«Трассовая» обработка данных радиомониторинга

А. А. Смирнов, А. В. Федянин, А. Е. Красковский «ТРАССОВАЯ» ОБРАБОТКА ДАННЫХ РАДИОМОНИТОРИНГА

В статье рассматривается способ «трассовой» обработки данных радиомониторинга, предполагающий «мозаичную» схему накопления информации. Данный вариант решения проблемы фиксации средствами радиомониторинга излучений радиоэлектронных средств со случайным неполным набором количественных характеристик позволяет обеспечить выполнение требований по показателям оперативности, полноты и достоверности обработки.

радиоэлектронная обстановка, источники радиоизлучения, радиомониторинг, «трасса» реализации признаков, задача обработки данных, неопределенность.

Введение

Анализ тенденций последних лет свидетельствует о существенном усложнении радиоэлектронной обстановки (РЭО), что связано с экспоненциальным ростом числа источников радиоизлучения (ИРИ), их мобильностью и высокой плотностью размещения в условиях урбанизированной территории. Среди ИРИ существуют как штатные, зарегистрированные, так и нелицензированные радиоэлектронные средства (РЭС), которые могут быть источниками непреднамеренных или специально организованных помех, каналов утечки информации, принадлежать различным незаконным формированиям. Для контроля за легитимным использованием радиочастотного ресурса и решения других задач обеспечения безопасности Российской Федерации предназначены системы радиомониторинга (РМ).

Цикл РМ состоит из процессов добывания, сбора, обработки и представления данных РМ потребителю. Особенностями РМ в настоящее время являются наличие на входе радиоэлектронных систем мониторинга потоков различной интенсивности, представляющих собой смесь перекрывающихся по частотно-временным параметрам

последовательностей сигналов и помех, порождаемых наблюдаемыми и мешающими ИРИ, а также случайный характер данных, добываемых по РЭС, подлежащим мониторингу. Это приводит к невозможности однозначной селекции и разделения входных потоков, достоверного восприятия первичной информации при приеме сигналов по каждому источнику в отдельности [1].

Суть научной проблемы заключатся в том, что средства РМ случайным образом принимают и регистрируют излучения контролируемых РЭС со случайным неполным набором количественных характеристик этих излучений. Это объясняется объективными причинами, такими как низкая электромагнитная доступность,

ограниченность средств РМ, отсутствие необходимой априорной информации о сигналах наблюдаемых РЭС. Вероятностный характер структуры и содержания входного потока данных РМ не позволяет выбирать для его обработки оптимальный набор процедур обработки, что приводит к существенным упущениям в качестве обработки данных РМ. Это обусловливает необходимость разработки способа, формирующего для каждой реализации признаков свою «трассу» (цепочку) и состав процедур обработки, вычисляемых на основе содержания входной реализации, сложившейся обстановки и состояния предметной области (ПрО). Для решения этой задачи предлагается использовать способ «трассовой» обработки данных РМ.

1 Особенности процессов РМ

Сущность «трассовой» обработки заключается в определении последовательности процедур решения задач обработки в условиях исходной неопределенности, создаваемой РЭС в РЭО, случайного характера добываемых данных РМ, случайного характера формирования реализаций признаков, поступающих на обработку. Процедуры обработки выстраиваются по определенной цепочке, которая зависит от входной реализации и является случайной, так как функция перехода от этапа к этапу вычисляется по результатам обработки на предыдущем этапе с учетом набора параметров входной реализации.

Результаты анализа потока данных РМ свидетельствуют о том, что входная реализация будет представлять случайный набор параметров ИРИ от различных средств добывания, формализуемый с помощью универсального вектора г,, например г,- = (f, XY, t, V, CS, T, ти, Ти, А©, твр, тси), где f - частота (МГц); XY - пространственная характеристика, например, координаты (км/град/рад); t - метка времени (в формате дд.мм.гг чч.мм.сс); V - вид передачи (текстовая строка); CS - позывной (текстовая строка); T - тип радиоэлектронного (радиотехнического) средства (текстовая строка); ти - длительность импульсов (мкс); Ти -период следования импульсов (мкс); А© - ширина диаграммы направленности антенны (град); твр - скорость вращения антенны (об./мин); тси - длительность серии импульсов (мкс).

Множество элементов вектора г,- состоит из подмножеств ключевых параметров К К г 0 и основных параметров U. Ключевые параметры

определяют обязательный набор элементов реализации, позволяющий идентифицировать РЭС. Основные параметры расширяют представление органов РМ о наблюдаемых РЭС, характеристиках излучений и не являются обязательными для реализации признаков. Для использования вектора в качестве входного параметра способа «трассовой» обработки предлагается ввести в его состав подмножество управляющих параметров C = {mode, ...}, предназначенных для обеспечения обратной связи с подсистемой добывания и управления на «трассе» обработки (табл. 1, mode

- режим функционирования средства, добывшего данные (поиск/наблюдение)).

ТАБЛИЦА 1. Пример разбиения элементов вектора r на подмножества

г-KvjUvjC К U C

fXY, t, ... Vi CS., Т., Ти ^вр, Хсю . mode, ...

