Эффективность работы систем радиомониторинга Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.75(075)

Ю. И. Федюковский

ОАО «НИИ "Вектор"» (Санкт-Петербург) | Эффективность работы систем радиомониторинга

Рассмотрены системы радиомониторинга, каждая из которых содержит командный пункт управления и ряд периферийных пунктов для приема и анализа сигналов от требуемых источников радиоизлучений и принятия окончательного решения по результатам работы человеком-оператором на пункте управления.

Радиомониторинг, человек-оператор, помехи, эффективность работы, достоверность результатов

При проектировании систем радиомониторинга (СРМ) после определения на системном уровне путей достижения заданных характеристик принимаются конкретные функциональные, схемотехнические и конструктивные решения по разработке аппаратуры и по созданию соответствующих алгоритмов работы функциональных аппаратно-программных модулей разрабатываемой системы.

Эффективность работы указанных систем наряду с другими ее показателями во многом определяется пропускной способностью системы и достоверностью ожидаемых результатов приема и обработки в них сигналов, поступающих от источников радиоизлучения [1].

Для сравнения эффективности СРМ, в составе которых предусмотрен оператор как функциональный решающий элемент, в настоящей статье рассмотрен способ определения относительной пропускной способности системы и оценки достоверности получаемой от нее информации.

Относительная пропускная способность СРМ может характеризоваться для определенного интервала времени отношением среднего числа обработанных системой сигналов к среднему их числу, поступившему за это время на ее вход. Под достоверностью информации, извлекаемой в результате обработки поступающих сигналов, будем понимать вероятность того, что параметры данных сигналов определяются оператором в СРМ с заданной или с допустимой для практики точностью.

На рис. 1 представлена эквивалентная схема прохождения информации о сигналах от ИРИ в функциональном решающем элементе СРМ, включающем ЭВМ для обработки сигналов, запоминающее устройство ЗУ, устройство отображения УО и оператора.

Такую систему радиомониторинга с одним функциональным решающим элементом можно рассматривать как вероятностную одноканальную систему массового обслуживания (СМО) с ожиданием. Подобный переход мо- сигналы жет быть осуществлен при идентичности от ИРИ^ струк х характеристик [2].

Если среднее время ожидания заявки в очереди не ограничено и не выходит за пределы возможностей данной системы по обработке заявок, то она может считаться "чистой" системой с ожиданием [2].

© Федюковский Ю. И., 2012 55

.г Оператор

Потери информации при обработке сигналов

Рис. 1

Для оценки пропускной способности СРМ указанного типа рассмотрим ее как вероятностную систему массового обслуживания. При одном функциональном решающем элементе случайный процесс сигналов, поступающих от источников радиоизлучения (ИРИ), во многих практических случаях считается простейшим, поэтому при проектировании такую систему можно рассматривать как одноканальную.

На вход эквивалентной системы массового обслуживания (СМО) поступает случайный поток заявок, аналогичный потоку сигналов, поступающих от ИРИ в реальную СРМ. Указанный входной поток переводит СМО в состояния приема поступающих сигналов и их обработки по выбранному в системе алгоритму. Пусть случайный процесс перехода СМО из одного состояния в другое является простейшим (пуассоновским) с дискретными состояниями и непрерывным временем. Состояние этой системы в любой момент времени не определяется ее предысторией, а зависит от текущей ситуации, причем переход из одного состояния в другое происходит скачком.

В этом случае считаем, что при обработке заявки, ранее поступившей в СМО, вновь поступающие заявки не теряются, а становятся в очередь в ЗУ, и при отсутствии дополнительных требований к более высокому приоритету ожидают обслуживания оператором (см. рис. 1). Пропускная способность СМО с ожиданием при одинаковых интенсивностях входного потока заявок X и потока результатов их обработки ц выше пропускной способности аналогичной СМО с отказами.

