Использование энтропии покрытия при информационном анализе результатов радиомониторинга спутниковых систем

новых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) лежат в диапазоне от 103 до 272 л.с. (различаются на 264%).

Экспериментальные исследования проводились путем математического моделирования режимов движения с помощью электронно-моделирующей системы МВК (ЭМС), предназначенной для разработчиков автомобилей, научно-исследовательских организаций, экологических служб, городских хозяйственных служб и др. С ее помощью всего за несколько минут можно собрать автомобиль и провести его «испытания». Если, например, характеристики двигателя, установленного на объекте исследований, не являются требуемыми, то их можно скорректировать: увеличить или уменьшить число цилиндров, изменить рабочий диапазон частоты вращения коленчатого вала и т.п. также возможно использовать новый агрегат из банка данных [1].

Результаты испытаний представлены на рисунке 1.

Из графиков видно, что величина расхода топлива уменьшается с увеличением мощности двигателя для автомобилей с одинаковой массой. Такой результат полностью корреспондируется с особенностями внешних скоростных характеристик атмосферных двигателей внутреннего сгорания, имеющих минимальную величину удельного расхода топлива на оборотах близких к 0,5 от максимальных.

В то же время налогооблагаемой базой транспортного налога является мощность двигателя автомобиля, выраженная в лошадиных силах. В зависимости от нее величина налога в диапазоне мощностей от 100 л.с. до 300 л.с. увеличивается почти в 16 раз, достигая 40 800 рублей. Таким образом, формируется регулирующая функция налога, склоняющая покупателя автомобиля на стадии принятия решения о приобретении выбирать автомобиль с менее мощным двигателем при прочих сопоставимых характеристиках и параметрах. Следствием этих решений становится формирование номенклатуры автопарка мегаполиса в целом.

Стремление к уменьшению расходов по эксплуатации в части уплаты налогов стимулирует покупателей приобретать автомобили с двигателями меньшей мощности. Для таких автомобилей требуемая для движения мощность снимается при оборотах двигателя, близких к максимальным, т.е. в самой неблагоприятной зоне характеристики топливной экономичности. Эксплуатация таких автомобилей увеличивает расход топлива в режиме городского цикла, а, следовательно, и выброс отработавших газов на 20-50%. Тем самым регулирующая функция действующего транспортного налога контрпродуктивна и способствует формированию автомобильных парков мегаполисов, приводящих к дополнительному загрязнению окружающей среды и снижению качества жизни. Необходимо, чтобы современный транспортный налог обладал эффективно-действующей регулирующей функцией, способствующей формированию номенклатуры автомобильных парков мегаполисов и крупных городов, минимизирующей загрязнение окружающей среды.

Опыт стран ЕС и ОЭСР показывает, что сдвиг центра тяжести налогообложения в сторону налогов на опасные для окружающей среды виды деятельности приводит к увеличению активности на рынке труда. Кроме того, важны регулирующие возможности налогов, побуждающие потребителя использовать более «чистые» и экономичные модели автомобилей. Целевое назначение налогов позволяет направлять значительные средства на охрану окружающей среды и совершенствование транспортной инфраструктуры.

Литература:

1. Вохминов Д.Е. Разработка расчетного метода совершенствования топливно-экологических параметров автомобиля: Диссертация. - М., 2004. - 172 с.

2. Свободная энциклопедия Википедия URL: ru.wikipedia.org/

wiki

3. URL: http://autoeco.info/nedc.php.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНТРОПИИ ПОКРЫТИЯ ПРИ ИНФОРМАЦИОННОМ АНАЛИЗЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАДИОМОНИТОРИНГА СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Сухов А.В., д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник Российского научно-технического центра информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия (ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ») Зайцев М.А., к.т.н., докторант Военной академии ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Чернятович И.И., аспирант кафедры «Космические телекоммуникации» «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского

В статье рассматривается информационный анализ результатов проведения радиомониторинга космического пространства с целью защиты частотных присвоений спутниковых систем. Показана методика использования энтропии покрытия в ходе проведения радиомониторинга.

Ключевые слова: энтропия покрытия, радиоконтроль, радиомониторинг, спутниковые системы.

