Интеллектуальные системы радиоуправления и телекоммуникаций

Допущено федеральным учебно-методическим объединением 
в системе высшего образования по укрупненной группе 
специальностей и направлений подготовки 24.00.00 – 
«Авиационная и ракетно-космическая техника» в качестве 
учебного пособия для студентов, обучающихся по основным 
образовательным программам высшего образования по 
специальностям: 24.05.06 – «Системы управления 
летательными аппаратами»; 24.05.01 – «Проектирование, 
производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических 
комплексов»; 11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и 
комплексы» и по направлению подготовки 24.03.02 – 
«Системы управления движением и навигация»
Москва
Горячая линия – Телеком
2022

УДК 004.89:621.396.93(076.5) 
ББК 32.84 
    М13 
Р е ц е н з е н т ы:  ведущий научный сотрудник АО «Российские космические системы»  
С. И. Ватутин; кафедра «Проектирование и прочность авиационно-ракетных и космических изделий» МАИ, зав. кафедрой доктор техн. наук, профессор  И. К. Туркин. 
Мазепа Р. Б., Догаев А. В. 
М13         Интеллектуальные системы радиоуправления и телекоммуникаций. Учебное 
пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2022. – 208 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0929-8. 
Рассмотрены особенности применения интеллектуальных информационных 
систем радиоуправления и телекоммуникаций в сложной тактической ситуации, 
требующей использования экспертных систем (ЭС) и систем распознавания образов 
(СРО). В четырех разделах пособия даны основные сведения об интеллектуальных 
информационных системах, обслуживании целеуказаний телекоммуникационными 
системами, представлены описание и порядок выполнениия лабораторных работ 
«Исследование целеуказаний ЭС в составе командного радиоуправления и полуавтономного наведения» (10 вариантов заданий) и «Исследование СРО целеуказаний в 
составе комплекса самонаведения» (30 вариантов заданий). Данный материал будет 
полезен для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям, 
лабораторным и курсовым работам и соответствует программам по дисциплинам 
«Моделирование и оценка эффективности РСУ», «Информационные интеллектуальные системы», «Моделирование систем и сетей телекоммуникации». 
Для студентов, аспирантов и адъюнктов, обучающихся по специальностям 
24.05.06 – «Системы управления летательными аппаратами», 24.05.01 – «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов», 
11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и комплексы»; по направлению подготовки 
24.03.02 – «Системы управления движением и навигация». Пособие будет полезно 
студентам других радиотехнических и инфокоммуникационных направлений, специализирующихся в области проектирования радиосистем управления и передачи 
информации и может представлять интерес для специалистов. 
ББК 32.84 
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 
 
Тиражирование книги начато в 2022 г. 
 
Все права защищены. 
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена  
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами  
без письменного разрешения правообладателя. 
 
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» 
www.techbook.ru 
       ©  Р. Б. Мазепа, А. В. Догаев 

Введение
Пособие содержит теоретические сведения и описания лабораторных работ, в ходе выполнения которых будущие инженеры —
разработчики радиотехнических устройств и систем ознакомятся с
тремя аспектами проектирования систем комплексов управления летательными аппаратами, оснащенных экспертными системами и системами распознавания образов, в многоцелевой тактической обстановке.
Во-первых,
в ходе лабораторных экспериментов изучается
функционирование радиосистем комплексов ЛА в условиях, максимально приближенных к реальным.
При этом обосновываются
основные тактико-технические характеристики.
Во-вторых, студенты знакомятся с основными техническими решениями и приемами, которые используются при проектировании
радиосистем.
В-третьих, в ходе выполнения лабораторных работ студенты
знакомятся с вопросами планирования и проведения экспериментальных исследований (при моделировании, стендовых и натурных
испытаниях) радиосистем.
Все лабораторные работы проводятся на учебно-исследовательском стенде для моделирования работы радиосистем.