Поскольку данные РМ поступают от различных средств добывания в случайные моменты времени в случайных наборах реализаций признаков, то вероятность одновременного заполнения всех элементов вектора слишком мала. Поэтому некоторые элементы подмножества U могут быть нулевыми [2]. Но минимальным представлением вектор-реализации признаков должна быть «триада» ключевых параметров К = {f, XY, t}, определяющих сущность данных РМ.

2 Способ «трассовой» обработки данных радиомониторинга

Указанные выше особенности процессов РМ во многом предопределяют многоуровневость и многоальтернативность характера решений, которые должны приниматься в ходе РМ при выявлении объектов. При этом решения по данным РМ на j-м этапе обеспечивают принятие решений на (/+1)-м этапе. Следовательно, если определить функцию обработки на j-м этапе как f/(r/), вектор параметров г/, задать начальную вектор-реализацию для обработки г0, то весь процесс обработки данных РМ можно описать рекуррентно в виде:

г/=fj-i

Под функцией обработки f(r,-) понимается совокупность процедур обработки, которым подвергается вектор-реализация г,- на j-м этапе. К настоящему времени разработан широкий спектр методов обработки данных РМ [1, 3], но каждый из них дает приемлемые результаты лишь при определенном характере входных данных, например оценка плотности распределения РЭС на местности [3]. Следовательно, для обеспечения своевременности и достоверности данных в ходе обработки необходимо определять ее процедуры и задачи, для решения которых добываемые в случайные моменты времени данные РМ могут быть применены наилучшим образом.

В основе способа «трассовой обработки данных РМ лежит «мозаичная» схема накопления информации, согласно которой для каждого этапа обработки j формируется матрица Mj = Цгу, г/2, ..., rjm|| (на рис. 1 представлен пример формирования матрицы М1 - таблицы ИРИ). Перед вставкой строки rj в матрицу Mj производится поиск по ключевым элементам ее строк на предмет наличия объекта с соответствующими характеристиками: jK] = jK]. Если такой объект найден и данные о нем поступали в течение времени, не превышающего время старения данных

РМ, то строки объединяются (*>=1> иг;(), иначе - в матрицу Му

добавляется новая строка г,-. Наращивание количества значащих элементов строк матриц по «мозаичной» схеме за счет учета ранее добытых данных и сопоставления их со вновь поступающими является необходимым условием для обеспечения полноты и достоверности данных обработки.

А/<^стар ^

\\

\к \к

Г„[*] = !•„[£]*•.•

Л t f XY V X CS main M T .txt

13.01.09 ^ 18:20:21 <2400 7353425 42.5432) ' Щ 1

/ ) \ ** 13.01.09 18:20:25. ‘ ' 1.5 (34.2351; 42.9625) 1 B2U

13.01.09 18:20:32 2.2 (34.9324; 42.0976) 1

13.01.09 ^8920:42 2400 (35.3051; 42.5127) Г Д 1 B5J

/3.01.09 .'18:20:49 2.2 (34.9324; 42.0976) Г Д 2

13.01.09 4(8:20:53 . ^400 42jS) > Г 12 2 2^

.13.01.09 .18:21:01 1.5 (34.2351; 42.9625) Т 1Ф 1 р/с ЦУО

usm-.es-; ^8:21:09 t^400 (35.34»ч 42.5432)Г > f .3 1B5 1 > г

13.01.09 18:21:14 2.2 (34.9324; 42.0976) 3 G9H

t f XY V X

13.01.09 18:20:21 2400 (35.3425; 42.5432) ПД 1

количество элементов равно 5

t f XY V X M

13.01.09 18:20:53 2400 (35.3425; 42.5432) ПД 2 1326

количество элементов равно 6 4 + — +

t f XY V X M CS main

13.01.09 18:21:09 2400 (35.3425; 42.5432) ПД 3 1326 1B5 1

количество элементов равно 8

Рис. 1. «Мозаичная» схема накопления данных радиомониторинга

При использовании способа «трассовой» обработки данных РМ количество этапов обработки для каждой входной вектор-реализации является переменной величиной, зависящей от стратегии обработки str и существенности изменений описания ПрО v, (2), вносимых поступившей для обработки вектор-реализацией г,. Для этого после выполнения процедур обработки /-го этапа принимается решение (3) о необходимости обработки этой реализации на (/+1)-м этапе.

Вектор существенности изменений может быть представлен в виде

vJ=

Го, n<£V ------

гдеу7»= 1 T.,n = l,N;

[1, П G V

N - количество изменений описания ПрО на j-м этапе;

V - конечное множество событий, относящихся к существенным изменениям описания ПрО (например, добавление в матрицу Mj вектора

ГД

Стратегия обработки определяется элементом str из конечного множества стратегий обработки STR\ str <= STR. Под стратегией обработки понимается заранее сформированное подмножество этапов и процедур обработки J\ str с J, выполнение которых необходимо для решения задач РМ в сложившейся обстановке. В свою очередь, стратегия обработки может устанавливаться директивно или автоматически, как функция от интенсивности потока данных РМ на входе подсистемы обработки s = Х^вх). Тогда функция принятия решения о необходимости обработки реализации на (/+1)-м этапе примет вид

D]

77=1

где b

'О, (у +1) g str;

Д (j +1) е str.

