CC BY
1
УДК 621.396
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-169-170
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
РАДИОМОНИТОРИНГА
Н.П. Удальцов, П.А. Агеев, Е.В. Михейкина, И.Ю. Уланов
В статье рассматриваются общие принципы построения аппаратно-программных комплексов радиомониторинга, подход к их построению на основе унифицированных функциональных элементов и модулей.
Ключевые слова: радиомониторинг, аппаратно-программный комплекс, радиоэлектронное средство, радиосигнал, радиоизлучение, радиоэлектронная обстановка, специальное программное обеспечение.
Главной целью при разработке средств радиомониторинга (РМ) является создание универсальных аппаратно-программных систем и комплексов из ограниченной номенклатуры унифицированных технических устройств для выполнения максимально возможного объема задач РМ.
Основные требования к аппаратно-программным комплексам радиомониторинга (АПК РМ) должны быть направлены на минимизацию и унификацию аппаратуры и специального программного обеспечения (СПО), что предусматривает следующее [2-8]:
универсальность и многофункциональность базового средства РМ для каждого из классов; универсальность и многофункциональность дополнительных устройств;
обеспечение совместной работы базового средства конкретного класса средств РМ с дополнительными устройствами, общими для всех типов средств РМ;
унификация аппаратуры различных классов средств РМ;
унификация программного обеспечения с использованием одинаковых модулей, форматов данных и интерфейсов для различных классов средств РМ;
унификация систем электропитания аппаратуры;
рациональное распределение задач обработки между аппаратными сигнальными процессорами и управляющей (специальной) ПЭВМ;
создание библиотек программных кодов (программных модулей) для базового комплекта каждого из классов средств РМ;
комплексное решение задач электромагнитной совместимости с учетом электрооборудования носителя. Частичное уменьшение номенклатуры средств РМ может быть достигнуто на основе функционально-блочного принципа при построении средств каждого класса путем объединения базового средства класса и дополнительных устройств, общих для всех классов средств РМ.
Анализ вариантов построения цифровых РПУ [1] и антенных систем с широким диапазоном рабочих частот показывает, что наименьшее количество данных типов средств достигается за счет ограничения рабочего диапазона базового средства класса при возможности его расширения дополнительными устройствами, общими для всех классов. Реализация данного принципа позволяет выбрать фиксированный базовый состав устройств для каждого класса средств РМ. Необходимо учитывать, что реализация всех или большинства из функций, в одном конструктивно законченном устройстве на современном этапе развития технологии приведет к неоправданному увеличению его массы, габаритных размеров, энергопотребления и стоимости.
Реализация принципа многофункциональности предполагает сокращение состава средств РМ на основе использования аппаратного цифрового блока с возможностью быстрого перепрограммирования для выполнения различных алгоритмов обработки радиосигналов, совмещение функций в отдельно реализуемых устройствах, а также рациональное распределение задач между наборами средств специального программного обеспечения (СПО), используемых в аппаратном цифровом блоке и в управляющей (специальной) ПЭВМ [2-8].
Комплексное решение проблемы электропитания предполагает унификацию номиналов питающих напряжений, включение в состав структуры блоков, обеспечивающих питание от сети переменного тока, бортовой сети мобильного средства (автомобиля, вертолета, самолета, БПЛА и т. д.), а также аккумулятора с зарядным устройством для автономной работы и предотвращения сбоев при пропаданиях питания. Важными принципами построения средств РМ являются:
унификация устройств различных классов, возможность их комбинирования, например, объединения аналого-цифрового преобразователя радиосигналов мобильного комплекса с двухканальным или одноканальным блоком аналого-цифровой обработки портативного класса средств РМ;
унификация пакетов СПО, использование одинаковой структуры и формата данных для достижения возможности использования одного и того же пакета (с различными драйверами) в рамках разных классов средств РМ.
Минимизация общих затрат на создание средств РМ непосредственно связана с возможностью их модернизации в процессе эксплуатации и серийного производства.
Наличие открытой библиотеки команд для каждого из средств РМ дает возможность потребителю самому программировать и решать собственные специфические задачи имеющимися АПК РМ.
Опыт разработки, производства и практического применениясредств и комплексов РМ показывает, что структура типового технического средства РМ должна включать [2-8]:
одноканальный или многоканальный (с когерентно связанными гетеродинами) преобразователь радиосигналов;
одно- или многоканальный блок аналого-цифровой обработки;
аппаратуру цифровой записи радиосигналов на промежуточной (или «нулевой») частоте на магнитный или другой носитель;
аппаратуру технического анализа сигналов в реальном времени и в режиме отложенной обработки; блок цифровой демодуляции;
аппаратуру записи демодулированных сигналов одновременно со служебными сигналами (текущее время
169
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 3
на момент записи, несущая частота и т. д.);
блок электропитания с пониженным уровнем помех;
универсальное устройство управления, допускающее возможность его быстрой замены, а также смены режимов на основе выбора программ из пакета СПО; унифицированные пакеты СПО.
К перечню дополнительного оборудования целесообразно отнести: широкодиапазонные ненаправленные (направленные) антенны различного назначения; наборы антенных систем для автоматического пеленгования и определение местоположения РЭС в движении, на стоянках и для стационарных средств РМ;
наборы антенных модулей с направленными свойствами для ручных пеленгаторов открытого и скрытного использования;
преобразователи радиосигналов для расширения рабочих диапазонов частот; цифровые регистраторы радиосигналов;
навигационная аппаратура привязки средств РМ к точке пространства текущего размещения. Исходя из вышеприведенных данных следует, что наиболее рациональным подходом к построению АПК РМ является модульный принцип их построения.
Номенклатура и структура функциональных элементов (модулей) в составе типовых АПК РМ определяется структурой сигналообразования РЭС в наземных и спутниковых системах связи.
Функциональный элемент - элемент, представляющий отдельную функцию управляющего объекта или объекта управления [9].
Функциональный модуль - составная часть оборудования, имеющая идентификационный номер и способная выполнять заданную функцию. Функциональный модуль может быть установлен в стойке, иметь собственный корпус или входить в состав других устройств. Стойку (с установленными кассетами или другими функциональными модулями) можно считать функциональным модулем независимо от наличия или отсутствия у него идентификационного номера [10].
Степень детализации модулей или деления их на функционально связанные элементы определяется как природой контролируемых сигналов, так и целями их анализа по этапам жизненного цикла. В этом случае, как основа, могут использоваться подходы к анализу типов средств РМ и их классификации с учетом ЭМВОС.
Важнейшей особенностью системы РМ является разнообразие выполняемых ею функций, основными из которых являются:
выявление объектов и источников, которые необходимо контролировать; поиск и обнаружение излучений, контролируемых в заданный момент времени; определение местоположения источников радиосигналов, РЭС; выделение и контроль излучений в максимально широком диапазоне частот;
выделение каналов связи, представляющих интерес (в которых передается информация о контролируемых объектах) для потребителя;
регистрация информации, передаваемой в контролируемых каналах связи; технический анализ радиоизлучений;
отбор (предварительная обработка) принятой информации по признакам, характеризующим ее принадлежность к объектам РМ;
детальная обработка информации с целью формирования признаков о состоянии контролируемых объектов РМ.
Для выполнения перечисленных операций в АПК РМ применяются технические средства радиоприема, технического анализа и местоопределения РЭС. Технические средства скомпонованы в соответствующие тракты. Совокупность трактов, сформированных на базе однотипных или разнотипных функциональных модулей технических средств и обслуживаемых личным составом, образуют АПК РМ.
Степень детализации функциональных модулей или деление их на функционально связанные элементы в рамках определенного типа АПК РМ определяется как структурой принимаемых сигналов, так и целями их анализа на различных этапах процедур РМ.
Таким образом, функциональным элементом (модулем) можно считать аппаратный (технический) или/и программный относительно автономный элемент (модуль), способный реализовать хотя бы одну обособленную функцию (или группу согласованных функций) в процессе РМ (селекция сигналов, демодуляция, декодирование, выделение пространственных параметров и т. д.). При этом будем полагать, что при сходстве трактовок «функциональный элемент» (ФЭ) и «функциональный модуль» (ФМ), функциональный модуль предполагает обязательное наличие технического форм-фактора.
В зависимости от масштабности функциональных элементов (модулей), количеству реализуемых функций, можно выделить:
однофункциональные модули - реализуют только одну какую-либо функцию (техническую операцию, процедуру) в процессе РМ;
многофункциональные модули - реализуют несколько функций;
полнофункциональные модули - реализуют все функции какого-либо способа выделения информации, например, модуль пеленгования - обеспечивает обнаружение сигнала, его преобразования и выделение пространственных параметров - параметров, характеризующих пространственное размещение РЭС, модуль технического анализа.
Первоначально АПК РМ должен получить доступ к радиосигналу, обеспечив тем самым возможность его преобразований на физическом, канальном и сетевом уровнях (в соответствии с ЭМВОС) как принимающего абонента.
Данный доступ осуществляется за счет совокупности антенно-фидерных элементов, которые можно считать важнейшим первичным функциональным модулем.
Выделение радиосигнала на определенной частоте (в полосе частот) осуществляется радиоприемным устройством аналогового или цифрового типа. Это следующий общий функциональный модуль, который в свою
очередь может быть одноканальным или многоканальным и включать в себя специализированные функциональные элементы (аналого-цифровые преобразователи (АЦП), элементы цифровой обработки (ЦОС), хранения информации (накопители), электропитания.
Таким образом, на основе рассмотренных особенностей задач и предъявляемых требований к АПК РМ сформулированы основные принципы их построения, основным из которых является модульный принцип, предполагающий использование типовых унифицированных базовых функциональных элементов и модулей.
Список литературы
1. Еременко В.Т. и др. Радиоприемные устройства: уч. пособие. Орел: ОГУ им. И. С. Тургенева, 2018.
160 с.
2. Способ обработки опубл. 21.10.2022, бюл. № 30).
3. Способ обработки опубл. 13.11.2020, бюл. № 32).
4. Способ обработки опубл. 02.07.2018, бюл. № 19).
5. Агеев П.А., Заика П.В. Кудрявцев А.М., Смирнов А.А. Процедуры вскрытия объектов военного назначения на основе признаков их проявляемости в различных физических средах. «Стратегическая стабильность», № 3(96). Издательство «Передовые специальные технологии и материалы», 2021. С. 50-54.
6. Удальцов Н.П., Агеев П.А., Заика П.В. Основные аспекты и методика оценки эффективности мониторинга // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2022. Вып. 2. С. 298-303.
7. Агеев П.А., Кудрявцев А.М., Смирнов А.А. Процедуры структурно-статистической обработки данных радиомониторинга // Известия тульского государственного университета. Технические науки», 2019. Вып. 7. С. 288294.
8. Агеев П.А., Кудрявцев А.М., Заика П.В. Модель информационных признаков объектов и источников радиомониторинга // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2020. Вып. 5. С. 7883.
9. Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 107. Теория управления. Академия наук СССР. Комитет научно-технической терминологии. 1984.
10. ГОСТ Р 53032-2008: Шум машин. Измерение шума оборудования для информационных технологий и телекоммуникаций. М., 2008.
Удальцов Николай Петрович, канд. воен. наук, профессор, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Агеев Павел Александрович, канд. воен. наук, доцент, [email protected]. Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Михейкина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Уланов Игорь Юрьевич, сотрудник, m. [email protected]. Россия, Санкт-Петербург, АО «НИИ «ВЕКТОР» GENERAL PRINCIPLES OF THE BUILDING HARDWARE PROGRAMME COMPLEX RADIOMONITORINGA N.P. Udalzov, P.A. Ageev, E.V. Miheykina, I.Y. Ulanov
The Article discusses the General principles of building Hardware and Software complexes of Radio monitoring, an approach to their Construction based on unified Functional elements and modules.
Key words: radio monitoring, hardware and software complex, radio electronic means, radio signal, radio emission, radio electronic environment, special software.
Udalzov Nikoly Petrovich, candidate of military sciences, professor, Russia, Sankt-Petersburg, Military Academy of Telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny,
Ageev Pavel Aleksandrovich, candidate of military sciences, docent, [email protected]. Russia, Sankt-Petersburg, Military Academy of Telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny,
Miheykina Elena Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Sankt-Petersburg, Military Academy of Telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny,
Ulanov Igor Yurievich, employee, m. ulanova@mail. ru, Russia, Saint Petersburg, JSC «Research Institute
«VECTOR»
результатов радиомониторинга (Пат. РФ № 2781947, МПК G01S5/00, результатов радиомониторинга (Пат. РФ № 2736329, МПК G01S5/00, результатов радиомониторинга (Пат. РФ № 2659486, МПК G01S5/00,