Основные сведения о системах
управления подвижными объектами
Автоматическое управление — это взаимодействие с объектом с
помощью технических средств без участия человека, т. е. изучаются
процессы управления и проектирования систем управления, работающих по замкнутому циклу с обратной связью. Объекты управления (ОУ) и средства для их управления составляют системой управления подвижными объектами (СУПО). Главной задачей управления является поддержание определенного закона изменения одной
или нескольких физических величин в ОУ. Основные задачи теории
автоматического управления следующие:
• изучение устойчивости, свойств, динамических показателей качества и точности СУПО;
• создание алгоритмов, описывающих СУПО и обеспечивающих
оптимальное качество управления;
• моделирование СУПО с использованием компьютеров и универсальных машинно-ориентированных прикладных программ;
• проектирование СУПО с использованием аппаратных средств
вычислительной
техники
и
их
программного
обеспечения
(средств автоматизации программирования и т. д.).
Следует отметить, что проектирование, внедрение и эксплуатация современных СУПО требует тесного взаимодействия специалистов различных профилей, знающих специфические особенности
УО; специалистов по автоматическому управлению, обеспечивающих разработку СУПО, алгоритмов управления и контроля, и специалистов по средствам автоматизации программирования.
В общем случае СУПО содержит следующие компоненты, обеспечивающие ее функционирование (рис. 1.1): ОУ; исполнительные
устройства (ИсУ); измерительные устройства (ИзУ); устройство
управления (УУ); целеуказания и помехопостановщики.
Рис. 1.1. Функциональная схема СУПО

Основные сведения о СУПО
5
Объектами управления технических систем служат обычно кинематические механизмы, электрические системы, тепловые, химические и другие. Состояние ОУ характеризуется переменными состояния, к которым относятся угловые и линейные координаты, скорости и другие механические переменные, описывающие движения
кинематических механизмов; токи или напряжения электрических
элементов схемы; температуры и плотности веществ в тепловых и
химических процессах и любые другие физические величины. Результирующие переменные состояния объединяются в вектор состояния. К регулируемым, или выходным, переменным yj = yj(t) относятся переменные ОУ, по отношению к которым формулируется
основная задача управления. Выходные переменные объединяются
в вектор выхода.
Для кинематических УО вектор выхода обычно представлен декартовыми координатами. Входами ОУ являются
управляющие органы, к которым прикладываются воздействия Uj
исполнительных устройств ИсУ системы.
Это входные оси кинематических механизмов, входные схемы электрических систем, нагревательные элементы и вентили тепловых и химических процессов, к которым приложены силы или моменты сил электроприводов,
электрические напряжения и т. д., вызывающие движение (развитие) управляемого процесса.
Объекты с одним входом и одним выходом называются одноканальными. К многоканальным относят объекты с несколькими
входами или выходами. Они могут иметь каналы, независимые или
взаимозависимые друг от друга (многосвязные объекты).
К внешней среде системы управления относятся целеуказания
и помехопостановщики, оказывающие влияние на поведение УО. Таким образом, среда является источником помех измерения δj(t), возмущающих воздействий fj(t), внешних задающих воздействий. К
возмущающим относят воздействия, препятствующие функционированию объекта. Это могут быть ложные цели, помехопостановщики, силы сопротивления воздуха, температура окружающей среды
и т. д. Возмущающие воздействия объединяются в вектор возмущений. Измерительные устройства ИзУ (радиовизиры, датчики) предназначены для получения информации об объекте и внешней среде
(сигналов y′
j), т. е. для электрического измерения выходных переменных, переменных состояния и внешних задающих воздействий.
К измерительным устройствам относятся (рис. 1.2):
• датчики внутренней информации, предназначенные для измерения переменных объекта (системы управления);
• датчики внешней информации (радиовизиры, сенсоры, средства
внешнего контроля);

Г л а в а 1
Рис. 1.2. Типы измерительных устройств
• измерители состояния внешней среды либо положения объекта
по отношению к внешним объектам.
В состав измерительных устройств часто включают также вычислительные блоки, осуществляющие первичную обработку априорной и апостериорной информации. Исполнительные устройства
ИсУ — это устройства, предназначенные для усиления маломощных управляющих сигналов uj и создания энергетических воздействий Uj на входах объекта, т. е. управляемые источники механической, электрической или тепловой энергии (электропривод, преобразователь электрической энергии в механическую и т. п.). Устройство управления УУ — это блок, обрабатывающий полученную с
помощью измерителей текущую информацию о состоянии объекта
и внешней среды и формирующий управляющие воздействия uj (информационные сигналы), поступающие на исполнительные устройства объекта.
В функции устройства управления входит: распознавание, идентификация объекта и среды (анализ их текущего состояния и параметров); генерация внутренних задающих воздействий; расчет управляющих воздействий uj по предписанным алгоритмам.
ОУ — комплекс элементов системы, включающий в свой состав
собственно объект, измерительные и исполнительные устройства.
Эта часть СУПО обычно проектируется и комплектуется как единое
целое и является ее неизменяемой частью. Динамические свойства
ОУ (математическая модель) находятся с использованием известных
физических законов. УУ — блок, выполняющий вычислительные
функции, слабо связанные с физической природой ОУ. Алгоритм его
работы определяется динамическими свойствами ОУ — математической моделью и задачами системы управления. Современные УУ
представляют собой универсальные или специализированные средства вычислительной техники. Их программное обеспечение состав

