом случае возможности боевых формирований определяются не столько индивидуальными тактико-техническими характеристиками ВВТ, сколько возможностями всей группы подключенных к сети средств как единого целого. В этом, собственно, и проявляется эффект синергизма, когда целое представляет нечто большее, чем сумма его частей.

Военный синергизм - это эффект от совместного действия объединенных в сеть средств вооруженной борьбы, который по совокупному результату превышает сумму эффектов тех же средств по отдельности.

Именно в сетецентризме военные зарубежных стран видят инновационный инструмент повышения боевых возможностей сокращаемых вооруженных сил и вполне объективно рассчитывают на получение экономической выгоды.

Технологии программно-определяемого радио (ПОР) (Software Defined Radio - SDR)

Программно-определяемая радиосистема позволяет с помощью программного обеспечения устанавливать или изменять рабочие радиочастотные параметры, включая, в частности, диапазон частот, тип модуляции или выходную мощность, за исключением изменения рабочих параметров, используемых в ходе обычной предварительно определенной работы с предварительными установками радиоустройства согласно той или иной спецификации или системы.

Радиосвязь с программируемыми параметрами становится стандартной технологией в военных беспроводных коммуникациях. Многие страны реализуют программы в этой сфере, стремясь получить более действенные и легко приспосабливаемые к различным условиям системы радиосвязи, которые были бы более эффективны в сетецентрических операциях.

Программно-определяемые радиосредства, в которых предусмотрена возможность изменения рабочего диапазона, типа модуляции и ряда других параметров, позволяют обеспечить совместимость различных стандартов и технологий, нацеленных на разные приложения, что позволяет создавать унифицированные многофункциональные беспроводные терминалы. Для операторов и провайдеров ПОР это возможность быстрого и относительно экономичного запуска новых сервисов (для этого нет необходимости приобретать новое оборудование - меняется только программное обеспечение).

Беспилотные летательные аппараты

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) в последнее время используются во многих военных операциях. Однако применение этих аппаратов пока ограничено в силу недостаточного развития используемых при их создании технологических решений. В ближайшей перспективе полностью автономные БПЛА смогут выполнять только простые задачи, например доставку грузов. Микро- и мини-БПЛА будут привлекаться к участию в более разнообразных миссиях, таких как, например, тактическая разведка и наблюдение, бои в городской среде, поднятие на значительные высоты радиосредств, выполняющих функции ретрансляции радиосигналов.

В целом потенциальные применения БПЛА широко обсуждаются. Основными проблемами, связанными с их развитием и сдерживающими их более широкое применение, являются требования к снижению массогабаритных характеристик силовых установок при большей экономичности, необходимость совершенствования сенсорных технологий. В этой связи следует заметить, что, по оценкам аналитиков банковской группы Goldman Sachs (2017 год) [4], мировые затраты на оснащение армий различными типами БПЛА к 2020 году составят 70 млрд долларов. США, являясь крупнейшим разработчиком и изготовителем таких аппаратов, в ближайшее десятилетие будут выполнять 77% мировых НИОКР в этой области. Отметим также, что в настоящее время в ВВС США пилотированием БПЛА серии Predator занято больше личного состава, чем в традиционной авиации. Министерство обороны США прогнозирует, что к 2035-му году 70% всего летного парка будут составлять БПЛА различного типа.

Сетевая архитектура в условиях сетецентрических конфликтов в настоящее время реализуется за счет применения радиосредств широкополосного доступа со скоростями передачи 11 и 54 Мбит/с. Зона доступности сети составляет 2020 км. В связи с увеличивающейся маневренностью сил и средств зона доступности должна соответственно составлять 5050 и 100100 км. Для обеспечения доступности сети в этих зонах предполагается поднять с помощью БПЛА на высоту 1-1,5 км радиосредства широкополосного доступа. При таких высотах полета БПЛА радиосредства обеспечат дальность связи до 160 км при полезной нагрузке ~24% (БПЛА класса «миди») на радиолинии «борт-земля» [5] и ~300 км на радиолиниях «борт-борт» [6].

Аддитивные технологии

Ранее утверждалось, что современный кризис обусловлен линейной экономикой, в основе которой лежит планирование постоянного роста производства и роста потребления. В сложившихся условиях необходим переход к циклической экономике, при которой планируется экономия расхода материалов. Экспертами доказано, что на изготовленную продукцию и детали расходуется всего 2% материалов сырья, добытых из-под земли, остальные 98% идут в отвал.

К возможностям аддитивных технологий, способствующим их внедрению, относят:

- внедрение 3D-печати для изготовления опытных образцов и для выпуска готовой продукции;

- изготовление заказных деталей и деталей сложных конструкций непосредственно на поле боя, на кораблях и подводных лодках и в космосе;

- высокая эффективность производства, обеспечивающая снижение материальных и производственных затрат;

- снижение веса изделий до 64% за счет использования более легких материалов;

- сокращение этапа изготовления прототипа и уменьшение времени выхода на рынок (до 64%).