USE OF COVERING ENTROPY A AT THE INFORMATION ANALYSIS RESULTS OF SPECTRUM MONITORING OF SATELLITE SYSTEMS

Sukhov A., doctorate degree of technical sciences, professor, head scientist at the Russian Science and Technology Information Center on Standartization, Metrology and Conformity Assessment (FSUE «STANDARTINFORM») Zaycev M., candidate degree of technical sciences, doctorate degree at the Military Academy of Strategic Missile Forces named after Peter the Great Chernyatovich I., the applicant at «Space telecommunications» Department of «MATI RGTU» named after K.E. Tsiolkovskiy

The information analysis of results of carrying out of radio monitoring of a space for the purpose of protection of frequency assignments of satellite systems is considered. The technique of use of entropy of a covering is shown during radio monitoring carrying out.

Keywords: covering entropy, spectrum monitoring, satellite communication systems.

1. Радиоконтроль использования спектра.

Радиочастотный спектр - ограниченный природный ресурс, и поэтому важно, чтобы все службы радиосвязи использовали его наиболее эффективным и рациональным образом и чтобы в результате различные сети радиосвязи могли функционировать в свободной от помех среде. Техника радиосвязи развивается стремительно. С появлением новых технологий и в условиях роста служб радиосвязи спрос на радиочастотный спектр и геостационарную спутниковую орбиту возрастает. Продуктивное и рациональное управление использованием спектра является главным фактором обеспечения одновременной работы различных сетей радиосвязи без создания взаимных помех.

Одним из важнейших средств управления использованием спектра является радиомониторинг космического пространства с целью радиочастотного контроля использования спектра. Методы контроля использования спектра совершенствуются с целью обеспечения строгого соблюдения технических параметров и норм систем радиосвязи, а также для содействия эффективному использованию радиочастотного спектра и геостационарной спутниковой орбиты. Методы контроля использования спектра отличаются от методов, применяемых в сетях радиосвязи, тем, что работы по контролю выполняются в неоптимальных условиях и в неизвестной электромагнитной обстановке.

Оценка эффективности проведения радиомониторинга обеспечивается применением информационных подходов, среди которых наиболее перспективным является подход, основанный на энтропии покрытия [1].

Управление использованием спектра представляет собой сочетание административных, научных и технических процедур, необходимых для обеспечения эффективной работы оборудования и служб радиосвязи без создания помех. Проще говоря, управление использованием спектра является общим процессом регулирования и административного управления использованием радиочастотного спектра. Цель управления использованием спектра — максимально повысить эффективность использования спектра и свести к минимуму помехи. Правила и регламентарные положения, основанные на соответствующем законодательстве, составляют регламентарную и правовую основу процесса управления использованием спектра. Информационные базы данных, включая подробные данные о всех санкционированных пользователях спектра, обеспечивают административную и техническую основу этого процесса. Анализ информации, содержащейся в этих базах данных, облегчает процесс управления использованием спектра, что приводит к принятию соответствующих решений в области распределения спектра, присвоении частот и лицензирования. Контроль использования спектра, инспектирование, проверка и обеспечение соблюдения действующих правил являются необходимыми средствами для поддержания целостности процесса управления использованием спектра.

2. Цель контроля использования спектра.

Контроль использования спектра - это основа процесса управления использованием спектра. Такой контроль необходим на практике, поскольку в реальной жизни санкционированное использование спектра не гарантирует его соответствия запланированному использованию. Это может быть вызвано сложностью оборудования, взаимодействием с другим оборудованием, неисправной работой оборудования или преднамеренным неправильным его использованием. Данная проблема еще более усугубляется вследствие быстрого роста наземных беспроводных и спутниковых систем, а также оборудования, которое может создавать помехи, например, компьютеры и другие непреднамеренные источники излучения. Система контроля предусматривает применение метода проверки и является «замыкающим» звеном в процессе управления использованием спектра.

Использование спектра осуществляется 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, каждую неделю года либо на местном, региональном уровне, либо на глобальном уровне. Аналогичным образом, на постоянной основе должен проводиться и контроль использования спектра, если требуется обеспечить надлежащее выполнение задач и целей контроля.

