A model of function-level fault tolerance of navigation signals provision processes in adverse conditions
Dependability
View Archive InfoField | Value | |
Title |
A model of function-level fault tolerance of navigation signals provision processes in adverse conditions
Модель функциональной отказоустойчивости процессов обеспечения потребителей навигационными сигналами в сложных условиях |
|
Creator |
S. Klimov M.; Ministry of Defense of Russia
A. Polovnikov Yu.; Ministry of Defense of Russia A. Sergeev P.; Ministry of Defence of Russia С. Климов М.; Минобороны России А. Половников Ю.; Минобороны России А. Сергеев П.; Минобороны России |
|
Subject |
navigation signals consumer;consumer navigation equipment;adverse conditions;function-level fault-tolerance;probability of no-failure
потребитель навигационных сигналов;навигационная аппаратура потребителя;сложные условия;функциональная отказоустойчивость;вероятность безотказной работы |
|
Description |
The aim of this article is to develop a model that would allow quantitatively evaluating the function-level fault tolerance of navigation signals provision processes in adverse reception conditions using consumer navigation equipment (CNE). The article also substantiates the relevance and importance of evaluation of the function-level fault tolerance of consumer navigation systems in those cases when the reception of the signals is affected by industrial interference, pseudo-satellites, rereflections from urban structures and terrain features. The function-level fault tolerance of the processes of navigation signals (of CNE) provision to consumers in adverse conditions is understood as their ability to fulfil their functions and retain the allowed parameter values under information technology interference within a given time period. The adverse conditions of provision of navigation data (signals) to consumers are understood as a set of undesirable events and statuses of reception and processing of navigation data with possible distortions. The article analyzes a standard certificate of vulnerabilities of navigation signal (by the example of distortion of pseudorange and pseudovelocity values distortion) that defines the input data for the analysis of CNE equipment fault tolerance. The model is based on the following approaches: the navigation signal parameters are pseudorange and pseudovelocity, system almanac data and ephemeris information; quantitative evaluation of function-level fault tolerance of the processes of navigation signals provision to users is based on the probability of no-failure of CNE in adverse conditions; function-level fault tolerance of the above processes is ensured by means of integrated use of functional, hardware, software and time redundancy; the hardware and software structure of the CNE fault tolerance facilities has the form of a three-element hot and cold standby system; the allowable level of functionlevel fault tolerance violation risk is defined according to the ALARP principle. It is shown that CNE fault tolerance and jamming resistance is based on the following: use of multisystem navigation receivers; navigation signal integrity supervision; spatial and frequency-time selection of signal; precorrelation processing of signal and interference mixture; postcorrelation signal processing; processing of radio-frequency and information parameters of the signal; cryptographic authentication; integration with external sources of navigation information and within a single signal processing system of a number of methods of interference countermeasures and pseudo-satellite navigation signals. The proposed model defines the CNE function-level fault tolerance as two variants of dynamic dependability models, in which the values of probability of no-failure are time-dependent: a hot standby system that includes three additional countermeasure modules and a cold standby system with a switch to three additional countermeasures modules. The model allows visualizing the processes of navigation signals provision to users in adverse conditions, quantitatively evaluating the probability of no-failure for hot and cold standby systems with three modules of information technology interference countermeasures, probability of recovery and CNE availability coefficient, as well as the allowable risk of CNE fault tolerance violation.
