автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Метод оценки влияния уровня защищённости информационных каналов системы связи INMARSAT на эффективность автоматизированной системы управления движением судов

На правах рукописи

МИСНИК Евгений Андреевич

МЕТОД ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ УРОВНЯ ЗАЩИЩЁННОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ

Специальность:

05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2010

4855664

Работа выполнена на кафедре «Технические средства судовождения и связи» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Вишневский Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических паук, доцент

Ведущая организация:

Варжапетян Артемий Георгиевич Чертков Александр Александрович

ОАО НПФ «Меридиан»

Защита состоится «24» ноября 2010 г. в 14.00 часов в аудитории 235 нг заседании диссертационного совета Д.223.009.03 при Санкт-Петербургско» государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, г.Санкт-Петербург, ул.Двинская, 5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «СПбГУВК» Автореферат разослан октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /• кандидат технических наук, доцент М'

Барщевский Е.Г.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования

Значение спутниковой системы связи INMARSAT для повышения качества автоматизированной системы управления движением судов (АСУДС) чрезвычайно велико. В соответствии с правилом 10 главы IV части - С международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г. (COJIAC - 74) «Радиооборудование — Морские районы А 1, А2 и A3» спутниковая система связи INMARSAT входит как важнейшая составляющая в Глобальную морскую систему связи при бедствии и для обеспечения безопасности плавания (ГМССБ).

В настоящее время спутниковая система связи INMARSAT выполняет связные функции в широкозонных дифференциальных подсистемах, примером может служить европейская система EGNOS (EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Services).

В соответствии с правилом 19.1 главы V МК COJIAC - 74 «Требования к оснащению судов навигационными системами и оборудованием» для обеспечения мер по охране судна спутниковая система связи INMARSAT используется в системе дальней идентификации. Система дальней идентификации (СДИ) начала внедряться с 1-го января 2009 г. и работает в рамках системы судового охранного оповещения. Система INMARSAT предоставляет услуги и персональной связи. Таким образом, многофункциональная система INMARSAT направлена на обеспечение оперативного управления движением судов, на безопасность плавания и принятие экстренных мер при бедствии. Именно поэтому исследование влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы, в том числе и радиолиний дифференциальных поправок, в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех на оценку общей эффективности АСУДС является важной, своевременной и актуальной научной проблемой.

Цель работы состоит в повышении эффективности радиолиний системы INMARSAT, действующих в интересах АСУДС, за счёт повышения электромагнитной защищённости информационных каналов для обеспечения безопасности мореплавания.

Для достижения сформулированной цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать принципы построения, функционирования и общую структуру спутниковой системы связи INMARSAT при использовании в АСУДС.

2. Обосновать выбор критериев оценки качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT.

3. Оценить работоспособность спутниковой системы связи INMARSAT как элемент АСУДС на основе предложенной имитационной модели электромагнитной защищённости информационных каналов.

4. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС.

5. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости

информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на

безопасность мореплавания.

Объектом исследования являются технологические процессы электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, используемой автоматизированной системой управления движением судов.

Предмет исследования составляет влияние узкополосной и ретранслированной помех на электромагнитную защищённость спутниковой системы связи INMARSAT и обеспечение качественного мониторинга и безопасности мореплавания.

Методологической основой исследования являются принципы системного анализа, методы теории сигналов, статистической теории связи, системологии, систем массового обслуживания, управления и принятия решений, математического и имитационного моделирования, теории надёжности.

Основные результаты

В работе получены и выносятся па защиту следующие результаты:

1. Обоснование выбора критериев оценки качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов для использования в АСУДС.

2. Имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех.

3. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС

4. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Практическая ценпость научных результатов

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в математическом обеспечении функциональной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, а также в том, что сформулированные выводы, разработанные алгоритмы и модели могут быть использованы при реализации программ создания и развития АСУДС, включая систему дальней идентификации (СДИ).

Результаты научной работы нашли практическое применение в деятельности ООО «Научно-промышленное предприятие «МАРИНЕРУС» при осуществлении мониторинга в акваториях Балтийского и Средиземного морей, при прогнозировании времени восстановления нормального функционирования радиолиний дифференциальных поправок ШДПС, передаваемых по информационным каналам спутниковой системы связи INMARSAT; они используются в учебном процессе в СПГУВК по специальности 180402.65 «Судовождение на морских путях».

Апробация работы

Полученные результаты докладывались на:

• Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной 200 - летаю транспортного образования в России, «Водные пути России: история и современность» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Международной научно-практической конференции, посвящённой 200 -летию подготовки кадров для водного транспорта России, «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Научных семинарах кафедры.

Публикации результатов работы

По теме диссертации опубликованы 8 научных статей, в том числе 3 - из перечня журналов, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Российской Федерации.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы составляет 196 страниц, в т.ч. 156 страниц основного текста, 64 рисунка, 30 таблиц, список используемых источников из 83 наименований и 2 приложения.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведён анализ функциональных возможностей спутниковой системы связи INMARSAT

Основными достоинствами этой систем являются глобальность рабочей зоны, высокая доступность и надежность.

Роль и значение системы INMARSAT трудно переоценить, так как эта система является, с одной стороны, важной составляющей Глобальной Морской Системы Связи при Бедствии и для Обеспечения Безопасности (ГМССБ). С другой стороны, эта система обеспечивает услуги персональной подвижной спутниковой связи. Кроме того, система используется как важная часть в Широкозонных Дифференциальных Подсистемах (ШДПС), а также в Системе Дальней Идентификации судов (СДИ).

Система связи INMARSAT построена на основе четырех геостационарных спутников, координирующих станций сети (КСС), береговых земных станций (БЗС) и судовых земных станций (СЗС) (смотри рисунок 1).

