Совершенствование технологий разработки самопроверяемых устройств железнодорожной автоматики и телемеханики на элементах программируемой логики с использованием помехозащищенного кодирования

Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена совершенствованием принципов реализации элементной базы с применением компьютерных технологий, необходимостью использования расширенного функционала в устройствах и системах железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), позволяющего автоматически выполнять функции самодиагностирования, мониторинга и поддержки принятия решений эксплуатационным персоналом. Кроме вышеперечисленных преимуществ перед традиционными системами ЖАТ на релейной основе системы управления на основе компьютерных технологий обладают такими существенными преимуществами как более высокие показатели надежности, миниатюризация оборудования, использование малообслуживаемых технологий, гибкость решений и возможности перепрошивки программных средств (гибкая логика), возможности реализации самопроверяемых и самодиагностируемых блоков и узлов, реализация тесно интегрированных подсистем непрерывного мониторинга и принятия решений для помощи персоналу и т. д. Цели и задачи диссертации. Целью настоящего исследования является развитие технологий разработки систем ЖАТ с обнаружением неисправностей на основе программируемой элементной базы. Для достижения поставленной цели в диссертации ставятся и решаются следующие задачи: 1. 9 Формирование методики разработки систем ЖАТ для управления напольными устройствами сигнализации, централизации и блокировки с расширенными функциями самодиагностирования и контроля предотказных состояний на основе устройств с программируемой логикой. 2. Исследование характеристик обнаружения ошибок взвешенными кодами с суммированием для использования их при реализации устройств управления с обнаружением неисправностей. 3. Разработка методов построения кодеров взвешенных кодов с суммированием с учетом особенностей двоичных представлений весовых коэффициентов. 4. Разработка способов создания систем ЖАТ для управления напольными устройствами СЦБ на основе ПЛИС с кодированием данных взвешенными кодами с суммированием. Объектами исследования являются системы железнодорожной автоматики и телемеханики и напольные устройства сигнализации, централизации и блокировки, а предметом – технология разработки самопроверяемых напольных устройств СЦБ на основе программируемой логики с применением взвешенных кодов с суммированием. Научная новизна представленного исследования состоит в следующем: 1. Разработана методика построения конечных автоматов, описывающих условия функционирования напольных устройств СЦБ, отличающаяся от ранее известных тем, что на этапе разработки устройств вводятся множества предотказных состояний, что позволяет повысить адекватность модели устройства. 2. Установлены ранее неизвестные характеристики обнаружения ошибок взвешенными кодами с суммированием, отличающимися от известных взвешенных кодов использованием модулей в виде натуральных чисел, не являющихся степенями числа 2, что позволяет повысить вариативность построения взвешенных кодов и сократить структурную избыточность схемы внутреннего контроля без потери свойств обнаружения ошибок. 3. Разработаны методы построения кодеров взвешенных кодов с суммированием, отличающиеся от ранее известных тем, что при реализации на ПЛИС не требуется минимизация реализуемых ими функций, имеющие применимость в составе тестового оборудования схем встроенного контроля устройств управления, что позволяет значительно упростить процесс проектирования. 4. Определены способы разработки устройств управления напольными объектами СЦБ на основе ПЛИС с кодированием данных взвешенными кодами с суммированием, отличающиеся от известных возможностью реализации стандартизированных самодиагностируемых устройств с высокой скоростью функционирования и аппаратной реализацией алгоритмов. Теоретическая значимость работы заключается в совершенствовании технологии разработки систем ЖАТ с обнаружением неисправностей с помощью широкого класса взвешенных кодов с суммированием, дающих малую структурную избыточность конечных самопроверяемых устройств. Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных результатов при разработке систем ЖАТ на железнодорожном транспорте на программируемой элементной базе. Методология и методы исследования. Использованы методы булевой алгебры, теории конечных автоматов, комбинаторики и теории вероятностей, теории информации и кодирования. Положения, выносимые на защиту. 1. Методика построения конечных автоматов, описывающих условия функционирования напольных объектов СЦБ, отличающаяся от ранее известных тем, что на этапе разработки устройств вводятся множества предотказных состояний, в которые они будут переходить и индицировать о достижении заданных переходов. 2. Характеристики обнаружения ошибок взвешенными кодами с суммированием, отличающимися от известных взвешенных кодов использованием модулей в виде натуральных чисел, не являющихся степенями числа 2. 3. Методы построения кодеров взвешенных кодов с суммированием, отличающиеся от ранее известных тем, что при реализации на ПЛИС не требуется минимизация реализуемых ими функций, имеющие применимость в составе тестового оборудования схем встроенного контроля устройств управления. 4. Способы разработки систем ЖАТ для управления напольными объектами СЦБ, на основе ПЛИС с кодированием данных взвешенными кодами с суммированием, обладающими улучшенными характеристиками обнаружения ошибок, чем классические коды с суммированием, позволяющие реализовать стандартизированные самодиагностируемые устройства с высокой скоростью функционирования и аппаратной реализацией алгоритмов.