Введение.

Жизнь современного общества немыслима без широкого использования разнообразных средств передачи информации. Эти средства непрерывно совершенствуются и развиваются. Объем информации с каждым годом возрастает, увеличивается дальность связи, более высокими становятся требования к качеству передачи. Наряду с традиционными системами появились и быстро развиваются радиорелейные тропосферные системы связи, системы спутниковой и космической связи. Внедряются весьма перспективные системы передачи информации в оптическом диапазоне волн, системы подвижной связи. [32, 33, 41, 55]

Передача информации по каналам связи существенно усложняется наличием помех и искажений в канале. В этих условиях проблема повышения помехоустойчивости передачи сообщений становятся одной из важнейших при построении современных СПИ.

Все эти системы связи, как правило, являются составной частью сложных комплексов управления (объектами, людьми) и предназначаются для оценки и передачи измерительной информации, характеризующей вектор состояния управляемых объектов, для передачи командной и различного вида связной информации.

Способность комплекса управления выполнить задачу в заданных условиях принято характеризовать его эффективностью. Естественно, что для радио систем управления связи, являющихся частью такого комплекса, целесообразно ввести понятие эффективности, под которой следует понимать способность выполнить задачу в заданных условиях. Эффективность систем управления и связи зависит от ряда факторов, таких как точность, живучесть, надежность, помехозащищенность, верность передачи информации. Так в системах управления движущимися объектами на первый план, как правило, выступает фактор точности оценки параметров движения или точности оценки вектора состояния объекта. Если же такая оценка осуществляется в условиях радиопротиводействия, то большое значение приобретает фактор помехоустойчивости или помехозащищенности радиосистем. При этом требуемая точность оценки вектора состояния объекта должна достигаться в сложной помеховой обстановке, что в значительной степени будет определяться помехоустойчивостью систем управления. При этом часто точность и помехоустойчивость оказываются тесно связанными.

Современные радиосистемы управления представляют собой сложные многофункциональные системы, в которых один и тот же сигнал может использоваться как для измерения параметров движения, так и синхронизации и передачи командной информации. Очевидно, что в таких системах взаимосвязь точности и помехоустойчивости становится еще более тесной.

Под помехозащищенностью системы управления и связи понимают ее способность выполнять задачи в условиях радиоэлектронного подавления (РЭП). Таким образом помехозащищенность представляет собой то слагаемое эффективность систем, которое характеризуется способностью противостоять мерам РЭП. Поэтому количественный критерий помехозащищенности должен согласовываться с критерием эффективности. Так как в качестве критерия эффективности как меры успешности выполнения заданной задачи принимается вероятность ее выполнения, то в качестве критерия помехозащищенности целесообразно принять вероятность выполнения заданной задачи системой в условиях РЭП.

---

В общем случае РЭП включает два последовательных этапа – радиотехническую разведку и радиопротиводействие. Целью радиотехнической разведки является установление факта работы (излучения) радиоэлектронной системы (РЭС) и определение ее параметров, необходимых для организации радиопротиводействия. Целью противодействия является создание таких условий, которые затрудняли бы работу РЭС или вообще привели к срыву выполнения задачи.

Основным способом радиопротиводействия является постановка помех. Постановка помех будет тем эффективнее, чем больше информации о подавляемой РЭС будет выявлено на этапе разведки и использовано при организации радиопротиводействия. Таким образом, помехозащищенность РЭС будет зависеть от технических характеристик РЭС, от взаимного расположения РЭС и аппаратуры разведки и подавления, от тактики использования РЭС, от времени работы и т.д. Сочетание этих характеристик и условий несет случайных характер, поэтому помехозащищенность следует рассматривать для некоторых строго определенных условий.

Помехозащищаемость РЭС определятся ее скрытностью и помехоустойчивостью.

Радиотехническая разведка, как правило, предполагает последовательное выполнение трех основных задач: обнаружение факта работы РЭС (обнаружение сигнала), обнаружение структуры обнаружаемого сигнала (на основе определения ряда его параметров) и раскрытие содержащейся (передаваемой) в сигнале информации. Последняя задача иногда имеет самостоятельное значение. В общем случае раскрытие смысла передаваемой информации позволяет организовать более эффективное РЭП.

Перечисленным задачам радиотехнической разведки могут быть противопоставлены три вида скрытности сигналов: энергетическая, структурная и информационная.

Энергетическая скрытность характеризует способность противопостоять мерам, направленным на обнаружение сигнала разведывательно-приемным устройством.

Структурная скрытность характеризует способность противопостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие сигнала.

Информационная скрытность определяется способностью противопостоять мерам, направленным на раскрытие смысла передаваемой с помощь сигналов информации.