В спутниковую систему связи INMARSAT входят четыре основные части: 1. Космический сегмент, включающий в себя действующие и запасные спутники с ретрансляторами;

. Сеть береговых земных станций - БЗС (Land Earth Station - LES);

. Парк терминалов для подвижных земных станций (Mobile Earth Station - MES), устанавливаемых на подвижных объектах;

4. Пункты управления техническими средствами INMARSAT - Центр управления связью (Network Operation Center — NOC) и Центр управления спутниками (Satellite

Рисунок 1. Структурная схема системы связи INMARSAT

На территории РФ мониторинг судов на ВВП возможно обеспечить при i помощи спутниковой системы связи INMARSAT. При этом там, где технические средства АСУДС установлены, построенная на основе INMARSAT система идентификации судов будет дублировать наземную систему идентификации судов. 1

Кроме этого, согласно п.5.4 ТЭТ СУДС, возможно использование радиолиний INMARSAT в качестве альтернативных линий связи. Причём, при наличии проводных, радиорелейных, волоконно-оптических линий связи радиолинии INMARSAT будут использоваться как резервные. При отсутствии наземных линий связи радиолинии INMARSAT возможно использовать как основные линии связи между центрами АСУДС и судами.

Результаты анализа функциональных возможностей спутниковой системы связи INMARSAT показывают её глобальный и универсальный характер.

Во второй главе рассмотрены условия функционирования спутниковой системы связи INMARSAT, такие как способы формирования и демодуляции сигналов, порядок передачи сигналов, особенности и различные показатели радиоинтерфейсов.

Формат радиосигналов в спутниковой системе связи INMARSAT рассмотрен на примере системы связи INMARSAT - В, которая является системой с цифровой обработкой информации при обеспечении всех видов услуг связи.

Передача информации осуществляется двухпозиционной фазовой манипуляцией ФМ-2 с канальной скоростью R=6 Кбит/с, с использованием \ временного уплотнения, сверточного кодирования и относительной скоростью 1 /2 и полосой пропускания радиоканала, равной 10 кГц. Формат кадра общего канала связи «Инмарсат-В» приводится на рисунке 2, где СинхрС - синхрослово; ИП -информационное поле; НК - номер кадра в электронной доске объявлений КСС I (БС); С - сигнализация; СИ - служебная информация; ПК — информационные каналы.

Длительность кадра Тк, составляет 0,264 с. Пакет синхросигнала (СС) состоит из 32 бит и предназначен для обеспечения кадровой синхронизации. Пакет НК состоит из 8 бит и предназначен для уточнения просмотра позиций, приводимых на различных страницах электронной доски объявлений КСС (БС).

Рисунок 2. Формат кадра общего канала связи спутниковой системы «INMARSAT - В»

Способы формирования сигналов в спутниковой системе связи INMARSAT рассмотрены на примере формирования и преобразования сигналов в подсистеме INMARSAT - С. Последовательность преобразования данных и сигналов в передающем тракте судовой земной станции (СЗС) INMARSAT - С приведена на рисунке 3.

В качестве квазислучайной скремблирующей кодовой последовательности выбирается циклическая М-последовательность (последовательность максимальной длины), формируемая с помощью 15-битового регистра и суммирования по модулю 2 битов, снятых с разных разрядов регистра. Для повышения помехозащищённости скремблированная кодовая последовательность поступает на вход кодера со свёрточным кодированием с кодовой скоростью R=l/2, кодовым ограничением К=7 и образующими полиномами вида: G i= 1 +х2+х3+х5+х6= 1011011; G2=l +х+х2+х3+х6=1111001.

Таким образом, излучаемые сигналы системы INMARSAT - С имеют высокую электромагнитную совместимость с сигналами других систем, в частности, с сигналами, передаваемыми по радиорелейным линиям.

Последовательность операций на приёмной стороне является обратной по сравнению с последовательностью операций на передающей стороне.

Последовательность преобразования данных и сигналов в приёмном тракте судовой земной станции (СЗС) INMARSAT - С приведена на рисунке 4.

Данные с

Рисунок 3. Последовательность преобразования данных и сигналов в передающем тракте судовой земной станции (СЗС) INMARSAT - С

Рисунок 4. Последовательность преобразования данных и сигналов в приёмном тракте судовой земной станции (СЗС) INMARSAT - С

Порядок передачи радиосигнала в системе INMARSAT рассмотрен на примере передачи сигнала судовой спутниковой станции INMARSAT - С.

Особенности радиоинтерфейсов спутниковой системы связи INMARSAT рассмотрены на примере стандарта INMARSAT - М.

Структура кадра общего канала, капала назначения и узколучевых каналов координирующей станции представлены на рисунке 5.

*ASCII -(англ. American Standart Code for Information Interchange) Американский стандартный код для международного обмена информацией. ASOI представляет собой 7-битную кодировку для представления десятичных цифр, латинского и иациональпого алфавитов, знаков препинания и управляющих символов. В компьютерах обычно используют 8-битные расширения ASCH.

1584 бита (0,264 с)

Кадровая синхрокомбинация Информационное поле

32 бита Данные после снят 1552 бита ия помехоустойчивого кода (776 бит)

Суперкадровая синхронизация ВО 0 ВО 1 ВО 2 ВОЗ ВО 4 ВО 5 ВО 6 ВО 7

8 бит 96 бит 96 бит 96 бит 96 бит 96 бит 96 бит 96 бит 96 бит

Рисунок 5. Структура кадра общего канала, канала назначения и узколучевых каналов координирующей станции

В системе используются:

помехоустойчивое кодирование с номинальной скоростью кодирования (НСК) равной /4 с порождающими полиномами

Gi=x6+x5+x3+x2+1 и G2=x6+x3+x2+x+1; аддитивный скремблер с образующим полиномом G=xi5+x+] и начальной установкой 110100101011001; метод доступа - МДВР.

Кадровая синхрокомбинация имеет вид 01001000010101110110001111100110. Таким образом, в работе представлены способы кодирования и декодирования радиосигналов в спутниковой системе связи INMARSAT, применяемые для улучшения её электромагнитной защищённости и совместимости.

В главе 3 рассмотрена и проанализирована электромагнитная защищённость информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех.

