CC BY
53
УДК 681.3.01
А.М. КУДРЯВЦЕВ, А.А. СМИРНОВ, А.В. ФЕДЯНИН
АЛГОРИТМ "ТРАССОВОЙ" ОБРАБОТКИ ДАННЫХ РАДИОМОНИТОРИНГА
Специфика радиомониторинга (РМ) заключается в наличии на входе современных радиоэлектронных систем мониторинга потоков различной интенсивности, представляющих собой смесь перекрывающихся по частотно-временным параметрам последовательностей сигналов и помех, порождаемых наблюдаемыми и мешающими источниками радиоизлучений, а также в случайном характере данных, добываемых по радиоэлектронным средствам (РЭС), подлежащим мониторингу. Это приводит к отсутствию возможности однозначной селекции и разделения входных потоков, достоверному восприятию первичной информации при приёме сигналов по каждому источнику в отдельности [1].
Цикл радиомониторинга состоит из процессов добывания, сбора, обработки данных РМ и управления средствами РМ. В настоящее время существует несоответствие между высокой интенсивностью потока данных РМ на входе подсистемы обработки и оперативностью его обработки, что имеет свои технические приёмы решения на путях повышения пропускных способностей средств РМ, автоматизации составных процессов РМ. Однако суть научной проблемы заключается в том, что средства РМ случайным образом принимают и регистрируют излучения контролируемых РЭС со случайным неполным набором количественных характеристик этих излучений. Это объясняется простыми причинами, такими, как неоптимальное расположение средств РМ, низкая электромагнитная доступность, ограниченность средств РМ, отсутствие необходимой априорной информации о сигналах наблюдаемых РЭС.
Для решения задачи своевременной, полной и достоверной обработки потока случайных параметров радиосигналов предлагается использовать способ "трассовой" обработки данных РМ.
Способ "трассовой" обработки данных радиомониторинга
Сущность "трассовой" обработки заключается в определении последовательности процедур решения задач обработки в условиях исходной
неопределенности, создаваемой радиоэлектронными средствами в радиоэлектронной обстановке, случайного характера добываемых данных радиомониторинга, случайного характера формирования реализаций признаков, поступающих на обработку.
Результаты анализа потока данных РМ свидетельствуют, что входная реализация будет представлять случайный набор параметров от различных средств РМ. Поэтому для формализации процесса обработки необходимо определить универсальный вектор параметров источника радиоизлучения (ИРИ) r, например r. = (f, XY, t, V, CS, T, ти Ти, д©, Увр, гси, mode), где f- частота (МГц); XY - координаты (км/град/рад); t - метка времени (дд.мм.гг чч.мм.сс); V - вид передачи (текстовая строка); CS - позывной (текстовая строка); Т - тип радиоэлектронного (радиотехнического) средства (текстовая строка); ти - длительность импульсов (мкс); Ти - период следования импульсов (мкс); д© - ширина диаграммы направленности антенны (град); Увр - скорость вращения антенны (об/ мин); тси - длительность серии импульсов (мкс), mode - режим функционирования средства, добывшего данные (поиск/наблюдение). Множество элементов вектора r состоит из подмножеств ключевых параметров K (K g 0), основных параметров U и управляющих параметров C (табл.). Так как данные РМ поступают от различных средств добывания в случайные моменты времени в случайных наборах реализаций признаков, то вероятность одновременного заполнения всех элементов вектора слишком мала. Поэтому некоторые элементы подмножества U могут быть нулевыми [2]. Но минимальным представлением вектор-реализации признаков должна быть "триада" ключевых параметров K ={f XY, t}, без них обрабатывать реализацию нецелесообразно. Остальные элементы реализации расширяют представление органа РМ о наблюдаемых РЭС, характеристиках излучений.
Указанные особенности процессов радиомониторинга во многом предопределяют многоу-ровневость и многоальтернативность характера решений, которые должны приниматься в ходе
4
Радиотехника, антенны, СВЧ устройства^
Пример разбиения элементов вектора г на подмножества
г=КиииС К и с
/, ХУ, Г V, У, тИ9 ТИ9 Л®, Увр.} тси,... тойе, ...
