CC BY
3
Сои 10.36724/2409-5419-2022-15-2-10-17
МЕТОД ПЕРЕДАЧИ АВАРИЙНЫХ СИГНАЛОВ НА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ РОСМОРРЕЧФЛОТА
БУДКО
Никита Павлович1 АЛЛАКИН
Владимир Васильевич 2 КАРЕТНИКОВ
Владимир Владимирович 3
Сведения об авторах:
1 аспирант, ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова".
г. Санкт-Петербург, Россия, buCkc62@mail.ru
2 ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова".
г Санкт-Петербург, Россия, vlaCimir@CuCuh.ru
3 заведующий кафедрой судоходства на внутренних водных путях ФГБОУ ВО "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова", доктор технических наук,
г. Санкт-Петербург, Россия,доцент, kaf_svvp@gumrf.ru
АННОТАЦИЯ
Актуальность: Представлен метод передачи аварийных сигналов на распределенной информационно-телекоммуникационной сети общего пользования, позволяющий осуществлять помехоустойчивое доведение измерительной информации о состоянии элементов географически распределённой телекоммуникационной структуры ведомства с использованием декаметровых радиолиний на базе применения линейно-частотно-модулированных, а также дискретных линейно-частотно-модулированных сигналов, что позволяет улучшить помехоустойчивость подсистемы удаленного мониторинга состояния географически распределенной информационно-телекоммуникационной сети. Цель работы: повышение помехоустойчивости сигналов аварии на телеметрической системе распределенной сетевой инфраструктуры, функционирующей в условиях сложной помеховой обстановки и иных дестабилизирующих факторов. Используемые методы: формирование перспективной сигнально-кодовой конструкции в каналах радиосвязи телеметрический системы; использование в интересах передачи измерительной информации режима изменения рабочей частоты по псевдослучайному закону. Новизна: повышение возможностей подсистемы удаленного мониторинга за счет расширения степеней свободы оператора телеметрической системы - слуховой, визуальный и автоматический прием аварийных сигналов. Полученный результат заключается в графическом отображении принятых бинарных посылок сигналов аварии на спектрограмме типа "водопад", при этом вместо "точек" и "тире" кода Морзе отображаются линейно-частотно-модулированные либо дискретно-линейно-частотно-модулированные сигналы с убывающим, либо возрастающим градиентом наклона.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: информационно-телекоммуникационная сеть, измерительная информация, помехоустойчивость, спектрограмма, телеметрическая система
Для цитирования: Будко Н. П., Аллакин В. В., Каретников В. В. Метод передачи аварийных сигналов на распределенной информационно-телекоммуникационной сети Росморречфлота // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2023. Т. 15. № 2. С. 10-17. Сок 10.36724/2409-5419-2023-15-2-10-17
Введение
Многоуровневую модель подсистемы удаленного мониторинга состояния географически распределенной информационно-телекоммуникационной сети (ИТКС) общего пользования возможно представить диспетчерским, телекоммуникационным и сенсорным уровнями. При этом именно телекоммуникационный уровень является наиболее сложным с позиции обеспечения устойчивого функционирования ИТКС в связи с такими её ярко выраженными характерными особенностями применения в Росморречфлоте как: глобальные расстояния и вытекающие из этого задержки на сети; разнородность (гетерогенность) как среды передачи измерительной информации (ИИ), так и каналов связи; открытость системы с точки зрения воздействия дестабилизирующих факторов и значительной нестационарности радиоканалов, вызываемой дрейфом основных параметров среды распространения радиоволн.
Перечисленные особенности относят такие каналы радиосвязи к категории каналов с высоким коэффициентом ошибок. Поэтому в работе особое внимание уделено методам передачи измерительной информации от сенсорного уровня (объектов контроля к диспетчерскому уровню (ситуационным центрам ведомства) по каналам радиосвязи, как наиболее вероятным для использования на ИТКС Росморречфлота и наиболее сложным в их математическом описании.
Рост числа источников ИИ на современных распределенных гетерогенных ИТКС, влечет за собой увеличение специфичности и сложности задач, решаемых при удаленном мониторинге их технического состояния, что повышает требования к современным телеметрическим системам (ТМС) до уровня требований к системам телекоммуникаций [1]. В то же время, применение таких ТМС и систем мониторинга на распределенных ИТКС Росморречфлота характеризуется низкой помехоустойчивостью при доведении аварийных сигналов на ситуационный центр от объектов контроля, функционирующих при наличии естественных и искусственных дестабилизирующих факторов, существенно понижая общую эффективность функционирования ИТКС ведомства.
