Оценка эффективности скользящего резервирования радиоэлектронных средств

Цели. Повышение надежности радиоэлектронных средств достигается применением структурного и нагрузочного резервирования. Эффективность структурного резервирования зависит от кратности резервирования и от интенсивности отказов элементов радиоэлектронных средств. При нагрузочном резервировании путем облегчения электрических, тепловых и механических режимов работы элементов можно снизить их интенсивности отказов. Выбор способа резервирования определяется требованиями к показателям безотказности, которые часто находятся в противоречии. Поэтому весьма актуальной является проблема эффективного сочетания методов структурного резервирования и способов нагрузочного резервирования. В радиоэлектронных средствах длительного срока действия, например, в ретрансляторах спутниковых систем связи, при ограничении на массогабаритные параметры и потребляемую энергию применяется скользящее резервирование. Цель работы – оценка эффективности скользящего резервирования по различным показателям надежности при изменении кратности резервирования, режима работы резерва, интенсивности отказов элементов и переключающего устройства.

Методы. Для описания структуры сложной системы скользящего резервирования используется логиковероятностный метод, в котором зависимость показателей надежности системы от показателей надежности элементов формулируется в виде логической функции работоспособности. Для сравнения различных вариантов логических схем надежности применяются графоаналитические методы.

Результаты. Получены математические модели для оценки эффективности скользящего резервирования. Проведен сравнительный анализ эффективности скользящего резервирования с нагруженным и ненагруженным резервом по вероятности безотказной работы, по гамма-процентному ресурсу, по интенсивности отказов при изменении дробной кратности резервирования и интенсивности отказов элементов. Исследовано влияние надежности переключающего устройства на эффективность скользящего резервирования.

Выводы. Построенные математические модели коэффициентов эффективности скользящего резервирования по разным показателям надежности позволяют дать практические рекомендации по выбору режима резерва. Определено соотношение показателей безотказности элементов и переключающего устройства, при котором надежностью переключающего устройства можно пренебречь. Для повышения эффективности скользящего резервирования радиоэлектронных средств необходимо сочетать кратность резервирования, режим работы резерва и способы уменьшения интенсивности отказов элементов.

1. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. СПб.: БХВ-Петербург; 2008. 704 с. ISBN 978-5-94157-541-1

2. Гельфман Т.Э., Пирхавка А.П., Скрипачев В.О. Анализ эффективности методов обеспечения надежности ретранслятора спутника связи. Russ. Technol. J. 2023;11(1):51–59. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-1-51-59

3. Севастьянов Н.Н., Андреев А.И. Основы управления надежностью космических аппаратов с длительными сроками эксплуатации. Томск: ТГУ; 2015. 266 с. ISBN 978-5-94621-460-5

4. Saleh J.H., Hassan R., Torres-Padilla J.P., Hastings D.E., Newman D.J. Impact of subsystem reliability on satellite revenue generation and present value. Journal of Spacecraft and Rockets, 2005;42(6):1122–1129. https://doi.org/10.2514/1.13137

5. Гельфман Т.Э., Калмыков М.Н., Сердитов А.А., Чуев Е.А., Богачев В.Н., Харитонов А.Ю. Надежность систем космической связи. В сб.: Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. Материалы Международной научно-технической конференции «INTERMATIC – 2012». 2012;12(6):157–161.

6. Кислаев А.Г., Хропов А.Н. Оптимальное резервирование, как метод повышения надежности систем космической связи. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. Материалы Международной научно-технической конференции «INTERMATIC – 2010». 2010;10(1–3):109–112.

7. Жаднов В.В. Расчетная оценка показателей долговечности электронных средств космических аппаратов и систем. Надежность и качество сложных систем. 2013;2:65–73. URL: https://nikas.pnzgu.ru/files/nikas.pnzgu.ru/zhadnov_65_73.pdf

8. Ямпурин Н.П., Баранова А.В. Основы надежности электронных средств. М.: Академия; 2010. 240 с. ISBN 978-5-7695-5908-2

9. Алешин В.Ф., Колобов А.Ю., Петров Ю.А. Проблемные вопросы прогнозирования и подтверждения надежности космических аппаратов длительного функционирования. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015;6:31–41. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23852897

10. Kofanov Y.N., Lvov B.G., Meleh N.A., Sotnikova S.Y. Reliability of space infocommunications equipment. In: Proceedings of the 2018 International Conference “Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies” (IT&QM&IS). IEEE. 2018. P. 354–357. https://doi.org/10.1109/ITMQIS.2018.8525088

11. Jung S., Choi J.P. End-to-end reliability of satellite communication network systems. IEEE Systems Journal. 2021;15(1):791–801. https://doi.org/10.1109/JSYST.2020.2980760

12. Jung S., Choi J.P. Reliability of small satellite networks with software-defined radio and enhanced multiple access protocol. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2021;57(3):1891–1902. https://doi.org/10.1109/TAES.2021.3050652

13. Гельфман Т.Э., Пирхавка А.П. Коэффициент оперативной готовности спутниковых сетей связи. Russ. Technol. J. 2022;10(1):35−40. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-1-35-40

14. Аскинази Г.Б., Быков В.Л., Дьячкова М.Н. и др. Спутниковая связь и вещание: справочник; ред. Л.Я. Кантор. М.: Радио и связь; 1988. 344 с.

15. Mehmet N., Selman D., Hasan H.E., Cenk S. Reliability and cost focused optimization approach for a communication satellite payload redundancy allocation problem. Int. J. Electrical, Electronic and Communication Sciences. 2018;11.0(5). https://doi.org/10.5281/zenodo.1316576