РМ при выявлении объектов. При этом решения по данным РМ на )-м этапе обеспечивают принятие решений на (/+1)-м этапе. Следовательно, если определить функцию обработки на)-м этапе как/(г), вектор параметров г, задать начальную вектор-реализацию для обработки г0, то весь процесс обработки данных РМ можно описать в виде рекуррентной формулы
г=или , = /( (1)
Функция обработки /(г) представляет собой совокупность процедур обработки, которым подвергается вектор-реализация г. на )-м этапе. К настоящему времени разработан широкий спектр способов обработки данных РМ, но каждый из них даёт приемлемые результаты лишь при опре-
деленном характере входных данных, например, оценка плотности распределения РЭС на местности [3]. Следовательно, для обеспечения своевременности и достоверности обработки в ходе её необходимо определять задачи и процедуры обработки, для решения которых добываемые в случайные моменты времени данные РМ г0 могут быть применены наилучшим образом. Эту задачу решает способ "трассовой" обработки данных радиомониторинга.
Данный способ основан на применении "мозаичной" схемы накопления информации, согласно которой для каждого этапа обработки j формируется матрица Mj=||r г .. , г ||т (на ри. 1 представлен пример формирования матрицы M1 - таблицы ИРИ).
/
\\ \\
г = г иг •
к 11к ^ 1Н
/\
г1к[К] = ги[К]^.
1 / ХУ V С5 Ги Ти Д0 Vвp. Тси .ш
13.01.09 ' 18:20:21 (35,3425^ 42.5432Г ■
13.01.09/ 18:20:25 1.5 (34ДЗЯТ >2^625) В2и
13.01,09 18:20Ж <£2 (34,9324; 42,0976) 0,6 2 3
1&20:42 24 (35,3051; 42,5127) г Д B5J
18:20:49 (34,9324; г Д
U3.01.09 18:20:53 0А ■ (35,3425к -42^54327 > 1 Ж 31 3 3 1С Ю 0
13.01.09 1.1^:21:01 1.5 (34,2351; 42,9625) и № р/с ЦУО
3.01.09 18:21:09 СЙ 42 5430^ 1 г 1В5
13.01.09 18:21:14 2.2 (34,9324; 42,0976) С9Н 16 120
г / ХУ V
13.01.09 18:20:21 24 (35,3425; 42,5432) 11Д
количество элементов равно 4 * + + + + +
г / ХУ Ги Ти д© Увр. Тси
13.01.09 18:20:53 24 (35,3425; 42,5432) пд 0,01 1 30 100 0,6 -
количество элементов равно 9 <-►
г / ХУ Ги Ти д© Увр. Тси С5
13.01.09 18:21:09 24 (35,3425; 42,5432) пд 0,01 1 30 100 0,6 1В5
количество элементов равно 10
Рис. 1. "Мозаичная" схема накопления данных радиомониторинга
Рис. 2. Обобщенный алгоритм "трассовой" обработки данных РМ
Радиотехника, антенны, СВЧ устройства
Перед вставкой строки г производится поиск по ключевым элементам строк матрицы М. на предмет наличия объекта с соответствующими характеристиками г.[А^] = г.[Х]. Если такой объект найден, и данные о нём поступали в течение времени, не превышающем время старения данных РМ, то строки объединяются: г = г и г.. , иначе -в матрицу М. добавляется новая строка г Наращивание количества значащих элементов строк матриц М. по "мозаичной" схеме за счёт учёта ранее добытых данных и сопоставления их с вновь поступающими является необходимым условием для обеспечения полноты и достоверности обработки.
При использовании способа "трассовой" обработки данных радиомониторинга количество этапов обработки для каждой входной вектор-реализации является переменной величиной, зависящей от применяемой стратегии обработки 5 и существенности изменений описания предметной области, вносимых поступившей для обработки вектор-реализацией (2). Для этого после выполнения процедур обработки -го этапа принимается решение о необходимости обработки этой реализации на (/+1)-м этапе (3). Вектор существенности изменений может быть представлен в виде
у. = (у.р . ..., ур ..., уД (2)
\0,ЫУ — где V., = < ,1 = \,Ь, Ь - количество
[1,/бУ
изменений описания предметной области на -м этапе; V - конечное множество событий, относящихся к существенным изменениям описания предметной области.