Существующими на сегодня алгоритмами не всегда удается осуществить сбор и трансляцию ИИ в условиях влияния шумов, случайных и преднамеренных помех с достоверностью не хуже заданной [2], что влияет в целом на снижение эффективности сетевой инфраструктуры. При этом усложнение корабельных и береговых комплексов связи, а также других средств навигационного оборудования как объектов мониторинга приводит к тому, что в вопросе обеспечения требований по устойчивости ИТКС искажение ИИ или даже кратковременные перерывы в ее поступлении крайне неприемлемы [1,2]. Все это делает разработку новых и перспективных методов удаленного мониторинга, повышающих помехоустойчивость телеметрической системы, актуальным и востребованным.
Цель статьи - повышение помехоустойчивости аварийных сигналов в подсистеме удаленного мониторинга на ИТКС, функционирующей в условиях воздействия дестабилизирующих факторов различной физической природы.
Анализ предметной области исследования
К одному из активно используемых в настоящее время методов передачи телеметрической информации с глобально удаленных технических систем морского, наземного и воздушного базирования на диспетчерские пункты управления можно отнести применяемый с начала XX века способ радиообмена построенные на сигнально кодовой конструкции (СКК) кода Морзе [3], в котором бинарная посылка передается путем трансляции длинных («тире») и коротких («точек») сигналов, причем при кодировке символов алфавита базовой единицей времени считается длина одной «точки». При этом длина одного «тире» равна длительности трёх «точек», внутри буквы межзнаковая пауза равнозначна длине одной «точки», пауза ме^ду буквами соответствует длине «тире» (т. е. три «точки»), а ме^ду словами внутри сообщения - семь «точек». Изначально при передаче сигналов кода Морзе используется режим амплитудной телеграфии (АТ) на фиксированной частоте, а прием осуществляется радиотелеграфистом на слух (на головные телефоны). Применение данного метода столь длительно и безальтернативно более 100 лет связано с уникальными возможностями слуха человека, по сравнению с автоматической идентификацией сигналов кода Морзе в условиях шумов и помех. При этом в качестве недостатков способа отмечается низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность в связи с высокой подверженностью радиоканала сосредоточенным помехам и замираниями сигнала в среде распространения радиоволн.
Существенно повысить помехоустойчивость радиообмена на ТМС возможно путём применения линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ1) сигналов, когда на передающей стороне формируется сигнально-кодовая конструкция, соответствующая биту информационной единицы «1» - по линейно возрастающему, а биту информационного нуля «0» - по линейно убывающему закону изменения несущей частоты [4, 5]. При этом на приёмной стороне как правило могут применяться корреляционный метод или согласованная фильтрация. К недостаткам данного подхода также относят низкую помехозащищенность при автоматическом приеме сигналов и их идентификации в условиях шумов и помех.
Также известен способ радиообмена [6], при котором в процессе передачи значения несущей частоты сначала модулируют информационной последовательностью с применением известных узкополосных методов, а затем изменяют рабочую частоту расширяющей кодовой последовательностью по псевдослучайному закону (так называемый режим 1111РЧ с расширением спектра скачками частоты) и излучают в эфир.
1 Линейная частотная модуляция (ЛЧМ) сигнала - это вид частотной модуляции, при которой частота несущего сигнала изменяется по линейному закону
На приёмной стороне частота первого гетеродина меняется по правилам расширяющей кодовой последовательности, принятым в формирователе сигнала передающей стороны, а далее для селективной фильтрации сигнал после ге-теродинирования переносят на фиксированную промежуточную частоту. Недостатком изложенного способа являются сложности в реализации приемного устройства, сопряженные с обеспечением быстрой перестройки фильтров, что влияет на снижение качества фильтрации.
Говоря о достижении поставленной цели, направленной на повышение помехоустойчивости ТМС, наиболее близким решением является способ из области авиационной техники, предназначенный для помехоустойчивого функционирования средств посадки и радионавигации. В условиях шумов и помех повышение помехоустойчивости в нём достигается расширением спектра сигнала при передаче в режиме III1РЧ. и восстановлением бинарных посылок путем обратного преобразования принятого сигнала в исходную форму на приемной стороне [7]. При этом используется режим т. н. «внутрибитовой» III1РЧ. когда длина бинарной посылки соответствует отношению длины информационного бита к числу скачков рабочей частоты внутри него, меняющихся по принятому на передающей стороне псевдослучайному закону.