Под помехоустойчивостью РРЭС понимается способность выполнять задачу при действии помех, создаваемых при организации РЭП. Таким образом, помехоустойчивость – это способность РЭС противопостоять вредному влиянию помех. Часто анализ помехоустойчивости осуществляет независимо от причины появления помехи на входе РЭС. Поскольку помехоустойчивость зависит от ряда случайных причин, то количественной мерой ее может быть вероятность Рн нарушения функционирования РЭС при воздействии помех.

Вероятность Рн можно определить вероятность того, что фактическое значение отношения сигнал – шум на выходе приемника РЭС станет меньше некоторого критического q_кр (для заданного вида помехи), при котором функционирование РЭС нарушается, то есть Рн = Р(qq_кр). Помехоустойчивость РЭС зависит от сочетания большого числа факторов – вида (формы помехи), ее интенсивности, формы полезного сигнала, структуры приемника, антенны, применяемых способов борьбы с помехами и т.д. Эти факторы определяют направление исследования помехоустойчивости, которые частично будут рассмотрены в дальнейшем.

---

Таким образом, в условиях воздействия на системы связи средств РЭП существенно возрастает роль динамических систем связи с целью повышения эффективности их функционирования.

Для функционирования динамических систем связи, как правило, необходимо осуществлять наблюдение за текущим состоянием системы (контроль за помеховой обстановкой, контроль функционирования системы и т.д.). Для осуществления наблюдения в систему вводятся соответствующие анализаторы и каналы обратной связи, по которым передается информация о состоянии объектов управления. В настоящее время в основном создаются цифровые каналы обратной связи. Преимущества создания цифровых каналов обратной связи освещены в работах.

Известно, что эффективность функционирования любой динамической системы зависит от того, какова точность информации, поступающей от объекта управления. В свою очередь точность передачи этой информации зависит от статических характеристик измеряемых параметров системы, алгоритма и параметров кодирования и декодирования информации, вида используемых радиосигналов, алгоритма их обработки, статистических свойств каналов связи.

Упрощенная структурная схема канала обратной связи может быть представлена в виде Рис.1.

Наиболее эффективным путем повышения помехозащищенности является использование помехозащищенных методов модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов, а также использование пространственно-поляризованных методов борьбы с помехами. Однако, учитывая, что при передаче сигналов ТУ-ТС используется часть энергетического частотно-временного ресурса оперативных трактов, модемные методы повышения помехозащищенности в данной задаче имеют ограниченную применимость. В связи с этим представляет интерес рассмотрение методов повышения помехозащищенности за счет выбора параметров кодирующих и декодирующих устройств. Действительно, известно, что оптимизация параметров кодера и декодера может позволить в значительной мере либо снизить скорость передачи информации при фиксированной помехозащищенности, либо при постоянстве скорости существенно повысить помехозащищенность.

Для выбора того или иного метода кодирования и модуляции сигналов ТУ-ТС необходимо иметь качественный критерий сравнимости различных способов передачи и на основании этого критерия произвести анализ помехоустойчивости различных методов передачи сигналов телесигнализации в военных системах многоканальной радиосвязи.

Этим вопросам и посвящена настоящая дипломная работа.

Обоснование критерия сравнимости различных способов передачи сигналов телеуправления – телесигнализации.

Особенностью перспективных динамических систем связи будет являться наличие автоматизированной системы управления средствами и комплексами связи. Известно, что все системы управления можно разделить на две группы:

---

1). Системы, в которых для формирования управления используются только априорные данные.

2). Системы, в которых для формирования управления используются прямые или косвенные наблюдения за состоянием объекта управления.

Первую группу систем можно назвать программными системами управления. Вторую группу – позиционными системами управления. Из того факта, что в позиционных системах используются наблюдения за состоянием объекта управления при выработке решения субъектом управления, должен существовать канал измерений.

Будем считать, что всякая позиционная система является замкнутой (т.е. фактически определяем замкнутую систему управления как систему с каналом измерений, каналом обратной связи). Поведем здесь упрошенное определение характера взаимосвязей показателей качества измерения и показателей качества функционирования системы связи.

На основе анализа этих взаимосвязей будет осуществляться выбор критерия сравнимости функционирования каналов измерения (каналов телесигнализации).

Для установления общих взаимосвязей воспользуемся результатом, полученным в работе, где проведена классификация каналов измерения в замкнутых системах на три группы:

1. Каналы телесигнализации (ТС), обеспечивающие полную обратную связь, т.е. обеспечивается абсолютно точное измерение всех координат вектора состояния объекта управления.

2. Каналы ТС, обеспечивающие неполную обратную связь. В этом случае, часть координат вектора состояния может измеряться с некоторой конечной погрешностью, либо абсолютно точно, а часть координат измеряется с бесконечно большой погрешностью (либо, что тоже самое вообще не измеряться).

