Перспективы развития индустрии производства программного обеспечения в России

      По  результатам работы каждого цикла  фиксируется цифровой сигнал разбалансировки, который может приводить в  действие механизмы другого рода, обеспечивая управление другими  техническими средствами (в том числе  подсказками) в зависимости от поставленного  автоматизированной системе задания.

      Е. К основным преимуществам  технологий следует  отнести следующие  возможности:

      объединение характеристик объектов в единую (интегрированную) модель взаимосвязанных  процессов;

      выработка механизмов комплексного влияния на объекты, определение последствий (эффективности  и безопасности) принимаемых решений;

      выявление причин несовершенства процессов, результатов  их отклонений от установленных значений по времени, месту, источнику и характеру;

      получение упреждающей информации, определение  зоны неопределенностей, рисков, кризисных  ситуаций, путей построения организационных  и других структур, повышение полноты, достоверности и своевременности  информации. 
 
 

Бортовая  вычислительная система  сверхмалого космического аппарата

А.С. Демидов к.т.н.,  С.В. Стреж, к.т.н., Е.В. Трошин, к. т. н.,

ФГУП  «НПО «Орион» 

       Современной тенденцией развития бортового оборудования является её миниатюризация, которая  проходит на фоне интеграции в бортовое оборудование вычислительных комплексов, и является основной. Основными параметрами  БВС, характеризующими этот уровень  интеграции, являются следующие.

1. Степень интеграции чипов на кристалле. Увеличение плотности чипов на кристалле породило сверхбольшие интегральные микросхемы, которые содержат уже десятки и сотни миллионов транзисторов, технологические возможности перешагнули барьер 0,1-мкм. Данные факторы вызвали революционные изменения, как в организации производства микросхем, так и в технологиях. Создание микротехнологии проектирования «Система-на-кристалле» (СнК) или «System-on the-Chip» (SOC) вызвано рост интеграции чипов.
2. Обеспечение в реальном масштабе времени универсальных функций управления, которые возлагаются на микроконтроллер на основе RISC-процессоров. С техническими параметрами: производительность-1000 MFLOPs и выше; точность-16/32/64/128 разрядов; потребляемая мощность –от 2 Вт и ниже. ВС, в том числе минимальной конфигурации, включает RISC-микроконтроллер (RISC – Reduced Instruction Set Computer)  и процессор обработки сигналов (ЦПОС  - цифровой процессор для обработки сигналов или DSP - Digital Signal Processor).
3. Возможность формировать на кристалле нескольких программируемых ядер позволяет реализовывать на нем SISD (single instruction single data stream), SIMD (single instruction, multiple data stream), MISD (multiple instruction, single data stream) и MIMD (multiple instruction, multiple data stream) системы.
4. Скорость системы передачи данных (СПД) с 2-3 Мб/с до 100 Мб/с. Ожидается повсеместное внедрение в СПД скоростных протоколов передачи данных для: беспроводных СПД 100 Мб/с; проводных СПД до 1 Гб/с.
5. Объем оперативной памяти составляет 2-4 Мбайт, ПЗУ 4-8 Мбайт, при общей дозе облучения не ниже 100 кРад; потребляемая мощность 2-10 Вт, напряжение от 2,5 -3,3 В; суммарная масса БВС 1- 6 кг, ожидаемое снижение массы БВС до 0,2 кг.

     В настоящее время широкое распространение  получили системы с интегрированной  архитектурой. Интегрированные БВС  строятся как единый комплекс технических  средств, совместно используемых всеми  функциональными подсистемами БВС. Прикладные системы реализуются  на общих ресурсах БВС, логическая граница  между целевыми задачами не фиксируется  на физическом уровне в структуре  БВС. Происходит интеграция ресурсов для  всего комплекса целевых задач  БВС, поток задач решается в единой среде, разделяя и используя общие  ресурсы. БВС строится как единая распределенная информационно-вычислительная среда (ИВС), решающая весь комплекс целевых  задач КА. При этом наметилась тенденция  использования MIMD архитектур с доминированием RISC процессоров. Этому способствует внедрение технологии «Система-на-кристалле».

