Способ исправления ошибок в сообщениях подвижных средств радиационной разведки на пункт сбора и обработки данных
METHOD FOR CORRECTING MISTAKES IN MESSAGES FROM MOBILE RADIATION RECONNAISSANCE TOOLS TO DATA COLLECTION AND PROCESSING POINT

Изобретение относится к области повышения помехоустойчивости передачи данных с использованием цифровых систем связи, а именно, обеспечения исправления ошибок в сообщениях с результатами радиационной разведки (РР) местности, передаваемых в информационно-измерительной системе контроля и выявления радиационной обстановки.
В результате крупномасштабной аварии на объекте атомной энергетики в атмосферу выбрасывается радиоактивный аэрозоль, формирующий облако, которое затем перемещается по направлению среднего ветра. В результате выпадения из движущегося облака на поверхность земли радиоактивного аэрозоля образуется радиоактивный след. Площадь следа может иметь величину до нескольких сотен и даже тысяч квадратных километров.
Для оперативного и всестороннего выявления параметров радиоактивного заражения может быть одновременно задействовано несколько десятков подвижных средств разведки. Каждое из этих средств будет передавать сообщения по телекодовому каналу связи на пункт сбора и обработки данных (ПСОД). Возможная схема перемещения подвижных средств РР представлена на фигуре 1.
Однако сбор данных разведки представляет определенные трудности. Это связано с тем, что для повышения надежности канала связи на подвижных средствах разведки используются, как правило, радиостанции, работающие в диапазоне коротких волн, позволяющем передавать данные со скоростью 1200 бит/с [1]. Отсюда следует, что при одновременной работе достаточно большого количества подвижных средств РР, на входе ПСОД будет скапливаться возрастающая очередь из непереданных сообщений. При этом если используемая аппаратура передачи данных обладает ограниченной буферной памятью для хранения непереданных сообщений, то часть информации будет безвозвратно утеряна, что отразится на правомерности последующих выводов о характере сложившейся обстановки и необходимых действиях по защите населения [2].
Дополнительная сложность возникает, если канал связи в период ведения РР характеризуется достаточно высоким уровнем помех, обуславливающим появление в значительной части принимаемых сообщений ошибок. Это связано с тем, что для передачи данных используются, как правило, коды, позволяющие обнаруживать ошибки. При этом если выявлено наличие ошибок в принятом сообщении, то должна быть осуществлена повторная передача этого же сообщения, до тех пор, пока не будет принята правильная кодовая последовательность. Такая организация канала связи обуславливает его дополнительную загруженность при появлении высокого уровня помех, и, как было указано, влечет в конечном итоге снижение качества выявления и оценки радиационной обстановки.
Известны способы, заключающиеся в использовании кодов, позволяющих не только обнаруживать, но и исправлять ошибки. Однако такой подход требует увеличения объема передаваемой кодовой комбинации, так как реализация возможности исправления ошибок требует увеличения количества проверочных символов [3]. Следовательно, применение более совершенного кода также обуславливает увеличение нагрузки на канал связи. Кроме того, принципиальной является необходимость разработки новых типов аппаратуры и замены образцов, применяемых в настоящее время на подвижных средствах PP.
Задача изобретения - создание способа, позволяющего осуществлять исправление ошибок в сообщениях подвижных средств радиационной разведки, полученных на пункте сбора и обработки данных, при условии возможной минимизации длины кодовой последовательности, передаваемой по каналу связи.
В том случае если в полученном сообщении обнаружена ошибка, то наиболее простой формальный путь для исправления искаженной кодовой комбинации заключается в последовательной замене двоичных знаков на противоположные и проведении проверочной процедуры на наличие ошибок. Например, если используется циклический код для получения передаваемой кодовой комбинации F, то передаваемое сообщение представляется в виде последовательности двоичных знаков Q, которая умножается на образующий полином K
После получения комбинации F' она делится на образующий полином K и если деление выполняется без остатка, то получаемая последовательность Q' считается не содержащей ошибок и соответствующей исходному информационному сообщению Q [4].