СМО с ожиданием может находиться в двух рабочих состояниях: свободном Sq

или обслуживания заявок Si , находящихся в очереди или в обработке оператором в системе. В состояние ^ ее переводит входной поток заявок с интенсивностью А. — 1/Твх (Твх - го интервала между моментами поступлений в СМО

двух последовательных заявок), а состояние Sq - поток выходных решений оператора с интенсивностью ц = 1/T0q (T0q - среднее время обслуживания заявок в системе). Граф рабочих состояний такой системы представлен на рис. 2.

Обозначим вероятности рабочих состояний системы Sq и Sj как pq t и pi t соответственно. В любой момент времени имеем: pq t + р^ t =1.

Известно [2], что вероятности pq t и pj t можно определить решением системы дифференциальных уравнений:

Гфо t fat = t + цPi t ;

\dp\ t /dt = -\ipi t +hpo t .

Считая, что в начальный момент СМО свободна от заявок, решение для системы этих уравнений при A, = const и ц = const будет следующим:

Sq

Ь _ . .

и при t —» 00

Рис. 2

Si

Pq t =ц/ l + +[Х/ A + jj, ]е

PQ * =ц/ ^ + ц . (1)

Вероятность ^ в одноканальной СМО с ожиданием определяет ее относительную пропускную способность или вероятность того, что заявка, поступающая в любой случайный момент времени в такую систему, будет обслужена оператором [2].

Таким образом, в реальной системе радиомониторинга с одним функциональным решающим элементом при обработке входного потока с интенсивностью X и интенсивностью потока получаемых результатов ц можно оценивать пропускную способность в соответствии с формулой (1), а также при сохранении заданной интенсивности входного потока заявок изменять среднее время их обслуживания.

Рабочая загрузка СРМ, в которой решение при обработке поступающих сигналов принимается только оператором, определяется отношением а = Х/ц. Следовательно, пропускная способность рассматриваемой СМО увеличится, если допустимое среднее время нахождении заявки при ожидании ее в очереди возрастет.

Эффективность работы СРМ наряду с пропускной способностью характеризуется и достоверностью ожидаемых результатов обработки сигналов, поступающих от источников радиоизлучения. Достоверность - показатель работы информационной системы, характеризующий безошибочность проводимых в ней преобразований информации. Достоверность информации, получаемой в результате приема и обработки сигналов в СРМ, в основном оценивают как величину, обратную вероятности появления ошибки в этом процессе [3].

Рабочий процесс в любой СРМ проходит при мешающих случайных воздействиях, в связи с чем при принятии решений возможны ошибки. На практике при работе таких систем появление ошибки может быть связано со многими причинами: в связи с неправильной идентификацией обнаруживаемых ИРИ, с отсутствием требуемого числа периферийных пунктов приема и анализа радиосигналов при необходимом уровне их электромагнитной доступности в системе и по другим причинам. К ошибке в такой системе может привести и использование в тракте управления территориально разнесенными средствами СРМ каналов связи с недостаточными скоростью и помехоустойчивостью передачи команд управления [1].

Результатом принятия решения оператором по результатам работы СРМ могут быть несколько случайных исходов [2]: принятие правильного решения - как при отсутствии искажения в принятом сигнале, так и при его обнаружении и исправлении возможных ошибок; принятие ошибочного решения - необнаруженное искажение сигнала при его приеме и обработке; отказ от принятия решения - при невозможности исправить обнаруженное искажение сигнала за отведенное время.

Обозначим вероятности правильного принятия решения, ошибки и отказа от принятия решения Рпр, Р^ш и Ротк соответственно. Поскольку указанные исходы составляют

полную группу событий, имеем: Рщ + Рош + /'отк = 1.

Вероятность принятия системой правильного решения в соответствии с [4] может быть определена как

^пр = ЯобЯиспр^ + ЯнЯпр,, + РотсРщ>отс >

где роб и рн вероятности обнаружения и необнаружения искажения соответственно; Риспр б - вероятность исправления существующего искажения при условии его обнаружения в процессе обработки сигнала и принятия решения; рпр - вероятность правильного решения при необнаружении искажения за счет имеющегося опыта работы; ротс - вероятность отсутствия искажений сигнала; Рдр - вероятность правильного решения при

неискаженном сигнале.