     Выполнение  в итерированном КБО СМКА комплекса  задач как управления самим космическим  аппаратом, так и задач спецкомплекса  предъявляет высокие требования и в части вычислительной мощности, объемов памяти средств обработки  данных, и в части пропускной способности  коммуникационной инфраструктуры на борту  перспективных СМКА. Эти параметры  вычислительных средств и средств  передачи данных между узлами и блоками  КБО определяются конфигурацией  КБО и решаемыми задачами конкретного  СМКА. Их обеспечение в рамках единой, унифицированной архитектуры КБО  возможно только при условии масштабируемости заложенных в её основу архитектурных  решений.

     Примером  специального комплекса, требующего большой  производительности для обработки  данных и высокой пропускной способности  коммуникационных средств являются радиолокаторы для дистанционного зондирования Земли. Сокращение информационных потоков с СМКА может быть получено только расширением обработки, выполняемой  непосредственно на борту, по результатам  которой могут приниматься решения  непосредственно БВС без включения  в контур обработки вычислительных мощностей наземного ЦУП. Системы  получения радиолокационного изображения, измерения локального рельефа методом  радиолокационного интерферометра должна обрабатывать и сжимать радиолокационное изображение. В результате объем  передаваемых на Землю данных уменьшается  в десятки раз, повышается оперативность  получения данных с СМКА. При коэффициенте сжатия 8:1 от радиолинии потребуется  пропускная способность 32 Мбит/с. С  борта СМКА на Землю передаются не первичные или промежуточные  данные от радиолокатора, а радиоголограмма  или комплексное изображение.

     Близкие требования по производительности обработки  информации на борту МКА по пропускной способности интерфейсов КБО  и каналов передачи СМКА-ЦУП дает и другая аппаратура спецкомплекса  перспективных СМКА. Оптико-электронная  аппаратура детального наблюдения для  спектрозональной съемки поверхности  Земли в нескольких спектральных диапазонах формирует поток информации в радиолинию для передачи на Землю более чем в 16 Мбит/с. Близкие значения указываются для лазерных лидаров для мониторинга с орбиты атмосферных примесей в приземном слое.

     В задачах мониторинга представляет интерес возможность БВС осуществлять семантическую обработку получаемой информации и передавать потребителю  семантический образ наблюдаемого объекта или ситуации. Для этого  БВС должна содержать подсистему способную решать задачи распознавания  и принятия решения, т. е. обладать элементами искусственного интеллекта, что подразумевает  наличие сложных алгоритмов и  баз данных и знаний на борту.

     Не  меньшие требования предъявляют  и задачи управления СМКА. Примером могут быть задачи баллистико-навигационного обеспечения. В настоящее время  формируемся новый взгляд на автономную систему навигации. Традиционно  под навигацией понимали определение  орбиты и управление движением (маневрирование и коррекция). Возникают различные  режимы определения орбиты, различающиеся  оперативностью получения решения, точностью получаемой орбиты, мерным интервалом используемой траекторной  информации. К числу навигационных  задач, решение которых желательно и возможно на борту КА в автоматическом варианте, можно отнести:

• определение орбиты КА как в реальном времени, так и по результатам измерений на некотором навигационном интервале;
• задачу управления движением КА (маневрирование и коррекция);
• определение параметров взаимного положения КА друг относительно друга;
• задачу дальнего и ближнего наведения КА, сближения и стыковки;
• задачу группового полёта космических аппаратов в распределенной ОГ, в кластере, в качестве сателлита;
• определение ориентации КА в пространстве;
• задачу определения точного времени;
• задачу синхронизации между бортовым и наземным временем с точностями выше 0.1 мкс;
• определение массово-инерциальных характеристик, включающие массу КА, положение центра масс, значение тензора инерции.