Целью статьи является разработка модели, позволяющей получить количественную оценку функциональной отказоустойчивости процессов обеспечения потребителей навигационными сигналами в сложных условиях их приема с использованием навигационной аппаратуры потребителя (НАП). В материалах статьи представлено обоснование актуальности и важности оценки функциональной отказоустойчивости навигационной аппаратуры потребителя в тех случаях, когда на прием этих сигналов влияют промышленные помехи, псевдоспутники, переотражения от городской застройки и объектов рельефа местности. Под функциональной отказоустойчивостью процессов обеспечения потребителей навигационными сигналами (средств НАП) в сложных условиях понимается их свойство выполнять функции и сохранять предусмотренные значения параметров в условиях информационно-технических воздействий на заданном интервале времени. В качестве сложных условий процессов обеспечения потребителей навигационными данными (сигналами) рассматривается совокупность нежелательных событий и состояний приема и обработки навигационных данных с возможными искажениями. В статье разработан типовой паспорт уязвимостей навигационного сигнала (на примере искажения значений псевдодальности и псевдоскорости), который определяет исходные данные для анализа отказоустойчивости оборудования НАП. Модель основана на следующих подходах: параметрами навигационных сигналов являются псевдодальность и псевдоскорость, данные альманаха системы и эфемеридная информация; количественная оценка функциональной отказоустойчивости процессов обеспечения потребителей навигационными сигналами осуществляется вероятностью безотказной работы НАП в сложных условиях; функциональная отказоустойчивость указанных процессов обеспечивается комплексным использованием функциональной, аппаратной, программно-алгоритмической и временной избыточности; структура аппаратно-программных средств обеспечения отказоустойчивости НАП рассматривается в виде трехэлементной системы с нагруженным и ненагруженным резервом; допустимый уровень риска нарушения функциональной отказоустойчивости определяется по принципу ALARP. Показано, что обеспечение отказоустойчивости и помехозащищенности НАП основано на следующем: применении мультисистемных навигационных приемников; контроле целостности навигационных сигналов; пространственной и частотно-временной селекции сигналов; предкорреляционной обработке смеси сигналов и радиопомех; посткорреляционной обработке сигнала; обработке радиочастотных параметров и информационных параметров сигнала; криптографической аутентификации; комплексировании с внешними источниками навигационной информации и в едином приёмно-вычислительном комплексе нескольких методов противодействия радиопомехам и навигационным сигналам псевдоспутников. Предложенная модель определяет функциональную отказоустойчивость НАП в виде двух вариантов динамических моделей надежности, в которых показатели вероятности безотказной работы зависят от времени: система с нагруженным резервом из трех дополнительных модулей противодействия и система с ненагруженным резервом с переключателем на три дополнительных модуля противодействия. Разработанная модель позволяет наглядно представить процессы обеспечения потребителей навигационными сигналами в сложных условиях, количественно оценить вероятность безотказной работы для вариантов систем с нагруженным и ненагруженным резервом с тремя модулями противодействия информационно-техническим воздействиям, вероятность восстановления и коэффициент готовности НАП, а также допустимый риск нарушения функциональной отказоустойчивости НАП. |
|
Publisher |
LLC Journal Dependability
|
|
Contributor |
—
— |
|
Date |
2017-06-15
|
|
Type |
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion — — |
|
Format |
application/pdf
application/pdf |
|
Identifier |
http://www.dependability.ru/jour/article/view/213
10.21683/1729-2646-2017-17-2-41-47 |
|
Source |
Dependability; Том 17, № 2 (2017); 41-47
Надежность; Том 17, № 2 (2017); 41-47 2500-3909 1729-2646 10.21683/1729-2646-2017-17-2 |
|
Language |
rus
eng |
|
Relation |
http://www.dependability.ru/jour/article/view/213/387
http://www.dependability.ru/jour/article/view/213/388 Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012 – 2020 годы», http://www.gost.ru. Boeing и QinetiQ разработают военный БПЛА с высокой автономностью: беспилотный высотный летательный аппарат должен с полезной нагрузкой 500 кг (1 тыс. фунтов) находиться без посадки не менее пяти лет непрерывно, http://www.roscosmos.ru. Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. – М: Горячая линия-Телеком, 2005. – 272 с: ил. Шубинский И.Б. Надежные отказоустойчивые информационные системы. Методы синтеза/ И.Б. Шубинский. – Ульяновск: Областная типография «Печатный двор», 2016. – 544 с., ил. – («Журнал надежность»). К. Капур, Л. Ламберсон. Надежность и проектирование систем. Под ред. И.А. Ушакова. Пер. с англ. – М.: «Мир», 1980. – 604 с., ил. Бабич О. А. Обработка информации в навигационных комплексах. – М. Машиностроение, 1991. – 512 с. |
|
Rights |
Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). |
|