Вероятность появления ошибки при принятии решения в СРМ может быть определена как

^ОШ = РкРошп + РотсРоштс ' (3)

где рош - условная вероятность принятия ошибочного решения при невыявлении искажения; рош - вероятность ошибочного решения при отсутствии искажений сигнала. Даже

при недостаточной информированности при проектировании таких СРМ о возможных ситуациях работы их операторов вероятность появления ошибки в процессе обработки сигналов и принятия решения в самых неблагоприятных случаях [2] может определяться как

(4)

Таким образом, при принятии решений оператором СРМ по определенным при проектировании алгоритму обработки сигналов и заданным критериям оценки для принятия тех или иных решений необходимые для практики значения таких вероятностей, как Рр

и Рош, определяют выражениями (2)-(4). При этом вероятность появления ошибки при

обработке сигналов ИРИ в любой СРМ, непосредственно характеризующая достоверность получаемой от системы информации, будет определяться диапазоном изменения значений вероятности появления ошибки , определяемой выражениями (3) и (4). Кроме того, на

достоверность информации, получаемой от системы, будет дополнительно влиять возможность появления ошибки и при принятии правильных решений, поскольку эта ситуация будет зависеть от используемого на практике алгоритма обработки сигнала при исправлении обнаруженного искажения в данной системе.

Если на пункте управления СРМ решения принимаются только одним оператором (см. рис. 1), то при небольшой рабочей загрузке у него появляется возможность дополнительно контролировать и качество самого процесса обработки сигналов, поступающих в это время от ИРИ.

Таким образом, когда решения по результатам обработки сигналов ИРИ в системе радиомониторинга принимаются только одним человеком-оператором (или одним программируемым электронным автоматом), при проектировании системы предварительную оценку эффективности ее работы можно проводить в соответствии с предложенной методикой оценки пропускной способности и достоверности получаемой информации.

Список литературы

1. Радиотехнические системы: учебник для вузов / под ред. Ю. М. Казаринова. М.: Академия, 2008. 589 с.

2. Вентцель Е. С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. 5-е изд. М.: КноРус, 2010. 191 с.

3. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и коммуникации: учеб. пособие для вузов. 2-е изд.: Питер, 2004. 702 с.

4. Федюковский Ю. И. Вероятность ошибочных решений при управлении работой территориально разнесенных приемных и измерительных средств радиоэлектронной системы // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2011. Вып. 3. С. 20-27.

Ju. I. Fedukovsky

FSUE «SRI "Vektor"» (Saint-Petersburg)

Overall performance of radio monitoring systems

Radio monitoring systems, each of which contains command control point and a row of peripheral points for receiving and analysis of signals from required sources of radio-frequency radiations and acceptance of a final decision by results of operation by the human operator on control point are considered.

Radio monitoring, human operator, interferences, operation efficiency, results reliability

Статья поступила в редакцию 18 сентября 2012 г.

УДК 621.391(681.325:535)

Л. А. Аронов, П. А. Дубов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет "ЛЭТИ"

Анализ работы акустооптического спектроанализатора с пространственным интегрированием в условиях расходимости оптического пучка

Рассмотрена применимость идеализированной математической модели акустооптического спектроанализатора с пространственным интегрированием, полученной в условиях параксиального приближения. Исследована работа спектроанализатора, получены оценки его характеристик в реальных условиях.

Акустооптический спектроанализатор, параксиальное приближение, приближение Френеля

Акустооптические спектроанализаторы (АОС) применяются при решении задач обнаружения и анализа сигналов, когда требуются широкая рабочая полоса, отсутствие пропусков по частоте и относительно высокое быстродействие. Для оценки характеристик таких устройств разработаны математические модели, справедливые в условиях параксиального приближения [1]-[3], когда оптический пучок имеет в пределе нулевую расходимость. На практике указанные условия принципиально невыполнимы и, следовательно, характеристики, полученные на основе таких идеализированных моделей, недостижимы. В настоящей статье для определения применимости характеристик, полученных в идеализированных условиях, исследована работа спектроанализатора в условиях расходимости оптического пучка.

©. Аронов Л. А., Дубов П. А., 2012

59