Способ обработки результатов радиомониторинга
METHOD OF PROCESSING THE RESULTS OF RADIO MONITORING

Изобретение относится к области автоматизации информационно-управляющих систем радиомониторинга (РМ), функционирующих в реальном масштабе времени, и может быть использовано для обработки результатов радиомониторинга в сложной электромагнитной обстановке.
i
Известен способ оценки эффективности процесса разработки объектов военной техники, описанный в Пат. РФ №2282243, МПК G06T 17/50, G06N5/50, опубл. 20.08.2006 г., бюл. №23. Он включает на подготовительном этапе формирование базы данных в составе первого массива с данными о физико-географических условиях заданного района, формирование компьютерных моделей объектов и занесении их в базу данных в виде второго массива данных: , ,  - физических параметров объектов i-го типа, i=1,2, …, I, фото или радиолокационных снимков Ph, формирование третьего массива данных с потенциальными данными об их пространственно-временных и количественных характеристиках и о технико-экономических показателях их работы, отображение полученной модели, а в процессе работы на основе полученных данных определение значения показателей боевого воздействия каждого объекта, задание цветовой шкалы преобразования показателей боевого воздействия, функционирования и представления каждой модели объекта в изображение, отображение данных об объектах в виде табличного и/или графического представления, выделение из второго и третьего массивов данных объектов, которые относят соответственно к первому и второму участникам военных действий, формирование на основе последних четвертого и пятого массивов данных, воспроизведение этапов итерационного процесса боевого взаимодействия моделей участников военных действий и отображения его на экране компьютера, при этом на каждом этапе этого процесса осуществляют формирование области боевого взаимодействия каждого объекта для каждого участника военных действий, анализ наличия совпадений сформированных областей цветокодовых изображений первой и второй моделей участников военных действий, при этом совпадения принимают за факт попадания в цель, фиксирование наличия и отсутствия попаданий, по которым оценивают результативность соответствующих объектов, занесение в базу данных пространственно-временных и количественных показателей объектов с полученной результативностью для каждого участника военных действий, формирование шестого массива данных на основе полученных результатов, отображение полученных результатов в виде диаграмм и ранжировка по убыванию результативности пространственно-временных и количественных показателей объектов, содержащихся в шестом массиве, выделение групп объектов, характеристики которых соответствуют заданным условиям выбора, из которых формируют седьмой массив данных, занесение в последний данных о технико-экономических показателях разработки соответствующих объектов, формирование восьмого массива данных об экономических показателях разработки выделенной группы объектов.
Способ-аналог позволяет моделировать процесс ведения военных действий на основе компьютерных моделей объектов военной техники.
Однако аналог обладает недостатками, ограничивающими его применение в области обработки результатов радиомониторинга. К их числу можно отнести:
отсутствует учет функционирующих радиоэлектронных средств (РЭС), размещенных на объектах военной техники или работающей в их интересах;
не выполняется оценка электромагнитной доступности (ЭМД) к РЭС объектов;
отсутствует оценка текущей радиоэлектронной обстановки (РЭО) в районе ведения радиомониторинга (РМ), формирование выводов по ней;
тип объектов по результатам РМ не определяется;
отсутствуют выводы о складывающейся оперативной обстановке (00) в заданном районе;
не осуществляется формирование полученных данных потребителям информации в формализованном виде о составе, состоянии и деятельности объектов в заданном районе на фоне карт геоинформационных систем (ГИС).
i
i
i
ij
u
λ
ен
ти
u
λ
еп
ти
ип
r
r
i
n
n
ти
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
i
r
Известен способ обработки результатов радиомониторинга, описанный в патенте РФ №2740708, МПК G01S 5/00 (2006.01), опубл.20.01.2021, бюл. №2. Он включает на подготовительном этапе формирование базы данных в составе первого массива с данными о физико-географических условиях заданного района, формирование компьютерных моделей объектов и занесение их в базу данных в виде второго массива данных, содержащего физические параметры объекта , ,  i-го типа, i=1,2,…, I, фото или радиолокационный снимок Ph, формирование третьего массива данных с потенциальными сведениями об их пространственно-временных и количественных характеристиках, общей площади заданного района S, площади элементарного участка S, удовлетворяющего требованиям по размещению i-го объекта или его элемента, удалению каждого i-го объекта от барьерного рубежа L для различных оперативных условий, взаимном расстоянии между i-м и j-м объектами d, формирование четвертого массива данных с параметрами радиоэлектронных средств: Δƒ, V, Т, mode, τ, τ, где Δƒ - диапазон рабочих частот, V - вид передачи, Т - тип РЭС, u=1, 2, … U, mode - режим функционирования РЭС, λ=1, 2, …, Λ; τ - среднее время работы РЭС при выходе в эфир, τ - интервал времени пребывания u-го РЭС на одной позиции, пятого массива данных с параметрами узлов связи пунктов управления: количеством n РЭС различных типов Т, n=1,2,…,N, размерами необходимой площади для их развертывания S, S=n⋅S, шестого массива данных с оперативно-тактическими нормативами по размещению УС на местности: удалением УС от соответствующих ПУ d и барьерного рубежа L, взаимным удалением УС ПУ одного  и различных  уровней управления, временем пребывания УС на одной позиции T, и седьмого массива данных с Н эталонными описаниями различных вариантов