Технологии электромагнитного превосходства

К технологиям, способствующим достижению электромагнитного превосходства при ведении боевых действий и в других конфликтных ситуациях, относятся:

- создание широкодиапазонных радиосредств с надеждой на то, что у противника не найдется радиосредств подобного типа; создание в рабочем диапазоне частот ложных целей (ловушек) для дезинформации разведки противника;

- освоение новых диапазонов частот для организации связи: 60 ГГц; 72-92 ГГц; 900-3000 ГГц;

- использование шумоподобных широкополосных сигналов, позволяющих осуществлять прием сигналов при воздействии сосредоточенных помех, превышающих полезный сигнал на 70-80 дБ, и при воздействии флуктуационных помех (шумов), превышающих полезный сигнал на 20-25 дБ;

- реализация предельного быстродействия режима ППРЧ, исключающего возможность разведки средствами противника.

Всеохватывающие сенсоры

оянии обнаруживать и отслеживать любой объект или явление. В настоящее время при эксплуатации автоматизированных систем управления и связи применяются:

- сейсмические датчики;

- акустические датчики;

- магнитные датчики;

- инфракрасные датчики;

- молекулярные датчики крутильных колебаний;

- гетеромагнитные датчики.

Данные от датчиков различных физических полей позволяют получить информацию о внешней среде и объектах на значительных расстояниях. Увеличение номенклатуры датчиков позволит повысить надежность обнаружения и расширяет диапазон классификации объектов и их характеристик (вес, направление движения, обнаружение металлических предметов в экипировке и др.).

К числу будущих достижений сенсорных технологий относят:

- возможность обнаруживать и отслеживать запуски баллистических ракет по всему земному шару;

- мониторинг жизненного цикла вооружений, позволяющего максимальное использование дорогостоящих материальных ресурсов;

- мониторинг физиологического и психологического состояния человека для максимального использования человеческих возможностей за счет большей осведомленности о его здоровье и готовности к действиям;

- создание квантовых сенсоров как отдельного направления развития квантовых технологий.

По сравнению с обычными, квантовые сенсоры обладают уникальным сочетанием свойств - микроскопическим размером при сверхвысокой чувствительности. В перспективе квантовое зондирование сделает невидимое видимым, позволит видеть через стены или глубоко под землей.

Технология когнитивного радио. Элементы искусственного интеллекта

Достаточно значимой технологией проектирования автоматизированных систем управления и связи является технология когнитивного радио. Само понятие когнитивный означает свойство радиосредства или сети связи, выражающееся в способности автономно и динамически изменять свою топологию, корректировать эксплуатационные параметры, перераспределять сетевые ресурсы в соответствии с ранее накопленными знаниями о состоянии сети и политиках обслуживания пользователей. Когнитивные сети обеспечивают автоматическое принятие решений об изменении технических характеристик и поддерживают механизм машинного обучения для обеспечения наиболее целесообразных решений при изготовлении, поддержке и завершении сеансов связи пользователей. Следует отметить, что когнитивное радио в табеле мировых технологий занимает четвертое место: первые три связаны со здоровьем человека, а четвертое - это когнитивное радио.

Когнитивные технологии по реализуемым функциям, по нашему мнению, можно отнести к элементам искусственного интеллекта. В кратком толковании под искусственным интеллектом понимают способность вычислительной машины за счет роста вычислительной возможности и большей доступности Больших данных обладать способностями человека к обучению, рассуждениям, планированию и действиям в сложном киберфизическом пространстве. Суть термина искусственный интеллект более полно раскрывает термин интеллектуальные компьютерные технологии, которые усиливают и расширяют интеллектуальные и функциональные возможности человека. Это суперкомпьютеры, решающие вычислительные задачи, с которыми человеческий мозг справиться не может, в том числе:

- системы поддержки принятия решений, успевающие обработать большие потоки информации и снабдить оператора вариантами правильных действий;

- различные робототехнические системы, заменяющие человека при работе в условиях, опасных для его здоровья и жизни.

Внедрение искусственного интеллекта значительно повысит боевые возможности автоматизированных систем управления.

Заключение

Таким образом, проведенный анализ основных направлений развития науки с учетом доминирующего направления ИНФО-БИО-НАНО-КОГНО показывает превалирующий характер развития автоматизированных и автоматических систем управления и переход от платформоцентрического к сетецентрическому управлению, что, безусловно, окажет положительное влияние на развитие техники, в том числе и специального назначения, на ближайшие десятилетия.

Литература

1. Зубенко В. В., Зубенко В. А., Орлова Н. Л., Антропов В. В., Игнатов О. В. Глобализация мировой экономики: вызовы и ориентиры: монография. М.: Дашков и К^о, 2012. - 320 с.

2. Спиридонова В. И. Глобализация в ХХI веке: инволюция или новые перспективы? // Век глобализации. 2018. № 3(27). - С. 15-25.

3. Голубицкий С. Миф о технологических укладах. // Бизнес. 2017. № 5. http://business-magazine.online/fn_11054.html, 07.11.2018.

4. Борисов В. И., Николаев В. И. Радиотехнологии для автоматизированных систем тактического звена управления. // Теория и техника радиосвязи. 2018. № 2. - С. 14-19.

5. Сухачев А. Б., Ерема С. Л., Бочаров А. Ю., Мелькумова Н. Г. Оценка состояния рынка, возможностей размещения полезной нагрузки и проблем обмена информацией современных беспилотных летательных аппаратов. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 2011. - С. 45-54.

6. Сухачев А. Б., Жалнин А. М., Бочаров А. Ю. Оценка условий вхождения в связь в комплексах управления беспилотными летательными аппаратами с применением статистических методов. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 2011. - С. 38-44.

Размещено на Allbest.ru