Основные сведения о СУПО
7
ляют системные средства и специальные прикладные программы,
осуществляющие расчет управляющих воздействий u(t).
Таким образом, сложная система имеет большое число взаимодействующих подсистем и обеспечивает решение комплексных задач. К таким системам относятся информационные сети (телефонные, локальные, Интернет), транспортные сети, производственные
процессы, системы управления динамическими объектами (воздушными, космическими), и т. п. Они обладают следующими признаками (рис. 1.3):
• многопозиционный характер УО, т. е. наличие нескольких взаимосвязанных локальных объектов управления;
• необходимость поэтапных решений задачи управления, поочередного выполнения основных действий системы или локальных объектов;
• задачи управления иерархичны.
Рис. 1.3. Признаки сложных систем
Иерархичность подразумевает структуируемость, т. е. возможность разбиения на парциальные компоненты. Выбор таких компонент является непростой задачей, а используемая при этом терминология условна. Обычно разделяяют задачи управления стратегического, тактического и локального уровня. Стратегические задачи
характеризуют общий для УО характер поддержания определенной
последовательности действий сложного к управление полетом. Тактическая задача — отдельный элемент общей стратегической задачи,
устанавливающий требования к поведению каждого элементарного
управляемого объекта сложной системы. Локальная задача — это
задача изменения или поддержания состояния элементарного объекта.
К локальным относятся, в частности, задачи стабилизации
скорости вращения двигателя, слежение за внешним объектом или
задающим сигналом и т. п. Таким образом, понятие сложной задачи
предусматривает возможность расчленения общей стратегической
задачи на ряд более простых задач, решаемых последовательно или
параллельно.
Вышесказанное приводит к следующим принципам управления
сложной системой (рис. 1.4):

Г л а в а 1
Рис. 1.4. Принципы управления
• расщепление сложной задачи и сложного объекта на более простые компоненты (подзадачи и локальные объекты) — декомпозиция;
• выделение собственных устройств управления или программных средств (алгоритмов), обеспечивающих решение отдельных
подзадач управления локальными объектами, — децентрализация;
• введение определенной подчиненности подзадач разного уровня
сложности и соответствующей подчиненности устройств управления — иерархическое управление;
• последовательное переключение решаемых задач и устройств
управления — многорежимное управление (временная декомпозиция).
Отметим, что локальные задачи управления устанавливают желаемый характер изменения переменных ОУ. В зависимости от
структуры ОУ различают задачи одноканального и многоканального управления. При одноканальных задачах управления (задачи стабилизации, слежения и терминального управления) выходная
переменная y(t) является скалярной функцией времени. Кроме того, известно, что задача стабилизации или регулирования формулируется как задача поддержания выходной переменной на заданном
уровне. Задача слежения — это задача соблюдения заданного закона
y∗(t) изменения переменной y(t). При этом различают: слежение за
внешним объектом — когда функция y∗(t) является выходом внешнего объекта и заранее неизвестна; программное управление — программа движения y∗(t) генерируется специальным задающим блоком, входящим в состав СУПО.
Для следящей системы сигнал y∗(t), определяющий требуемый
закон движения системы, называется задающим воздействием. Сигнал ε(t) = y∗(t) −y(t), характеризующий текущее значение отклонения выходной переменной от задающего воздействия, называется
рассогласованием, отклонением или ошибкой управления. Задачи
стабилизации и слежения формулируются как задачи поддержания
нулевого значения рассогласования, т. е. ε(t) →0.
Задача терминального управления заключается в перемещении объекта управле