С учётом выбранной модели сигналов и помех при решении задач анализа и синтеза структуры сигналов, оптимальной в условиях воздействия взаимных помех, используется количественная оценка структурного различия сигналов и помех, представляемая коэффициентом взаимного различия, введённым профессором A.A. Сикаревым:

2

L тр* J

{Zri(t)Ziik(t)dt + JZn(t)Z,,(t)dt

гДе Znk(t)- функция, сопряжённая с Znk(t) по Гильберту;

(1)

Zri(t) и - интегрируемые в квадрате на [0,Т] функции, описывающие

структуру 1- го сигнала и к-й помехи;

Для оценки электромагнитной защищенности построена математическая модель коэффициента взаимного различия синхросигнала и помех. Эта методика использует понятие критериев - площади поля поражения сигнала (ПППС) и

коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов (ЭМЗИК) - Кэмз.

Вначале вычисляем двухмерный нормированный коэффициент взаимного различия (KBP) (g20) в случае воздействия на метку времени спутниковой системы INMARSAT узкополосной помехи. Метка времени спутниковой системы INMARSAT представляет собой синхронизирующую тридцатидвухсимвольную последовательность {а^}™: 01001000010101110110001111100110. Соответствующие указанным помехам и сигналам КВР имеют вид модели (2)

1 smax(y-l)

N2 лх

где а?„

^Гехр j(y/tii - 2япх) - Sm ехр(- jnxf^ схр j(i//rn - 2mvc)

Е-i.i]; j-e [-i,i]

(2)

2 л АП М Т <о0 Т

¥т = а,пя > агг <= 1} " кодовая последовательность г-го варианта сигнала. При незамирающих сигналах и замирающей сосредоточенной помехе вероятность ошибки в рассматриваемом случае определяется по формуле:

Р =

1 -Ф

л/2h

Л

о/' + ^о.

где Ф(а) = J— ^e~u'i2dU - функция Крампа. Из этого выражения следует:

2 hi

(3)

(4)

где Ф"'(1-2Р

лоп) _ функция, обратная Ф( 1 -2РД0П); И 0 - величина 1гс, необходимая в канале только с флуктуационным шумом для получения требуемого значения вероятности ошибки (Рфеб). Полагая Рфсб = 5-10"6, что соответствует Ь20 = 10, а также Рдоп = 10 1, на основании (4) получим значение 8Доп= Ю. Считая Ъ2П = 30; 102; 3-101; Ю\ по формуле:

С = (5) К,

получаем 4 уровня сечения КВР (С), соответственно: С = §20г доп = 0,3(а); 0,1(6); 0,03(в); 0,01 (г).

Рис. 6. КВР сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии узкополосной помехи

Рис. 7. ПППС сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии узкополосной помехи

Подставляя в формулу (2) значения ц/т, (т.е. атя), с помощью пакета прикладных программ "MathCad" получаем рельеф двухмерного нормированного КВР и ПППС метки времени системы INMARSAT (см. рис. 6 и рис. 7).

Значения расчётов ПППС и коэффициентов электромагнитной защищённости Кэш на четырёх уровнях КВР а), б), в), г) приведены в таблице 1:

_ __Таблица 1

Вариант Уровень (С) nnnc(ir) Кэмз

а 0,3 0 1,00

б 0,1 0 1,00

в 0,03 53 0,88

г 0,01 106 0,76

Таким образом, при воздействии узкополосных помех только в случае значительной их энергетики (h2n = 103) электромагнитная защищённость радиолиний спутниковой системы INMARSAT значительно ухудшается, уменьшаясь до 76%.

В случае воздействия на метку времени спутниковой системы INMARSAT ретранслированной помехи, представляющей собой подобие сигнала, сдвинутого на At и АО. относительно "полезного" сигнала:

Z'n(f)=Zr(t,&t,AQ), (6)

получаем рельеф двухмерного нормированного коэффициента взаимного различия (КВР) по формуле:

sl{x,y)-

ехр-

+ ехр

■mh I ' ¡.111 U V J -2™l ^

J—ll-LV -Щ----—-

TEC

~N

. m(y' - к)

N

7K

~N

Г 1

(7)

2ж Л12 , Д? г , .1 / г , л 1.1 „ , „ ,, ,

1 1чТ0 О)0 1

Считая, что в радиолинии имеют место независимые рэлеевские замирания сложного сигнала и ретранслированной помехи, а также число составляющих в частотно-временной матрице М = 3, согласно выражению для вероятности ошибки, получаем:

А-1,

(В)

где Ь20 - величина Ь2С, необходимая для обеспечения в канале только с флуктуационным шумом требуемого значения вероятности ошибки (Ртреб)- Полагая Р-греб = Ю"4, что соответствует Ь20 = 40, а также Рдоп = 10"2 на основании (8) имеем 5Доп~ 3. Считая Ь2, = 10; 30; 102, по формуле (5) получаем соответствующие уровни сечений: С = 0,3(а); 0,1(6); 0,03(в).

Представив, что ретрансл1фованная помеха сдвинута относительно полезного сигнала в пределах Д1, т.е. к=0, подставляем в формулу (7) значения {ат} и с

помощью пакета прикладных программ "МаШСас!" получаем рельеф двухмерного нормированного .КВР (см. рис. 8). Затем, меняя к, рассчитаем КВР и сравним ПППС и Кэмз (см. рис 9-13)

Рис. 8. КВР сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=0)

Рис. 9. КВР сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=1)

Рис. 10. П1ТТТС сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=0)

Рис. 11. ПППС сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=1)

Для сравнения электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT при воздействии узкополосной и ретранслированной помех удобно свести результаты расчётов в таблицу (см. таблицу 2)

Рис. 12. КВР сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=2)

Рис. 13. ПППС сигнала спутниковой системы INMARSAT при воздействии ретранслированной помехи (к=2)

Уровни Виды помехи

УII РП (к=0) РП( к=1) РП (к=2)