оперативной и соответствующих им вариантов электромагнитной обстановки, а в процессе работы оценивание электромагнитной доступности РЭС объектов РМ, сведения о которой записывают в восьмой массив данных, а с учетом всех восьми массивов базы данных оценивание текущей РЭО, формирование девятого массива данных с результатами оценки РЭО в заданном районе с учетом ЭМД РЭС узлов связи ПУ: ƒ, t, (x,y), V, CS, T, mode, , , , где ƒ - рабочая частота обнаруженного излучения РЭС, t - дата и время обнаружения m-го РЭС, (х,у) - координаты РЭС, работающего на m-й частоте, V - вид принятого на ней сигнала. CS - позывной работающего РЭС, Т - идентификационный тип РЭС, mode - режим функционирования РЭС на m-й частоте,  - время работы РЭС;  - время пребывания РЭС на одной позиции,  - взаимное удаление  и j-го РЭС, работающих в одной радиосети, уточнение местоположения обнаруженных РЭС с учетом пригодности элементарных участков S к их развертыванию, отображение полученных результатов в геоинформационной системе, определение по результатам оценки РЭО локальных объединений РЭС, образующих УС ПУ, уточнение их местоположения с учетом пригодности участков S к их развертыванию, и локальные объединения анализируемых объектов, образованные совокупностью УС ПУ отдельных частей, соединений и объединений, запись результатов анализа РЭО в десятый массив данных, сравнение полученных результатов текущей РЭО с ее эталонными моделями, хранящимися в седьмом массиве данных, принятие решения о сложившейся оперативной обстановке и вероятном местоположении оцениваемых объектов и их состоянии при совпадении с заданной точностью текущей оценки РЭО с описанием одной из эталонных моделей РЭО, запись результатов оценки оперативной и электромагнитной обстановки в одиннадцатый массив данных, формирование на основе последних двенадцатого массива данных с формализованными данными об оперативной и электромагнитной обстановке в заданном районе для потребителей информации, которую представляют на электронной карте ГИС, в противном случае продолжение оценки текущей электромагнитной обстановки при невыполнении пороговых условий, а информацию об объектах и их состоянии из десятого массива данных используют для формирования одиннадцатого массива данных, осуществление анализа входного потока параметров радиоизлучений на основе динамической таксономии путем проверки наличия в девятом массиве данных о предыдущих излучениях этого РЭС, полученных в результате завершенных циклов обработки, обновление времени его регистрации при наличии данных, зарегистрированных в пределах времени упреждения смены местоположения объекта РМ, на котором размещено РЭС, а дальнейшую обработку полученных данных на основе формирования локальностей РЭС не проводят, сведения о параметрах и времени работы РЭС, подтверждающие факт функционирования объекта РМ, на котором оно размещается, используют для формирования выводов по оценке РЭО и ОО и записывают в одиннадцатый массив данных.
Аналог обеспечивает повышение скорости обработки входных данных за счет выстраивания требуемой последовательности этапов обработки на основе определения существенности изменений, вносимых вектор-реализациями входного потока данных, своевременной коррекции хранящейся в базе данных информации с учетом времени ее старения.
Однако аналог обладает недостатками, ограничивающими его применение. Современные средства связи, например, AN/PRC-117, RF-5800V-MP и др., используют более широкий диапазон рабочих частот: 30-108, 30-400 МГц (см. патенты РФ №№2572083, 2583159, МПК Н04К 3/100). В результате используемый номинал частоты не позволяет корректно сделать вывод о источнике информации (роде войск). Почти вся передаваемая информация в оперативно-тактическом звене многие десятилетия гарантированно закрыто, что исключает к ней доступ. Использование современных способов помехозащиты: широкополосных сигналов, сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и др. еще более усложняют решение задач радиомониторинга. В этих условиях эффективность использования способа-аналога резко падает.
i
i
ij
u
λ
сп
ти
u
λ
сп
ти
ип
r
r
i
n
n
ти
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
i
r
Наиболее близким по своей технической сущности является способ обработки результатов радиомониторинга, описанный в патенте РФ №2659486, МПК G06T 1/00 (2006.01), опубл. 02.07.2018, бюл. №19. Он включает на подготовительном этапе формирование базы данных в составе первого массива с данными о физико-географических условиях заданного района, формирование компьютерных моделей объектов и занесение их в базу данных в виде второго массива данных, содержащего физические параметры объекта , ,  i-го типа, i=1, 2, …, I, фото или радиолокационный снимок Ph, формирование третьего массива данных с потенциальными сведениями об их пространственно-временных и количественных характеристиках, общей площади заданного района 5, площади элементарного участка Si, удовлетворяющего требованиям по размещению i-го объекта или его элемента, удалению каждого i-го объекта от барьерного рубежа L для различных оперативных условий, взаимном расстоянии между i-м и j-м объектами D, формирование четвертого массива данных с параметрами РЭС: Δƒ, V, Т, mode, τ, τ, где Δƒ - диапазон рабочих частот, V - вид передачи, Т - тип РЭС, u=1,2, … U, mode- режим функционирования РЭС, λ=1, 2, …, Λ; τ - среднее время работы РЭС при выходе в эфир, τ - интервал времени пребывания u-го РЭС на одной позиции, пятого массива данных с параметрами узлов связи (УС) пунктов управления (ПУ): количеством n РЭС различных типов Т, n=1,2, …, N, размерами необходимой площади для их развертывания S, S=n⋅S, шестого массива данных с оперативно-тактическими нормативами по размещению УС на местности: удалением УС от соответствующих ПУ d и барьерного рубежа L, взаимным удалением УС ПУ одного  и различных  