На приёмной стороне информационный бит восстанавливается через преобразование в начальную частотную форму принятого сигнала путём перемножения сформированного сигнала гетеродина с применением частотной матрицы III1РЧ. Данная процедура исключает ручной режим приёма и реализуется исключительно в автоматическом режиме. В сложной помеховой обстановке наращивание помехоустойчивости для радиоканалов с высоким коэффициентом ошибок (например, декаметро-вых) в этом случая зачастую обеспечивают увеличением мощности радиопередающего устройства. Недостатком способа является то, что использование в реальном масштабе времени метода анализа панорамных спектрограмм визуально не позволяет оператору демодулировать и декодировать транслируемые в режиме III1РЧ группы коротких (менее 0,1 с) импульсов. При этом важно наличие высокоточной синхронизации.
Анализ научно-методического аппарата формирования радиолиний ТМС и выявленные недостатки рассмотренных методов показал востребованность исследований по поиску и формированию новых подходов, позволяющих осуществлять помехоустойчивый приём измерительной информации на телекоммуникационном уровне подсистем мониторинга распределенных ИТКС.
Разработка метода передачи аварийных сигналов на распределенной ИТКС
Исходя из проведенного анализа научно-методического аппарата и применимости современных интеллектуальных технологий в интересах удаленного мониторинга распределенных ИТКС и повышения их помехоустойчивости разработан метод, основанный на использовании перспективных СКК для передачи аварийных сигналов от сенсорного к диспетчерскому уровням ТМС. Предложено использовать графическое изображение
аварийных сигналов на диспетчерскии пункт управления или ситуационный центр ведомства в виде спектрограмм, соответствующих визуализации передачи/приему информационной «1» и информационного «0», соответствующих ЛЧМ-сигналам, а также дискретно меняющимся по ЛЧМ закону (ДЛЧМ) сигналам с повышающим, либо понижающим градиентом2 модуляции. На рисунке 1 показаны блок-схемы вариантов построения алгоритмов выполнения метода.
Начало
ЗЕ
j
/ Задание исходных данных: f Выбор диапазона частот, режима передачи/приема, кодировки (КОИ), >
/min, /тах, 7бп, 7защ, 7мг /
' —Лг-'
Т| Формирование бинарных посылок «0» и «1» _в виде отрезков ЛЧМ-сигналов_
2| Представление (кодирование) измерительной
информации по используемому правилу сзащитными интервалами между бинарными посылками или без них
N цередачи/приема.----- / 1 ' \ /
3.1| Последовательная передача бинарных посылок знаков (букв) измерительной информации 3.2| Параллельная передача посылок каждого знака (буквы) измерительной информации
NU
4.1| Последовательный прием бинарных посылок знаков (букв) измерительной информации 4.2| Параллельный (многоканальный) прием бинарных посылок знаков (букв)измерит. информац.
N1/
5.1| Отображение принятой бинарной посылки на спектрограмме 5.2| Одновременное отображена принять ix параллельнопо каналам бинарных посылок знака (буквы)
Л,
6.1| Декодирование бинарной посылки по заданному образу 6.2| Декодирование бинарных посылок по заданному образу
7.1| Идентификация знака(буквы) по принятой кодировке 7.2| Идентификация зн ака(буквы) по принятой кодировке
8| Восстановление принятых бинарных посылок по фрагментарным данным путем повторного анализа в режиме замедленного воспроизведения или в статике
L
Вывод принятых знаков (букв) измерительной информации
_на экран монитора_
^
Окончание
7
а)
б)
Рис. 1. Алгоритмы передачи аварийных сигналов состояния элементов ИТКС: а) на основе применения ЛЧМ сигналов; б) с использованием сигналов ДЛЧМ в режиме «быстрой» ППРЧ
Представленные алгоритмы состоят из последовательности действий, реализующих процесс доведения ИИ от сенсорного уровня подсистемы контроля и мониторинга ИТКС до диспетчерского пункта, а также процессы последующей её обработки и идентификации принятого аварийного сигнала. Предложенные алгоритмы предусматривают осуществление обмена хранящейся в различных базах данных и базах состояний распределенной ИТКС информацией для их репликации.
2 На спектрограмме в частотно-временной области помеха отображена вертикальной линией и любые одночастотные сигналы типа азбуки Морзе (унаследованная сигнально-кодовая конструкция) при совпадении с нею неразличимы (градиент отличия равен нулю).