Цель контроля использования спектра состоит в обеспечении выполнения общих функций управления использованием спектра, присвоения частот и их планирования. Конкретные цели контроля (не обязательно в порядке приоритета) следующие:

- содействие в решении проблем электромагнитных радиочастотных помех в местном, региональном или глобальном масштабе таким образом, чтобы обеспечить одновременную совместимую работу радиослужб и станций, уменьшая и сводя к минимуму использование ресурсов, связанных с организацией и эксплуатацией данных служб связи, при обеспечении экономической выгоды для инфраструктуры страны, получающей доступ к необходимым службам связи, свободным от помех;

- содействие в обеспечении допустимого качества приема населением звуковых и телевизионных вещательных передач;

- обеспечение необходимых данных контроля для процесса управления использованием электромагнитного спектра со стороны администрации, касающегося фактического использования частот и полос частот (т.е. занятость каналов и перегрузка полос частот), проверка надлежащих технических и эксплуатационных характеристик передаваемых сигналов, обнаружение и опознавание несанкционированных передатчиков, а также ведение и проверка регистрации частот;

- обеспечение необходимых данных контроля для программ, организуемых Бюро радиосвязи МСЭ, например, при подготовке отчетов для конференций радиосвязи, при обращении к администрациям за конкретной помощью по вопросу устранения вредных помех, при устранении внеполосных излучений или при оказании помощи администрациям в нахождении подходящих частот.

Функции контроля использования спектра и управления использованием спектра тесно связаны, поэтому объединение этих функций в интегрированной компьютерной системе может привести к существенному повышению эффективности и рентабельности обеих систем. При внедрении системы управления использованием спектра крайне важно вначале разработать структуру системы, обеспечивающую целостность процесса, а также базу данных, содержащую всю необходимую информацию для поддержки процесса. В случае недостаточной базы данных более эффективным для получения необходимой информации и содействия таким образом совершенствованию базы данных и общего процесса управления использованием спектра может оказаться применение комбинации методов контроля и обеспечения соблюдения правил.

Контроль тесно связан с инспектированием и проверкой на соответствие в том отношении, что он позволяет произвести измерение использования спектра, опознавание и измерение источников помех, проверку надлежащих технических и эксплуатационных характеристик излучаемых сигналов, а также обнаружение и опознавание несанкционированных передатчиков, получая в результате данные по эффективности проводимой политики управления использованием спектра.

Кроме того, контроль поддерживает общую деятельность по управлению использованием спектра путем проведения общих измерений использования канала и полосы частот, включая статистическую информацию технического и эксплуатационного характера о готовности каналов, обеспечивая таким образом меру занятости спектра. Контроль также полезен при планировании, поскольку он может помочь специалистам по управлению использованием спектра в получении информации о степени использования спектра по сравнению с присвоениями, которые записаны на бумажных носителях или в файлах данных. Система контроля и измерений может помочь в ряде случаев, когда для решения проблемы требуется не только знание разрешенных или проектных характеристик радиосистем. Эта система также обеспечивает информацию о работе отдельных станций для регламентарных целей, для целей проверки соблюдения правил и проверки на соответствие; она может использоваться для установления местоположения и опознавания станций, создающих помехи.

В общих чертах контроль обеспечивает обратную связь с управлением использования спектра в отношении того, согласуется ли практическое использование спектра с национальной политикой. Контроль может также определить для официальных лиц по вопросам управления использованием спектра необходимость выдвижения в будущем новых заявок на использование спектра.

3. Планирование и распределение спектра.

Распределение спектра представляет собой процесс раздела радиочастотного спектра между различными радиослужбами либо на исключительной, либо на совместной основе. На международном уровне это распределение регулируется Всемирными конференциями радиосвязи (ВКР) и приводится в Статье 5 Регламента радиосвязи МСЭ (РР). На основе этой международной таблицы распределения частот администрации могут составлять национальные таблицы распределения частот, распределять полосы частот радиослужбам и давать разрешения на эксплуатацию конкретных систем.