уровней управления, временем пребывания УС на одной позиции T, и седьмого массива данных с Н эталонными описаниями различных вариантов оперативной и соответствующих им вариантов РЭО, а в процессе работы оценивание электромагнитной доступности РЭС УС ПУ объектов РМ, сведения о которой записывают в восьмой массив данных, оценивание с учетом всех восьми массивов базы данных текущей РЭО, формирование девятого массива данных с результатами оценки РЭО в заданном районе с учетом ЭМД РЭС узлов связи ПУ: ƒ, (x,y), V, CS, T, mode, , , , где ƒ - рабочая частота обнаруженного излучения РЭС, (x,y) - координаты РЭС, работающего на m-й частоте, V - вид принятого на ней сигнала, CS - позывной работающего РЭС, Т - идентификационный тип РЭС, mode - режим функционирования РЭС на m-й частоте,  - время работы РЭС;  - время пребывания РЭС на одной позиции,  - взаимное удаление  и j-го РЭС, работающих в одной радиосети, уточнение местоположения обнаруженных РЭС с учетом пригодности элементарных участков S к их развертыванию, отображение полученных результатов в ГИС, определение по результатам оценки РЭО локальных объединений РЭС, образующих УС ПУ, уточнение их местоположения с учетом пригодности участков S к их развертыванию, и локальных объединений анализируемых объектов, образованных совокупностью УС ПУ отдельных частей, соединений и объединений, регистрацию результатов анализа РЭО в десятом массиве данных, сравнение полученных результатов текущей РЭО с ее эталонными моделями, хранящимися в седьмом массиве данных, принятие решения о сложившейся оперативной обстановке и вероятном местоположении оцениваемых объектов и их состоянии, при совпадении с заданной точностью текущей оценки РЭО с описанием одной из эталонных моделей РЭО, регистрацию результатов оценки оперативной и электромагнитной обстановки в одиннадцатом массиве данных, формирование на их основе двенадцатого массива данных с формализованными данными об оперативной и электромагнитной обстановке в заданном районе для потребителей информации, которую представляют на электронной карте ГИС, продолжение оценки текущей электромагнитной обстановки при невыполнении пороговых условий, использование информации об объектах и их состоянии из десятого массива данных для формирования одиннадцатого массива данных.
Способ-прототип обеспечивает принятие решения в автоматизированном режиме об оперативной обстановке в заданном районе, составе, состоянии и функционировании объектов на основе структурно-статистического анализа и априорных сведений, хранящихся в базе данных, результатов моделирования и анализа текущей электромагнитной обстановки.
Однако прототипу присущи недостатки, ограничивающие его применение. К их числу можно отнести:
в базе данных не учитывается старение информации о местоположении РЭС, объектов радиомониторинга;
использование контролируемыми РЭС современных методов помехозащиты, например, ППРЧ, и гарантированное закрытие передаваемой информации (отсутствие семантического доступа) делает малоэффективным оценку оперативной и радиоэлектронной обстановки на основе локализации РЭС.
Целью заявляемого изобретения является разработка способа обработки результатов радиомониторинга, обеспечивающего повышение адекватности получаемой оценки оперативной (тактической) и радиоэлектронной обстановки в условиях использования контролируемыми РЭС современных методов помехозащиты и отсутствия семантического доступа за счет учета взаимосвязанности контролируемых объектов и их РЭС.
i
i
i
ij
u
λ
сп
ти
и
λ
сп
ти
ип
r
r
i
n
n
ти
m
m
m,
m
m
m
m
ij
m
m
m
m
m
ij
i
r
m
p
1
p
ij
i
j
i
min
max
min
max
ik
k
min
max
Поставленная цель достигается тем, что на подготовительном этапе формируют базу данных в составе первого массива с данными о физико-географических условиях заданного района, формируют компьютерные модели объектов и заносят их в базу данных в виде второго массива данных, содержащего физические параметры объекта , ,  i-го типа, i=1, 2, …, I, фото или радиолокационный снимок Ph, формируют третий массив данных с потенциальными сведениями об их пространственно-временных и количественных характеристиках, общей площади заданного района S, площади элементарного участка S, удовлетворяющего требованиям по размещению i-го объекта или его элемента, удалению каждого i-го объекта от барьерного рубежа L для различных оперативных условий, взаимном расстоянии между i-м и j-м объектами d, формируют четвертый массив данных с параметрами радиоэлектронных средств: Δƒ, V, Т, mode, τ, τ, где Δƒ - диапазон рабочих частот, V - вид передачи, Т - тип радио или радиотехнического средства, u=1,2, … U, mode - режим функционирования РЭС, λ=1,2, …, Λ; τ - среднее время работы РЭС при выходе в эфир, τ - интервал времени пребывания u-го РЭС на одной позиции, пятый массив данных с параметрами узлов связи (УС) пунктов управления (ПУ): количеством n РЭС различных типов Т, n=1,2,…, N, размерами необходимой площади для их развертывания S, S=n⋅S, шестой массив данных с оперативно-тактическими нормативами по размещению УС на местности: удалением УС от соответствующих ПУ d и барьерного рубежа L, взаимным удалением УС ПУ одного  и различных  уровней управления, временем пребывания УС на одной позиции T, и седьмой массив данных с Н эталонными описаниями различных вариантов оперативной и соответствующих им вариантов электромагнитной обстановки, а в процессе работы оценивают электромагнитную доступность РЭС объектов РМ, сведения о которой записывают в восьмой массив данных, а с учетом всех восьми массивов базы данных оценивают текущую РЭО, формируют девятый массив данных с результатами оценки РЭО в заданном районе с учетом ЭМД РЭС узлов связи ПУ: f, t, (х,у) V, CS, T, mode, , , d, где ƒ - рабочая частота или частоты обнаруженного излучения РЭС, t - дата и время обнаружения m-го РЭС, (х,у) - координаты РЭС, T - идентификационный тип РЭС, mode - режим функционирования РЭС,  - время начала работы РЭС;  - время пребывания РЭС на одной позиции, d - взаимное удаление i-го и j-го РЭС, работающих в одной радиосети, уточняют местоположение обнаруженных РЭС с учетом пригодности элементарных участков S к их развертыванию, отображают полученные результаты в геоинформационной системе, по результатам оценки РЭО определяют локальные объединения РЭС, образующие УС ПУ, уточняют их местоположение с учетом пригодности участков Sк их развертыванию, и локальные объединения анализируемых объектов, образованные совокупностью УС ПУ отдельных частей, соединений и объединений, а результаты анализа РЭО записывают в десятый массив данных, сравнивают полученные результаты текущей РЭО с ее эталонными моделями, хранящимися в седьмом массиве данных, при совпадении с заданной точностью текущей оценки РЭО с описанием одной из эталонных моделей РЭО, принимают решение о сложившейся оперативной обстановке и вероятном местоположении оцениваемых объектов и их состоянии, а результаты оценки оперативной и электромагнитной обстановки записывают в одиннадцатый массив данных, на основе которых далее формируют двенадцатый массив данных с формализованными данными об оперативной и электромагнитной обстановке в заданном районе для потребителей информации, которую представляют на электронной карте ГИС, в противном случае при невыполнении пороговых условий продолжают оценку текущей электромагнитной обстановки, а информацию об объектах и их состоянии из десятого массива данных используют для формирования одиннадцатого массива данных, при анализе входного потока параметров РЭО запоминают измеренные координаты (х,у) и время каждого их получения t, рассчитывают временные интервалы  пребывания РЭС на одной позиции по первому t и последнему t измерениям при совпадающих координатах , р=1,2,…,Р, измеряют взаимные расстояния d между обнаруженными РЭС на основе полученных координат (х, у) и (х, у), определяют удаление каждого из РЭС от барьерного рубежа L, выбирают i-e РЭС в качестве «опорного», исключают из дальнейшего анализа j-e РЭС, j=1,2, …, J, излучения которых частично или полностью совпадают по времени с излучениями i-го РЭС, выделяют для дальнейшего анализа N РЭС, которые находятся на заданном удалении  от i-го РЭС, отстоят от барьерного рубежа на расстоянии  в заданном секторе {Q, Q}, выявляют взаимосвязанность i-го РЭС с k-ми РЭС, выделенными из совокупности N, k=1,2,…,K, N>K, по очередности излучений i-го и k-х РЭС через заданный интервал времени {Δt, Δt}, на основе которой определяют количественный состав взаимосвязанных РЭС, по взаимным удалениям РЭС d, удалениям от барьерного рубежа Lи времени стабильного местоположения РЭС определяют оперативную или тактическую принадлежность группы взаимосвязанных РЭС, в противном случае, k=0, задают новые значения граничных параметров:  и {Q, Q}, характеризующие другую тактическую принадлежность, выявляют группу взаимосвязанных РЭС и уточняют их оперативную или тактическую принадлежность, выделяют очередной новый «опорный» РЭС с координатами  и определяют его взаимосвязанность с другими обнаруженными РЭС с последующим определением их тактической или оперативной принадлежности путем задания новых граничных параметров, а после выявления взаимосвязанности всех обнаруженных РЭС и их принадлежности формулируют выводы о сложившейся оперативной или тактической обстановке, которые записывают в одиннадцатый массив данных.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе за счет анализа признаков взаимосвязанности размещения контролируемых РЭС в оперативном и тактическом построении войск достигается повышение эффективности оценки текущей оперативной (тактической) и радиоэлектронной обстановки.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - обобщенный алгоритм обработки результатов радиомониторинга;
на фиг. 2 - трехмерная матричная геопространственная модель заданного района;
на фиг. 3 - алгоритм формирования трехмерной матричной геопространственной модели;
на фиг. 4 - удаление пунктов управления от барьерного рубежа;
на фиг. 5 - взаимные удаления корреспондентов радиосетей;
на фиг. 6 - локализация возможного района размещения объекта по признакам взаимосвязанности;
на фиг. 7 - порядок выхода в эфир взаимосвязанных РЭС;
расп
на фиг. 8 - зависимость вероятности правильного распознавания объектов Р с использованием взаимосвязанности их размещения от количества «опорных» объектов.
Анализ тенденций использования средств электросвязи в мире свидетельствует о экспоненциальном росте их числа во всех областях деятельности человека. В результате современные условия ведения РМ характеризуются перегруженностью частотного диапазона, снижением семантической доступности к излучениям контролируемых РЭС. Наиболее информативными на этом фоне становятся структурно-статистические признаки, а их обработка предполагает максимальное использование средств автоматизации.
Оперативная (текущая) обработка информации РМ, подразумевающая решение в реальном времени задач вскрытия объектов радиомониторинга по-прежнему опирается на интеллектуальную деятельность должностных лиц информативно-аналитических органов. Существуют жесткие ограничения на время представлений данных, вызванные в первую очередь быстрым старением информации о местоположении объектов, а результативность РМ определяют количеством вскрытых в ходе обработки объектов в единицу времени. В настоящее время существует несколько подходов к решению рассмотренной проблемы. Однако в них недостаточно проработаны вопросы формирования и использования средств информационно-справочной поддержки решения задач обработки, выстраивания последовательности процедур обработки поступающей информации, требуют доработки вопросы вскрытия 00 по структурно-статистическим признакам и др.