Процесс формирования «трассы» обработки данных РМ представлен в виде графа на рис. 2, где мощность множества J равна 1/1 = 7. Функции

первого этапа представлены в вершинах 2-4, 6, 7, 24, второго - в вершинах 8-14 и т. д. Вершины 5, 15, 25, 27, 29, 31 являются функциями (3).

Для оценки эффективности способа «трассовой» обработки данных РМ был проведен эксперимент, в ходе которого определялись время обработки реализации в зависимости от количества этапов обработки, математическое ожидание вероятности ошибки первого рода, являющееся частным показателем достоверности обработки, и доля обработанных реализаций среди общего числа вектор-реализаций признаков, являющаяся частным показателем полноты обработки (рис. 3-5).

Значения показателей оперативности, полноты и достоверности определялись из расчетов времени упреждения смены местоположения основных объектов радиоконтроля.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных свидетельствуют о том, что применение способа «трассовой» обработки позволяет вернуть значения показателей оперативности, полноты и достоверности обработки в требуемые пределы. Это обусловливается учетом информации при обработке автоматическим принятием решений о применении тех или иных процедур для обработки поступающих данных

и, следовательно, большей задействованностью процедур обработки данных РМ.

f XY t V T M ... т mode <

- Входная реализация признаков

Описание состояний:

1 - Ввод информации об ИРИ и режиме

2 - Проверка режима

3 - Проверка наличия такого ИРИ в М1

4 - Обновление строки в М1

5 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

6 - Добавление строки в М1

7 - Проверка принадлежности ИРИ к имеющимся в М2 радиосетям

8 - Обновление строки в М2

9 - Перерасчет параметров р/с

10 - Добавление строки (р/с) в М2

11 - Расчет параметров р/с

12 - Определение принадлежности р/с по эталонному описанию (ЭО) и М3

13 - Проверка принадлежности р/с к ЭО и М3

14 - Проверка принадлежности р/с к М3

15 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

16 - Обновление строки в М3

17 - Перерасчет параметров объекта наблюдения

18 - Добавление строки в М3

19 - Расчет параметров объекта наблюдения

20 - Определение состояния и деятельности объекта наблюдения

21 - Определение ценности ОН

22 - Присвоение ОН категории важности

23 - Определение и установление вида наблюдения

24 - Обновление строки в М1

25 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

26 - Определение изменений состояния и деятельности

27 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

28 - Оценка РЭО

29 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

30 - Получение выводов

31 - Проверка целесообразности дальнейшего выполнения

32 - Составление отчета о результатах РМ

33 - Доклад результатов РМ

34 - Управление средствами РМ

Рис. 2. Представление способа «трассовой» обработки данных РМ

в виде графа

t, c

было

стало

Рис. 3. Время обработки входной рэеализации

треб.

N обр 100 -90 -80

70 -60 -50 -40 --И0 -20 -10 0

%

треб.

t ,С

Рис. 4. Полнота обработки при интенсивности посеупления ре ализаций 1/с

M

Рис. 5. Математическое ожидание вероятности

ошибки первого рода

Заключение

Применение способа «трассовой» обработки данных РМ обеспечивает поиск решений по интерпретации добытых данных РМ в зависимости от их полноты, качества и структуры, определяемых возможностями средств добывания этих данных, а также применяемой стратегией обработки в пределах времени упреждения действий объектов наблюдения радиоконтроля. Организация обработки данных РМ по «трассовой» схеме показывает принципиальную возможность комплексной автоматизации процесса обработки данных в комплексах РМ и предназначена для обеспечения своевременности, полноты и достоверности обработки данных РМ.

Библиографический список

1. Теоретические основы радиоэлектронной разведки / В. Г. Радзиевский, А. А. Сирота. - М. : Радиотехника, 2004. - 432 с.

2. Способ «трассовой» обработки данных радиомониторинга среды со случайными параметрами / А. А. Иванов, А. М. Кудрявцев, А. А. Смирнов, Н. П. Удальцов // Информация и космос. - 2009. - № 4. - С. 10-14.

3. Оценка плотности распределения радиоэлектронных средств на местности с целью радиомониторинга / В. В. Андросов, А. М. Кудрявцев, А. В. Федянин // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. - 2006. - № 6. - С. 139-141.

УДК 621.395.7 А. В. Солуянов

ОЦЕНКА И АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЕТЕЙ ДОСТУПА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

В статье приводится анализ следующих структурных параметров: длина

абонентских линий (АЛ) на магистральных и распределительных участках сети абонентского доступа (САД) ОбТС, ёмкость абонентских кабелей. Выполнен анализ данных параметров для следующих железнодорожных станций: дорожного узла, совмещённого с отделенческим узлом; отделений дорог, внутриотделенческих узлов и ряда классных станций.

длина кабелей абонентских линий, ёмкость абонентских кабелей, сеть абонентского доступа, магистральный участок.