Транкинговая радиосвязь телекоммуникационных каналов в информационно-иерархических триадах на водном транспорте Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Выпуск 2

6. ГОСТ Р 51901.1-2002 «Управление надежностью. Анализ риска технологических систем».

7. ГОСТ Р 51901.11-2005 «Менеджмент риска. Исследование опасности и работоспособности. Прикладное руководство» (МЭК 61882-2001).

8. ГОСТ Р 51901.13-2005 «Менеджмент риска Анализ дерева неисправностей».

9. ГОСТ Р 51901.14-2007 «Менеджмент риска. Структурная схема надежности и булевы методы».

10. ГОСТ Р 51901.15-2005 «Менеджмент риска. Применение марковских методов (МЭК 61165-

11. РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов».

12. СНиП 22-01-95 «Геофизика опасных природных воздействий».

13. СНиП 23-01-99 Строительная климатология (с изм. от 24 декабря 2002 г.).

14. СНиП 11-7-81 «Строительство в сейсмических районах».

УДК 621.3916.656.621 В. М. Журавлев,

ТРАНКИНГОВАЯ РАДИОСВЯЗЬ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЕРАРХИЧЕСКИХ ТРИАДАХ НА ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ TRUNKED RADIO OF TELECOMMUNICATION CHANNELS FOR INFORMATION-HIERARCHICAL TRIAD ON WATER TRANSPORT

В данной работе рассмотрено влияние случайных факторов, таких как аддитивные и мультипликативные помехи, заграждающий рельеф между транкинговыми береговыми и судовыми радиостанциями, случайное перемещение судовой радиостанции относительно береговой на телекоммуникационные каналы транкинговой радиосвязи.

This work describes the influence of chance factors, such as additive and multiplicative disturbances, obstructing relief between trunked shore and ship radio stations, random movement of ship radio station relative to shore radio station upon telecommunication channels of trunked radio.

Ключевые слова: внутренний водный транспорт (ВВП), корпоративные речные информационные системы (КРИС), речные информационные службы (РИС), автоматические системы управления движением судов (АСУДС), транкинговые радиостанции.

Key words: inland water transport, corporative river information systems, river information services (RIS), automatic vessel traffic service, tranked radio stations.

1995)».

аспирант,

СПГУВК

осуществления и условиям распространения радиоволн. Телекоммуникационные каналы на ВВП подвержены влиянию трех стохастических факторов: во-первых, комплексному воздействию на сигналы совокупности аддитивных (шумы, взаимные, промышленные помехи и др.) и мультипликативных (замирания) помех; во-вторых, влиянию заграждающего рельефа между транкинговыми береговой и

пейской части России функционирует не имеющая аналогов Единая глубоководная система, включающая крупнейшие реки, их притоки и межбассейновые соединения.

Радиосвязь на ВВП существенно отличается от радиосвязи на море по способам ее

судовой радиостанциями; в-третьих, случайному перемещению судовой радиостанции относительно береговой.

Для решения такой задачи одной из наиболее перспективных и конструктивных в настоящее время является инфокоммуника-ционная технология, получившая название «Корпоративные речные информационные системы» (КРИС). Отраслевой формой реализации этого класса информационных систем являются организационно-технические образования, получившие название «Речные информационные службы» (РИС). Структурным ядром последних являются «Автоматизированные системы управления движением судов» (АСУ ДС), которые имеют в своем составе различные современные информационные системы телекоммуникаций и мониторинга: системы УКВ-радиосвязи, системы видеонаблюдения и радиолокационного контроля, информационно-диспетчерские службы, в ряде случаев речные региональные спасательно-координационные центры и др. При этом вся структура речной АСУ ДС, как правило, бывает погружена в радионавигационное поле ГГОНАСС/ОР8.

В последние 5-7 лет значительный интерес у всех специалистов водного транспорта для повышения безопасности и эффективности судоходства на ВВП вызывают возможности информационной технологии рубежа ХХ-ХХ1 вв., получившей название «транкин-говая радиосвязь».

Вхождение транкинговой радиосвязи в состав АСУ ДС предполагает не только наличие на судах и у лоцманского корпуса соответствующих радиостанций, но и, прежде всего, оборудования берегового сегмента, состоящего в первую очередь из цепи тран-кинговых береговых станций, включающей базовые станции (БС), симплексные и дуплексные репитеры, а также сети передачи данных транкинговой радиосвязи в структурах АСУ ДС и РИС.

Целью данной работы является исследование дальности и зон действия транкинговых радиостанций с учетом влияния указанных стохастических факторов, что позволит рацио -нально определять топологическую структуру таких зон на речных судоходных путях.

Известно, что среди класса транкинго-вых радиостанций определенное место занимают аналоговые средства типа 8шаг1гипк II и др. Для случая передачи аналоговых сообщений оптимальный радиус зон действия базовых станций R имеет вид

Я* = агётахР{и, > ирг}, Яе [0,^] (1)

где Р{.} — вероятность события {•}; и — уровень принимаемого сигнала; Upr — заданный минимальный уровень принимаемого сигнала

(2)

U = a U .

pr з sens

Здесь Uens — чувствительность приемника; a — заданное превышение U над U ,

з pr sens

обычно аз = 1 3, наконец, R в (1) определя-

ется соотношением

-^пред[км] = 3,57 (д/^1[м] + yjh2[м] ^ (3)

где коэффициент перед круглой скобкой становится равным 4,12 при наличии нормальной рефракции УКВ радиоволн, h1 и h2 — высоты передающей и приемной антенны в метрах на линии береговая (базовая)-судовая радиоустановки.

Для наиболее общего случая p\us > Upr} может быть определена как вероятность наступления трех следующих событий: расстояние между корреспондентами не превышает предельно допустимого Лпред при работе на ровной поверхности Земли; случайный рельеф между корреспондентами не превышает высоты первой зоны Френеля (п < в1); ожидаемый уровень сигнала при обязательном выполнении предыдущих условий превышает U.

пр

Следовательно:

PP. >Upr} = P{R < R^}'• Р{ц < «Л •

(4)

Соотношения (1) и (4) представляют собой общую структуру алгоритма оптимизации топологии аналоговой информационной системы АСУ ДС.

Аналитическое содержание входящих в (4) вероятностей определяется соответствующей используемой вероятностной моделью (табл. 1).

Выпуск 2

Выпуск 2

Таблица 1

Вероятностные модели информационных каналов

Фактор Модель 1.1 1.2 1.3

Канал связи «БС-судовой транспондер Заграждающий рельеф Перемещение транспондера относительно БС

1 Четырехпараметриче ская модель Модель нормального закона Модель равномерного закона

2 Трехпараметрическая модель Бекмана Модель равномерно-заграждающего рельефа Модель закона Рэлея

3 Двухпараметрическая модель Райса-Рэлея Модель показательного закона Модель закона Максвелла

4 Однопараметрическая модель Рэлея

5 Модель канала с постоянными параметрами

Рассмотрим самостоятельные, имеющие важное прикладное значение примеры решения задачи оптимизации зон и радиусов действия береговых транкинговых радиостанций, работающих в диапазоне 156162 МГц. Вместе с тем следует понимать, что определенное внимание при создании АСУ ДС должно быть уделено и каналам речной подвижной службы 300-336 МГц, а также сопоставительному анализу топологии зон действия береговых транкинговых радиостанций указанных диапазонов.

В рассматриваемой ситуации региона Волгобалт, Волгодон, Азов-Ростов наиболее типичными являются закон Максвелла с одномерной плотностью вероятности для взаимного перемещения судового приемника относительно береговой станции:

Ж(Я)

- II &1

л с3

ехр

Я

2 Л

2о

Я>0,

(5)

где о'

= -ЯІ, 8 ^

Я^ — среднее значение Я.

А также показательный (экспоненциальный) закон с одномерной плотностью вероятности, определяющий влияние заграждающего рельефа между корреспондентами:

1¥(Н) = а-е~аН, Н>0, (6)

где а = 0,01 ^ 0,1 — параметр распределения высот.

Тогда в соответствии с (4) для алгорит-

ма оптимизации (1) вероятность:

3. С,

2 2о

(7)

Здесь у(а, у) — неполная гамма-функ-

ция.

После преобразований получим следующее компактное и весьма удобное для анализа и расчетов выражение

^{«<Л„}=Ф

■а

5-ехр(-52), (8)

V 2 , л/л

Ф(Х):

ехр

(ІІ — функция

Крампа (интеграл вероятности), хорошо табулированная в

8 = -^-

я

(9)

ср

На рис. 4 по формуле (8) построены зависимости вероятности P{R < R } от R. Зна-

1 V пред-*

чение предельной дальности связи определяется соотношением (3):

Значения этих высот относительно кривых рис. 1 представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значение предельных дальностей связи

№ кривой Л1[м] Л2[м] Я [км] пред1- Л

1 10 10 22,58

2 15 30 33,38

3 15 50 39,08

-»- Кривая № 1

Расстояние, км

Рис. 4. Зависимость дальности связи от высот антенн

Для нахождения вероятности Р{п < 61) воспользуемся плотностью распределения высот Н случайного рельефа, вид которой зависит от рассматриваемого географического района.

Для районов Волгобалта, Волгодона, Азова-Ростова наиболее близким к фактическому является показательный закон (6).

Тогда справедливо соотношение:

(10)

о

где ^ (Ь1) — интегральная функция распределения высот рельефа, вычисляемая по (6) для Н < Ь1; — плотность вероятности радиу-

са 1-й зоны Френеля (5) при

&=-л/Ш3, (10а)

2

Рис. 5. Зависимость Р от аН

Выпуск 2

Выпуск 2

что соответствует определению величины 1-й зоны Френеля на середине радиотрассы; X — длина волны.

После преобразований окончательно получим:

/ Щис)йис, (12)

о

где распределения уровня принимаемого сигнала в случае прямого радиолуча определяются как:

! к ^(к + 5Л I—

(1|) ПЮ^-К

у/п *=0 £104

г

Р{г\<Ь1

где Г(у) — полная гамма-функция, 0 =

ои.

■ехр

\

2а2и

л_

2^

.(13)

2 • 3 л-А,2

В этом разложении всегда можно ограничиться конечным числом членов знакопеременного ряда, причем ошибка не превышает по абсолютной величине первого из отброшенных членов. На рис. 5 представлены построенные по (11) зависимости Р{п < Ь} от R. Для параметра аН взяты его значения: кривой

1 соответствует а = 0.10, кривой 2 — аН = 0.05, а кривой 3 — аН = 0.01.

Вероятность в (4) определяется соотношением

Здесь о определена в (5) и кроме того:

1

А = [ри- -в2-т]2- гвх $ + й2 )(% + А2 )]\ (14)

причем Н0 — минимальная эффективная высота антенны в метрах, определяемая для параметров средних между сухой и влажной почвой; Ри — мощность излучения передатчика; 2ВХ — входное сопротивление приемника; G1 и G2 — соответственно коэффициенты усиления приемной и передающей антенн; п и п2 — соответственно коэффициенты полезного действия систем передачи энергии от передатчика к передающей антенне и от приемника к приемной антенне.

140]

л

о

о

X

I-

§

о.

а>

00

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

о

3 5 7 9

V

7 1

92

Кривая 1 Кривая 2 Кривая 3

23 25 27 29 3

°3 35

Расстояние, км

Рис. 7. Зависимость результирующей вероятности ошибки Р от радиуса зоны действия транкинговой радиостанции

Рис. 6. Зоны действия транкинговой радиосвязи

После преобразований (12), окончательно получим

Р^/>иргія<К^<ьІ}=ф

_Р_

72

где Р = А/2а2и г, а величина и г определена по (2).

Для следующих параметров транкинговой радиостанции Ох = 02 = 1; п = П2 = 0,9; ^вх = 75 Ом; ивх = 0,22 мкВ, И0 = 5 м, Ри = 25 Вт превышение сигнала над шумом а3 = 3 длина волны X = 2 м (150 МГц), вероятность Р{и > и / Я < Я п < Ъл} на всем

V 5 рг пред 1 1

протяжении от 0 до Япред близка к единице.

Соотношения (8), (11), (15) с учетом (4) позволяют решить задачу оптимизации, представленную в (1). Такое решение может быть получено путем численных расчетов на ПК с последующим построением функциональных зависимостей вероятности (4) от Я и нахождением значений Я, соответствующих максимуму этой вероятности.

Для иллюстрации этого положения

на рис. 7 представлены результаты демонстрационного расчета Р{и > ир} от Я. Соответствие кривых на рис. 7 значениям параметров приемопередатчиков и рельефа показано в табл. 4. В данном расчете принято а = 3, X = 2 м (150 МГц), к0 = 5 м, 2вх = 75 Ом, ивх = 1,0 мкВ, Є1 = Є2 = 1, г]1 =

П = 0,9

Таблица 4

Соответствие кривых параметрам канала

№ кривой ая к Дм] к2[м] Ри (Вт)

1 0,1 10 10 15

2 0,05 15 30 20

3 0,01 15 50 45

В соответствии с значениями кривой 1 на рис. 8 построена топологическая структура зон действия транкинговых радиостанций типа Бшагігипк II. Зеленым цветом показаны зоны, соответствующие вероятности Р = 0,8, а синим вероятности Р = 0,6.

Список литературы

1. Доровских А. В. Сети связи с подвижными объектами / А. В. Доровских, А. А. Сикарев. — Киев: Техника, 1989. — 158 с.

Выпуск 2

Выпуск 2

2. Библиотека математических таблиц / под ред. А. С. Барк; ВЦ АН СССР. — М., 1970. — Т. II: Таблицы вероятности функций.

3. Красников В. В. Особенности использования модели закона Максвелла при расчете дальности и зон действия речных АИС / В. В. Красников, Ю. В. Петухов, А. А. Сикарев // Информост. Радиоэлектроника и коммуникации. — М., 2006. — Вып. 4 (46).

УДК 59.03.05 Г. Н. Ульянов,

д-р техн. наук, профессор, Михайловская военная артиллерийская академия;

С. В. Колесниченко,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;

С. А. Иванов,

канд. техн. наук, Михайловская военная артиллерийская академия

РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ

DEVELOPMENT OF RELATIVE NAVIGATION SYSTEMS

В статье излагаются некоторые вопросы по развитию и совершенствованию систем локальной (относительной) навигации применительно к решению актуальных задач современными и перспективными потребителями.

The article reflects some main problems of substantiation and working out systems of navigation and time securing for high-dynamic object. The authors propose conceptual, circuit, technical and constructive solutions to increase the possibilities of the control systems by means of using the factors of alternative navigational systems.

Ключевые слова: радионавигационные системы, система управления высокодинамичным объектом, комплексирование, альтернативные навигационные системы, точность определения параметров.

Key words: radionavigation systems, control system of high-dynamic object, complexation, alternative navigational systems, accuracy of parameterization.

ИАДИОСИСТЕМЫ дальней навигации (дальномерные, квазидально-мерные, разностно-дальномерные) представляют собой многопозиционные системы, основу которых составляет сеть опорных станций, размещенных в точках с известными координатами. Суть процедуры, реализуемой при дальномерном методе, заключается в следующем. Опорные станции в моменты времени і излучают навигационные сигналы, по которым потребитель, имеющий только приемную аппаратуру и устройства обработки сигналов, находит свое местоположение. При этом он использует собственный эталон

времени, с помощью которого измеряется время прихода от опорной станции навигационного сигнала. Моменты времени излучения и приема синхронизированы со шкалой Всемирного координированного времени [1; 2].

В случае расхождения временных шкал системы опорных станций и потребителя используют квазидальномерный метод определения местоположения.

Квазидальномерный метод реализован в отечественной глобальной навигационной спутниковой системе «ГЛОНАСС» и в американской “КАУЗТАЯ”. При этом, кроме координат, необходимо определить и величи-