Авторами рассматривается наиболее сложная и в последнее время распространенная ситуация, когда входной информационный поток представлен только координатами РЭС. Использование контролируемыми РЭС режима ППРЧ не позволяет объединять их в радиосети по используемой частоте. Исходя из сложившейся ситуации оптимальным является подход к выявлению закономерностей во взаимном размещении объектов, базирующийся на диалектическом принципе всеобщей взаимосвязи предметов и явлений. Пространственное размещение РЭС однозначно отражает местоположение обслуживаемых ими объектов. В свою очередь взаимное расположение последних (расстояние между объектами, удаление от линии разграничения и т.д.) определяются руководящими документами. В качестве последних выступает, например, Полевой устав армии США (см. FM 3-90.6 Brigade Combat Team. - Washington: Headquarters, Department of the Army, 2010. - 224 p.; FM 30-5 Combat Intelligence. Washington: Department of the Army, 1956. - 143 p.).
Использование для анализа тактической обстановки взаимосвязей между объектами или РЭС позволяет решить поставленную задачу.
Взаимосвязь размещения объектов (РЭС) РМ может быть описана на основе понятий пространственной логики (Цветков В.Я. Качественные пространственные рассуждения: Монография. - М.: МАКС Пресс, 2017. - 60 с; Джорж Грекусис. Методы и практика пространственного анализа. Описание, исследование и объяснение с использованием ГИС / пер. с анг. А.Н. Киселева. - М.: ДМК Пресс, 2021. - 500 с.)
ij
ij
Наибольший интерес в силу их относительной простоты представляют метрические пространственные логики, пользующиеся абсолютными и относительными системами отсчета. С практической точки зрения наиболее удобно разные объекты оценивать путем непосредственного определения возможных расстояний между ними d. Последнее определяется многими факторами, в том числе и случайного характера. Поэтому d может быть описано нормальным усеченным законом распределения (см. там же).
ij
Кроме расстояния между объектами необходимо учитывать взаимную ориентацию размещения их относительно друг друга ΔQ. Последняя может быть описана равномерным или нормальным законом распределения. В результате взаимосвязанность размещения объектов и РЭС определяют двумерной функцией плотности вероятности.
Выполненные исследования показывают, что при существующих погрешностях измерения пространственных характеристик размещения объектов РМ существующими средствами и ограниченных объемах статистических данных с достаточной для практических расчетов точностью функции распределения значений расстояния между объектами и направлений их размещения могут быть аппроксимированы равномерным законом распределения, что значительно упрощает расчеты. При данных допущениях для того, чтобы получить характеристики взаимосвязанности размещения объектов, необходимо определить границы районов возможного размещения объектов. Далее, полагая, что последние могут находиться в любом месте в пределах районов, определить минимальное и максимальное расстояния между ними, а также минимальное и максимальное значения азимута с одного объекта на другой.
Кроме того, входной поток измеренных координат РЭС предлагается разряжать путем учета особенностей радиообмена в тактической зоне (используется симплексный режим радиообмена). Этот режим предполагает передачу сообщений только одним РЭС в радиосети, а остальные корреспонденты в это время работают на прием. Одновременно работающие на передачу с выбранным («опорным») РЭС радиопередатчики считают невзаимосвязанными (первый этап селекции).
min
max
Отобранные по пространственным параметрам размещения и не отмеченные в одновременной работе на передачу РЭС проходят второй этап селекции. Он состоит в следующем. После завершения передачи сигналов выбранным РЭС как правило абоненты радиосети или один из них в течении интервала времени {Δt, Δt} подтверждают прием сообщения. После нескольких циклов радиообмена все абоненты радиосети проявляют себя.
Поочередный выбор «опорных» РЭС и выполняемый пространственный (по размещению) и временной (основанный на особенностях радиообмена) анализ позволяет сформировать взаимосвязанные группы РЭС. Особенности пространственного размещения выделенных групп РЭС, время пребывания их в одном позиционном районе позволяют сделать выводы об их тактической принадлежности. В свою очередь анализ взаимосвязанностей всей совокупности РЭС в заданном районе позволяет сформулировать адекватные выводы о сложившейся оперативной (тактической) и радиоэлектронной обстановке.
ijk
В предлагаемом способе для решения поставленной задачи на подготовительном этапе по аналогии с прототипом выполняют следующие операции (см. фиг. 1). Формируют первый массив базы данных о физико-географических условиях заданного района, оказывающих влияние на тактические свойства местности (см. Военная топография / А.А. Псарев, А.Н. Коваленко, A.M. Куприн. - М.: Воениздат, 1986. - 386 с.). В прототипе предлагается оцениваемый район разбивать на элементарные участки, для каждого их которых выполняют вычисление значений его свойств относительно рассматриваемого субъекта - транспортного средства (при оценке проходимости), конкретного пункта управления с его площадными, структурными характеристиками (при оценке защитных свойств), конкретной радиостанции и антенно-фидерной системы (при оценке возможности установления радиосвязи) и т.д. Такой подход подразумевает оценку тактических свойств местности только применительно к рассматриваемому объекту. Однако для случая большого количества разнотипных объектов РМ предполагается многократное вычисление характеристик и свойств одних и тех же элементарных участков местности. Поэтому для оценки тактических свойств местности предлагается использовать трехмерную матрицу геопространственной модели местности (см. фиг. 2). Матрица С представляет собой математическую конструкцию для размещения результатов вычисления характеристик элементарных участков местности, используемых в дальнейшем при оценке тактических свойств. Индексы (i, j) определяют место элементарного участка в оцениваемом районе, а индекс k соответствует слоям матрицы, в которых размещаются значения конкретных характеристик элементарного участка.
ijk
ijk
Порядок формирования матрицы С представлен на фиг. 3. Он заключается в последовательном обходе элементарных участков заданного района местности, вычислении значений различных свойств этих участков и записи их в элементы соответствующих слоев матрицы C (см. Пат. РФ №2740708, опубл. 20.01.2021, бюл. №2).