Основные сведения о СУПО
9
ния в заданную конечную (терминальную) точку yf: y →yf = const.
Особенность терминальной задачи, в отличие от стабилизации, заключается в том, что начальное отклонение ε(0) = yf −y(0) может
быть достаточно велика. Это обусловливает необходимость выбора особой стратегии управления (минимизации быстродействия или
энергетических затрат, ограничений на управляющие сигналы и переменные состояния и т. д.).
Полное устранение рассогласования
εв реальных системах не достигается, в силу влияния на систему
в среде возмущающих воздействий f(t), ограниченной точности измерительных датчиков и погрешности работы собственно системы
стабилизации.
Чтобы оценить эффективность решения задач управления вводят различные показатели качества управления. К динамическим
показателям, которые определяют качество переходного режима работы системы, относят различные количественные оценки быстродействия и колебательности системы. Точностные показатели определяют погрешность системы в установившемся режиме, т. е. по
окончании переходного процесса. Таким образом, динамические показатели — это:
• длительность переходного процесса t0 — от момента начала воздействия на СУПО управляющего или возмущающего сигнала
до момента установления нового стабильного состояния равновесия с заданной степенью погрешности;
• перерегулирование —относительная величина первого максимального выброса ошибки ε(t) при колебательном переходном
процессе.
Точностные показатели — это погрешность стабилизации или
слежения; она связана с установившимся значением ошибки ε[y(t)]
при t →∞в номинальном равновесном состоянии системы.
При многоканальном управлении выходом объекта служит векторная переменная (вектор выхода) и, следовательно, векторными
переменными являются также задающие воздействия (вектор задания) и рассогласование (вектор ошибок).
Основные задачи многоканального управления — стабилизация, слежение, терминальное управление — мало отличаются от одноканальных, но требуется учитывать возможное взаимодействие отдельных каналов и,
как следствие, возникновение дополнительных ошибок управления,
т. е. возникают задачи декомпозиции и согласованного управления.
Задача согласованного управления предусматривает организацию
принудительного взаимодействия каналов системы с целью поддержания заданных соотношений выходных переменных yj(t). Такие
условия согласования в простейших случаях принимают следующий

Г л а в а 1
вид: y1(t) = f[y2(t)], соответствующих синхронному движению отдельных каналов сложной системы. В более общем случае условия
согласования записываются в виде f[y1(t), y2(t)] = 0, где f[·] — заданная функция. Согласованное управление требует координации
управляющих воздействий uj(t). Наиболее наглядные задачи терминального и согласованного управления возникают при управлении пространственным движением многозвенных УО. Здесь в качестве выходных переменных системы обычно выступают декартовы
координаты yj подвижных УО в трехмерном физическом пространстве, а задача перемещения УО из начальных положений в точки
{yfj} относится к многоканальным терминальным задачам. Следует
отметить, что декомпозиция в отличие от согласования заключается
в устранении взаимного влияния каналов СУПО с целью сведения
задачи управления многосвязным объектом к нескольким элементарным одноканальным задачам. Это достигается с помощью соответствующих алгоритмов коррекции управляющих воздействий.
В современных системах УУ не обязательно соответствует физическое устройство.
Это может быть алгоритм или программа
расчетов требуемых переменных (сигналов). В него входит специфический алгоритм (СА), рассчитывающий управляющее воздействие u(t) с целью решения локальной задачи управления. СА в
системах автоматизации служат для обеспечения определенного качества стабилизации параметров управления на заданном уровне.
Как правило, это набор аналитических выражений, используемых
для расчета управляющих воздействий, или система операций, выполняемых по определенным правилам, т. е. математическая зависимость между выходным регулирующим воздействием u(t) и входным отклонением ε регулируемой величины y от заданного значения y∗.
Входной величиной для СА является сигнал ε, а выходной — регулирующее воздействие u: u(t) = U[ε(t), y∗(t)...].
В качестве оператора U[·] могут выступать как алгебраические и трансцендентные функции, так и интегро-дифференциальные операторы,
булевы функции и пр. Простейшими СА являются операторы отклонения вида: u(t) = U[ε(t)].
В практике обычно рассматривают три типовых закона регулирования (рис. 1.5): пропорциональный, интегрирующий и дифференцирующий. На базе этих законов
в СА реализуют более сложные алгоритмы, являющиеся комбинацией основных: пропорционально-интегральный, пропорциональнодифференциальный,
пропорционально-интегрально-дифференциальный и другие. Аналитические зависимости основных типовых
СА следующие: