Инфокоммуникационные технологии электромагнитной защищённости информационных каналов в автоматизированных системах управления движением судов

На правах рукописи

Вишневский Юрий Георгиевич

Инфокоммуникационные технологии электромагнитной защищённости информационных каналов в автоматизированных системах управления движением судов

Специальность:05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт – Петербург

2008

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Сикарев А.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Нырков А.П.

доктор технических наук, профессор Арефьев И.Б.

доктор технических наук, профессор Семёнова Е.Г.

Ведущее предприятие: Открытое акционерное общество «Холдинговая компания «Ленинец».

Защита состоится « 25 » _декабря_2008 г. в « 14 » часов на заседании диссертационного совета Д223.009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д.5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « 19 » _сентября_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Барщевский Е.Г.

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Стремительное нарастание процессов глобализации экономики повышает роль и значение различных средств коммуникации, что сопровождается высокими темпами развития инфокоммуникационных технологий, ставших одним из главных государственных ресурсов.

При этом автоматизированные цифровые системы радиосвязи и спутниковые системы связи и радионавигации составляют техническую основу управления транспортным процессом на море и внутренних водных путях (ВВП), обеспечивающего безопасность плавания. Высокая надежность техники, помехоустойчивость и электромагнитная защищенность информационных каналов являются гарантией эффективного использования автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС).

Возрастание сложности задач управления движением судов приводит к разработке и внедрению новых инфокоммуникационных технологий. Технический уровень и темпы развития информационно-телекоммуникационных систем зарубежных государств, устремляющихся на внутренние водные пути России, заставляют пересмотреть оценки и пути развития отечественных АСУДС на организационном, техническом и функциональном уровнях. Тенденция к интегрированию помехозащищенных средств УКВ-радиосвязи наземного и космического базирования, средств сотовой и транкинговой связи, а также спутниковых радионавигационных систем с целью формирования общего информационного пространства и обеспечения единства управления движением судов обуславливает необходимость рассмотрения протоколов обмена информацией в АСУДС, а также количественного обоснования принимаемых инженерных решений в области защищенности функционирования информационных каналов в условиях взаимных и индустриальных помех.

Опыт реализации, мониторинга и управления в АСУДС на ВВП, полученный в странах Европы, США, Канады и России, свидетельствует о том, что подобные автоматизированные системы обычно имеют в своём составе такие информационные подсистемы телекоммуникаций и мониторинга, как подсистемы УКВ-радиосвязи, транкинговой и сотовой радиосвязи, автоматизированные идентификационные системы (АИС), системы видеонаблюдения и радиолокационного контроля. Координация функционирования указанных систем обеспечивается центром управления движением судов, важнейшей составляющей которого является информационно-диспетчерская служба. Для регионов с крупными озёрами или озёрными объединениями (например, Ладожское и Онежское озеро в России, объединение Великих озёр в США и Канаде) возможно включение в состав речной АСУДС так называемых Речных региональных спасательно – координационных центров (РРСКЦ), обеспечивающих приём от судов сигналов бедствия и организацию оперативных поисково-спасательных работ. Помимо отмеченного, вся структура речной АСУДС, как правило, бывает погружена в радионавигационное поле ГЛОНАСС/GPS и его подсистему высокоточных дифференциальных радионавигационных поправок ДГЛОНАСС/DGPS.

Электромагнитная защищённость каналов передачи информации различного целевого назначения от радиопомех представляет собой одну из важнейших проблем, возникающих как при разработке, так и при использовании радиоэлектронных средств в системах радиосвязи, радиолокации, радионавигации. С момента открытия радио нашим великим соотечественником А. С. Поповым и до настоящего времени постоянно имела и имеет место необходимость решения указанной проблемы.

Рассмотрение электромагнитной эащищённости информационных каналов (ЭМЗИК) всех отмеченных выше систем в структуре АСУДС на ВВП и прилегающих морских и озёрных акваториях, а также каналов их радионавигационного обеспечения представляется актуальным и своевременным.

Научная проблема. Повышение эффективности речных АСУДС на основе совершенствования инфокоммуникационных технологий многоуровневой электромагнитной защищённости информационных каналов УКВ-сетей связи и обсервации в условиях влияния непреднамеренных помех.

Данная проблема направлена на развитие информационных и телекоммуникационных технологий в АСУДС и требует нового методо-логического подхода к исследованию защищённости функционирования информационных каналов.

Центральным моментом этой проблемы является совершенствование технологий построения информационных каналов в УКВ-сетях радиосвязи и радионавигации, входящих в АСУДС, на основе диалектического преобразования введённой профессором А. А. Сикаревым количественной оценки в виде коэффициента взаимного различия сигналов и помех в такой конструктивный комплексный показатель, каким является поле поражения сигнала.

При этом требуется системный анализ и системный подход к формированию моделей и алгоритмов, которые отражали бы влияние частотно-временных структур (ЧВС) сигналов и помех на ЭМЗИК и доминирующее влияние последней на общую эффективность АСУДС, включающую, кроме того, и структурную эффективность, и своевременность доставки информации.

Многоуровневая качественная защищенность функционирования информационных каналов УКВ-радиолиний в условиях непреднамеренных помех в речных АСУДС может быть достигнута на основе минимизации площади поля поражения сигнала (ПППС) -r и максимизации коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов Кэмз на физическом, канальном и сетевом уровнях, что будет способствовать повышению помехоустойчивости и эффективности АСУДС в целом.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке методов, моделей и алгоритмов, обеспечивающих аргументированную оценку качества информационных каналов, способствующую улучшению их электромагнитной защищённости за счёт адаптивной минимизации площади поля поражения сигнала (ПППС) и максимизации коэффициента электромагнитной защищённости (Кэмз) на физическом, канальном и сетевом уровнях для повышения функциональной эффективности речной АСУДС.

В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Разработаны, сформулированы и обоснованы критерии оценки качества сигналов в информационных сетях АСУДС в виде поля поражения сигналов и коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов, отличающиеся научной новизной.
2. Реализована концепция системного подхода при теоретическом обосновании инфокоммуникационных технологий для моделирования многоуровневой электромагнитной защищённости информационных каналов в АСУДС.
3. Разработано математическое обеспечение моделирования и оптимизации частотно-временных структур (ЧВС) сигналов при воздействии взаимных помех по критерию минимума площади поля поражения сигнала r.
4. Предложен комплекс математических моделей и алгоритмов оценки эффективности использования оптимальных по размерам поля поражения сложных сигналов и оценки электромагнитной защищённости информационных каналов в АСУДС.
5. Разработана имитационная модель электромагнитной защищённости информационных каналов в речных АСУДС в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех.
6. Разработана методика оценки общей эффективности АСУДС с использованием частных показателей: коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов, своевременности прохождения информации и структурной эффективности.
7. Внедрены новые научно-обоснованные технические и технологические решения по использованию инфокоммуникационных технологий ЭМЗИК в речных АСУДС.

Объектом исследования являются информационные каналы в АСУДС, функционирующие в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех, а также инфокоммуникационные технологии обеспечения их электромагнитной защищённости, включающие применение оптимальных ЧВС сигналов.

Предметом исследования являются технологические процессы электромагнитной защиты информационных каналов в АСУДС с учётом тенденции к интегрированию помехозащищённых средств УКВ-радиосвязи наземного и космического базирования, средств сотовой и транкинговой связи, а также спутниковых радионавигационных систем (СРНС) с целью формирования общего информационного пространства и обеспечения единства управления движением судов.

Методы исследования. Методологической и общетеоретической основой исследования являются положения, базирующиеся на сочетании основных оптимизационных принципов статистической теории связи и аппроксимации взаимных и других сосредоточенных помех радиосредств квазидетерминированными случайными процессами, что позволяет одновременно учитывать влияние вероятностных характеристик, структуры и интенсивности полезных применяемых сигналов и воздействующих вместе с флюктуационными сосредоточенных помех.

Теоретической основой развития и повышения эффективности информационных сетей в АСУДС и самих АСУДС являются системология, теория сигналов, статистическая теория связи, теория оценок, теория алгоритмов, теория математического и, в частности, имитационного моделирования, математическая теория надёжности, теория графов, теория игр, теория массового обслуживания, теория принятия решений. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально при физическом моделировании и при проведении научно-исследовательских работ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований осуществлено теоретическое, экспериментальное и модельно-прогнозируемое обоснование и решение ключевых задач проблемы, имеющей важное значение для экономики страны, – создание комплекса инфокоммуникационных технологий ЭМЗИК подсистем УКВ и транкинговой связи, дифференциальных подсистем, подсистем АИС, а также систем спутниковой связи и местоопределения в речных АСУДС.

Электромагнитная эффективность (ЭМЭ) АСУДС оценивается по ряду параметров, важнейшими из которых является площадь поля поражения сигнала и коэффициент ЭМЗИК. Через Кэмз определяется и своевременность (оперативность) прохождения навигационной и другой информации. Показано доминирующее влияние ЭМЭ на общую эффективность речных АСУДС. Разработан метод количественных оценок структурной эффективности АСУДС.

Рассмотрены роль и значение ЧВС сигналов, используемых в информационных сетях связи и обсервации.

Осуществлён синтез оптимальных и квазиоптимальных сложных сигналов, используемых в АСУДС.

Исследованы возможности применения СРНС GPS и ГЛОНАСС в речных АСУДС при воздействии взаимных и индустриальных помех.

Произведено уточнение определения потенциального количества совместимых линий связи и обсервации. Разработаны основные способы ЭМЗИК в АСУДС на ВВП при воздействии взаимных и индустриальных помех в УКВ-диапазоне на физическом, канальном и сетевом уровнях при использовании семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем.

Основные результаты, полученные в работе и выносимые на защиту:

1. Разработаны, сформулированы и обоснованы новые, конструктивные критерии оценки качества сигналов и информационных каналов в речных АСУДС – поле поражения сигнала и коэффициент ЭМЗИК (электромагнитной защищённости информационных каналов) - Кэмз.
2. Концепция системного подхода при теоретическом обосновании инфокоммуникационных технологий для моделирования многоуровневой ЭМЗИК в речных АСУДС.
3. Математическое обеспечение моделирования и оптимизации частотно-временных структур (ЧВС) сигналов при воздействии взаимных помех по критерию минимума площади поля поражения сигнала r.
4. Комплекс математических моделей и алгоритмов оценки эффективности использования оптимальных по размерам поля поражения сложных сигналов и оценки при этом ЭМЗИК в речных АСУДС.
5. Имитационная модель ЭМЗИК речных АСУДС в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех.
6. Методика оценки общей эффективности АСУДС с использованием частных показателей: коэффициента ЭМЗИК, своевременности прохождения информации и структурной эффективности.
7. Новые научно-обоснованные технические и технологические решения по использованию новых инфокоммуникационных технологий ЭМЗИК в речных АСУДС.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при разработке и производстве процессорных устройств для оценки сигналов в ФГУП «НИИ «Рубин», в фирме спутниковой связи «Комин». Оценка и учёт взаимного влияния УКВ - радиолиний при воздействии на них индустриальных помех используются в БУС ГБУ «Волго-Балт».

Материалы диссертационной работы реализованы в «Концепции создания и использования дифференциальных подсистем ГЛОНАСС / GPS на речном транспорте», разработанной в соответствии с Федеральной целевой программой по использованию Глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах гражданских потребителей, утвержденной Постановлением Правительства РФ от 15 ноября 1997 г. №1435, Санкт-Петербургским государственным университетом водных коммуникаций. Кроме того, результаты диссертационной работы использованы в СПГУВК при подготовке специалистов по направлениям 180402.65.

Апробация работы. Основные положения работы по мере её выполнения пред-ставлялись на Всесоюзных и Международных конференциях, семинарах, в т.ч.:

• на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Автоматизированные системы декаметровой радиосвязи», Куйбышев, ноябрь 1988г.
• на Всесоюзной НТК «Развитие и внедрение новой техники радиоприёмных устройств и обработки сигналов», Горький,1989г.
• на Международной НТК «Транском –97», СПб,1997г.
• на Международной НТК «Транском-99»,СПб,1999г.
• на Международной НТК «Транском-2004»,СПб,2004г.
• на Научно-методической конференции-98,СПб, СПГУВК,1998г.
• на НМК, посвящённой 190-летию транспортного образования, СПб, СПГУВК, 1999г.
• на постоянно действующем семинаре НТО РТЭ им. А.С.Попова;
• на научно-технических конференциях военных училищ связи и Военной академии связи, Киев-1980,1983,1987,Ленинград – 1980,1981, СПб – 1998,1999.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 66-ти научно - технических изданиях, в том числе, в двух монографиях, двух учебниках: «Радиотехника» и «Морская радиосвязь и телекоммуникации», 9-ти статьях в журналах, рекомендованных ВАК для докторантов, в 3-х изобретениях (имеются авторские свидетельства), в 28-ми статьях (кроме «ваковских»), в 5-ти учебных пособиях и 17-ти докладах (труды Всесоюзных, Международных и отраслевых научно - технических и научно- методических конференций).

Структура и объём работы. Диссертация представлена в форме рукописи, состоящей из введения, шести глав и заключения. Общий объём работы составляет 391 страниц, в т.ч. 103 рисунка, 62 таблицы и список используемых источников из 244наименований.

В 1-й главе проводится с системных позиций анализ современного состояния и вектора развития как информационных сетей связи и обсервации, составляющих основу АСУДС, так и собственно АСУДС.

Иерархическая структура информационных сетей связи, в т.ч. автоматизированных, для обеспечения морского и речного транспортных процессов приняла вид, показанный на рис. 1.

Рис. 1

Важно подчеркнуть, что представленные здесь системы пяти уровней обеспечивают управление и безопасность морских судов и судов смешанного «река-море» плавания. Характерно, что практически все системы речного флота третьего, четвертого и пятого уровней строятся как наземные УКВ сотовые сети, а в некоторых случаях они дублируются наземно-космической сотовой сетью, в которой используются ИСЗ на геостационарной орбите.

С появлением Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС -- GPS и ГЛОНАСС) начинают интенсивно интегрироваться информационные сети связи третьего, четвертого и пятого уровней с информационными сетями обсервации указанной ГНСС.

Возникновение интегрированных сетей обусловлено требованиями высокой точности обсервации (СКП=25 м) для безопасного судоходства в прибрежных морских районах, проливах, на реках, каналах и озерах внутренних водных путей.

Этой цели служит применение дифференциального режима DGPS и ДГЛОНАСС.

Топологически возможны различные методы интеграции: сетевой, широкозональный и комбинированный.

Процессы интеграции сетей связи и обсервации получили дальнейшее развитие после ввода в эксплуатацию спутниковых систем радионавигации и связи (ССРНС) третьего поколения (например, Globalstar). Здесь возможно применение различных методов передачи диффпоправок.

Активно ведутся разработки ССРНС четвертого поколения, представляющих комплекс услуг высокоскоростной передачи данных, доступ к широкополосным интерактивным услугам служб мультимедиа, услуги персональной радиотелефонной связи. Региональные информационные сети связи и обсервации могут состоять из нескольких локальных информационных сетей, составляющих основу автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС).

В работе анализируются причины создания СУДС, их функции, состав, нормативные документы и т.д. Анализ показал, что основными причинами создания и функционирования СУДС различных категорий являются, с одной стороны, стремление повысить навигационную безопасность и технико-эксплуатационную эффективность работы флота и портов, снизить аварийность и предупредить экологические бедствия, а с другой стороны, – развитие материальной технической базы, внедрение новых технологий в процесс управления водным транспортом, рост профессионализма обслуживающего персонала.

В последние годы в качестве обобщающего понятия для любых систем связи и информационных систем, использующихся на ВВП, сформировались термины КРИС и РИС (корпоративные речные информационные системы и речные информационные службы), которые представляют собой управляемую совокупность АСУДС со своими зонами действий и центрами управления движением судов (ЦУДС) для каждой из них. Система УКВ-радиосвязи в структурах каждой КРИС и АСУДС решает задачи обеспечения радиосвязи на частотах бедствия, безопасности и вызова; передачи циркулярных сообщений, путевой и гидрометеорологической информации; оперативного управления работой флота (диспетчерское регулирование судоходного процесса); передачи данных для систем управления движением судов; передачи на суда по специально выделенным каналам сигналов дифференциальных поправок радионавигационной системы DGPS или ДГЛОНАСС; передачи общественной информации.

В рамках процедуры управления движением судов на ВВП автоматизированная система решает два класса задач: контроль и регулирование движения судов.

В п.1.4 рассматриваются системотехнические аспекты построения АСУДС.

Можно построить наиболее рациональную структуру АСУДС. Состав ее обусловлен адекватностью решаемым задачам, что видно на примере автономно развивающейся отечественной АСУДС «Нева – 2000», включенной в Федеральную программу «Внутренние водные пути России».Возможная топологическая структура такой АСУДС представлена на рис.2. Пути развития АСУДС вытекают из задач, решаемых этой системой, из ее структурных особенностей, а также из возможностей оптимизации функционирования при учете различных факторов (в т.ч. и совершенствования инфокоммуникационных технологий электромагнитной защищенности информационных каналов) с целью повышения общей эффективности системы.

Таким образом, проведенный в 1-й главе анализ современного состояния информационных сетей связи и обсервации, используемых в АСУДС, и анализ становления и развития АСУДС позволили:

1. установить устойчивую тенденцию к применению интегрированных систем навигации и связи наземно-космического базирования АСУДС как на море, так и на внутренних водных путях, что повышает оперативность управления транспортным процессом и безопасность плавания;
2. проследить пути развития АСУДС, основу которых составляют информационные сети;
3. определить широкое использование новых инфокоммуникационных технологий формирования информационных сетей любого уровня как важную закономерность информационного обеспечения процессов судовождения;
4. выявить связь между совершенствованием инфокоммуникационных технологий, затрагивающих информационные потоки в создаваемых информационных полях, и обеспечением безопасности плавания;
5. наметить в качестве объектов исследования электромагнитную защищенность информационных каналов в АСУДС и частотно-временные структуры сигналов, используемых в них.

Во второй главе указывается на необходимость рассмотрения внешней и внутренней электромагнитной обстановки (ЭМО). Информация о внешней ЭМО и источниках электромагнитных помех (ЭМП) необходима для пространственно-частотно-временного распределения радиочастотного ресурса (РЧР).

Знание внутренней ЭМО необходимо для определения условий обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) достаточно сложных систем и комплексов. В комплексах радиоэлектронных средств (РЭС) судов можно обнаружить почти все виды ЭМП, излучаемых антеннами и распространяющихся в дальних и ближних зонах. При анализе внутренней ЭМО широко используются математические модели источников ЭМП.

Системный подход не получил еще должного развития в области обеспечения ЭМС судовых РЭС, поскольку факторы системного подхода в этой области еще не выявлены в должной мере.

Параметры судовых РЭС и радиоаппаратуры контрольно-корректирующих станций (ККС) для обеспечения ЭМС должны соответствовать определенным нормам, указанным в нормативно-технической документации (НТД) по обеспечению ЭМС.

Опережающие стандарты имеют важное значение для решения проблемы ЭМС судовых РЭС, функционирование которых прямо или косвенно связано с РЧР.

В работе рассматриваются некоторые международные, национальные и отечественные стандарты, например, МЭК – 60945, 461 В и 462 (США), РД 31.64.26–00(Методы обеспечения ЭМС судовой РЭА),ГОСТ Р 51317.4.3. – 99.

В случае нарушения ЭМС радиолиний дифференциальной подсистемы, (например, локальной дифференциальной подсистемы – ЛДПС) и АИС возможна выдача ложных сигналов в системах навигации и управления для высокоточного местоопределения положения судов.

ЭМС превратилась в новое самостоятельное научно-техническое направление, проникающее во все существенные области радиоэлектроники и имеющее системный характер. Одним из разделов этого нового направления являются теория и методы оценки ЭМС радиолиний. Актуальность проведения исследований в данной области подтверждается постоянным увеличением ассигнований на решение проблемы ЭМС РЭС во всем мире.

В работе исследовано влияние частотно-временных структур сигналов, используемых в информационных сетях связи и обсервации, на электромагнитную защищённость информационных каналов в АСУДС в условиях воздействия помех. При этом рассмотрены классификация сложных сигналов в телекоммуникационных комплексах АСУДС, а также источники возможных радиопомех. Кроме того, выбраны математические модели сигналов и помех на физическом уровне, поступающих на вход демодулятора.

С учетом выбранной модели сигналов и помех при решении задач анализа и синтеза структуры сигналов, оптимальной в условиях воздействия взаимных помех, используется количественная оценка структурного различия сигналов и помех, представляемая коэффициентом взаимного различия, введенным проф. А.А. Сикаревым.

Коэффициентом взаимного различия (КВР) структур полезных сигналов и взаимных помех в частотно-временной области называется нормированная величина, пропорциональная мощности процесса на выходе фильтра или квадратурной схемы, согласованной с сигналом Zri(t), при прохождении через них помехи Zпk(t).

КВР измеряет относительную величину перекрытия в частотно-временной области полезного сигнала и взаимной помехи.

Существенно то, что во всех случаях вероятность ошибки поэлементного приема находится в функциональной зависимости от КВР.

Электромагнитная совместимость, например, радиолиний ЛДПС, входящей в АСУДС, в направлениях «ККС - судно», «КА - ККС» и «КА - судно», зависит от ЧВС сигналов и взаимных помех, количественное различие которых оценивается с помощью КВР.

Ввиду того, что дифференциальные поправки от ККС передаются на судно радиоимпульсами радиомаяка, приведен расчет нормированного КВР радиоимпульса и взаимной (ретранслированной) узкополосной помехи в частотно-временной области.

Пользуясь пакетом прикладных программ MathCad, были произведены расчеты по формулам:

(1)

здесь: (2)

В результате получена поверхность двухмерного нормированного КВР радио-импульса и взаимной (ретранслированной) помехи. Она представлена на рис 3.

Уу

Рис. 3

КВР сигналов и взаимных помех, указывая на качественное ухудшение ЭМС радиолиний в АСУДС, не дает, однако, количественной оценки их электромагнитной защищенности. Конструктивным показателем ЭМЗИК радиолиний в АСУДС является «поле поражения сигнала», позволяющее объединить в одном критерии структурные различия полезных сигналов и взаимных помех, статистические параметры канала связи и оценку решающей схемы приемника. В отличие от ЭМС, электромагнитная защищенность линий радиосвязи и местоопределения базируется на топологических вариациях проекций сечений КВР применяемых в АСУДС, в частности, в ЛДПС, полезных сигналов в условиях воздействия взаимных помех.

Во-первых, обращает на себя внимание тот факт, что от законов распределения {µi},{ri},{пk},{пk}, определяемых статистическими свойствами каналов связи, и от вида применяемого в приемнике демодулятора зависит функцио­нальный вид выражений для вероятности ошибки поэлементного приёма. Кроме того, в качестве аргументов этих выражений во всех случаях фигурируют hri и hпk – среднестатистические значения отношений энергии i-той составляющей сигнала и k-той составляющей помехи к спектральной плотности белого шума, а также g0rik - среднестатистические значения коэффициентов взаимного различия в частотно-временной области структуры Zri(t) и Zrk(t, trп, rп).

Если Zri(t) для любого «i» формируются из одного класса сложных сигналов, то имеет место:

g0rik=g0r=G0r=const(i,k) (3)

Вторым исходным положением служит то, что во всех случаях выражения для указанных вероятностей ошибок монотонно зависят от произведения либо: , либо , ухудшаясь с увеличением последних и наоборот.

Величина 1 характерна для систем, оптимальных и субоптимальных в каналах с шумами, но работающих в условиях одновременного воздействия шумов и взаимных помех, 2 – для систем, рассчитанных на совокупность последних. Определяем допустимое значение КВР:

(4), либо: , (4а)

при превышении которого вероятность ошибки в системе недопустимо ухудшается. Например, p pдоп = 10-2.

Пусть далее значения определены всюду в области:

trп [t-1,t1], rп [-1,1].

Назовём i-тым частичным полем поражения r-го варианта сигнала площадь ri той части области, в пределах которой для любых trп, rп имеет место:

(trп, rп); (5)

Результирующее же поле поражения r-го варианта сигнала можно представить таким образом:

(6)

где м – число составляющих (субсигналов),

ri–частичное поле поражения i-той составляющей r-того варианта сигнала.

Поле поражения сигнала (или площадь поля поражения сигнала) является мерой суждения о качестве не только используемых в радиолиниях АСУДС сигналов, но и о качестве радиолинии и самой АСУДС, ее электромагнитной защищённости. Приведём вычисление площади поля поражения уже рассматриваемого радиоимпульса, а также параллельных, последовательных и последовательно-параллельных сложных сигналов, которые могут использоваться в АСУДС, в частности, в АИС и ЛДПС. На основе критерия «поле поражения сигнала» проанализируем качество узкополосных и сложных сигналов, сформированных с помощью наиболее часто применяемых кодовых последовательностей Баркера, Лежандра, Хаффмена и Хэмминга. В дальнейшем, рассматривая частичные поля поражения и субсигналы, слово «частичные», приставку «суб» и индекс «i» в ряде случаев для простоты будем опускать.

Будем полагать далее, что в радиолинии имеют место независимые рэлеевские замирания узкополосных составляющих сложного сигнала Zr(t) и ретранслированной помехи, а также число составляющих (радиоимпульсов) M=3 (см. рис. 4). В этом случае, согласно выражению для вероятности ошибки, получаем:

(7)

где - величина h2, необходимая для обеспечения в канале только с флюктуационным шумом требуемого значения вероятности ошибки Pтреб. Полагая Pтреб10-4, что соответствует =40, а также Рдоп=10-2, из (7) имеем: 1доп3.

Тогда на основании (4), считая =10,30,100, получаем соответствующие уровни горизонтальных сечений:

g20rдоп=0,3; (8), g20rдоп=0,1; (9), g20rдоп=0,03 (10).

В таблице 1 представлены значения площадей полей поражения радиоимпульса для (8), (9), (10).

Таблица 1

Nr	Площадь поля поражения r радиоимпульса
I	r 0,3	r 0,1	r 0,03
	84	224	312

На рис. 5 изображены поля поражения одиночного радиоимпульса для (8) – пунктирная кривая, (9) – штрих - пунктирная кривая и (10) - сплошная кривая.

Из Таблицы 1 и Рисунка 5 видно, что с понижением уровня горизонтального сечения двухмерного коэффициента взаимного различия, т.е. с ростом , величина площади поля поражения увеличивается.

Площадь поля поражения сигнала вычисляется по методу механических квадратур (метод Гомори), заключающемуся в том, что в частотно-временной области, разбитой как бы на 400 квадратов с шагом по X и по Y, равном 0,1, (X–1; +1; Y–1;+1) или на 441 точку (это - r max), определяется число точек, спроецированных от уровней КВР, где С gor доп. (оцениваемая r).Иначе говоря, если шаг равен 1 см, то r max = 400 см2; если определение площади осуществляется по точкам, то r max= 441 условной единице (у.е.).В дальнейшем единицы измерений будем опускать.

В работе детально рассмотрены поля поражения параллельных, последовательно- параллельных сложных сигналов при воздействии взаимных помех типа ретранслированных (РП) и узкополосных (УП).

Дана сопоставительная оценка свойств различных классов сложных сигналов в условиях воздействия взаимных помех по критерию «поле поражения сигнала».

При представлении полей поражения так называемым «крупным планом», т.е. в случае смещения взаимной помехи относительно полезного сигнала в частотно-временной плоскости в пределах (по оси времени) и (по оси частот) получены формулы для вычисления КВР различных классов сигналов. В таблице 2 приведены значения площадей полей поражения сложных сигналов, сформированных с помощью кодовых последовательностей «1» ( код Баркера), «2» (код Хэмминга), «3» (код символов Лежандра), «4» (код Хаффмена), параллельной, последовательной и последовательно-параллельной двухчастотной структуры при Nr=7, gor=0,3 в зависимости от вида кодовой последовательности при представлении полей поражения “крупным планом”.

Наглядно сравнить конфигурацию полей поражения рассматриваемых сигналов позволяет рис.6, на котором представлены поля поражения различных классов сигналов, формируемых с помощью кодовой последовательности Баркера {drk}:0001101 (или: 111-1-1-11-1), при Nr=7 для g20rдоп =0,3.

Рис. 5

Таблица 2

Класс сложного сигнала	Nr	{drk}	Площадь поля поражения r
Параллельный /КВР из (2.6.1)/	7	1 2 3 4	70 77 105 105
Последовательный /КВР из (2.6.3)/	7	1 2 3 4	50 50 47 47
Последовательно-параллельный двухчастотный /КВР из (2.5.20)/	7	1 2 3 4	110 88 112 112

Горизонтальному сечению КВР из (2.6.1) соответствует кривая “a”, горизонтальному сечению КВР из (2.6.3)-кривая “б” и сечению КВР из (2.5.20)-кривая “в”(см. Таблицу 2). Из Рисунка 6 и Таблицы 2 видно, что наименьшим полем поражения в рассматриваемом случае обладают последовательные сигналы (r 50), наибольшим - последовательно-параллельные (r 110), параллельные занимают промежуточное положение, имея r 70.

Сопоставление результатов таблицы позволяет, кроме того, сделать и такие выводы:

• для принятых условий величина полей поражения последовательных сигналов практически не зависит от вида кодовой последовательности;
• для других классов сигналов r зависит от вида {drk,}, причём эта зависимость ярче проявляется в классе параллельных сложных сигналов;

Рис. 6

• в классах параллельных и последовательно-параллельных сигналов существуют кодовые последовательности, минимизирующие величину поля поражения, т.е. в этих классах сигналов возможно решение задачи min r. Для рассмотренных {drk,} решение такой задачи обеспечивают кодовая последовательность Баркера – в классе параллельных и последовательность Хэмминга – в классе последовательно-параллельных двухчастотных сигналов;
• в случае, когда g20rдоп.=0,3, площади полей поражения определяются в основном областями ”сильной” корреляции автокорреляционных функций сигналов, однако для последовательно-параллельных сигналов на формирование r уже значительное влияние оказывают боковые пики двухмерного КВР.

Далее в работе сравниваются поля поражения сигналов параллельной, последовательной, последовательно-параллельной двухчастотной структуры и узкополосного сигнала (радиоимпульса) при смещении взаимной помехи относительно сигнала по оси времени в пределах -ТtТ, а по оси частот – на . В этом случае среднестатистическое значение коэффициента взаимного различия в частотно-временной области структуры параллельного сложного сигнала Zrk(t) и помехи Zrn (t, trn, rn) определяем так:

gor(x,y)=, (11)

где x[-1;1], y[0;1] (12) ; x=, y= ; 0= (13)

ark=exp(jrk), a*rn=exp(-jrn). (14)

При y[-1;0] имеем: gor(x,-y)=gor(-x,y) (15), т.е. имеет место симметрия.

Ввиду громоздкости формул для вычисления КВР последовательных и последовательно-параллельных сигналов, в автореферате они не показаны.

В таблице 3 представлены значения площадей полей поражения сложных сигналов параллельной, последовательной и последовательно-параллельной двухчастотной структуры для пятиэлементных и семиэлементных (Nr=5, Nr=7) кодовых последовательностей Баркера ("1"), Хэмминга ("2") и Лежандра ("3") на трех уровнях горизонтальных сечений КВР: 0,3; 0,1; 0,03.

Увеличение базы сигналов приводит к уменьшению ПППС. Для принятых условий в классе параллельных сложных сигналов r существенно зависит от вида кодовой последовательности {drk}, для последовательно-параллельных сложных сигналов эта зависимость менее значительна, а для последовательных сложных сигналов r практически мало зависит от вида {drk}. Причем, эти свойства полей поражения более ярко проявляются при Nr=7, а также при увеличении h2п, т.е. при понижении уровня горизонтального сечения двухмерного КВР. Следовательно, в классе параллельных сложных сигналов и в классе последовательно-параллельных двухчастотных сложных сигналов существуют кодовые последовательности {drk}, минимизирующие величину поля поражения, т.е. возможно решение задачи min r.

При рассмотрении воздействия на радиолинии АСУДС узкополосных взаимных помех в качестве примера рассмотрена оптимальная для каналов с флюктуационным шумом двоичная система когерентного приема противоположных сигналов, для которых z1(t) = -z2(t) и h2r = h2 = const(r). Для простоты ограничимся случаем Nп=1, когда частичное и результирующее поля поражения совпадают, а для zп(t) воспользуемся типичным представлением узкополосной сосредоточенной помехи в форме

(16)

Таблица 3

№ п/п	Nr	Код {drk}	Площадь поля поражения r									Примечание
			Класс сложных (широкополосных) сигналов
			параллельные			последовательные			послед.-паралл. двухчастотные
			r 0,3	r 0,1	r 0,03	r 0,3	r 0,1	r 0,03	r 0,3	r 0,1	r 0,03
1	5	"1"	18	88	213, 5 (143)	8,5	26	140	38	74 (54)	243 (220)	В скобках указаны площади сечений центральных пиков двухмерного КВР при влиянии на формирование r сечений боковых пиков
2		"2"	18 (15)	91 (26)	190,5 (36,5)	9,5	27	136	45 (20)	154 (104)	263 (120)
3		"3"	24	62,5 (38,5)	223,5	8,5	24	150	30 (23)	123 (35)	268 (238)
4	7	"1"	10	28	232 (60)	8	13	72	16 (9)	81 (40)	236 (154)
5		"2"	11	25,5 (20)	124,5	8	11	58	16 (7)	89 (40)	250 (140)
6		"3"	17	45 (28)	224 (80)	8,5	13,5	60	16 (9)	80 (40)	258 (174)

В работе при формировании zr(t) на основе сложных сигналов структура передаваемых сигналов и соответствующие им зависимости имеют вид:

а) в классе параллельных сложных сигналов

(17)

где , , , , ( 18) - кодовая последовательность r-го варианта сигнала,

, (19)

Здесь , , , , , , , , ;

б) в случае последовательных сложных сигналов

, , (20)

где , — длительность элементарного сигнала; 0 — некоторая начальная фаза,

а значение введено в соотношении (18),

(21),

где , ;

в) в случае последовательно-параллельных сигналов — для разновидности двухчастотных сигналов с разрывом начальной фазы

, (22)

соответственно имеем

(23),

где , .

Далее, при незамирающих противоположных сигналах и замирающей сосредоточенной помехе вероятность ошибки в рассматриваемом случае определяется выражением:

, (24)

где - функция Крампа. Из этого выражения следует

, (25)

Здесь - функция, обратная ; - величина , необходимая в канале только с флюктуационным шумом для получения требуемого значения вероятности ошибки ртреб. полагая ртреб = 5 х 10-6, что соответствует = 10, а также рдоп=10-1 на основании (25) имеем =10. Считая =102, по (4) получаем уровень сечения, равный =0,1.

На рис. 7 показана конфигурация для такого уровня сечения при N=7 c кодовой последовательностью Баркера, когда {}: 0001101. Рис. 7а соответствует случаю (19), рис. 7б - (21), рис. 7в - (23). Из рисунков следует, что в рассматриваемом случае наименьшим полем поражения обладают последовательные сигналы , наибольшим – последовательно-параллельные , параллельные занимают промежуточное положение .

Рис. 7

В Таблице 4 приведены значения полей поражения для сигналов zr(t) при различных значениях числа их субэлементов и различных законах кодирования.

Таблица 4

N		Сигналы			N		Сигналы
		посл.	парал.	посл.- парал			посл.	парал.	посл.- парал
7	1 2 3 4	22 18 18 18,6	26 14 74 112	40 54 70 70	13 15	1 2 3 4	4 2,2 6 6	18 1,2 0,2 -	14,8 8,2 7 8

В главе 3 формулируется задача синтеза сложных ( широкополосных) сигналов по критерию минимума площади поля поражения сигналов (ПППС) в условиях воздействия взаимных (ретранслированных или узкополосных) помех.

При рассмотрении задачи анализа выяснилось, что площади полей поражения последовательных сложных сигналов незначительно зависят от вида кодовых последовательностей при одних и тех же Nr и уровнях сечений gr доп. Несмотря на то, что величины r оказываются в этом случае меньше, чем при использовании других сигналов, следует учитывать при обработке и требуемые скорости передачи сигналов. При высоких скоростях работы структура последовательного сложного сигнала может "развалиться". В то же время в классе последовательно-параллельных и особенно параллельных сигналов наблюдается существенная зависимость площади поля поражения сигнала от вида кодовой последовательности. Анализ полей поражения параллельных сложных сигналов показывает наличие частотно-временных зон, не подверженных воздействию непреднамеренных помех, что позволяет рассчитывать на высокую верность приема.

Таким образом, задача синтеза формулируется так: в классе параллельных сложных сигналов при Nr=37 необходимо выбрать сложные сигналы, сформированные с помощью таких кодовых последовательностей {ark}, которые обеспечивают min r и пикфактор П2, реализуя локальное решение задачи академика Л.И.Мандельштама.

Синтез оптимальных параллельных сигналов, используемых в информационных сетях связи и обсервации АСУДС при воздействии взаимных помех, осуществлялся прямым перебором половины всех возможных кодовых комбинаций {ark} при наличии ограничений по пикфактору П2 для Nr=3,5,7 на трех уровнях горизонтальных сечений двухмерного коэффициента взаимного различия .

Таблица 5 построена таким образом, что для Nr =7 площади поля поражения сигнала на самом низком уровне горизонтального сечения (0,03), где значителен вклад боковых выбросов, расположены в порядке возрастания их величин.

Как видно из Таблицы 5, с точки зрения решения задачи min r, при g20rдоп.= 0,03 и Nr =7 наименьшую площадь поля поражения (r =188, r =190) обеспечивают кодовые последовательнсти

{ak}5: I I I – I I I – I и {ak}6: - I I I – I I I I.

При этом пикфактор П=1,973.

На двух других допустимых уровнях горизонтальных сечений нормированного двухмерного коэффициента взаимного различия g20rдоп=0,1 и g20rдоп.=0,3 оптимальной оказывается кодовая последовательность Баркера:

{ak}12: I I I – I – I I – I и, кроме того, {ak}11: I – I I I – I – I – I,

которые при g20rдоп.=0,1 обеспечивают r =29,2, а при g20rдоп.=0,3 - r =11,2.

Значения пикфактора в данном случае оказываются также наименьшими: П=1,658. На уровне g20rдоп.=0,03 кодовая последовательность Баркера обеспечивает некоторое промежуточное значение площади поля поражения ri =239,2, поэтому здесь ее можно считать квазиоптимальной. К квазиоптимальным кодовым последовательностям на уровне g20rдоп.=0,03 можно, по-видимому, так же отнести такие: {ak}7, {ak}8, {ak}9 и {ak}10

Следует отметить, что в Таблице 5 не приводятся инвертированные по отношению к указанным кодовые последовательности, обеспечивающие идентичные значения и пикфактора, и площади поля поражения. Итак, примерно одинаковые площади полей поражения и одинаковые пикфакторы имеют сигналы, сформированные с помощью кодовых последовательностей, являющихся либо инвертированным, либо зеркальным, либо зеркально-инвертированным отображением друг друга.

Таблица 5

№	Код {ak}	П	Площадь поля поражения
			r 0,03	r 0,1	r 0,3
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.	I-I-I -I-I I -I I-I-I-I I I I-I I I I I-I I I-I -I I I-I I I I -I I-I I I-I-I -I-I I I-I I-I I-I I-I-I-I-I I I I I-I I-I I-I I I-I-I-I I I I-I-I I-I I-I I I I-I-I I I-I-I-I I-I -I I I-I-I-I-I -I-I-I-I I I-I	1,826 1,826 1,897 1,897 1,973 1,973 1,943 1,943 1,931 1,931 1,658 1,658 1,973 1,973 1,943 1,943	305 305 232 232 188 190,4 190,8 190,8 220 220 239,2 239,2 242,8 242,8 255,5 262	220 220 76 76 65,2 63,6 58,8 58,8 59,2 59,2 29,2 29,2 32 32 39,2 37,6	40 40 19,2 19,2 16,4 15,6 22 22 15,2 15,2 11,2 11,2 16,4 16,4 14,4 13,6

Следовательно, можно сделать вывод о том, что одна кодовая последовательность порождает еще три кодовые последовательности, имеющие одинаковые по полям поражения и по пикфакторам свойства.

Таким образом, в классе параллельных сложных сигналов, используемых в качестве сигналов УКВ радиосвязи, например, для АИС и ЛДПС в АСУДС, возможен выбор таких кодовых последовательностей, определяющих фазовую структуру сигнала, при которых площадь поля поражения r будет минимальной. При этом обеспечивается небольшое значение пикфактора.

В том случае, когда в информационных сетях связи и обсервации в АСУДС в качестве, например, адресных сигналов используются последовательно-параллельные сложные сигналы, имеющие частотно-временную матрицу, в которой число частотных и временных интервалов равно семи (Nr=7), а число субсигналов, представляющих собой, в свою очередь, сложные сигналы параллельной структуры, равно трем (n=3), число рациональных адресов можно определить по формуле:

(26)

Тогда, в определенном случае, выбор рационального ансамбля сигналов А определяется следующим образом:

A=Nрац.Q, (27)

где Q – число оптимальных, с точки зрения минимума r, кодовых последовательностей.

В рассматриваемом случае, когда Nрац. =91 и Q=4, ансамбль сигналов составляет 364 рациональных сигнала. Очевидно, что ансамбль сигналов может быть увеличен, с одной стороны, за счет увеличения числа частотных и временных интервалов в частотно-временной матрице (ЧВМ), а с другой стороны, – за счет использования квазиоптимальных кодовых последовательностей, обеспечивающих близкие к минимальным площади полей поражения.

Синтез оптимальных параллельных сложных сигналов при воздействии узкополосных помех осуществляется с использованием алгоритма, аналогичного случаю воздействия взаимных помех, прямым перебором половины возможных кодовых комбинаций {ak} при ограничении по пикфактору П2 для Nr=3,5,7 на тех же допустимых уровнях горизонтальных сечений двухмерного коэффициента взаимного различия , определяемого формулой (19).

Выбор ансамбля сигналов для радиолиний в условиях непреднамеренных узкополосных помех, как видим, зависит от алгоритма приема, определяющего предельно допустимый уровень коэффициента взаимного различия. Осуществляться этот выбор может по той же методике, что и в случае взаимных ретранслированных помех. Оптимальный ансамбль также составляет 364 рациональных сигнала, сформированных для Nr=7 на уровне =0,1 с помощью кода {a}`9 и трех от него производных при П=1,943. С учетом квазиоптимальных сигналов объем ансамбля может быть расширен: например, для =0,1 с учетом {a}`5 и {a}`11 он составит 1092 сигнала при выбранной ЧВМ.

В условиях одновременного воздействия узкополосной и ретранслированной непреднамеренных помех выбор рациональных сигналов следует производить, очевидно, ориентируясь либо на оптимальные для обоих случаев помех кодовые последовательности, либо на оптимальные для одного из них и квазиоптимальные – для другого.

Эффективность использования сложных сигналов параллельной структуры, оптимизированных по критерию минимума площади поля поражения, может быть оценена на основании расчета энергетического выигрыша Э и выигрыша по помехоустойчивости Вр. При С1=0,1 кодовая последовательность {ak}11 обеспечивает r, в то время как {ak}6 обеспечивает r64. Для того, чтобы обеспечить r, используя {ak}6, следует либо снизить требования к помехоустойчивости системы связи, либо ожидать уменьшения интенсивности ретранслированной помехи. При этом уровень горизонтального сечения двухмерного КВР С2=0,2. Тогда энергетический выигрыш от использования оптимального кода {ak}11 при С1=0,1 естественно определять соотношением:

(Дб) (28)

На рис. 8 представлены графики зависимости энергетического выигрыша при использовании оптимальных семиэлементных кодовых последовательностей по отношению к неоптимальным, причем штрихпунктирная кривая соответствует случаю воздействия ретранслированной помехи, а пунктирная кривая – случаю воздействия непреднамеренной узкополосной помехи. В первом случае, как видим, максимальный энергетический выигрыш составляет 3дБ, а во втором случае 4,75дБ. Таким образом, величина Э характеризует экономию энергетических затрат при передаче оптимальных сложных сигналов, что в рассматриваемых условиях связано с повышением эффективности борьбы с непреднамеренными помехами.

Рис. 8

Задача повышения качества радиолиний в АСУДС за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов часто сводится к адаптивному выбору сигналов, обеспечивающих в условиях воздействия помех минимальную площадь поля поражения сигнала. В работе предложены алгоритмы и процессорные устройства для оценки качества сигналов, осуществляющие такой выбор и автоматически определяющие коэффициент простоя радиолинии, а значит, и коэффициент электромагнитной защищённости информационного канала. Эти предложения защищены авторскими свидетельствами.

В главе 4 рассмотрены традиционные методы и показатели оценок помехозащищенности (ПЗ) и ЭМС линий радиосвязи и местоопределения, включающих информационные каналы.

однако, более комплексной оценкой качества линий радиосвязи и местоопределения может служить их электромагнитная защищенность (эмз). В отличие от эмс и пз, эмз линий радиосвязи и местоопределения, электромагнитная защищённость информационных каналов (эмзик) базируется на различии топологий полей поражения применяемых полезных сигналов в условиях воздействия взаимных помех. При этом учитываются мощность взаимных помех, частотно-временная структура сигналов и помех, статистические свойства канала связи, условия демодуляции сигналов и пространственная взаимная удаленность рэс.

Критерием оценки электромагнитной защищенности радиолинии может являться коэффициент Кэмз – мера электромагнитной защищенности, которая полностью определяется с помощью поля поражения сигнала. Причем Кэмз численно равен дополнению значения коэффициента простоя радиолинии КП до «1». Кп представ-ляет собой геометрическую вероятность неработоспособности радиолинии в резуль-тате воздействия взаимной помехи и определяется как вероятность энергетического подавления радиолинии Рэн, которая является отношением оцениваемой площади поля поражения сигнала r к максимальной r max: (29)

Алгоритм по оценке электромагнитной защищенности радиолинии представлен на рис. 9. Энергетика помехи здесь определяется по формуле:

(29а)

Учет влияния частотно-временных структур (ЧВС) полезных сигналов и взаимных помех на ЭМЗИК в АСУДС можно проследить на примере возможного применения сложных, по-другому, широкополосных сигналов (ШПС) с использованием семиэлементных кодов Баркера («1»), Хэмминга («2»), Лежандра («3») и Хаффмена («4»).

Для оценки эффективности распределения частотного ресурса целесообразно выбрать показатель, характеризующий и свойства радиоканала, и параметры модема, и ЧВС сигналов и помех.

Для отдельной радиолинии таким параметром, как уже отмечалось, может являться показатель вероятности ЭМЗИК – Кэмз, значение которого определяется площадью поля поражения сигнала и представлено на трёх уровнях gor доп. для различных классов сигналов в Таблице 6.

В стохастически неопределённых ситуациях, как правило, известно лишь множество состояний ЭМО и значений показателей эффективности решений (например, качества информационных каналов) для каждого из них, но нет данных о том, с какой вероятностью может наступить то или иное состояние обстановки во время проведения сеансов радиосвязи.

В работе рассмотрено 7 критериев выбора решений в стохастически неопределенных ситуациях.

Неопределенность состояния ЭМО зависит от изменяющейся мощности взаимной помехи, от изменяющегося соотношения дистанции связи и дистанции помех (расстояния от источника помех), от вероятности ошибки поэлементного приема и т.п..При этом изменяется ПППС, а значит, и КЭМЗ.

В Таблицу 7 сведены все оценки решений с помощью семи рассмотренных критериев. Здесь оптимальное решение для каждого критерия выделяется жирным шрифтом и для шести критериев оптимальное решение совпадает с наибольшим значением коэффициента электромагнитной защищенности информационного канала, а для критерия Сэвиджа – с наименьшим (0), вследствие чего можно утверждать, что Кэмз является интегрированной оценкой качества информационного канала. Этот вывод исключает необходимость поиска лучшего критерия, свидетельствуя о самодостаточности показателя, определяемого на основе измеренного или вычисленного «поля поражения сигнала». В работе проанализированы возможности использования автоматизированной укв и транкинговой радиосвязи в информационных сетях речных асудс в условиях взаимных и индустриальных помех (вп и ип).

Сети УКВ-радиосвязи представляют собой один из компонентов АСУДС. Автоматизированная система радиосвязи (АСРС) предназначена для своевременной и достоверной доставки сообщений по информационным каналам в условиях воздействия всего комплекса неблагоприятных факторов (изменчивость условий распространения радиоволн, влияние взаимных, индустриальных и других помех).

Возникают потребности в обеспечении УКВ-радиосвязи между судами и берегом в рамках Корпоративной речной информационной системы (КРИС), автоматизированной идентификационной системы (АИС), а также между телеуправляемыми радиотехническими постами в составе АСУДС.

За рубежом уже используются пакетные сети радиосвязи для организации связи с подвижными объектами (узкополосная сеть радиосвязи со скоростью передачи 16 Кбит/с, широкополосная АСРС со скоростью передачи 400 Кбит/с).

Принципы радиосвязи с пакетной передачей информации предусматривается использовать и в России в перспективных сетях связи.

При этом должна применять­ся разработанная Международной организацией по стандартизации (МОС) ре­комендация Х.200, так называемая эталонная модель взаимодейст­вия открытых систем (ЭМ ВОС, т.е. OSI - Open Systems Interconnection), одобренная МЭК, -- МОС / МЭК 7498-2. Именно эта модель используется в качестве базовой при разработке и определении правил функционирования различных систем, служб, сетей связи. В ней предусмотрен опре­деленный перечень услуг по защите от помех и несанкционированного доступа. В ЭМ ВОС принята 7-уровневая иерархия функций взаимодействия.

Первый, второй и третий уровни составляют физическую группу, так как структура и функции этой группы определяются видом коммуникационной сети. Представление радиолинии УКВ-связи в виде многоуровневой иерархической модели отражает концепцию построения автоматизированной сети радиосвязи как элемента первичной сети связи, сопрягаемой с цифровой сетью связи интегрального обслуживания, и в полной мере соответствует идеологии ЭМ ВОС. Причём, качество радиолинии оценивается по коэффициенту ЭМЗИК – Кэмз, измеренному или вычисленному с использованием поля поражения сигнала.

При построении радиолиний осуществляется сочетание прямых связей между центрами управления (узлами связи или радиоцентрами) с применением ретрансляции со­общений по оперативно составленным обходным маршрутам, что повышает связность структуры и функциональную избыточность, заключающуюся в том, что все или некоторая часть элементов системы автоматизированных радиоцентров (АРЦ) наделяется функцией ретрансляции сообщений.

Таблица 6

№ п/п	Структура сигнала	Вид (разновидность оптимального кода)	Кэмз
			gor доп.=0,3	gor доп.=0,1	gor доп.=0,03
1.	УПС	Прямоугольный радиоимпульс	0,794	0,47	0,21
2.	ШПС параллельной структуры	Код Баркера (N=7)	0,92	0,49	0,23
3.	ШПС параллельной структуры	Код Хэмминга (N=7)	0,83	0,47	0,25
4.	ШПС параллельной структуры	Код Лежандра (N=7)	0,92	0,49	0,23
5.	ШПС параллельной структуры	Код Хаффмена (N=7)	0,92	0,49	0,23
6.	ШПС последовательной структуры	Код Баркера (N=7)	0,880	0,766	0,381
7.	ШПС последовательной структуры	Код Хэмминга (N=7)	0,834	0,639	0,463
8.	ШПС последовательной структуры	Код Лежандра (N=7)	0,834	0,639	0,463
9.	ШПС последовательной структуры	Код Хаффмена (N=7)	0,853	0,603	0,327
10.	ШПС последовательной структуры	Код Баркера (N=13)	0,880	0,776	0,427
11.	ШПС последовательной структуры	Код Лежандра (N=19)	0,880	0,721	0,544
12.	ШПС последовательной структуры	Код Хаффмена (N=30)	0,880	0,748	0,617
13.	ШПС последовательно-параллельной структуры	Код Баркера (N=7)	0,964	0,816	0,465
14.	ШПС последовательно-параллельной структуры	Код Хэмминга (N=7)	0,966	0,821	0,429
15.	ШПС последовательно-параллельной структуры	Код Лежандра (N=7)	0,964	0,798	0,433
16.	ШПС последовательно-параллельной структуры	Код Хаффмена (N=7)	0,964	0,819	0,415

Таблица 7

Вариант структуры сигнала	Наименование критерия
	Среднего выигрыша	Вальда	Максимакса	Лапласа	Гурвица	Сэвиджа	Выигрыша и потерь
Х1	0,1861	0,098	0,832	0,36975	0,5384	0,275	0,034
Х2	0,4933	0,289	0,917	0,57075	0,6658	0	0,165
Х3	0,4474	0,253	0,882	0,527	0,6304	0,56	0,1454
Х4	0,3822	0,188	0,882	0,47475	0,6044	0,35	0,1058

Появляется новый ресурс АСРС - маршрутный, который будет использоваться в интересах всей сети.

Возможно и целесообразно построение АСРС в виде транкинговой радиосвязи с опорной сетью ретрансляторов, а также с использованием каналов другой физической природы (например, спутниковых) для образования обходных маршрутов через радиоцентры различ­ных зон.

Формирование маршрутов осуществляется несколькими опорными радиоцентрами-ретрансляторами (РЦР), закрепленными за соответствующими зонами, путем выбора оптимального маршрута как по условиям радиочастотной, так и потоковой обстановки в сети РЦР, с учётом ЭМЗИК [1].

Процессы оперативного управления маршрутизацией могут обеспечиваться в основном радиоцентрами опорной сети.

Этот подход построения радиолинии позволяет реализовать практически основные возможности коммутируемых сетей радиосвязи с распределенной структурой.

Нарушение работы радиолинии на канальном уровне может происходить из-за нарушения канала синхронизации и искажения сигналов служебной информации. На сетевом уровне следует ожидать:

нарушение служебной управляющей информации;

наличие помех узлам коммутации сети, создающих блокирование и получение кольцевых тупиковых маршрутов.

Циклические маршруты обеспечивают доведение сообщений до получателя, но из-за удлинения маршрута ухудшаются вероятностно- временные характеристики доведения конкретного сообщения по сети в целом.

Кольцевые маршруты могут не обеспечить доставки сообщений получателю.

В работе рассмотрены возможности применения спутниковых систем радиосвязи и радионавигации в АСУДС на внутренних водных путях.

Организация спутниковой телефонной связи экономически целесообразна на больших территориях внутренних водных путей при отсутствии резервов пропускной способности между станциями существующей наземной сети, а также при отсутствии других видов связи (сотовой, транкинговой и др.).

В спутниковых системах связи может использоваться частотное, временное и кодовое разделение сигналов. При этом возможны взаимные и импульсные помехи.

Область энергетического контакта на ВВП со спутником достаточно велика (до 300км в диаметре). В этой области одновременно может находиться большое число станций спутниковой связи, поэтому на радиолинии спутниковой связи возможно воздействие взаимных и индустриальных радиопомех.

При рассмотрении структуры навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС отмечается, что при воздействии помех могут быть сбои символов метки времени и тем самым может быть нарушена строчная синхронизация навигационных данных.

В связи с этим рассмотрено получение коэффициента взаимного различия сигнала метки времени и ретранслированной помехи (наиболее опасный вид взаимной помехи).

С помощью программы MathCad рассчитаны площади полей поражения сигнала метки времени СРНС ГЛОНАСС, а также коэффициенты электромагнитной защищённости информационных каналов Кэмз на трёх уровнях КВР: 0,3; 0,1; 0,03, а именно:

0,3 = 53, Кэмз (0,3) = 0,880; 0,1 = 111, К эмз (0,1) = 0,748; 0,03= 169, К эмз (0,03) = 0,617;

В главе 5 рассмотрена многоуровневая ЭМЗИК в АСУДС при воздействии взаимных и индустриальных помех.

Решение задачи анализа и обеспечения электромагнитной защищенности информационных каналов (ЭМЗИК) судовых и береговых радиоэлектронных средств (РЭС) предусматривает совместное использование нескольких моделей различного типа. В работе дана классификация моделей электромагнитной защищенности информационных каналов в АСУДС.

При большом числе источников помех модели дифференциального вклада (МДВ) оказываются неэффективными, а в некоторых случаях – неосуществимыми из-за большой размерности задачи. При этом анализ ЭМЗИК производят с использованием моделей интегрального вклада.

Модели интегрального вклада (МИВ) являются, как правило, статистическими моделями, т.к. в их основе лежит статистическое описание группы РЭС или интегрального сигнала, что имеет место в рассматриваемых примерах.

Вероятностный подход к моделированию задач ЭМЗИК является наиболее универсальным. Математические модели особенно удобны при имитационном моделировании внутрисистемной и межсистемной ЭМЗИК.

Ввиду того, что учет воздействия импульсных помех (ИП) представляет собой достаточно сложные математические операции, ограничимся лишь «припасовыванием» энергии ИП к энергии взаимных помех (ВП) в выражении для среднестатистического значения отношения последней к спектральной плотности белого шума в канале :

, (30)

где Т – длительность элемента ВП, равная длительности полезного сигнала;

Тип – длительность ИП.

В итоге hп возрастает, к примеру, на величину от 0,1 hп до 1,0 hп или, скажем, в 2 раза. Это адекватно увеличению мощности «интегрированного» передатчика помех в 2 раза. Таким образом, учитывая формулы (29) и (30), уровень сечения коэффициента взаимного различия (КВР) структур сигнала и помех понижается и площадь поля поражения сигнала (ПППС) r увеличивается. При этом значение коэффициента электромагнитной защищенности КЭМЗ информационных каналов АСРС УКВ-диапазона (в т.ч. и спутниковых) в имитационной модели их электромагнитной защищённости будет, естественно, уменьшаться.

Проанализирована динамика изменения Кэмз в зависимости от энергетики ИП при неизменной энергии ВП, с одной стороны, и, с другой стороны, в зависимости от величины отношений дистанции связи rсв к дистанции помех rп (величины, обратной коэффициенту расфильтровки =rп/rсв ) для реальной сети УКВ- радиосвязи ГБУ “Волго-Балт”. При этом используем пример, где = 3. Задавая значения отношению Рпер.п/Рпер: 1,0; 1,2;1,5;2,0, получаем различные hп2, а значит, и различные значения уровней сечения КВР: С=g2оr.доп при различных величинах rсв/rп: 0,5;1,0;1,5;2,0;2,5;3 (Таблица 8).

					(rсв/rпом)4
			Величина С			Таблица 8
rсв/rпом		0,5	1	1,5	2	2,5	3
Рпом/Рперед	1	1,2	0,075	0,015	0,005	0,002	9E-04
	1,2	1	0,063	0,012	0,004	0,002	8E-04
	1,5	0,8	0,05	0,01	0,003	0,001	6E-04
	2	0,6	0,038	0,007	0,002	1E-03	5E-04

Рис. 10

Получаем четыре графика зависимости: С=f(1/) (см. рис. 10).

Далее, используя Таблицу 6, где указаны значения Кэмз для трех уровней сечений КВР: С=0,3; 0,1; 0,03 и для сигналов с различными частотно-временными структурами (в работе выбраны варианты №№1,6.7,9,12,13,14), аппроксимируем изменения Кэмз наиболее подходящей функцией, полученной эмпирическим путем:

(30а) Затем «сопрягаем» значения Кэмз из Таблицы 6 с графиками С=(1/) и получаем с помощью программы Excel графики зависимостей Кэмз = (1/) при различной мощности помех. При этом рассмотрены различные ЧВС сигналов и помех в случае использования спутниковой связи ( =2), а потом – в случае УКВ и транкинговой связи ( =4). Для примера покажем варианты №6 и №7 при (rсв/ rпом)4 : (см.Таблицу 9 и Рис.11, Таблицу 10 и Рис. 12).

№ 6						Таблица 9
rсв/rпом		0,5	1	1,5	2	2,5	3
Рпом/Рперед	1	0,990	0,649	0,241	0,089	0,038	0,019
	1,2	0,987	0,600	0,209	0,076	0,032	0,016
	1,5	0,981	0,539	0,173	0,061	0,026	0,013
	2	0,969	0,460	0,135	0,047	0,020	0,010

№ 7						Таблица 10
rсв/rпом		0,5	1	1,5	2	2,5	3
Рпом/Рперед	1	0,983	0,593	0,210	0,077	0,033	0,016
	1,2	0,977	0,544	0,181	0,065	0,027	0,013
	1,5	0,967	0,485	0,150	0,052	0,022	0,011
	2	0,951	0,410	0,116	0,040	0,017	0,008

Рис. 11

Рис.12

Учитывая возможные соотношения мощностей «полезного» передатчика и передатчика помех по таблицам и графикам Кэмз = (Рпер.п./Рпер; rсв/rпом ) в работе определены реальные направления действующих в БУС ГБУ «Волго-Балт» УКВ-радиолиний, на которых Кэмз 0,9. Например, такой коэффициент электромагнитной защищённости информационных каналов возможен на линиях связи «Отрадное – Новая Ладога» и «Шексна – Череповец». При этом ограничивающими условиями являются своевременность доставки информации корреспонденту Рсв. 0,7 и допустимое время прохождения информации Тдоп = 1 мин., связанные с Кэмз. Причём, если используются узкополосные сигналы (УПС), для Рпер.п /Рпер=1,5, коэффициент Кэмз =0,936 при rсв/rпом 0,3. Если используются ШПС последовательной структуры, сформированные с помощью семиэлементного кода Баркера, при тех же соотношениях дистанции связи и дистанции помех Кэмз 0,9 даже тогда, когда Рпер.п /Рпер =2.

С целью вычисления потенциального количества совместимых радиолиний для наземных и спутниковых информационных каналов с использованием узкополосных сигналов (УПС) и широкополосных сигналов (ШПС) в работе определяется 0 = rп/rсв -- коэффициент расфильтровки, при котором площадь поля поражения сигналов оказывается равной нулю: r =0. Рассмотрены УКВ- радиолинии с Р ош.доп. =10 –1;10-2; 10-3 и различными мощностями передатчика помех: Рпер.п =Рпер и Рпер.п = 2 Рпер..

Ориентируясь на значения 0, уточняется методика определения потенциального количества совместимых линий связи и местоопределения.

Концепция многоуровневой иерархической помехозащиты радиолиний УКВ-связи представлена на рис.13.

Рис.13. Концепция многоуровневой иерархической

помехозащиты УКВ-радиолиний

Построение перспективных автоматизированных систем УКВ-связи в составе речных АСУДС, подчиняющихся, в свою очередь, Корпоративной речной информационной системе (КРИС), сопряжено с установлением связи

с большим количеством корреспондентов (судов, береговых радиоцентров, центров регулирования движения судов и т.д.). Широкое применение электронно-вычислительной техники и повышение требований по ЭМЗИК обусловливают возможность синтеза автоматизированных систем динамического управления процессами.

Направления решения проблем ЭМЗИК показаны на рис. 14. Подобные сети предполагают применение методов пакетной коммутации передаваемых сообщений с их предварительной обработкой и запоминанием, а также адаптивный выбор пути передачи сообщений.

Рис. 14 Направления решения проблем ЭМЗИК

В качестве обобщенного показателя эффективности совокупности одинаковых по значению радиолиний можно использовать свертку показателей отдельных радиолиний.

Для исключения зависимости обобщенного показателя от числа радиолиний М результат свертки частных показателей усредним по М. Данный показатель (31) будем считать обобщенным показателем эффективности совокупности радиолиний и сети радиосвязи.

В работе рассмотрены методы и конкретные меры по обеспечению ЭМЗИК организационными и техническими способами, а также представлен на рис. 15 возможный алгоритм выбора метода обеспечения электромагнитной защищенности.

В главе 6 рассматривается влияние ЭМЗИК линий радиосвязи и местоопределения на эффективность АСУДС. Эффективность работы сложной системы, в том числе и АСУДС, оценивают с помощью показателей или критериев, которые являются числовыми характеристиками. Критерий «электромагнитная защищенность информационных каналов» (ЭМЗИК) представляет собой одну из таких числовых характеристик.

От ЭМЗИК, определяющей и электромагнитную эффективность АСУДС, в определенной степени зависит своевременность прохождения сообщения в системе, определяемая вероятностью Рсв, и достоверность приема сообщений.

Системный подход в оценке эффективности требует, чтобы сравнение систем проводилось не по отдельно взятым параметрам, а по совокупности параметров в целом.

При выборе показателей качества системы учитываются показатели, в наибольшей степени характеризующие качество системы.

Если выполняются требования независимости, однородности и нормированности, то единственным обобщенным показателем качества (ОПК), сохраняющим отношение предпочтения является:

Обеспечивается

Не обеспечивается

Обеспечивается

Не обеспечивается

Обеспечивается

Не обеспечивается

Обеспечивается

Не обеспечивается

Не обеспечивается Обеспечивается

Рис. 15. Алгоритм выбора метода обеспечения электромагнитной защищённости информационных каналов

, (32) где: – показатель степени, ai – весовой коэффициент показателя качества ji системы S.

АСУДС как многоканальная информационно-техническая система (ИТС) состоит из ряда пунктов приема, обработки и передачи информации. Характер структуры системы в значительной степени определит её эффективность.

Из-за отказов отдельных элементов происходит деформация структуры и как следствие – уменьшение или изменение информационных потоков на выходе системы.

Общее решение задачи оценки эффективности структуры АСУДС можно получить, используя лишь топологический подход, представив структурную схему системы в виде графа, где в качестве вершин приняты подсистемы АСУДС, которые рассматриваем как элементы ИТС, а в качестве ветвей – связи между элементами. Располагая графом системы, можно оценить долю средних потерь информации в системе из-за деформации структуры, вызванной ненадежностью её элементов и воздействием взаимных помех, а также оценить информативную значимость любого из входов (каналов) системы. Относительная величина этих потерь с учетом чисто структурных коэффициентов может служить мерой качества – мерой эффективности ИТС по её структуре. Эффективность подобной ИТС может быть определена по формуле:

, (33)

где m – число ветвей графа; Zj – информативная значимость входа (канала) системы, т.е. значимость информации, поступающей от одного датчика; kj - число линий (каналов) информационной связи “вход-выход”, отсекаемых по причине отказа (обрыва) j-й ветви графа; f(kj) – функция информационного веса j-й ветви графа; rj – ранг j-й ветви графа.

Величина Zj, определяющая информативную значимость входа системы, равна той части потока информации, которая проходит через этот вход системы (входами-датчиками будем считать телеуправляемые радиотехнические посты -- ТРТП).

В случае равнозначности входов, т.е. отсутствия приоритета в потоках информации от каждого из n-датчиков (нижний уровень иерархии), величина Zj будет одинакова и равна Zj=1/n. При этом считается, что сумма Zj на каждом уровне иерархии равна единице.

Функция f(kj),отражающая информативный вес данной ветви графа в информационной линии “вход-выход” системы, принимается пропорциональной квадрату числа входов (датчиков), отсекаемых от выхода системы по причине отказа j-й ветви графа. Квадратичная зависимость принята для повышения чувствительности функции к изменению структуры.

Ранг rj ветви графа, принятый в качестве структурной меры значимости (доминирования), представляет собой относительный показатель влияния данной ветви графа в структуре ИТС.

Представление ветви графа как участка линии информационной связи позволяет переходить от чисто структурных понятий к функциональным.

Определим величину структурной эффективности, согласно (33), для различных вариантов ветвящихся структур АСУДС, имеющих шесть входов и один выход (рис. 16 а,б,в ).

Рис.16. Различные варианты структур АСУДС с шестью входами.

На рис. 16, согласно топологической структуре АСУДС (см. Рис.2), «1» - ТРТП», «2» - ПКДС, «3» - ЦРДС. Чем меньше величина, тем лучше структура системы, т.е. чем меньше последствия от ненадежности элементов или воздействия взаимных помех, тем выше её эффективность. Однако для целей анализа структуры, её оптимизации и сравнимости с другими относительными критериями (например, электромагнитной эффективностью Кэмз) следует применять нормированную величину структурной эффективности *, вычисляемую по формуле: *=1/(1+lg) (34)

В таком представлении величина * изменяется в пределах 0-1. Нормированная величина * приведена в таблице 11 в соответствии с оцениваемыми структурами.