i
Формируют компьютерные модели объектов военной техники и заносят информацию в виде второго массива данных. Последние содержат физические параметры объектов  i-го типа, i=1,2,…,I, фото или радиолокационный снимок Ph (см. фиг. 2 описания прототипа).
i
i
ij
Далее формируют третий массив данных с потенциальными данными пространственно-временных и количественных характеристик объектов военной техники. Кроме того, в третий массив данных заносят сведения об общей площади заданного района S, результаты предварительного анализа на пригодность совокупности элементарных участков с площадью S для развертывания различных объектов или их элементов (на основе анализа данных первого массива), удаление каждого i-го объекта от барьерного рубежа L для различных оперативных условий, взаимном удалении между i-м и j-м объектами d и др. По выбору оператора необходимые данные об объектах отображают в виде табличного и/или графического представления.
u
λ
сп
ти
Формируют четвертый массив данных с параметрами РЭС: диапазоном рабочих частот ΔF, видом передачи ,  типом РЭС Т, u=1,2,…, U, режимом функционирования РЭС mode, λ=1,2,…,Λ, среднем времени работы РЭС при выходе в эфир τ, интервалом времени пребывания n-го РЭС на одной позиции τ. При необходимости этот массив может быть расширен другими техническими и оперативными параметрами РЭС.
ип
r
После этого приступают к формированию пятого массива данных с параметрами узлов связи пунктов управления различного уровня. В их число входят количество n РЭС различных типов T, n=1, 2, …, N, размеры необходимой площадки для их развертывания S.
n
n
ти
Шестой массив базы данных предназначен для хранения информации об оперативно-тактических нормативах и пространственно- временных характеристиках по размещению УС ПУ на местности: удалении УС от соответствующих ПУ dи барьерного рубежа L, взаимным удалением УС ПУ одного  и различных  уровней управления, времени пребывания УС на одной позиции T.
Подготовительный этап завершается формированием массива данных с эталонными описаниями различных вариантов оперативной обстановки (наступление в центре или на одном из флангов заданного района, оборона и т.д.). При этом учитывают как стандартный набор сил и средств, так и присутствующий в заданном районе. Далее определяют соответствующий набор радиосредств для этой группировки объектов, порядок организации радиосвязи между ее элементами с учетом технических характеристик РЭС. В результате получают эталонные описания РЭО для всех вариантов развития оперативной обстановки. От качества описания эталонных моделей оперативной и РЭО в дальнейшем зависит и адекватность принимаемых решений.
На следующем этапе после задания по возможности всеобъемлющей априорной информации об объектах приступают к режиму анализа оперативной и РЭО, осуществляют оценку ЭМД РЭС, находящихся в заданном районе. Последняя косвенно характеризует не только достижимое качество оценки РЭО, но и оптимальность пространственного размещения измерителей. Поэтому на этом этапе возможна коррекция местоположения некоторых измерителей с целью улучшения ЭМД объектов РМ. Результаты оценки ЭМД записывают в восьмой массив данных и по требованию оператора представляют на экране монитора на фоне цифровой карты ГИС. При функционировании контролируемых РЭС в обычном режиме (на фиксированных частотах) обработку результатов РМ осуществляют аналогично способу-прототипу (см. Патент РФ №2659486, опубл. 02.07.2018, бюл. №19). Результаты оценки тактической (оперативной) и радиоэлектронной обстановки записывают в одиннадцатый массив данных.
m
p
Предполагаемый способ предназначен для обработки результатов РМ в условиях, когда вектор входного потока обрабатываемых данных представляет собой лишь последовательный по времени набор координат контролируемых РЭС. Способ дополнительно предполагает запоминание всех измеренных координат (х,у) и времени каждого их получения t в массиве 10. При этом исходят из того, что характеристики измерителей (радиопеленгаторов) обеспечивают своевременное и качественное оценивание пространственных параметров контролируемых РЭС. Этим требованиям соответствуют комплексы РМ, разработанные и серийно выпускаемые ООО «Специальный Технологический Центр» город Санкт-Петербург.
m
Рассчитывают временные интервалы  пребывания РЭС на одной позиции по первому  и последнему  измерениям при совпадающих координатах (х,у): , р=1,2,…,Р.
ij
i
j
Измеряют взаимные расстояния d между обнаруженными РЭС на основе полученных координат (х, у) и (х, у). Координаты РЭС, полученные в процессе РМ, являются величинами случайными. Они зависят от различных условий определения истинных координат РЭС. С этой целью предлагается использовать обобщенное евклидово расстояние, которое иначе называют расстоянием Махаланобиса. Последнее определяется в соответствии с выражением
где  - выборочная матрица ковариаций. Расстояние Махаланобиса (см. Подробное объяснение расстояния Махаланобиса и Евклидова расстояния / Русские Блоги. Электронный ресурс russianblog.com/article. Обращ. 15.06.2021) имеет ряд преимуществ перед евклидовым:
оно инвариантно по отношению ко всем линейным преобразованиям, выбор масштаба не влияет на оцениваемую функцию плотности распределения местоположения РЭС на местности;
оно вырабатывает критерии кластеризации (объединения), которые становятся эквивалентными. В результате становится возможным использовать предлагаемый способ без предварительного преобразования координат. Получаем n-мерную матрицу попарных расстояний между РЭС.
i
Определяют удаление каждого из обнаруженных РЭС от линии барьерного рубежа L. Для этого находят минимальное удаление объектов (РЭС) от прямых отрезков ломаной линии, которыми интерпретируется барьерный рубеж, в соответствии с выражением
ij
i
Измеренные параметры: , d и L косвенно характеризуют тактическую принадлежность обнаруженных РЭС (см. фиг. 4 и 5).
Исходными данными определено, что вскрыть взаимосвязанность обнаруженных РЭС на основе использования общей рабочей частоты или частот невозможно (последние используют, например, режим ППРЧ). В связи с этим предлагается решить поставленную задачу на основе учета пространственного размещения РЭС и особенностей временных характеристик их радиообмена.
ij
i
Взаимное пространственное размещение РЭС однозначно отражает тактическую (оперативную) обстановку в контролируемом районе (оборона, наступление). Такие характеристики как d, L определены (см. фиг. 4, 5) руководящими документами для различных видов боевой деятельности (см. FM 3-90.6 Brigade Combat Team. - Washington: Headquarters, Department of the Army, 2010. - 224 p.).
Выявить взаимосвязанность обнаруженных РЭС позволяют также особенности симплексного (поочередного) режима работы в радиосетях тактического звена управления. Для этого требуется фиксирование моментов в начале  и конце  работы РЭС, m=1, 2,…, М.
i
Анализ совокупности полученных координат РЭС начинают с выбора «опорного» элемента. В качестве последнего целесообразно выбрать координаты i-го РЭС (х,y), о котором имеется наибольшая априорная информация. В общем случае при ее отсутствии выбор «опорного» элемента зависит от сложившейся обстановки в заданном районе контроля, состава контролируемых средств и средств контроля, стоящих перед силами и средствами контроля задачами (см. Приложение 1). Например, наибольший интерес представляет противостоящая наступающая бригада. В качестве «опорного» элемента для анализа целесообразно выбрать координаты i-го РЭС, находящегося на удалении 3-5 км от барьерного рубежа (см. фиг. 4) предположительно УС основного командного пункта (КП) бригады.
min
max
min
max
В процессе анализа исключают из рассмотрения j-е РЭС, j=1, 2,…J, излучения которых частично или полностью совпали по времени с излучениями i-го РЭС. Из всей совокупности оставшихся РЭС М выделяют для дальнейшего анализа N РЭС (см. фиг. 5), которые одновременно находятся на заданном удалении  от i-го РЭС, отстоящие от барьерного рубежа на расстоянии  и в заданном секторе {Q, Q} (см. фиг.  6). В составе последних находятся РЭС КП батальонов и других подразделений бригады. Взаимосвязанность i-го РЭС с РЭС этих подразделений выявляют по очередности их излучений в течении интервала времени {Δt, Δt} (см. фиг. 7). В связи с тем, что обстановка в тактической зоне быстро меняется за короткий интервал времени проявится взаимосвязанность контролируемых РЭС.
ik
k
На основе выполненного анализа вычисляют количественный состав взаимосвязанных РЭС, а по их взаимным удалениям d, расстояниям от барьерного рубежа L и времени стабильного местоположения  определяют тактическую принадлежность вскрытых РЭС.
min
max
В противном случае, k=0, задают новые значения граничных параметров:  и {Q, Q}, характеризующие другую тактическую принадлежность анализируемых РЭС. После выявления взаимосвязанных РЭС уточняют их тактическую принадлежность.
Выделяют очередное новое «опорное» РЭС с координатами  и выявляют его взаимосвязанность с другими обнаруженными РЭС с последующим определением их тактической или оперативной принадлежности.
После выявление взаимосвязанности всех обнаруженных РЭС и определения их принадлежности формируют выводы о сложившейся радиоэлектронной, оперативной или тактической обстановке, которые записывают в одиннадцатый массив данных.
Выполнено моделирование предлагаемого способа обработки результатов радиомониторинга для тактического (дивизия, бригада, батальон) и оперативного (армейский корпус и выше) звеньев управления (см. Приложение 2). Наибольшая эффективность в распознавании по признакам взаимосвязанности достигается для объектов тактического звена. Это определяется значительной плотностью объектов и более высокой их взаимосвязанностью. Признаки взаимосвязанности для армейского корпуса и выше менее информативны, что приводит к более низкой вероятности распознавания (см. фиг. 8).
Приложение 1
Оценка информативности взаимосвязанности объектов радиомониторинга
Выявление характеристик взаимосвязанности размещения объектов позволяет получать информацию об объекте на основе данных о других объектах, что особенно важно в условиях ограниченных возможностей по установлению непосредственного контакта с некоторыми из них.
Количество взаимной информации, получаемой об объекте через другие объекты, может быть выражено через энтропию.
i
j
Пусть имеются два объекта O и O Введем обозначения:
к
r
i
j
α, b- реализации данных по объектам O и O, соответственно;
1
k
n
i
А={α,…,α,…,α} - совокупность данных об объекте О;
1
r
m
j
В={b,…,b,…,b} - совокупность данных об объекте O;
k
r
k
r
Р[α, b) - совместная вероятность реализаций α и b;
- совместная энтропия А и В;
r
k
k
k
P{b/α) - условная вероятность получения данных b, если получены данные α.
Тогда условная энтропия выражается следующим образом:
Из теоремы умножения вероятностей
следует, что
Для условной энтропии справедливо двойное неравенство
k
r
k
k
r
i
i
i
j
При этом равенство Н[В/А)=0, как видно из (1), имеет место в том случае, когда при каждом значении α условная вероятность одной реализации  а для всех остальных реализаций P(b/α)=0. То есть, зная реализацию α, можно точно установить реализацию b.Другими словами, А содержит полную информацию о В. Например, данные о размещении объекта O позволяют полагать, что в β-ой окрестности объекта O обязательно будет размещен объект O.
r
k
r
i
j
Другой крайний случай, когда Н[В/А)=Н(В) имеет место, в случае Р(b/α)=P(b) при всех α и b. В этом случае полученные данные А по объекту O. не содержат никакой информации об объекте O.
Разность Н(В) - Н(В/А) принято называть количеством информации, содержащейся в А относительно В. Определим ее как взаимную информацию и обозначим I(В,А)
I{В,А)=H(B)- Н(В/А).
i
j
В соответствии с положениями теории информации можно показать, что энтропия данных по объекту O, взаимосвязанному с другими объектами, данные о которых также поступают в орган обработки информации, будет всегда меньше энтропии данных по объекту O, рассматриваемому изолированно от других объектов. Очевидно, имеют место следующие неравенства
1
2
n
Н>Н>…>Н,
1
2
n
где Н - энтропия данных по объекту, рассматриваемому вне взаимосвязей его с другими объектами; Н - энтропия данных по объекту с учетом его взаимосвязей с другим каким-либо объектом; Н- энтропия данных по объекту с учетом его взаимосвязей с n - 1 объектом.
ij
j
i
Определим взаимную информацию I как величину, характеризующую уменьшение энтропии в размещении объекта O при получении данных о размещении объекта O.
j
Pj
j
j
j
Pj
j
j
jk
j
Например, априорно известно, что объект O может быть размещен в некотором районе, площадь района - S, площадь района, занимаемого объектом O - S, тогда количество различных вариантов размещения объекта O составит n=S/S. Пусть любой из вариантов размещения объекта O равновероятен P=1/n. При этих условиях энтропия размещения объекта O будет определяться как
i
j
i
min
max
Установлено местоположение объекта O, известно, что объект O может быть размещен относительно объекта O в направлении тыла на удалении от R до R.
j
Это позволяет уменьшить возможный район размещения объекта O (заштрихованная область  на фиг. 9).
j
j
Уменьшение размеров района возможного размещения объекта O приводит к уменьшению количества вариантов его размещения, а, следовательно, и к уменьшению энтропии в размещении объекта O
где  а
i
j
Приведенный пример рассмотрен только для двух объектов O и O. Если произвести оценку взаимосвязанности каждого объекта по отношению ко всем остальным, то получим интегральные оценки взаимосвязанности размещения объектов. На основе этих оценок выявляются «опорные» объекты в группировках войск по признаку взаимосвязанности.
Пусть имеется в группировках войск из М объектов, которые необходимо вскрыть. Необходимо оценить М(М - 1)/2 пар объектов и выбрать «опорные» объекты по критерию максимума взаимной информации
Окончательный выбор «опорных» объектов осуществляется с учетом вероятности вскрытия объектов
По правилу (2) выбирается 7-ый «опорный» объект, далее в качестве «опорных» выбираются объекты в порядке убывания
Таким образом, на основе предварительно проведенной оценки признаков взаимосвязанности размещения объектов радиомониторинга можно осуществить выбор «опорных» объектов в интересах последующих процедур прогнозирования и уточнения размещения объектов с учетом ранее вскрытых (выявленных) объектов.
Приложение 2
Порядок анализа взаимосвязанности объектов и РЭС для решения задач радиомониторинга
Исходные данные: силами и средствами РМ вскрыто местоположение КП 1 бр. Известно, что командный пункт бригады связан с помощью радиорелейной линии связи непосредственно с основным командным пунктом (ОКП) дивизии и с помощью ОВЧ радиостанции - с командным пунктом соседней бригады (2 бр).
Задача: определить (уточнить) возможный район размещения основного командного пункта дивизии и КП 2 бр.
Используя алгоритм определения зон радиовидимости по цифровым моделям рельефа местности (ЦМРМ) на основе матриц высот, из места расположения КП 1 бр рассчитывают зоны радиовидимости в направлении районов возможного размещения ОКП дивизии и КП 2 бр. На основе полученных зон радиовидимости осуществляют прогнозирование (уточнение) размещения ОКП дивизии и КП 2 бр.
Вскрыто местоположение командных пунктов бригад (фиг. 10). Требуется с учетом исходных условий уточнить местоположение ОКП дивизии (фиг. 11). Рассчитав зоны радиовидимости из мест размещения командных пунктов бригад в направлении возможного размещения ОКП дивизии, решают эту задачу (фиг. 12).
Аналогичным образом можно использовать ЦМРМ и в других ситуациях.
Оценка эффективности данного подхода к уточнению местоположения и типов объектов была проведена для тактического (дивизия, бригада, батальон) и оперативного (армейский корпус и выше) звеньев управления. Результаты представлены на фиг. 13.
Из приведенных на данном рисунке графиков следует, что при увеличении количества вскрытых объектов (N), которые в какой-либо степени могут характеризовать размещение и тип распознаваемого в данный момент объекта, повышается вероятность его распознавания. Наибольшая эффективность в распознавании по признакам взаимосвязанности достигается для объектов тактического (дивизия, бригада, батальон) звена. Так, если распознаваемый объект дивизионного звена проявляется через характеристики взаимосвязанности с 10…12-ю уже распознанными объектами, то данный объект распознается безошибочно. Это определяется высокой плотностью объектов данного звена и их сильной взаимосвязанностью. Для объектов армейского корпуса и выше признаки взаимосвязанности являются менее информативными, что приводит в более низкой вероятности распознавания.
Таким образом, на основе признаков взаимосвязанности объектов в оперативном построении войск (боевом порядке) может быть реализована процедура комплексной обработки информации в интересах решения задачи уточнения местоположения и определения оперативно-тактической принадлежности контролируемых РЭС.