Вариант КВР пппс Кэмз пппс Кэмз пппс Кэмз пппс Кэмз

а 0,30 0,00 1,00 53 0,88 0,00 1,00 0,00 1,00

б 0,10 0,00 1,00 194 0,56 84 0,81 0,00 1,00

в 0,03 53 0,88 340 0,23 415 0,06 406 0,08

г 0,01 106 0,76

Анализируя полученные результаты, можно сказать, что при воздействии узкополосной сосредоточенной помехи её корреляционные свойства с сигналом метки времени в спутниковой системе связи INMARSAT существенно проявляются при С <0,03. В других случаях поле поражения сигнала отсутствует, поэтому можно считать электромагнитную защищённость информационных каналов абсолютной, т.е. Кэмз=1. В условиях воздействия ретранслированной помехи её корреляционные свойства с синхросигналом спутниковой системы связи INMARSAT ослабевают при С< 0,3, и особенно при к>1. Например, при к=2, т.е. при значительном сдвиге ретранслированной помехи относительно синхросигнала, поле поражения сигнала проявляется лишь при С < 0,03. Во время воздействия ретранслированной помехи и её сдвижке относительно полезного сигнала в пределах At (k=0) на уровне сечения КВР, равном 0,03, электромагнитная защищённость падает до 23%. При повышении уровня сечения КВР электромагнитная защищённость возрастает и на уровне С=0,3 составляет 88%. Если ретранслированная помеха сдвинута относительно полезного сигнала на один знак кодовой последовательности, то при малом С=0,03 электромагнитная защищённость падает до 6%, но при увеличении С она резко возрастает и при С=0,3 составляет 100%. Ещё более ярко это видно при сдвиге ретранслированной помехи относительно полезного сигнала на два знака (к=2), в этом случае при С=0,03 электромагнитная защищённость составляет 8%, а уже при С=0,1 она равна 100%. Таким образом, можно сделать вывод о том, что случай воздействия ретранслированной помехи при к=0 является наиболее опасным.

В работе производится оценка зависимости электромагнитной защищённости информационных каналов (ЭМЗИК) INMARSAT от изменения соотношений дистанций связи и помех. Произведя расчёты двухмерных нормированных КВР, используем затем формулу (9) для расчёта энергетики помехи:

й»:

^пер ^пер ^пр

(9)

где РЦСрп, Риср - мощности передатчика помех и

полезного передатчика

космического аппарата; ипсрП, Опср - коэффициенты усиления антенн (КУА) передатчика помех и "полезного" передатчика, соответственно; Олр - КУА приемника; 0;:рГг(«) - КУА приемника, принимающего помеху под углом а; гсв/гп -отношение дистанции связи к дистанции помех; Ь2С- величина энергетики сигнала.

Найдя допустимые уровни сечения КВР и определяя на них площади полей поражения сигналов строчной синхронизации (метки времени) Sr = f{h^), с помощью программ "MS Excel" и "MathCad" находим:

c=gL, =f{p^X,rCBirn,hi) (Ю)

Учитывая формулу:

(11)

для вычисления коэффициента Кэыз и "сопрягая" С с Кэмз , получаем математическую модель (12):

(12)

При этом используем величину 5Д0П =10 для случая воздействия узкополосных помех и 8ДОП ~ 3 для случая воздействия ретранслированных помех. Применяя формулу (9), задавая значения отношению Р„срг/Рпср' 0,5; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0, а также Gr,Pn(ayG,in: 0,5; 0,6; 0,8; 0,9 и считая Gncpn = Gnep, получаем различные значения h2„, а значит, и различные значения уровней сечения КВР (С), а также соответствующие им коэффициенты Кэмз при следующих величинах гсв/гп: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0.

В таблицах 4 и 5 для примера представлены результата расчетов значений Кэмз на радиолиниях системы INMARSAT при воздействии узкополосных помех (УП) и ретранслированных помех (РП), соответственно, на рис. 14 и на рис. 15 построены графики зависимостей Кэмз = f(rCB/rn).

___ Таблица 4

G0pTi(tt)/Gnp Гс/г„ 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

РцерП^пя» Коэффициент К!МЗ (УП)

0,9 40 0,5 1,000 0,996 0,984 0,961 0,929 0,889

0,9 40 1,0 0,999 0,987 0,954 0,903 0,841 0,773

0,9 40 1,2 0,998 0,982 0,941 0,880 0,809 0,733

0,9 40 1,5 0,998 0,975 0,921 0,847 0,764 0,681

0,9 40 2,0 0,996 0,961 0,889 0,796 0,699 0,608

Таблица 5

Gnpn(a)/Gnp h\ rjrn 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

РисвП^ пер Коэффициент К,ч, (РП)

0,9 40 0,5 0,973 0,752 0,459 0,274 0,176 0,120

0,9 40 1,0 0,910 0,503 0,245 0,136 0,085 0,058

0,9 40 1,2 0,880 0,436 0,204 0,113 0,071 0,048

0,9 40 1,5 0,832 0,359 0,162 0,089 0,056 0,038

0,9 40 2,0 0,752 0,274 0,120 0,066 0,042 0,029

-Si? - _l.\

—I- -

i\,v

4-

P:icpii/Pii«fr=1.0

• О - - Pacp ii/Pnep-1 ,S

••»:•• Гис pit'Piicp-2,0

0,600 —\ччЧ\:

--»-- Рперп/Рп«р"[,0

—e—Pnepii/Pncpli

PncpivTuep-1 ,S

—Ж— P wpn/Pn ep «2,0

Рис. 14. Графики зависимостей Кэю = f(rCB/r„) при воздействии узкополосных помех на радиолинии системы INMARSAT

Рис. 15. Графики зависимостей Кэт = f(rCB/r„) при воздействии ретранслированных помех на радиолинии системы INMARSAT

Анализируя данные таблиц и рисунки, можно, прежде всего, отметить высокую электромагнитную защищённость навигационных радиолиний INMARSAT при воздействия УП. Так, при гса/гп = 1; Рперп/Рпер = 1; Gnpn(a)/Gnp = 0,9; h20 = 40, в случае воздействия УП, Кэш = 0,987. При таких же условиях, по при воздействии РП, Кэмз = 0,503. Если при воздействии УП гсв/гп = 1,5 и электромагнитная защищённость радиолиний INMARSAT К,м., = 0,954, то при воздействии РП электромагнитная защищённость радиолиний INMARSAT К,ш = 0,245.

Исследование других примеров имитационной модели, которые даны в приложении к диссертации, показывает, что тенденции воздействия помех сохраняются. Таким образом, узкополосная помеха имеет либо слабое воздействие на радиолинии INMARSAT, либо вообще не влияет на функционирование радиолиний. При тех же условиях функционирования ретранслированные помехи наносят спутниковой системе INMARSAT значительный урон, и её электромагнитная защищенность требует существенного повышения.