Таблица 11.

Структура (рис.16)		*
а б в	7 4 3	0,543 0,624 0,676

Анализируя данные значения *, можно утверждать, что большим значениям * соответствуют лучшие структуры.

В настоящей работе оценка влияния ЭМЗИК на своевременность основывается на представлении радиолиний (линий радиосвязи и местоопределения) как систем с отказами, способных восстанавливаться. Формула для коэффициента надежности, т.е. для вероятности своевременной передачи i-го сообщения, может быть записана следующим образом:

Рсв.i = Р(tпер.itдоп.i) = [Кэмз + Кпе-(+)t] е-tдоп.i, (35)

где Кп – коэффициент простоя радиолинии

– интенсивность отказов;

– интенсивность восстановления;

t – время безотказной работы системы и момент начала воздействия взаимных помех;

tдоп – допустимое время прохождения информации в системе;

Так как Кп = 1 – Кэмз, перепишем формулу в следующем виде:

Рсв.i = [Кэмз + (1 – Кэмз) е-(+)t] е- t доп.i (36)

Вычисляя Кэмз с использованием ППС и получая значения Кэмз = 0,41,0, можем определить и тогда, например, при = 2 получаем величину и Рсвоевр.

В таблице 12 представлены результаты расчетов при t = 1 и при различных tдоп.

По результатам расчетов на рис. 17 построены графики зависимостей

Рсв = f (Кэмз)

С точки зрения проектировщиков, эксплуатационников и экспертов АСУДС, немаловажно знать, каким образом может зависеть общая эффективность системы, определяемая ее структурой, своевременностью передачи и доставки сообщений в ней, а также ее электромагнитной защищенностью, от изменения числовых значений последней.

Полагая электромагнитную защищённость АСУДС в общем случае определять как: j1 = Кэмз 1, а своевременность – как: j2= Рсв (t tдоп) 1 и, наконец, структурную эффективность – как: j3= * 1, следует использовать обобщённый показатель качества (ОПК), описываемый формулой (32) при p=3. Геометрически (32) при p = 3 можно представить в виде случайной точки в пространстве координат *, Рсв, Кэмз. В этом случае = 2.

Тогда обобщённый показатель качества (Q) АСУДС можно представить в виде:

(37)

При этом «достоверность» переводим в разряд ограничений, т.е. принимаем: Рош.доп. = 10-2.

Общая эффективность «Э» АСУДС оценивается как степень приближения качества реальной системы Q к качеству эталонной системы Qэт, поэтому:

(38)

Для «эталонной» системы, где эт* = 1, Рсв эт (t tдоп) = 1 и Кэмз эт = 1, сумма весовых коэффициентов:

. (39)

Таблица 12

Кэмз	=(1/Кэмз)-1	=	Рсв
			tдоп = 0	tдоп = 1	tдоп = 2	tдоп = 3	tдоп = 4	tдоп = 5
0,4	1,5	3	0,404	0,020	0,01	5·10-5	2·10-6	1·10-7
0,5	1,0	2	0,509	0,069	0,009	0,001	2·10-4	2·10-5
0,6	0,67	1,34	0,614	0,162	0,043	0,011	0,003	8·10-4
0,7	0,43	0,86	0,717	0,304	0,129	0,055	0,023	0,010
0,8	0,25	0,5	0,816	0,495	0,300	0,182	0,110	0,067
0,9	0,11	0,22	0,911	0,729	0,584	0,468	0,374	0,300
1,0	0	0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

Рис. 17. Графики зависимости своевременности доставки сообщений в АСУДС от Кэмз

Ввиду этого эффективность АСУДС можно оценивать по формуле:

(40)

На основании расчетов построены графики на Рис. 18,19

Рис. 18

Рис. 19

Анализируя таблицы и графики, следует отметить, что общая эффективность АСУДС почти линейно зависит от электромагнитной защищенности информационных каналов в информационных сетях связи и обсервации до значения Кэмз=0,96, а при Кэмз>0,96 наблюдается ее резкий подъем.

И, чем больше внимания уделяется ЭМЗИК в плане организационно–технических мероприятий, как свидетельствуют экспертные оценки, тем большей эффективности системы можно добиться при одних и тех же структурных показателях и показателях своевременной доставки сообщений. Например, при Кэмз = 0,7 эффективность системы составляет: ЭI = 0,560, если а1 = 0,1 и Эv = 0,572, если а1 = 0,5; при Кэмз = 0,99 – ЭI = 0,830, если а1 = 0,1 и Эv = 0,948, если а1 = 0,5.

111. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе на основании выполненных исследований осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы повышения эффективности АСУДС, имеющее важное значение для экономики страны и существенно определяющей эффективность мониторинга и управления речным и смешанным «река-море» флотом на ВВП России.

Решение этой проблемы осуществлено на основе использования новых инфокоммуникационных технологий электромагнитной защищенности информационных каналов и новых методов оптимизации частотно-временных структур применяемых сигналов. Кроме того, осуществлена практическая реализация методов моделирования и оптимизации ЭМЗИК на физическом, канальном и сетевом уровнях. Вместе с тем, реализованы системные методы, математические модели и алгоритмы статистической теории связи и теории принятия решений при выборе способов обеспечения, прежде всего, электромагнитной эффективности информационных сетей АСУДС.

Научные результаты, полученные в работе, представляют методологические основы инфокоммуникационных технологий ЭМЗИК на базе системного подхода к обеспечению их многоуровневой функциональной защиты в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех.

В ходе анализа предметной области, научных и прикладных исследований по моделированию технологических процессов ЭМЗИК в речных АСУДС, а также выполненных статистических исследований по реализации экспертных оценок общей эффективности автоматизированной системы управления движением судов при принятии решений получены следующие результаты:

1. Разработаны, сформулированы и обоснованы новые, конструктивные критерии оценки качества сигналов и информационных каналов в речных АСУДС – поле поражения сигнала и коэффициент ЭМЗИК (электромагнитной защищённости информационных каналов) - Кэмз.

2. Предложена и разработана методология моделирования и оптимизации частотно-временных структур сигналов при воздействии помех.

3. Осуществлен синтез оптимальных и квазиоптимальных сложных сигналов параллельной структуры путем прямого перебора на компьютере 2N-2 кодовых последовательностей, обеспечивающих в условиях ретранслированных и узкополосных помех минимальные и близкие к минимальным площади полей поражения r.. При этом имеет место взаимосвязь с таким частным критерием, как пикфактор: П2, и обеспечивается локальное решение задачи академика Л.И.Мандельштама и возможность автоматического выбора ансамбля рациональных сигналов, что существенно повышает электромагнитную защищенность и эффективность информационных каналов в АСУДС.

4. Разработан комплекс математических моделей и алгоритмов оценки эффективности использования оптимальных сложных (широкополосных) сигналов и оценки электромагнитной защищённости информационных каналов в АСУДС.

5. Предложена и разработана имитационная модель ЭМЗИК речных АСУДС в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех.

6. Реализована концепция системного подхода при теоретическом обосновании инфокоммуникационных технологий для моделирования многоуровневой электромагнитной защищённости информационных каналов в АСУДС.

7. Разработана методика количественной оценки структурной эффективности речной АСУДС.

8. Предложена методика оценки влияния ЭМЗИК на своевременность прохождения информации в АСУДС.

9. Разработана методика экспертных оценок общей эффективности АСУДС с использованием частных показателей: коэффициента ЭМЗИК, своевременности прохождения информации и структурной эффективности при условии фиксированной достоверности принимаемых сообщений.

10. Осуществлена реализация теоретических исследований и внедрение разработанных математических комплексов при проведении научно-исследовательских работ по Федеральной целевой программе «ГЛОНАСС» в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций, в фирме спутниковой связи «КОМИН», в ФГУП «НИИ «Рубин», в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению 180402.65, а также при эксплуатации УКВ-радиолиний в БУС ГБУ «Волго-Балт».

Полученные результаты подтвердили эффективность и практическую реализуемость системной методики в инфокоммуникационных технологических процессах многоуровневой ЭМЗИК в речных АСУДС.

1V. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Монографии: 1. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Поля поражения сигналов и электромагнитная защищённость информационных каналов в АСУДС-СПб: Судостроение, 2006, 371с.

2. Вишневский Ю.Г. Поля поражения сигналов СDМА.- СПб: СПГПУ, 2008, 62с.

Учебники:

3. Вишневский Ю.Г., Зуев В.Ф., Сикарев А.А..«Радиотехника», СПб, СПГУВК, 2005, 318 с.
4. Вишневский Ю.Г.,Сикарев А.А. « Морская радиосвязь и телекоммуникации» СПб, СПГУВК, 2008, 271с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для докторантов:

5. Ю. Г. Вишневский, Оценка эффективности структуры АСУДС «Программные продукты и системы» №2, Тверь, 2008, с.75 – 76.

6. Ю.Г.Вишневский, Фам Ки Куанг, Оценка общей эффективности АСУДС. «Программные продукты и системы» №2, Тверь, 2008, с.59 – 60.

7. Ю. Г. Вишневский, Оптимизация частотно-временных структур сигналов, используемых в речных АСУ движением судов. «Речной транспорт (ХХ1век)» №1, М., 2008, с.76 - 80

8. Ю. Г. Вишневский, Моделирование электромагнитной защищённости информационных каналов радиосвязи и радионавигации на системном уровне в речных АСУДС. «Речной транспорт (ХХ1 век)»№1, М., 2008,с.76
9. Ю. Г. Вишневский, Оценка влияния ЛЭП на радиолинию дифференциальных поправок «ККС- судно». «Морская радиоэлектроника» №1, СПб, 2008, с.38 -40
10. Ю. Г.Вишневский, И. А. Сикарев, Электромагнитная защищённость цифровых информационных каналов спутниковых радионавигационных систем. «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы» №2, СПб, 2008, 96 – 100.
11. Ю. Г.Вишневский, Е. А. Мисник, Обеспечение электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковых линий связи и обсервации». «Морская радиоэлектроника» №4, СПб, 2007, с.36-37
12. Ю. Г. Вишневский, Взаимосвязь электромагнитной защищённости информационных каналов и достоверности принимаемых сообщений. «Морская радиоэлектроника» №4, СПб, 2007,с. 22-24
13. Ю. Г.Вишневский, А.А. Сикарев, В.В.Соболев, Оценка эффективности сложных сигналов систем передачи дискретных сообщений в каналах с сосредоточенными помехами, Известия Вузов МВ и ССО СССР. Радиоэлектроника –1984 – Том 27, № 4, с.20-26

Авторские свидетельства:

14. Вишневский Ю.Г. Описание изобретения «Устройство для оценки сигналов» SU 1743009А2 к авторскому свидетельству от 22.02.1992.
15. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А.. Описание изобретения «Устройство для оценки сигналов» SU 1674390 А1 к авторскому свидетельству от 01.05.1991.

16. Вишневский Ю.Г., Андриенко А.В. Сикарев А.А.. Соболев В.В. Дискретно- адресная система связи. Авторское свидет. № 1037429 зарегистрир. в Гос. реестре изобретений СССР 22.04.83

Научные публикации:

Статьи:

17. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф Пути развития автоматизированной системы управления движением судов (АСУДС). // Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып.3./ Под ред. д.т.н., проф. Сикарева А.А. – СПб.: СПГУВК, 2002. – С.145-150

18. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф, Пащенко И.В.. Системотехнические аспекты построения автоматизированной системы управления движением судов и её компонентов.// Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях. МСНТ. Вып.4./ Под ред. д.т.н., проф. Сикарева А.А. – СПб.: СПГУВК, 2003. – С.20-22.

19. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф, Торяник Н.Н. О взаимосвязи электромагнитной защищенности радиолиний и достоверности принимаемой информации в автоматизированной СУДС// Информационные системы на транспорте: Сб. науч. трудов/ Под ред. проф. А.С. Бутова. – СПб.: Судостроение, 2002. – С. 21-24.

20. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф, Торяник Н.Н. Математические методы при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств// Методы прикладной математики в транспортных системах: Сб. науч. трудов. Вып. 8/ Под ред. д.т.н., проф. Ю.М. Кулибанова. – СПб.: СПГУВК, 2002.- с. 18-20.
21. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф,,Торяник Н.Н. О влиянии электро-магнитной защищенности радиолиний на своевременность прохождения информации в автоматизированной СУДС// Методы прикладной математики в транспортных системах: Сб. науч. трудов. Вып. 8/ Под ред. д.т.н., проф. Ю.М. Кулибанова. – СПб.: СПГУВК, 2002. – С. 15-17.
22. Вишневский Ю.Г., Барадеи Ареф, Структурная эффективность автоматизированных СУДС.// Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях. МСНТ. Вып.4./ Под ред. д.т.н., проф. Сикарева А.А. – СПб.: СПГУВК, 2003. – С.14-19.
23. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. О влиянии частотно-временных структур сигналов и помех на помехозащищенность и электромагнитную совместимость информационных систем связи и местоопределения. // Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 3 / Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2002.-с.59-61
24. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Обеспечение электромагнитной защищенности информационных каналов спутниковых радиолиний в АСУДС на ВВП.– Межвуз. сб. науч. трудов. Вып.5. под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева.– СПб.: СПГУВК, 2004.– С.49-53
25. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Имитационная модель электромагнитной совместимости спутниковых радиолиний в условиях индустриальных помех. – Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 4. Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2003. – С.76-78
26. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Многоуровневая система взаимодействия открытых автоматизированных систем радиосвязи (АСРС) УКВ- диапазона. – Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 5 / Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2004. – С.53-59

27. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Обеспечение электромагнитной защищённости протоколов физического, канального и сетевого уровней семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) УКВ – радиосвязи. -- Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 5 / Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2004. – С.59 –63.

28. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Оценка качества линий радиосвязи в системе оперативной связи и передачи данных на основе измерения параметров поля поражения сигнала//Технические средства судовождения и связи на внутренних судоходных и морских путях: Сб. науч. трудов.-Л.:ЛИВТ, 1990.-с.42-52

29. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Применение понятия поля поражения сигнала к оценке электромагнитной совместимости радиолиний декаметровой связи // Технические средства судовождения и связи на внутренних судоходных и морских путях: Сб. науч. трудов–СПб.: СПГУВК, 1993.– С.81-92

30. Вишневский Ю.Г., Торяник Н.Н. О возможности применения теории массового обслуживания к решению некоторых задач электромагнитной совместимости сетей связи с подвижными объектами// Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып. 3/ Под ред. д.т.н., проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2002. – С. 151-152

31. Вишневский Ю.Г., Торяник Н.Н. Об оценке эффективности АСУДС// Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып. 4/ Под ред. д.т.н., проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2003.-с. 68-75
32. Вишневский Ю.Г., Торяник Н.Н. Поля поражения сигналов и оптимальные решения в условиях неопределенности электромагнитной обстановки на внутренних водных путях// Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып. 4.. Под ред. д.т.н., проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2003. – С. 60-67
33. Вишневский Ю.Г., Торяник Н.Н., Еременко Н.В. Моделирование процедуры определения коэффициента простоя линии радиосвязи на основе вычисления площади поля поражения сигнала // Информатика и прикладная математика: МСНТ. – Рязань: РГПУ, 2002. – С. 37-38
34. Вишневский Ю.Г., Почивалов В.В. Об оценке ЭМЗ линий радиосвязи и радионавигации // Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып.3/ Под ред. д.т.н. проф. А.А. Сикарева. – СПб.: СПГУВК, 2002. – с.88-92
35. Вишневский Ю.Г., Гарайс О.К.Об использовании систем персональной спутниковой связи для управления транспортным процессом на море. Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: МСНТ. Вып. 6 / Под ред. проф. А.А. Сикарева – СПб.: СПГУВК, 2005 – с.48-49
36. Вишневский Ю.Г., Гарайс О.К. Об использовании низкоорбитальных спутниковых систем (LEO) для персональной связи и местоопределения морских и речных судов. Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях. МНТС. Вып. 6/ Под ред. проф. А.А. Сикарева – СПб.: СПГУВК, 2005 – с.49-51
37. Вишневский Ю.Г. Интеграционная оценка качества информационных каналов в условиях неопределенности электромагнитной обстановки. Научно-технический сборник «Проблемы риска в техногенной и социальной сферах», Вып. 4. Риск информационной опасности /под ред. проф. Яковлева В.В,СПбГПУ, 2005-с.139 - 143
38. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Оценка эффективности сигналов дискретно-адресных систем связи в каналах со взаимными помехами радиосредств. // Техника средств связи. Сер. ТРС, вып.4, 1982, с.11-18.
39. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Поля поражения сигналов и проблемы повышения электромагнитной защищенности мобильных телекоммуникационных систем// Инфоком, Труды МАС – 2005, №2 – С.22-28
40. Вишневский Ю.Г., Сочнев А.М. Сравнительный анализ помехоустойчивости алгоритмов когерентного приёма при воздействии флюктуационных, сосредоточенных и импульсных помех (депонир. статья). Организация п/я А-1420, №Д04163, МРС «ТТЭ» сер «ЭР», вып.17,1980, с.9 – 20

41. Вишневский Ю.Г., Никулин Н.Б., Сочнев А.М. Оценка проигрыша в помехоустойчивости алгоритмов, оптимальных в условиях импульсных помех, при отсутствии или неполной адаптации относительно времени прихода импульсной помехи (депонир.статья). Организация п/я А-1420, № Д04449, МРС, «ТТЭ», сер. «ЭР», вып. 35, 1980, с.21-30.

42. Вишневский Ю.Г., Горчаков А.А., Свиридов Г.В. Оценка помехозащи-щённости УКВ-радиолиний по полю поражения сигнала (депонир.статья). Организация в/ч 11520, №А 24104, «Указатель поступлений информационных материалов», вып. 6 (33), 1991 г. Серия А
43. Ю.Г. Вишневский, Фам Ки Куанг: О выборе критериев для оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов ШДПС на навигационную безопасность мореплавания. «Мобильные телекоммуникации» №2, М.,2008, с.15 – 19.
44. Вишневский Ю.Г.: Автоматизированная система радиосвязи – важный компонент речной АСУДС. «Мобильные телекоммуникации» №2, М., 2008,с.17 - 21

Учебные пособия:

45. Вишневский Ю.Г., Зуев В.Ф., Евменов В.Ф.Теоретические основы радио-техники и электроники, ч.1. СПб, СПГУВК,2001, 160 с.

46. Вишневский Ю.Г., Зуев В.Ф. Теоретические основы радиотехники и электроники, ч.2,3. СПб, СПГУВК,.2002, 104 с.

47. Вишневский Ю.Г., Зуев В.Ф., Сикарев А.А. Морская радиосвязь и телекоммуникации. Судовое радиооборудование. СПб, СПГУВК, 2006, 50 с.

48. Вишневский Ю.Г., Евменов В.Ф., Сикарев А.А. РНП и радиосвязь. Судовые средства радиосвязи. СПб, СПГУВК, 1999, 48 с.
49. Вишневский Ю.Г., Зуев В.Ф., Евменов В.Ф., Сикарев А.А..«Радиотехника и электроника»», СПб, СПГУВК,1999, 36 с.

Труды Всесоюзных, Международных, отраслевых научно-технических и научно-методических конференций

50. Применение понятия поля поражения сигнала к оценке электромагнитной совместимости радиолиний декаметровой связи. Материалы Всесоюзного научно-технического семинара «Автоматизированные системы декаметровой радиосвязи». Куйбышев, ноябрь 1988, с.10-11.
51. Оценка качества линий радиосвязи на основе измерений параметров полей поражения сигналов. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств и обработки сигналов». М.: Радио и связь, 1989,с.52.

52. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Условия использования информационных сетей спутниковой связи в АСУДС на внутренних водных путях // Материалы МНТК “Транском-2004” – СПб.: СПГУВК, 2004, с.200-201.

53. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Многоуровневая система взаимодействия открытых автоматизированных систем радиосвязи (АСРС) УКВ- диапазона // Материалы МНТК “Транском- 2004” – СПб.: СПГУВК, 2004, с.201-202.
54. Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. Модификация подхода к определению количества радиолиний на ВВП, отвечающих требованиям ЭМС. Труды научно-методической конференции-98. Часть II. СПб.: СПГУВК, 1998.с.177.
55. Новый подход к оценке ЭМС судовых средств радиосвязи и радионавигации на морском и речном флоте. Труды Международной научно-технической конференции "Транском-97".СПб,СПГУВК, 1997, с.101-102.
56. Поле поражения сигнала - конструктивный критерий для оценки эффективности линий радиосвязи и радионавигации. Труды Международной научно-технической конференции "Транском-97".СПб, СПГУВК, 1997, с.102-103.
57. Вопросы выбора оптимального ансамбля сигналов для дискретно-адресных систем связи при воздействии преднамеренных помех. Труды XIII ВНТК КВВИУС. ч. 2, Киев: КВВИУС, 1980, с.4 –5.
58. Исследование влияния структуры сложных сигналов различных классов на эффективность функционирования дискретно-адресных радиолиний в условиях воздействия помех. Труды XXVI ВНТК молодых специалистов академии. Л., ВАС, 1980, с.3 – 4.
59. Оптимизация выбора сложных сигналов в дискретно-адресных радиолиниях с комплексным воздействием помех. Материалы XXVII ВНТК Академии. Л., ВАС, 1981, с.6-7.
60. Выбор сложных сигналов для синхронных дискретно-адресных систем связи при воздействии ретранслированных и сосредоточенных по спектру помех. Труды XIV ВНТК КВВИУС, ч.1, Киев: КВВИУС, 1983, с.5-6.
61. Поля поражения сложных сигналов при воздействии узкополосных помех. Труды XVI ВНТК КВВИУС, ч.1, Киев, КВВИУС, 1987, с.8-9.
62. Метод конструирования эффективных сигналов для систем радиосвязи и радионавигации морского и речного флота. Труды Международной научно-технической конференции "Транском-97". СПб, СПГУВК, 1997, с.103 – 104.
63. Оценка качества линий радиосвязи на основе измерений параметров полей поражения сигналов. Материалы 9-й ВНТК СПВВИУС, СПб., 1998,с.8 - 9.
64. Новый подход к определению потенциального количества пространственно совместимых радиолиний в системах сотовой радиосвязи. Материалы 10-й ВНТК СПВВИУС., СПб., 1999,с.11-12.
65. Метод исследования ЭМЗ дифференциальной радионавигационной системы ВСП ЕГС России. Материалы МНТК «Транском-99» СПГУВК, СПб,1999, с.23-24.
66. Пути повышения ЭМЗ зональных систем в диапазоне 1500-1600 МГц. Материалы НМК, посвящённой 190-летию транспортного образования. Часть 1, СПб, СПГУВК, 1999, с.206-207.