Первый алгоритм (рис. 1, а) заключается в том, что на низовом уровне ТМС от сенсоров поступают пакеты ИИ, представленные бинарными посылками в виде отрезков ЛЧМ-сигналов с линейно-убывающими или линейно-возрастающими градиентами наклона, соответствующие передаче информационного нуля «0» или информационной единице «1», рис. 2 а) и б).
и линейно убывающим законами изменения частот SL(t) = S cos{Фо - Ф(?)} = S cos{Фо - 2n[f0t + (b / 2)t2]}
(2)
Рис. 2. Внешний вид ЛЧМ- и ДЛЧМ-сигналов: а) частотно-временная характеристика (ЧВХ) сигнально-кодовой конструкции, построенной
по закону линейно возрастающего изменения рабочей частоты (в); б) ЧВХ СКК, построенному по закону линейно убывающего изменения
рабочей частоты (г); д) ЧВХ СКК, построенной на основе многочастотного ДЛЧМ-сигнала с законом линейно возрастающего изменения рабочей частоты (ж); е) ЧВХ многочастотного ДЛЧМ-сигнала с законом линейно убывающего изменения рабочей частоты (з)
Их приём может осуществляться как в ручном режиме так и автоматически, с визуализацией на мониторе АРМ оператора диспетчерского пункта (автоматизированной системы управления движения судов, ситуационного центра) в виде спектрограммы типа «водопад», где сигнал отображают отрезками разных градиентов наклона, отличных от вертикальных прямых, представляющих сосредоточенные помехи в плоскости «время-частота» (рис. 3).
Математически процесс синтеза бинарных посылок, соответствующих информационному нулю или информационной единицей («0» и «1») выглядит в виде аналитических выражений, представляющих ЛЧМ-сигнал с линейно возрастающим
См (t) = s cos {Фо + 9(t)} = S cos {Фо + 2n[f0t + (b / 2)t2 ]}
Рис. 3. Вариант визуализации спектрограмм и амплитудно-частотной
характеристики сигналов АТ при воздействии: а) шумовой помехи рядом с сигналом; б) сосредоточенной по спектру помехи; в) мощных
шумовой и сосредоточенной помехами; г) под шумовой помехой
В выражениях (1) и (2): - амплитуда сигнала, фо - начальная фаза сигнала,/) = /пах +/тт) /2 - центральное значение несущей частоты,1/тах и /тт~ максимальное и минимальное значения частоты радиосигнала, Ь = /тах ~/тт) / Тс - параметр скорости изменения частоты во времени, Тс - длительность сигнала (рис. 2 а, б).
На рисунке 2а)иб)в плоскости «время-частота» описанные математически бинарные посылки отображены линейными отрезками с правым или левым градиентами наклона линейного изменения закона модуляции сигнала.
Во втором варианте реализации алгоритма предлагаемого метода применён режим т. н. «быстрой» ППРЧ (рис. 1, б и рис. 2, д-з). В работе [8] описан режим ППРЧ, используемый для повышения помехозащищенности декаметровых радиолиний. Эффективность такого подхода заключается в уменьшении влияния случайных и преднамеренных помех на функционирование радиолинии и минимизации вероятности группирования ошибок из-за наличия глубоких замираний сигналов в принятых сообщениях.
Там же показано, что применение многоканальных радиолиний с параллельным излучением бит сообщения узкополосными и сверхузкоплосными сигналами с использованием режима ППРЧ позволяет повысить качества приема сообщений с сохранением скорости передачи.
При этом сначала формируется СКК в виде многочастотного дискретного сигнала, включающего n чипов, каждый из которых передаётся на частоте псевдослучайного кода, а при приёме сигнал восстанавливается путём преобразования в исходную частотную форму. Причем, трансляция каждого /-го частотного чипа (/ = 1,2,..n) бинарных посылок информационных нулей и единиц («0», «1»), обозначающих несущие колебания частот f0" (fi1 ) дискретно изменяется с равномерным шагом до преобразования частот по псевдослучайному закону (ППРЧ)
Af=frm- fTf*- Гт> (3)
с дискретно понижающим или повышающим на заданных интервалах времени для нулевой бинарной посылки Tили единичной бинарной посылке Тп изменением рабочих частот
так, что несущие колебания частоты на временном интервале /-го частотного чипа ti остаются неизменны: f"0" = const,
f= const.
На приёмной стороне производится преобразование сигнала по обратному псевдослучайному закону. На спектрограмме в плоскости «время-частота» принятый многочастотный ДЛЧМ-сигнал, включающий n частотных чипов, отображают в виде группы бинарной посылки с соответствующим градиентом наклона автоматически или визуально оператором диспетчерского пункта (ситуационного центра). Далее принятый информационный бит ИИ декодируют в соответствии с заданным образом двоичного алфавита. Завершающим действием алгоритма является идентификация знака сообщения (бинарной последовательности) автоматически или визуально.
Оценка эффективности предложенного метода
В предложенном методе передачи аварийных сигналов ТМС выигрыш в помехозащищенности осуществим путём введения последовательности действий (шагов), приведённых на рисунке 1 б) блок-схемы алгоритма путём автоматической или визуальной идентификации новой СКК ИИ в режиме внутрибитовой ППРЧ. Причем приращение помехозащищенности в данном случае происходит за счёт фактического преобразования радиоканала с прицельными преднамеренными помехами в радиоканал со случайными сосредоточенными помехами с последующим выделением бинарных посылок ИИ на фоне помех путём автоматической или визуальной идентификации. При этом процесс автоматической идентификации обеспечивается согласованной фильтрацией в радиоприемном устройстве, а визуализация - за счёт способности зрительного анализатора человека доводить до нейронной сети головного мозга до 90 % информации об окружающем мире (спектрограмме) [9-11].
Испытания, проведенные с использованием SDR-радиоприемного устройства, отображающем на мониторе спектрограмму сигнала в частотно-временной области, показали, что визуализация бинарных посылок новой СКК способствует их зрительной идентификации, даже в случае, когда в слуховом режиме из-за низкого отношения сигнал/шум (ОСШ) нет уверенного приёма (рис. 4).
б)
------- 1
ирЮМ2 Л Jy 1г' ^""^tydwA А. щ t^VifWvi tt. Л/L л 1 '
J
9570.00
|-Uj
ЛI
в)
II
ilbfl
Ш
jffiW
W , Yib ПТ f
ими turn tut» ИПМ
Г)
Рис. 4. Экранные формы отображения принятых сигналов на мониторе
АРМ оператора: а) и б) - для унаследованной СКК (Азбука Морзе); в) и г) - для предложенной СКК (ДЛЧМ); а) и в) ОСШ = минус 20 дБ; б) и г) ОСШ = минус 40 дБ
При соотношении сигнал/помеха (относительно уровня «несущей» помехи) для унаследованного сигнала Азбуки Морзе О Бд обеспечивается прием со следующими характеристиками: количество ошибок на 100 принятых знаков в автоматическом режиме - 0; в слуховом режиме - 0; в визуальном режиме - 0. При соотношении сигнал/помеха (относительно уровня «несущей» помехи) для унаследованной СКК минус 20 Бд обеспечивается прием со следующими характеристиками: количество ошибок на 100 принятых знаков в автоматическом режиме -3-5; в слуховом режиме - 1-2; в визуальном режиме - 0, что хорошо просматривается на варианте экранной формы рис. 4 а).
При соотношении сигнал/помеха (относительно уровня «несущей» помехи) для унаследованной СКК минус 40 Бд обеспечивается прием со следующими характеристиками: количество ошибок на 100 принятых знаков в автоматическом режиме - неустойчивый прием; в слуховом режиме - неустойчивый прием (более 20 ошибок); в визуальном режиме - неустойчивый прием (более 10 ошибок), что представлено на варианте экранной формы рис. 4 б).
При использовании предложенной СКК (передача «точки» -левый градиент наклона при визуализации на спектрограмме, передача «тире» - правый градиент наклона), в отличие от использования сигнала с унаследованной структурой даже при соотношении сигнал/помеха ~ минус 40 дБ обеспечивается устойчивый визуальный прием независимо от положения сигнала относительно частоты «несущей» помехи, что видно на вариантах экранных форм рис. 4 в) и г).
На рис. 5 показаны варианты идентификации аварийного сигнала по алгоритмам рис. 1, где бинарные посылки с правым и левым градиентами наклона достаточно хорошо наблюдаются в режиме реального времени не только на свободном от шумов и помех участке диапазона частот, (рис. 5 а), но и под сосредоточенной по спектру помехой (рис. 5 б). Как видно из рис. 5, если перенести сигнал с новой СКК в полосу частот, занятой мощной сосредоточенной помехой, то он также легко визуально идентифицируется по бинарным посылкам левого и правого градиента наклона даже при ОСШ кп = - 40 дБ, см. результаты эксперимента в таблице 1.
Таблица 1
Помехоустойчивость ТМС при соотношении уровня сигнал/ помеха в канале декаметровой радиосвязи и число ошибок при приеме аварийного сообщения из 40 знаков
Соотношение сигнал/помеха относительно «несущей» помехи, дБ Режим автоматического приёма, всего ошибок Режим слухового приёма, всего ошибок Визуальный режим, всего ошибок
-20 3-5 1-2 0
-40 неустойчивый прием неустойчивый прием, более 20 ошибок неустойчивый прием, более 10 ошибок
Для повышения оперативности передачи аварийных сигналов (что важно на низкоскоростных радиоканалах, например де-каметрового диапазона), излучение бинарных посылок можно осуществлять в режиме параллельной многоканальной передачи/приема, реализуемой с использованием многоканальных возбудительного и радиоприемного устройств.
а) б) в)
Рис. 5. Варианты реализации новой СКК в ходе визуализации на приемной стороне: при последовательной передаче бинарных посылок а), в том числе и под сосредоточенной помехой б), при реализации параллельной многоканальной передачи/приема знаков в целом в)
При этом за время излучения необходимого для последовательной передачи одной бинарной посылки можно передать знак (букву) в целом при использовании многоканальной передачи, что видно из правых ветвей блок-схем алгоритмов, показанных на рис. 1 а) (шаги 3.2 - 7.2) и на рис. 1 б) (шаги 3.2 - 8.2). Такой параллельный режим работы кратно (исходя из рис. 5 а) и в) - в пять раз) повышает оперативность доведения аварийных сигналов на радиолиниях телеуправления-телесигнализации ТМС критически важных элементов сетевых инфраструктур Ро-сморречфлота, требующих немедленного вмешательства оператора АСУ движения судов в предотвращение аварии (катастрофы).
Современные комплексы средств автоматизации имеют возможность записи в карту памяти, а также репликации баз данных на АРМ операторов подсистемы мониторинга диспетчерских пунктов и ситуационных центров (автоматизированной системы управления движением судов) для документирования с последующим анализом и восстановлением ИИ. Поэтому предлагаемый метод может применяться для передачи любых бинарных последовательностей с различной скоростью передачи.
В таблице 2 приведена эффективность предлагаемого метода передачи аварийных сигналов на распределенной ИТКС с применением режима «быстрой» ППРЧ для варианта функционирования в сложной помеховой обстановки, путем оценки через вероятность безошибочного приема измерительной информации в слуховом режиме (радиотелеграфистом), при автоматическом и визуальном приеме.
Таблица 2
Оценка помехоустойчивости новой СКК, оптимизированной
под визуальный прием аварийных сигналов (сообщения длиной 40 знаков) в сложной помеховой обстановке
Вид помехи Штатный код Морзе СКК, оптимизированная для визуального приема Режим ППРЧ
Слуховой прием Слуховой + визуальный прием Автоматический прием Визуальный прием Автоматический прием Визуальный прием Автоматический прием
Сосредоточенная 0,67 0,73 0,57 1,0 0,99 1,0 1,0
Широкополосная 0,83 0,92 0,71 0,98 0,68
Значимость предложенного метода для теории
и практики эксплуатации телеметрических систем Росморречфлота
Значимость предложенного метода для теории и практики комплексом управления функционирования распределенных ИТКС Росморречфлота состоит:
- в росте помехоустойчивости ТМС распределённой ИТКС Росморречфлота за счет фактического преобразования радиоканала с прицельными преднамеренными помехами в радиоканал со случайными сосредоточенными помехами с последующим выделением бинарных посылок аварийных сигналов (измерительной информации) на фоне помех путём автоматической или визуальной идентификации;
- повышении различимости приема сигналов кода Морзе на слуховом фоне;
- простоте согласованной фильтрации автоматического приема ЛЧМ-сигнала;
- асширении степеней свободы радиотелеграфиста при реализации методов приема ИИ - слуховой, визуализированный или автоматизированный приём;
- обеспечение одинаковой помехоустойчивости для приема «ЛЧМ-тире» и «ЛЧМ-точек», т. е. равновероятный прием предложенной СКК на базе ЛЧМ-сигналов. В настоящее время в наследованном способе приёма кода Морзе для «точек» и «тире» помехоустойчивость различается за счёт того, что под мощной сосредоточенной помой «точка» легко может быть трансформирована в «тире»;
-возможность применения метода на унаследованных средствах связи исходя из правила, что широкополосный сигнал не создаёт шумов узкополосному;
- легкость ведения параметрического контроля новой СКК по скважности следования бинарных посылок, снижению глубины модуляции градиента их наклона;
- повышение скорости передачи ИИ в ТМС за счет параллельной трансляции бинарных посылок в режиме ППРЧ и исключения защитных интервалов между ними в буквах (цифрах, знаках) и словах передаваемых сообщений в новой СКК;
- овышение скорости приёма аварийных сигналов и измерительной информации в ТМС за счет перехода от побитной (последовательной) идентификации ИИ оператором (радиотелеграфистом) к её восприятию (чтению) позначно (цифрами, буквами) в параллельном режиме передачи/приёме в радиолинии и визуализации спектрограмм на мониторе оператора диспетчерского пункта (ситуационного центра).