Вид используемой стратегии обработки определяется элементом s из конечного множества стратегий обработки ^ £ и представляет собой
подмножество этапов обработки из множества 3: 5 с 3. В свою очередь, вид стратегии обработки зависит от интенсивности входного потока данных РМ на входе подсистемы обработки 5 = /(Хвх). Тогда функция принятия решения о необходимости дальнейшей обработки примет вид
Пример алгоритма, реализующего способ "трассовой" обработки данных радиомониторинга, представлен в виде схемы на рис. 2, где мощность множества 3 равна |3| = 7; блоки 2-4, 6, 7 - функции обработки /(г) (1) первого этапа, блоки 8-14 - второго, блоки 16-19 -функции обработки третьего этапа и т. д.; блоки 5, 15, 24, 26, 28, 30 - функции принятия решений Б (3); ИРМ - источник РМ, ОРМ - объект РМ, РЭО -радиоэлектронная обстановка, ЭО - эталонное описание.
Для оценки эффективности алгоритма "трассовой" обработки данных РМ был проведен эксперимент, в ходе которого определялись время обработки входной реализации и полнота обработки по существующему и предложенному алгоритмам (рис. 3 и 4). Анализ результатов исследования показал, что организация обработки данных РМ с использованием предложенного алгоритма позволяет существенно повысить оперативность обработки за счёт автоматизации процедур принятия решений (3), что обеспечивает увеличение полноты обработки до требуемого уровня. При этом критерием полноты обработки является количество реализаций, обработанных в соответствии с их составом и структурой до их
г, с 50
г тт
г ср
г тах
Рис. 3. Время обработки входной реализации, с
) 10 20 30 60 120 240 360 600 1200 2400 3600
Рис. 4. Полнота обработки при интенсивности поступления реализаций 1/с
устаревания, среди всех реализаций, поступивших на обработку.
Представленный алгоритм "трассовой" обработки данных РМ реализует формализованное описание многоэтапного процесса обработки, в котором последовательность процедур обработки зависит от случайного набора параметров входной вектор-реализации признаков источника радиоизлучения и интенсивности входного потока данных РМ.
Новый подход к организации обработки данных РМ заключается в применении способа "трассовой" обработки данных радиомониторинга, основанного на оригинальной "мозаич-
ной" схеме накопления и учёта ранее добытой информации. Это позволяет осуществлять обработку входных реализаций за один проход, что обеспечивает достижение требуемых показателей своевременности обработки и определяет значимость и новизну работы. Значительное уменьшение времени на обработку входной реализации, учёт данных от всех доступных средств РМ и результатов предыдущих циклов обработки позволяют устранить упущения в её полноте. Сведение имевшихся ранее отдельных несвязанных процедур в один алгоритм обеспечивает комплексную автоматизацию процесса обработки данных радиомониторинга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Радзиевский В.Г., Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. М.: Радиотехника. 2004. 432 с.
2. Иванов А.А., Кудрявцев А.М., Смирнов А.А., Удальцов Н.П. Способ "трассовой" обработки данных радиомониторинга среды со случайными параметрами // Информация и Космос. 2009. № 4. С. 10-14.
3. Андросов В.В., Кудрявцев А.М., Федянин
А.В. Оценка плотности распределения радиоэлектронных средств на местности с целью радиомониторинга // Научно-технические ведомости СПбГПУ 2006. № 6 С. 139-141.
УДК 621.396.969.3
И.Ф. Шишкин, А.Г. Сергушев
ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ СЕЛЕКЦИЯ ЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ТРАССОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
В условиях сильного морского волнения или шторма происходит интенсивное образование так называемого приводного гидрометеора (пена, "барашки", брызги и т. п.), затеняющего мелкоструктурные составляющие морского волнения (ряби) в спектре морского волнения, на фоне которого на морской поверхности наблюдаются следы движущихся судов [1-8]. В этих условиях радиолокационная видимость следов ухудшается и, как следствие, уменьшается вероятность их правильного обнаружения при контрастном приёме [9]. Для селекции отражений от ряби целесообразно использовать поляризационную селекцию радиолокационных сигналов.
Поляризационная селекция радиолокационных сигналов на фоне отражений от взволно-
ванной морской поверхности связана с влиянием взволнованной поверхности моря на поляризацию облучающей волны и на поляризацию отражённых сигналов. Теоретической моделью, наиболее полно соответствующей условиям рассеяния радиоволн морской поверхностью, может служить двухмасштабная модель [2], представляющая взволнованную морскую поверхность, как суперпозицию двух статистически шероховатых поверхностей.
Одна из этих поверхностей считается крупномасштабной и гладкой (зыбь). Статистические параметры её (дисперсия случайной высоты и пространственный радиус корреляции) выбираются в соответствии с параметрами большого морского волнения (длина и высота волн, на-