Очевидным недостатком такого подхода является то, что может быть получено множество решений {Q}, из которых верным может быть только единственное.
Предлагаемое решение задачи заключается в использовании в процессе исправления ошибок дополнительной информации, не связанной непосредственно со структурой используемого кода, а характеризующей особенности содержания передаваемых данных.
Если выбрать систему координат с центром в эпицентре выброса и осью ОХ, направленной по вектору среднего ветра, то поле мощностей доз гамма-излучения на таком следе радиоактивного облака будет описываться функцией, имеющей следующий общий вид [5]
где х, у - координаты точки определения мощности дозы гамма-излучения;
t - время, на которое определяется величина мощности дозы гамма-излучения;
f(x) - функция изменения мощности дозы гамма-излучения вдоль оси радиоактивного следа облака выброса;
g(t) - функция изменения мощности дозы гамма-излучения с течением времени;
2
σ(x) - дисперсия распределения значений мощности дозы в сечении радиоактивного следа облака выброса.
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
При ведении разведки подвижные средства РР перемещаются по маршрутам, пересекающим след. Через определенные интервалы времени с использованием бортового измерителя мощности дозы (ИМД) проводятся измерения мощности дозы. После проведения измерения i-м подвижным средством РР в очередной j-й точке маршрута составляется сообщение, содержащее: время проведения измерения t; координаты (x,y) точки, в которой проводилось измерение; измеренную величину МД P. Сообщение (i,t,x,y,P) кодируется с использованием помехоустойчивого кода и передается по радиоканалу на пункт сбора и обработки данных.
Особенностью передаваемых одним подвижным средством РР данных является то, что значения моментов времени измерения и координат точек измерения будут плавно изменяться. Значения мощности дозы гамма-излучения будут также плавно изменяться в соответствии с законом (2).
В этой связи в сообщении, принятом с ошибками, будет содержаться величины, которые с большой вероятностью будут содержаться в интервалах, задаваемых предыдущим и последующим сообщениями:
ij
ij
ij
ij
где (i,t,x,y,P) - содержание j-го сообщения i-го подвижного средства РР, переданное с ошибками;
i(j-1)
i(j-1)
i(j-1)
i(j-1)
(i,t,x,y,P) - содержание (j-1)-го и (j+1)-го сообщений
i(j+1)
i(j+1)
i(j+1)
i(j+1)
(i,t,x,y,P) i-го подвижного средства РР, переданных без ошибок.
Возможны нарушения условия (3), связанные с реализацией следующих факторов.
На любом маршруте разведки, пересекающем радиоактивный след, будет наблюдаться нарастание, а затем уменьшение значений мощности дозы. В точке, лежащей на оси следа, будет наблюдаться максимальное значение мощности дозы гамма-излучения. Если в этой точке проведено измерение, составлено сообщение, которое получено с ошибкой, то исправление этой ошибки с применением условия (3) будет невозможно, так как
ij
где P - мощность дозы, измеренная в точке, лежащей одновременно на маршруте разведки и на оси радиоактивного следа.
Другая ситуация, когда условие (3) неприменимо, связана с проведением измерений с большими погрешностями:
ij
i(i-1)
i(j+1)
где P, P, P - измеренные в точках значения мощности дозы;
0ij
0i(i-1)
0i(j+1)
P, P, P - действительные значения мощности дозы гамма-излучения в точках измерения;
ij
i(i-1)
i(j+1
δ, -δ, -δ) - конкретные реализации погрешности измерения мощности дозы гамма-излучения.