3. Каналы ТС, обеспечивающие стохастическую обратную связь, т.е. измерение всех координат вектора состояния (или хотя бы части координат) проводится для случайных шумов (с конечной погрешностью).

Очевидно, что в реальных условиях мы всегда будем иметь дело с каналами ТС третьей и второй групп. Однако анализ систем с каналами первой группы может позволить установить некоторые потенциально достижимые характеристики системы со стохастическими характеристиками.

Учитывая ограниченный объем дипломного проекта, здесь приведены результаты только для линейных стохастических систем. В соответствии с этими работами везде ниже предполагается, что уравнение состояния, описывающее работу объекта управления имеет вид:

dx(t)=(Ax+BU)dt+Fd(t) (1)

где: - матрицы A,B,F не зависящие от x и U;

• x(t) – вектор состояния объекта управления;

• (t) – стандартный винеровский процесс.

В качестве критерия оптимальности выбирается функционал:

Задача минимизации (2) при ограничении (1) в данной работе решается для каналов ТС, указанных выше групп, следующим образом:

а) обеспечена полная обратная связь, т.е. наблюдение z(t)=x(t) (3), тогда оптимальное управление для данной задачи

---

U
(x)= - D^-1 B^T G(t) X(t) (4), а соответствующее среднее значение функционала

б

) обеспечена неполная обратная связь, причем часть наблюдаемых компонент вектора наблюдается на фоне шумов. В этом случае имеется вектор Х наблюдаемых координат. Показатели качества принимают вид:

где: С^(ij) и E^(ij)(i,j=1,2) – блоки матриц С и Е, входящих в выражение (2).

Уравнение состояния и уравнение наблюдения принимают вид:

d

(7).

x(t)=(A₁x+A₂Z+B₁U)dt+Fd(t)

dz(t)=(S₁x+S₂Z+B₂dt+Фd(t)

Тогда оптимальное уравнение для данной задачи принимает вид:

U(t)= -D^-1B^TG(t)y(t) (8),

а соответствующее среднее значение функционала:

Q(t)=Q₀(t)+1/2y^TG(t)y (9)

где – G(t) – решение уравнения (5)

- y=[m/z];

- [m(t)] – вектор апостериорных математических ожиданий составляющих процесса z(t);

- r(t) – матрица вторых моментов процесса (t);

в) Для случая стохастической обратной связи

dx(t)=(AX+BU)dt+Fd(t) (11)

r(t)=S(t)*x(t)+Фd(t)/dt (12)

Оптимальное уравнение для данной системы принимает вид:

U(t)= -D^-1B^TG(t)m(t) (13),

а среднее значение функционала (2)

Q(t)=Q₀(t)+1/2m^TG(t)m (14)

где –

• m – математическое ожидание процесса (x,t);

• Г – матрица вторых моментов этого процесса;

• N=Ф*Ф^Т;

• G – матрица, определяемая из уравнения (5).

В случаях “б” и “в” моменты “m” и “Г” могут быть найдены из уравнений:

m’ =(f+Am+SГ+P)^T*N^-1(Z-G-Sm) (16);

Г’ =A Г+ ГA^T+F*F^T-(S Г+P)^TN^-1(S Г+P) (17);

Г(t₀)=Г₀; m(t₀)=m₀;

Апостериорное среднее m(t) является решением последних уравнений и представляет собой оптимальную оценку для процесса x(t) (оценка Каимана-Бьюси). Такие оценки получаются в системе измерения, описываемой уравнениями:

x’=f(t)+A(t)x+f(t)d(t)/dt (18)

z(t)=g(t)+S(t)x(t)+Ф(t)d/dt (19).

Из рассмотренного выше можно сделать следующие выводы:

1. Сопоставление выражений для оптимального управления (13),(8),(4) показывает, что для формирования управления во всех трех рассмотренных случаях используются апостериорные средние оценки вектора состояния на выходе канала ТС. Алгоритм управления идентичен во всех трех случаях, причем, что примечательно, в самом оптимальном регуляторе не используется матрица вторых моментов оценки вектора состояния. В силу этого такой регулятор может быть назван детерминированным. Таким образом, если представить детерминированную систему управления бу шумов, значение вектора состояния которой совпадает с вектором апостериорных математических ожиданий стохастической системы, то оптимальные регуляторы и сами управления U(t) в обеих системах будут полностью совпадать.

2. Линейная стохастическая система управления с показателями качества (2) или (6) состоит из двух относительно не зависимых систем: оптимального регулятора, о котором шла речь в пункте 1, и системы оценки первых и вторых моментов вектора состояния, описываемой уравнениями (16), (17), (18), (19).

---

Смотрите также файлы

• Техническое задание.doc

• Диплом.doc

• спич.doc

• help.doc

• Content.doc