     Совокупность  задач, решаемых на борту, позволяет  перенести на борт часть задач  управления, которые ранее могли  решаться только на Земле в ЦУП-е. Решение задач управления СМКА требует  целой совокупности баллистических данных, получаемых в процессе решения  навигационных задач. Процесс получения  этих данных для целей управления осуществляется бортовым баллистико-навигационным  обеспечением (ББНО). Возможности создаваемого ББНО сравнимы с возможностями БНО  ЦУП-а. Вычислительные процессы ББНО должны выполняться полностью автоматически  в отличие от решения тех же задач в наземном ЦУП-е. Это дополнительно  усложняет решение задач ББНО и увеличивает требования к системе  обработки данных КБО СМКА.

     Другой  большой проблемой обеспечения  функционирования СМКА является обработка  ТМИ на борту, что требует выполнения больших объемов обработки данных и принятия решения по реконфигурации оборудования СМКА.

     Совершенно  новой задачей является обеспечение  взаимодействия отдельного СМКА со всей распределенной многоспутниковой группировкой. Здесь не только задачи межспутникового, на самом деле межмашинного обмена данными, но и принятие решения о  функциональном, пространственном, структурном  реконфигурировании всей системы, перераспределения  задач и ресурсов.

     Проведенный анализ специфики функционирования БВС по выполнению задач управления сверхмалым КА и особенностей его  архитектурного построения является обоснованием тактико-технических требований к БВС СМКА. Основными из них являются следующие:

     многозадачность, многопоточность, параллельность вычислительных процессов;

     распределенность  вычислительных ресурсов и пространственного  размещения конструктивных элементов;

     высокая отказоустойчивость, способность к  самовосстановлению и самодиагностированию;

     гибкость  распределения вычислительного  ресурса;

     способность к решению задач, требующих использования  методов искусственного интеллекта, включая содержательную обработку  информации и обработку сложных  графических образов;

     обработка больших массивов информации, хранящихся в бортовой базе данных и бортовой базе знаний;

     модульность построения, возможность модернизации и реконфигурирования в процессе использования по целевому применению;

     иерархичность построения;

     использование высокопроизводительных сетевых технологий для межсистемного и межмодульного  обмена данными внутри БВС;

     совокупная  масса не более 500 грамм;

     потребляемая  мощность не более 10 ватт.

     Большое число аппаратов в системе  для обеспечения непрерывности, глобальности и оперативности получения  информации и доставки ее потребителю  делает невозможным управление такой  группировкой имеющимися средствами. Поэтому управление отдельными подсистемами, такими как терморегулирования (СТР), электропитания (СЭП), управления движением (СУД) и др. передается непосредственно  аппарату. Функции человека сводятся к выдаче задания на целевое применение космического аппарата и даже всей орбитальной группировки.

     При этом в каждую подсистему встраивается свой процессор, осуществляющий управление этой подсистемой, оконечные устройства и датчики интегрируются с  элементами электроники и превращаются в микромехатронные устройства. Автономные процессоры выполнены на базе ПЛИС. При этом они унифицированы и  могут допускать возможность  перепрограммирования с использованием внешних каналов связи для  модернизации применяемых алгоритмов или изменения конфигурации распределенной вычислительной системы.

     Подсистема  интеллектуальной обработки информации ответственна за обработку целевой  информации. Она обрабатывает получаемые данные и выдает потребителю результат  содержательной обработки.

     Ядро  системы представляет собой две  пары диспетчеров, в каждой из которых  ведомый дублирует работу ведущего для повышения надежности системы. Диспетчер управления ресурсами  распределяет задачи между вычислительными  подсистемами распределенной системы. Диспетчер внешнего сетевого взаимодействия обеспечивает взаимодействие данного  ВК с внешними вычислительными ресурсами  и абонентами, например, с ВК других аппаратов в орбитальной группировке.

     Ядро  системы не является центральным  процессором системы в концепции  фон Неймановской архитектуры. Его  роль сводится к объединению в  единую систему параллельно функционирующих  подсистем. 

     The onboard computing system of a midget space vehicle 

     The basic requirements to the onboard computing system of a midget space vehicle which should represent multimachine (multiprocessing) system with the advanced periphery are formulated, providing independent functioning SSSV with simultaneous substantial processing the received information and an opportunity of realization of managing decisions on maintenance of effective functioning SV and is direct to its use on a special-purpose designation.