Кроме того, возможны ситуации, когда получено подряд два или более сообщений, содержащих ошибки.
an
ij
ij
ij
Для учета указанных частных случаев изложенный подход исправления ошибок следует расширить. Необходимо использовать большее количество результатов измерений, содержащихся в сообщениях, полученных без ошибок. В предельном случае следует использовать все правильные сообщения, полученные при ведении разведки на отрезке маршрута, пересекающем радиоактивный след. На основании таких данных возможно аппроксимировать по методу наименьших квадратов зависимость P(s) величины мощности дозы от протяженности пройденного пути s. Аппроксимацию необходимо проводить на основе совокупности данных (s,P). Величины s следует рассчитывать на основе известных координат точек измерения
ij
ij
ij
ij
an
i(j-1)
i(j+1)
min
max
i(j-1
i(j+1)
Если теперь в кодовой комбинации (i,t,x,y,P) обнаружена ошибка, то проводить анализ функции P(s) на интервале [s,s]. В результате устанавливаются P и P - минимальное и максимальное значения мощности дозы гамма-излучения на интервале [s),s]. Условие (3) принимает вид:
В случае если погрешность измерения мощности дозы гамма-излучения и погрешность аппроксимации имеют значительную величину, то границы возможного интервала значений мощности дозы в j-ой точке i-ого маршрута определяют следующим образом:
ап
где δ - наибольшая погрешность аппроксимации зависимости мощности дозы гамма-излучения от протяженности пройденного пути по маршруту;
Р
δ - предельная погрешность измерения мощности дозы гамма-излучения.
Приведем пример использования предлагаемого способа.
Для оценки возможности практической реализации предлагаемого способа была разработана программа, интерфейс которой представлен на фигуре 2.
3
Рассматривался упрощенный вариант, когда измерения производятся по предварительно заданным контрольным точка, а передаются только результаты измерения мощности дозы гамма-излучения. Двоичная комбинация F, содержащая информацию имеет длину 15 знаков. Помехоустойчивое кодирование осуществляется с использованием кода Боуза-Чоудхури-Хоквингема. В качестве образующего полинома K был выбран х+х+1. Передаваемая комбинация Q соответственно имела длину 18 знаков. Наличие ошибок в принятой комбинации проверялось путем ее деления на образующий полином К и определения наличия остатка от деления.
Моделирование значений мощности дозы гамма-излучения на маршруте разведки следа радиоактивного облака аварийного выброса выполнялось с использованием функции вида (2)
Предполагалось, что в выбросе представлены в основном долгоживущие радиоактивные изотопы, в связи с чем, изменение значений мощности дозы в течение разведки, имеющей длительность не более нескольких часов, не учитывалось.
р
р
р
Полученные в результате моделирования значения Р умножались на коэффициент (1+δ), где δ - случайная реализация погрешности измерения мощности дозы из заданного предельной величиной погрешности δ интервала значений [-δ, δ].
Моделирование передачи данных осуществлялось при условии, что вероятность искажения информационного бита в канале связи равно 0,01.
Из представленных на фигуре 2 данных видно, что при моделировании передачи данных в 8-ой передаваемой кодовой комбинации, содержащей результат измерения равный 166 Р/ч, была обнаружена ошибка.
После проведения процедуры последовательного изменения каждого знака комбинации 000000010011001010 и проверки путем деления на образующий полином было выбрано следующее множество комбинаций, формально не содержащих ошибок
После восстановления содержания сообщений было установлено, что первое содержит величину 470, а второе 166. Далее было проведено сравнение полученных значений с результатами, полученными в предыдущем (105 Р/ч) и последующем (190 Р/ч) сообщениях
Указанному условию удовлетворяет только второе из возможных значений, следовательно следует принять, что правильное содержание сообщение равно 166 Р/ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов А.В., Негодаева А.С. Средства и комплексы радиосвязи: учебное пособие / Новочеркасский военный институт связи. - Новочеркасск, 2002. - 153 с.
2. Боговик А.В., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи методы ее оценки. - СПб: Военная академия связи, 2006. - 177 с.
3. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. Пер. с англ. под ред. Р.Л. Добрушина, С.И. Самойленко - М.: «Мир», 1976. - 594 с.
4. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. - Киев: Изд. объед. «Вища школа», 1977. - 280 с.
5. Метеорология и атомная энергия. Под ред. Д.X. Слейда. Пер. с англ. под ред. Н.Л. Бызовой, К.П. Махонько. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1971. - 456 с.