Для обеспечения эффективного использования спектра необходимо распределять планируемой службе те полосы частот, которые будут удовлетворять требованиям данной службы к распространению радиоволн. Например, службам, которые должны, как правило, обеспечивать всенаправленное покрытие большой территории, таким как вещательное телевидение, распределяются полосы частот в относительно низкочастотной части спектра; частным подвижным радиослужбам распределяются полосы частот ОВЧ/УВЧ диапазона для обеспечения ограниченного местного покрытия; для глобальных воздушных и морских служб, которые требуют всемирного охвата, распределяются полосы частот ВЧ диапазона. Данные распределения частот иногда подразделяются на планы распределения каналов, с тем чтобы обеспечить соблюдение конкретных требований по загрузке каналов и многократному использованию каналов и частот.

В ответ на запросы отдельных пользователей администрации на основе этих таблиц распределения присваивают соответствующие частоты требуемой радиосистеме, выдают надлежащие лицензии и производят соответствующие записи в базе данных. Технические процедуры присвоения частот должны обеспечивать потребности в многократном эффективном использовании каналов и частот, исходя из концепций допустимых помех или критериев необходимого частотно-территориального разноса между радиопередатчиками и приемниками.

ТЯАШРОЯТ БиБШБББ Ш ЯШ81А | №6 2013 | 157

Процесс управления использованием спектра включает принятие решений, относящихся к области технологии и техническому анализу, требуемому для надлежащей оценки имеющейся информации, возможностей и произведенного выбора частот. Хотя большинство решений принимается с учетом социальных, экономических и политических соображений, анализ многих проблем управления использованием спектра и принятие решений по управлению использованием спектра могут быть осуществлены на основе прикладных и технических факторов. Важным аспектом является применение моделей с входной информацией, поступающей от соответствующих баз данных, для выполнения анализа по управлению использованием спектра, как, например, по присвоениям частот. Такие модели могут применяться для прогнозирования возможности соблюдения правил и регламентарных положений (например, по предельным уровням плотности потока мощности) и оценки возможности совместного использования частот путем расчета вероятности появления помех.

4. Информационный анализ процесса радиомониторинга с использованием энтропии покрытия.

Все технические системы, применяемые для проведения радиоконтроля использования спектра, являются сложными техническими комплексами и для обеспечения правильной и результативной работы необходимо совершенствование методов контроля проведения мониторинга. В процессе функционирования на сложные технические системы оказывают влияние многочисленные внешние и внутренние возмущающие воздействия. Внутренние воздействия обусловлены наличием факторов в предметной области отношений, таких как внутренние сбои в работе оборудования, отказы технических средств управления и другие. Внешние воздействия обусловлены влиянием внешних систем, как случайным (природные условия), так и преднамеренным (преднамеренные помехи и т.п.). Возмущающие факторы приводят к невозможности точного предсказания поведения системы и требуют статистического описания.

Статистическое описание позволяет создавать автоматические системы управления сложными техническими комплексами, функционирующие абстрактно без учета целевых задач. Для решения задач активного подавления возмущающих воздействий и информационного противодействия негативным воздействиям на информационный ресурс можно использовать информационную меру, позволяющую получить отображение предметной области отношений в информационную, целевую область. В информационной области отношений возможно корректное решение задачи оптимального управления с последующей реализацией полученных управляющих воздействий в предметной области. Математическое описание и последующее моделирование на ЭВМ информационных процессов в системах управления станциями радиоконтроля позволяет предсказать возможность наступления кризисных ситуаций.

Энтропия покрытия в обобщенной форме характеризует степень соответствия/несоответствия реальных характеристик элементов информационной системы их нормативным значениям. Обобщенная энтропия покрытия определяется следующим образом [3, 4]:

где \ - операция разности множеств; i - мнимая единица; || || - норма, которая в общем случае может быть первой, второй, эвклидовой, однако чаще используется первая норма; || • ^ - первая норма; Лд(0 - множество действительных характеристик элемента; RH(t) - множество нормативных характеристик элемента на текущей фазе жизненного цикла информационной системы; r - коэффициент приоритета

элемента, для которого рассчитывается относительная энтропия покрытия, г £ (0; 1). Обычно этот коэффициент задают в пределах г = 0,9 ... 0,999.