Заключение
Новизной предложенного метода передачи аварийных сигналов на распределенной ИТКС Росморречфлота является возможность передачи/приема аварийных сигналов и измерительной информации от удаленных средств связи и навигационного оборудования на диспетчерский пункт
автоматизированной системы управления движения судов бассейна рек внутренних водных путей России (в ситуационный центр ведомства), на основе представленных перспективных сигнально-кодовых конструкций, построенных на базе применения ЛЧМ (ДЛЧМ) сигналов с противоположными градиентами наклона + 45°, отличающихся от вертикальных прямых с нулевым градиентом на спектрограммах принятой ИИ в плоскости «время-частота».
Причём бинарные посылки, представляющие информационный нуль и информационную единицу ИИ, на передающей стороне представляется отрезками ЛЧМ- или ДЛЧМ-сигна-лов с изменением частоты по линейно убывающему или линейно возрастающему закону, а приемной стороне идентифицируемые визуально или автоматически с использованием банка фильтров.
Помехоустойчивость предложенного в статье метода также будет зависеть от состояния среды распространения радиоволн, выбранного диапазона частот, числа частотных чипов, применяемых при её формировании, а также их длительности, влияющей на длительность бинарной посылки в целом.
Литература
1. Винограденко A.M. Методология интеллектуального контроля технического состояния автоматизированной системы связи специального назначения. Монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2020. 180 с.
2. Zelensky E.G., Kononov Yu.G., Fedorenko V.V., Vinogradenko A.M., Samoylenko V.V.Development of a distributed multi-agent system monitoring and control networks of 0.4-35 kV II Proceedings of 2017 IEEE 2nd International Conference on Control in Technical Systems, (CTS 2017). 2017. Vol. 2. P. 271-274. doi: 10.1109/CTSYS.2017.8109543.
3. Истори отечественных средств связи / Под ред. A.C. Якунина. М.: Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2013. 576 с.
4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. 513 с.
5. Марычее Д.С., Морозов O.A., Хмелев С.Л. Оценка параметров ЛЧМ сигналов методом цифровой адаптивной фильтрации II Радиотехника (Электронный журнал). 2012. № 3. С. 1-8.
6. Макаренко С.И., Иванов М.С., Попов С.А. Помехозащищенность систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Монография. Пб.: Свое издательство, 2013. 166 с.
7. Беккиев А.Ю., Борисов В.И. Базовые принципы создания по-мехозащищенных систем радиосвязи II Теория и техника радиосвязи. 2014. № 1.С. 3-16.
8. Жуков Г.А., Будко П.А. Широкополосные и узкополосные сигналы в радиолиниях декаметрового диапазона волн II Морская радиоэлектроника. 2020. № 2 (72). С. 32-37.
9. Евин И.А. Синергетика мозга. М.: Регулярная и хаотическая динамика, 2005. 108 с.
10. Айзман Р.И., Герасёв А.Д., Дюкарев И.А. Молекулярные основы физиологии человека: Компендиум. Новосибирск: НГПУ, 2010. 306 с.
11. Кордуэлл М. Психология. А-Я. Словарь-справочник. М.: ФаирПресс, 2000. 448 с.
METHOD OF TRANSMISSION OF EMERGENCY SIGNALS ON THE DISTRIBUTED INFORMATION AND TELECOMMUNICATION NETWORK OF ROSMORRECHFLOT
NIKITA P. BUDKO
St. Petersburg, Russia, budko62@mail.ru
VLADIMIR V. ALLAKIN
St. Petersburg, Russia, vladimir@duduh.ru
KEYWORDS: information and telecommunication network, measuring information, noise immunity, spectrogram, telemetry system.
VLADIMIR V. KARETNIKOV
St. Petersburg, Russia, kaf_svvp@gumrf.ru
ABSTRACT
Relevance: A method of transmitting alarm signals on a distributed public information and telecommunications network is presented, which allows for noise-resistant transmission of measuring information about the state of elements of a geographically distributed telecommunications structure of the department using decameter radio lines based on the use of linear-frequency-modulated, as well as discrete linear-frequency-modulated signals, this makes it possible to improve the noise immunity of the subsystem for remote monitoring of the state of a geographically distributed information and telecommunications network. The purpose of the work is to increase the noise immunity of accident signals on a telemetry system of a distributed network infrastructure operating in a complex
interference situation and other destabilizing factors. Methods used: formation of a promising signal-code structure in radio channels of a telemetry system; the use of the mode of changing the operating frequency according to a pseudo-random law in the interests of transmitting measuring information. Novelty: increasing the capabilities of the remote monitoring subsystem by expanding the degrees of freedom of the operator of the telemetry system - auditory, visual and automatic reception of alarms. The result obtained is a graphical representation of the received binary parcels of the accident signals on a waterfall-type spectrogram, while instead of "dots" and "dashes" of the Morse code, linear-frequency-modulated or discrete-linear-frequency-modulated signals with a decreasing or increasing slope gradient are displayed.
REFERENCES
1. Vinogradenko A.M. Methodology for intelligent control of the technical condition of an automated communication system for special purposes. Monograph. St. Petersburg. Naukoyemkiye tekhnologii, 2020. 180 p.
2. Zelensky E.G., Kononov Yu.G., Fedorenko V.V., Vinogradenko A.M., Samoylenko V.V. Development of a distributed multi-agent system monitoring and control networks of 0.4-35 kV. Proceedings of 2017 IEEE 2nd International Conference on Control in Technical Systems, (CTS 2017), St. Petersburg, 2017, vol. 2, pp. 271-274. doi: 10.1109/CTSYS.2017.8109543. (in Russian)
3. Yakunin A.S. History of domestic means of communication. Moscow, Capital encyclopedia Publ., 2013. 576 p. (in Russian)
4. Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. Moscow, RIS, 1986. 513 p. (in Russian)
5. Marychev D.S., Morozov O.A., Khmelev S.L. Estimation of chirp signal parameters by digital adaptive filtering. Radiotekhnika (Electronic journal). 2012. No. 3, pp. 1-8.
6. Makarenko S.I., Ivanov M.S., Popov S.A. Noise immunity of communication systems with pseudo-random tuning of the operating frequency. Monograph. St. Petersburg: Svoye izdatel'stvo, 2013. 166 p.
7. Bekkiev A.Yu., Borisov V.I. Basic Principles of Creation of NoiseProof Radio Communication Systems. Theory and technique of radio communication, 2014, no. 1, pp. 3-16. (in Russian)
8. Zhukov G.A., Budko P.A. Broadband and narrowband signals in decameter radio lines. Marine radioelectronics. 2020. No. 2 (72), pp. 32-37.
9. Evin I.A. Brain synergetrics. Moscow, Regular and chaotic dynamics, 2005, 108 p. (in Russian)
10. Ayzman R.I., Gerasyov A.D., Dyukarev I.A. Molecular foundations of human physiology. Novosibirsk, NGPU, 2010, 306 p. (in Russian)
11. Korduel M. Psihologiya. A-Ya. Psychology. A-Z. Dictionary reference. Moscow, Fair-Press, 2000, 448 p. (in Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
Nikita P. Budko, postgraduate student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral S. O. Makarov State University of the Sea and River Fleet", St. Petersburg, Russia, budko62@mail.ru
Vladimir V. Allakin, postgraduate student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral S. O. Makarov State University of the Sea and River Fleet", St. Petersburg, Russia, vladimir@duduh.ru
Vladimir V. Karetnikov, Head of the Department of Navigation on Inland Waterways of the Admiral S.O. Makarov State University of Marine and River Fleet, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, St. Petersburg, Russia, kaf_svvp@gumrf.ru
For citation: Budko N. P., Allakin V. V., Karetnikov V. V. Method of transmission of emergency signals on the distributed information and telecommunication network of Rosmorrechflot. H&ES Reserch. 2023. Vol. 15. No. 2. P. 10-20. doi: 10.36724/2409-5419-2023-15-2-10-17 (In Rus)