В выражении (1) действительная часть характеризует обобщенную степень избыточности по нормативным показателям (базовое понятие энтропии покрытия), что также можно принимать за запас по помеховой обстановке, а мнимая часть характеризует совокупную недостаточность характеристик помеховой обстановки, превышения допустимого уровня.

При проведении радиомониторинга проводится измерение большого количества параметров, таких как:

- частота;

- доплеровская частота;

- плотность потока мощности (суммарная и в контрольной полосе);

- ЭИИМ, ЭИИМ канала и ЭИИМ несущей;

- отношение сигнал/шум (C//V0);

- ширина полосы (ШП) и ширина полосы несущей;

- показатели внеполосного спектра;

- характеризация передачи;

- идентификация типа модуляции;

- регистрация результатов обзора спектра;

- ускоренное представление спектрограмм для отображения быстрого ухода слотов и сигналов с качанием частоты;

- характеристики поляризации;

- орбитальная позиция космического аппарата (КА) (с точностью не менее 0,1°);

- характеристики модулирующих частот принимаемых сигналов, т.е. виды модуляции BPSK, QPSK, QAM, FDM/FM.

При измерении данных параметров возможно использовать энтропию покрытия как показатель комплексной обоснованности проведения мониторинга. Для этого вводятся значения, нормированные для каждого измерения и производятся замеры в определенный момент времени. Пользуясь описанными выше инструментами, вычисляется энтропия покрытия как показатель, определяющий степень соответствия ресурсов элемента системы управления (СУ) нормативным значениям на заданном этапе жизненного цикла через логарифм относительного покрытия множеством действительных ресурсов множества нормативных ресурсов.

По информационному показателю - энтропии покрытия - возможно сделать вывод о состоянии системы, при этом нулевое значение означает отсутствие вредных мешающих воздействий.

При расчетах энтропии покрытия целесообразно задание компонентов вектора состояния по следующей нормированной вербальной шкале:

10 - неудовлетворительное;

7 - плохое;

5 - удовлетворительное;

3 - хорошее;

1 - соответствие необходимым нормам.

5. Пример рассчета энтропии покрытия по трем параметрам.

В качестве примера рассмотрим оценку состояния системы по 3-м параметрам:

1) частота;

2) высота орбиты;

3) период обращения спутника вокруг Земли.

В качестве нормированных параметров возьмем параметры спутников системы GPS:

1) частота 1,17645 ГГц = 1176450 Гц;

2) высота орбиты КА 20200 км = 20200000 м;

3) период обращения 12 ч = 720 мин.

Допустимые отклонения по измерениям примем:

1) 100 Гц;

2)500 м;

3) 2 мин. Вариант 1.

Оценим состояние системы при измеренных параметрах:

1. 1169000 Гц.

2. 20100000 м.

3. 700 мин.

Отклонения в данном случае составят:

1. 1169000-1176450 =2550 Гц.

2. 100000 м.

3. 20 мин.

Рассчитаем энтропию покрытия:

Н=£?1-_ - __ _ _ .. _ —-=5,27 нат.

В данном случае можем наблюдать удовлетворительное состояние системы. Вариант 2.

Оценим состояние системы при измеренных параметрах:

1. 1176750 Гц.

2. 2018500 м.

3. 718 мин.

Отклонения в данном случае составят:

1. 1176750-1176450 =300 Гц.

2. 1500 м.

3. 6 мин.

Рассчитаем энтропию покрытия:

В данном случае можем наблюдать практически соответствующее норме состояние системы.

Литература:

1. Сухов А.В., Методы и технологии выработки управленческих решений. - М., 2003.

2. Бюро радоисвязи МСЭ / Справочник по радиоконтролю / 2012.

3. Сухов А.В. Динамика информационных потоков в системе управления сложным техническим комплексом // Теория и системы управления, 2000. - № 4.

4. Сухов А.В., Прокопенко В.С. Измерение информации в эргасистемах // Транспортное дело России, 2011. - № 2.

ТЯАШРОЯТ БШШБ88 Ш ЯШ81А | №6 2013 | 159