В четвертой главе Показана методика расчёта общей эффективности АСУДС, использующей радиолинии спутниковой системы связи INMARSAT. Проведён анализ влияния электромагнитной защищённости спутниковой системы связи INMARSAT на эффективность её радиолиний в АСУДС. Рассмотрены возможности улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи и всей АСУДС.

При выборе показателей качества системы учитываются показатели, в наибольшей степени характеризующие качество системы.

В качестве одного из показателей общей эффективности АСУДС, включающей систем}' связи INMARSAT, можно использовать вероятность своевременной передачи i-ro сообщения, определяемую по формуле:

Рсв| Р(^пер]—^доги) [Кэш+(1 Кэмз)е где: X - интенсивность отказов;

ц - интенсивность восстановления; I - время безотказной работы системы и момент начала воздействия взаимных помех;

^оп - допустимое время прохождения информации в системе; причём, выполняются равенства:

(13)

ц ■ Т' Л+ц Т+т 1 + у где т — время простоя радиолинии. Вычисляя Кэмз с использованием ГГППС, можно определить у, и тогда, например, при р=2 получим величину А. и Рга0СВр. В соответствии с выражением (13) на рисунке 16 построен график зависимости РСТм=^К,Мз,(101г)

Рис. 16. График зависимости Рсв;=Г(КэшДд0П)

Анализируя расчёты и график, видно, что:

1. При повышении электромагнитной защищённости информационных каналов наблюдается рост вероятности своевременного прохождения сообщения, причём, при Кэмз € (0^0.8) рост вероятности своевременного приёма сообщения незначителен: так, при 1даП=2 мин и Кэю=0,8 - Рсв=0,03;

2. При Кэю £ (0.8^-0.9) вероятность своевременного приёма сообщения начинает изменяться: так, при 1доП=5 мин и К)мз=0,8 - Рсв=0,067, а при ^<,„=5 мин и Кэмз=0,9 Рсв=0,3, т.е. больше в 4,5 раза.

3. Резкий рост вероятности своевременного приёма наблюдается при Кэмз>0.9, особенно при Кэш 6 (0.95-0.99).

Как один из показателей общей эффективности можно использовать электромагнитную эффективность, определяемую через поле поражения сигнала (ППС) и коэффициент электромагнитной защищённости информационных каналов Кэмз. Третьим показателем выбрана достоверность, определяемая вероятностью ошибки при поэлементном приёме информации.

Тогда общую эффективность оцениваем по формуле:

Э = ^а1К1+а2Р^<(дм) + а3Р^ (15)

где: &и а2, а3 - весовые коэффициенты при экспертных оценках, причём

ГР=ъ

I

!=1

По результатам расчётов по формуле (15) построены графики зависимости 3=f(K3M3) (см. рис. 17).

Анализируя графики, следует отметить, что общая эффективность АСУДС, включающей радиолинии системы связи ИНМАРСАТ, почти линейно зависит от

электромагнитной защищенности информационных каналов. Как свидетельствуют экспертные оценки, чем больше внимания уделяется исполнению организационно-

технических мероприятий по повышению ЭМЗИК на спутниковых радиолиниях системы ИНМАРСАТ, тем большей эффективности системы управления движением судов можно ! добиться, т.е. управление будет более

качественным и оперативным, j При использовании

информационных каналов

спутниковой системы связи ( INMARSAT в системе EGNOS необходимо оценить влияние электромагнитной I защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на эффективность их функционирования в этой системе. Математическое моделирование в этой области следует увязывать, с одной стороны, с выбором количественных критериев навигационной безопасности мореплавания, а с другой стороны, с выбором количественных критериев ЭМЗИК спутниковой системы связи I INMARSAT.

Вероятность точности обсервации судна может быть получена по формуле:

Pro = х Кэиз (17)

где: РБГТ - вероятность безопасного плавания при плавании среди навигационных опасностей, она определяется по формуле:

1 здесь D — расстояние до ближайшей опасности; | М - радиальная среднеквадратичная погрешность;

Кэмз - коэффициент электромагнитной защищённости радиолиний спутниковой системы связи INMARSAT.

1 Ра счёт вероятности Р6п по формуле (18) производился с помощью таблицы 4.18 МТ-2000 по аргументам D и М. Например, для обеспечения достаточно высокой вероятности безопасного плавания в районе с несколькими навигационными опасностями, равной Pg„ = 0,982, и для обеспечения М = 0,2

Рисунок 17. График зависимости Э=1"(Кэмз)

морских миль Б должно быть не меньше 0,4 морских миль. Такое же значение Р6п имеет место при М = 0,4 и Б = 0,8, при М = 0,6 и Б = 1,2, при М = 0,8 и Б = 1,6, при ' М = 1,0 и Б = 2,0. Как видим, при таких же соотношениях между М и Б, но при 1 метровой радиальной среднеквадрагической погрешности, что может быть I-обеспечено лишь в дифференциальном режиме при высокой электромагнитной 1 защищенности линий дифпоправок, значение г^п должно сохраниться.

Результаты расчётов значений вероятностей Рхо представлены в таблице 6. На рис. 18 построены графики зависимостей Рто = Г(К,,„) при нескольких табличных значениях Р6„ (из таблицы 4.18 МТ-2000).

Таблица 6

Рби Коэффициент К,М!

0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 1 0,98 0,99 1,00

Рто

0,763 0,687 0,694 0,702 0,710 0,717 0,725 0,732 0,740 0,748 0,755 0,763

0,859 0,773 0,782 0,790 0,799 0,807 0.816 0,825 0,833 0,842 0,850 0,859

0,923 0,831 0,840 0,849 0,858 0,868 0,877 0,886 0,895 0,905 0,914 0,923

0,961 0,865 0,875 0,884 0,894 0,903 0,913 0,923 0,932 0,942 0,951 0,961

0,982 0,884 0,894 0,903 0,913 0,923 0,933 0,943 0,953 0,962 0,972 0,982

Как видно из таблицы 6 и графиков рисунка 20, при заданных различных табличных величинах Р6п зависимость вероятности Рто от Кэмз

также близка к линейной, повысить|

точность обсервации судна возможно за|

счёт более высокой электромагнитной защищённости радиолиний

дифференциальных поправок.

Например, требования ИМО к

точности обсервации судов в _

стеснённых условиях плавания Рис {8 Графики зависимостей Рто = Г(К1М,) при |

могут оыть исполнены с заданных различных табличных значениях Рб„.

вероятностью 95%, при ,

табличной величине Р6п = 0,982, вероятность электромагнитной защищённости радиолиний дифференциальных поправок определяется так: |

к = = 967 (19) !

Р6а 0,982

То же самое значение Рто при меньшей величине Рбп (допустим, РбП = 0,961 )| может быть обеспечено за счёт принятия мер но увеличению коэффициента; электромагнитной защищённости радиолиний дифференциальных поправок, а| именно:

= ^^ = 0,989 (20)

Р6п 0,961

Для оценки эффективности функционирования спутниковой системы связи INMARSAT в системе EGNOS воспользуемся выражением (15), при этом заменив вероятность ошибки Рош на Рто. Таким образом, получим следующую формулу:

Э=7а|К^+а2Р^(/</Д011)+а3Р; (21)

Результаты расчётов сведены в таблицу по данным которой на рисунке 19 построены графики оценки общей эффективности радиолиний спутниковой системы связи INMARSAT в системе EGNOS.

Из графиков видно, что зависимость эффективности

использования радиолиний

спутниковой системы связи INMARSAT в системе EGNOS близка к линейной при Кэмз от 0,90 до 0,99. Причём, чем больше уделяется внимание

электромагнитной защищённости информационных каналов, тем выше эффективность

спользования спутниковой

системы связи INMARSAT для ередачи дифференциальных оправок в системе EGNOS, ледовательно, выше безопасность лавания.

В эталонной модели взаимодействия открытых систем по стандарту 1ЭК/ИСО 7498-2 принята 7-уровневая иерархия функций взаимодействия. В целях беспечения ЭМЗИК радиолиний на различных уровнях можно определить 1екоторые направления решения проблемы. К ним относятся: . Динамическое формирование сигналов и протоколов их передачи при повышении омехоустойчивости на физическом уровне.

. Динамическое управление защитой радиолиний: своевременное распознавание омех и принятие мер на канальном уровне.

. Адаптивное управление частотными, маршрутными и аппаратурными ресурсами.

В работе рассмотрены методы улучшения ЭМЗИК спутниковой системы связи ММАРЗАТ включающие следующие признаки: этапы жизненного цикла создания адиоэлектронных средств связи; системный подход к решению задач лектромагнитной защищенности; технические и организационные способы рименения; используемый ресурс.

Кэиэ

—•—а1=0,6; аЗ=0,1 л ¿3=0,2 а 1=0,4; а3=0,3

ч а1 =0,3; аЗ=0,4 -•—а1=0,2; аз=0,5 -*-а1=0,1, аЗ=0,6

Рис. 19. Графики оценки эффективности использования радиолиний спутниковой системы связи INMARSAT в системе EGNOS

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе представлено решение актуальной научной задачи повышения эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемой в интересах АСУДС и являющейся важным компонентом и ГМССБ, и ШДПС, и дальней АИС (СДИ), за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов, мониторинга при повышении точности местоопределения судна в целях обеспечения безопасности плавания, оперативности управления флотом.

В итоге исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Выполнен анализ принципов построения, функционирования и общей структуры спутниковой системы связи INMARSAT;

2. Обосновано применение критериев оценки качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов;

3. Предложены имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT при воздействии узкополосной и ретранслированной помех.

4. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС, а также в системе ШДПС EGNOS.

5. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT н безопасность мореплавания.

IV. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, предусмотренных «Перечнем изданий ВАК»:

1. Вишневский Ю.Г., Мисник Е.А. «Обеспечение электромагнитной защищённост информационных каналов спутниковых линий связи и обсервации». Морска радиоэлектроника, 4(22), дек. 2007. С.36.

2. ВишневскийЮ.Г. Мисник Е.А. Бессмертная Т.Н. «Электромагнитна защищённость информационных каналов ИНМАРСАТ и точность обсервацт судна». Морская радиоэлектроника, 2(28), июнь 2009 С.18.

3. Вишневский Ю.Г Фам Ки Куанг Мисник Е.А «Анализ воздействия взаимных поме: на спутниковую радионавигационную систему ГЛОНАСС». Вопрось радиоэлектроники. Вып. 1, М., 2010, С. 117-120.

В других изданиях:

4. Фам Ки Куанг., Мисник Е.А. Предпосылки использования ШДПС дл: совершенствования радионавигационного обеспечения России. - Материаль межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов

посвященной 200-летию транспортного образования в России, «Водный транспорт России: история и современность». Книга 3.- СПб.: СПГУВК, 2009. - С. 122-125.

Вишневский Ю.Г. Мисник Е.А. «Обеспечение системы дальней идентификации судов средствами спутниковой системы связи ИНМАРСАТ». Журнал университета водных коммуникаций, выпуск I. СПб.:СПГУВК, 2010. - С. 112-114.

Вишневский Ю.Г. Мисник Е.А. Пащенко И.В. «Оценка эффективности системы ИНМАРСАТ по трем показателям» Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 200-летию подготовки кадров для водного транспорта России, «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление». СПб.:СПГУВК, 2009. С. 108-109

Мисник Е.А. «Роль и значение системы INMARSAT в системе EGNOS». Журнал университета водных коммуникаций, выпуск IV, СПб.:СПГУВК, 2009 С. 157 - 159.

Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг., Мисник Е.А. «Электромагнитная защищённость информационных каналов ШДПС в условиях воздействия узкополосных помех». Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 200-летию подготовки кадров для водного транспорта России «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление». - СПб.: СПГУВК, 2009. - С. 105-107.

Г"

£

,/ £

о

/ С

/

Печатается в авторской редакции

1одписано к печати: 21.10.10 Сдано в производство 21.10.10 зормат 60x84 1/16 Усл.-печ.л. 1,20 Уч.-изд. л. 1,5 __Тираж 60 экз._Заказ № 146_

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций 198035, Санкт-Петербург, ул.Двинская, 5/7

Отпечатано в типографии ФГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT

1.1. Общая характеристика системы INMARSAT.

1.2. Организация построения^спутниковой системы связи INMARSAT

1.3. Использование INMARSAT в широкозонных дифференциальных подсистемах.

1.4. Использование системы INMARSAT в Системе Дальней* Идентификации.

1.5. Использование INMARSAT в целях обеспечения персональной связи.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT.

2.1. Формат радиосигналов в спутниковой системе связи INMARSAT

2.2. Способы формирования и демодуляции сигналов в спутниковой системе связи INMARSAT.

2.3. Порядок передачи радиосигналов в системе связи INMARSAT как важной составляющей ГМССБ.

2.4. Особенности радиоинтерфейсов спутниковой системы INMARSAT. Системные показатели радиоинтерфейсов различных стандартов

INMARSAT.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЗАЩИЩЁННОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ INMARSAT ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОМЕХ.

3.1: Выбор математической модели сигналов и помех. Коэффициент взаимного различия.

3.2. Электромагнитная защищённость информационных каналов спутниковой системы!связи INMARSAT в условиях воздействия; узкополосных сосредоточенных помех.90»

3.31 Воздействие ретранслированных сосредоточенных помехна радиолинии спутниковой системы связи INMARSAT.

3.4'. Сравнительная« оценка ЭМЗИК в INMARSAT привоздействиш узкополосной и ретранслированной помехи.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ* ЗАЩИЩЁННОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАДИОЛИНИЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT.

4.1. Методика оценки эффективности радиолиний INMARSAT, входящих в АСУДС.

4.2. Общая эффективность радиолиний INMARSAT.

4.3. Влияние электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на точность обсервации судна.

4.4. Проблемы улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT 138 Выводы по главе 4.

Значение спутниковой; системы связи INMARSAT для повышения качества автоматизированной системы управления движением судов (АСУДС) чрезвычайно велико. Вхоответствии с правилом 10 главы IV части: - «С» Международной; конвенции по.; охране; человеческой: жизни на море; 1974 г. (GOJIAC - 74)к<Радиооборудование .-Морские районы.Ач,13.А2'и; A3>> спутниковая?система связи INMARSAT входит как важнейшая составляющая в Глобальную морскую систему связи1 при бедствии и для обеспечения-безопасности плавания (ГМССБ).

В настоящее время спутниковая система связи INMARSAT выполняет связные функции в широкозонных дифференциальных подсистемах, примером может служить европейская: система EGNOS (EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Services).*

В соответствии с правилом 19:1' главы V МК COJIAC - 74 «Требования к оснащению судов навигационными системами, и оборудованием» для обеспечения мер по охране судна спутниковая система связи INMARSAT используется в системе дальней идентификации. Система дальней идентификации (СДИ) начала внедряться с 1-го января 2009 г. и работает в рамках системы судового охранного оповещения.

Система INMARSAT предоставляет услуги и персональной связи. Таким образом, многофункциональнаяхистема INMARSAT направлена на обеспечение качественного управления движением: судов, на обеспечение безопасности плавания и принятие экстренных мер при: бедствии. Именно поэтому исследование влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы, в том числе и, радиолиний дифференциальных поправок, в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех на оценку общей эффективности АСУДС является важной, своевременной и актуальной научной проблемой.

Цель работы состоит в повышении1 эффективности радиолиний системы INMARSAT, действующих в интересах АСУДС, за счёт повышения электромагнитной защищённости информационных каналов .для.обеспечения, безопасности мореплавания.

Для- достижения сформулированной цели в • работе поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать принципы построения, функционирования - и общую структуру*, спутниковой» системы связи INMARSAT при. использовании в АСУДС.

2. Обосновать выбор критериев оценки качества сигналов и информационных каналовхпутниковой системы связи INMARSAT.

3. Оценить работоспособность спутниковой системы связи INMARSAT как элемент АСУДС на основе предложенной имитационной модели электромагнитной защищённости информационных каналов.

4. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС. .

5. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы, связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Объектом исследования являются технологические процессы электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, используемой автоматизированной системой управления движением судов.

Предмет исследования составляют влияние узкополосной и ретранслированной помех на электромагнитную защищённость спутниковой системы связи INMARSAT и обеспечение качественного, мониторинга и безопасности мореплавания.

Методологической основой' исследования являются принципы системного анализа, методы теории сигналов, статистической теории связи, системологии, систем массового обслуживания, управления и принятия! решений, математического и имитационного моделирования; теории* надёжности.

Основные результаты

В!работе получены и выносятся на защиту следующие результаты:

1. Обоснование выбора критериев оценки* качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и„ коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов)Для использования в АСУДС.

2. Имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех.

3. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС

4. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Практическая ценность научных результатов

Практическая ценность результатов, диссертационной работы заключается в математическом обеспечении функциональной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, а также в том, что сформулированные выводы, разработанные алгоритмы и модели могут быть использованы при реализации программ создания и развития АСУДС, включая систему дальней идентификации (СДИ).

Результаты научной работы нашли практическое применение в деятельности ООО «Научно-промышленное предприятие «МАРИНЕРУС» при осуществлении мониторинга в акваториях Балтийского и Средиземного морей, при прогнозировании времени восстановления нормального функционирования радиолиний дифференциальных поправок ШДПС, передаваемых по информационным каналам спутниковой системы связи INMARSAT; они используются в учебном процессе в СПГУВК по специальности1180402.65 «Судовождение на морских путях». V

Апробация работы

Полученные результаты докладывались на:

• Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной 200 — летию транспортного образования в России, «Водные пути России: история и современность» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Международной научно-практической конференции, посвященной 200 - летию подготовки кадров для водного транспорта России, «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Научных семинарах кафедры.

Публикации результатов работы

По теме диссертации опубликованы 8 научных статей, в том числе 3 -из перечня журналов, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Российской Федерации.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы составляет 196 страниц, в т.ч. 156 страниц основного текста, 64 рисунка, 30 таблиц, список используемых источников из 83 наименований и 2 приложения.

Выводы по главе 4

1. Рассчитаны частные и обобщённый показатели эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, влияющие и на эффективность АСУДС, использующей спутниковую систему INMARSAT;

2. Выбор в качестве критериев эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемых в интересах АСУДС, таких показателей, как достоверность, своевременность прохождения информации и электромагнитная защищённость радиолиний, явился плодотворным, так как позволил получить достаточно объективные числовые характеристики качества системы;

3. Выбор в качестве критериев эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов, своевременного прохождения информации и точности обсервации, при ограничении на достоверность, позволил выявить влияние на общую эффективность радиолиний спутниковой системы INMARSAT в EGNOS не только электромагнитной защищённости информационных каналов, но и точности обсервации;

4. Для уменьшения времени восстановления радиолинии в системе INMARSAT надо увеличивать коэффициент ЭМЗИК (Кэмз)- При применении системы INMARSAT в АСУДС для передачи дифференциальных поправок увеличение коэффициента ЭМЗИК

Кэмз) обеспечит электромагнитную совместимость радиолиний, 1 повысит точность обсервации судна, а следовательно, безопасность мореплавания.

5. Своевременность прохождения информации в АСУДС находится почти в линейной зависимости от электромагнитной защищённости информационных каналов радиолиний спутниковой системы INMARSAT. Вероятность своевременного прохождения информации в системе (Рсвоевр) принимает значение, превышающее 0,9, в том случае, если Кэмз составляет более 0,98. Причём, при увеличении Кэмз от 0,97 до 0,98, т.е. на 1%, РСВоевр увеличивается примерно на 1,5% (от 0,950 до 0,965), если допустимое время прохождения информации в системе составляет 1 минуту.

6. Разработана методика оценки общей эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемой в интересах АСУДС. Оценка учитывает достоверность, своевременность прохождения информации и электромагнитную эффективность, которая возрастает, прежде всего, за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных -каналов спутниковой системы INMARSAT в АСУДС. Кроме того, рост общей эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT в АСУДС оказывается тем больше, чем большая значимость, по сравнению с другими показателями, придаётся электромагнитной защищённости радиолиний. Так, при использовании системы INMARSAT в системе EGNOS, при Кэмз=0,90 эффективность системы Э=0,830 (а^ОД); при Кэмз = 0,99 эффективность системы Э=0,961 (ai=0,l). Если ai=0,6, то при Кэмз=0,90 эффективность системы Э=0,849, а при Кэмз=0,99 Э=0,981. Значительный «удельный вес» электромагнитной защищённости радиолиний обеспечивается специальными организационно-техническими мероприятиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе представлено решение актуальной научной задачи повышения эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемой в интересах АСУДС и являющейся важным компонентом и ГМССБ, и ШДПС, и дальней АИС (СДИ), за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов, мониторинга (повышения точности местоопределения судна) в целях обеспечения безопасности плавания, оперативности управления флотом.

В итоге исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Выполнен анализ принципов построения, функционирования и общей структуры спутниковой системы связи INMARSAT;

2. Обосновано применение критериев оценки качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов;

3. Предложены имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT при воздействии узкополосной и ретранслированной помех.

4. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС, а также в системе ШДПС EGNOS.

5. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

1. В. Д. Челышев, В. В. Якимовец. «Радиоинтерфейсы спутниковых систем персонального радиосервиса» СПб.: ВУС, 2003. - 364 с.2. Интернет www.inmarsat.com

2. Ильин A.A. «Цифровые терминалы спутниковых систем связи» С.Петербург издательство «Деан» 2005 г.

3. Интернет http://www.mvsgteast.ru/news.html.

4. Интернет http://www.bganrus.rii/21/32/6. GMDSS Hand book 2007 г.

5. Manual for use by the Maritime Mobile and Maritime Sattelite Services AP15 2007 r.

6. Интернет: http//www.radioscanner.ru/forum/topic36512.html9. Интернет www.autex.spb.ru

7. Ю.Интернет http://www.navgeocom.ru/gps/egnos/11 .Интернет http://ru.wikipedia.org/wiki/EGNOS.j

8. Интернет: http://www.mvsgt.ru/Forum-2008/dokladv/new radio req.ppt.

9. Журнал «Морской флот» №2, статья Н. Решетова «Внедрение системы дальней идентификации судов»; М., 2008, с. 26-29.

10. Кошевой В.М., Шишкин A.B., Купровский В.И. «Система и устройства автоматической идентификации судов» г. Одесса, 2005.

11. Резолюция ИМО MSC.210(81) от 19.05.2006г «Требования к судовому оборудованию системы дальней идентификации и слежения за судами».

12. Интернет Невдяев Л.М., Смирнов A.A. «Персональная спутниковая связь» Эко-Трендз М 1998г. Стр83 - 84. С215

13. Интернет http://www.marsat.ru/inmarsat standard.shtml

14. Интернет http://www.samyung-russia.ru/tt3020c.html

15. Технико-эксплуатационные требования к системе^ управления движением судов №МФ 02-22/848-70 Министерство транспорта РФ М., 2002.

16. Дятлов А.П. «Системы спутниковой связи с подвижнымиг объектами» Таганрог издательство «Таганрогский государственный радиотехническийуниверситет» 2004г.

17. Inmarsat communication handbook issue 2 UK London 1999r.

18. Н.И. Калашников «Системы радиосвязи» Учеб. для вузов М: Радио и связь, 1988.

19. В.А. Жилин «Международная спутниковая система морской1 связи ИНМАРСАТ»: справочное издание. ГУЛ Морсвязьспутник, СПб филиал/СПб: «Россия и мир», 1997, 114с.

20. В.А. Жилин «Международная спутниковая система морской связи ИНМАРСАТ» справочник- Л.: Судостроение, 1988, 160с.

21. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и её приложения. М.: Эко-Трендз, 2003. - 326 с.I

22. Ю.Г. Вишневский А.А. Сикарев «Поля поражения сигналов и электромагнитная защищённость информационных.каналов в АСУДС» СПб: Судостроение, 2006 356с.

23. Новик Л.И., Морозов И.Д., Соловьев В.И. Спутниковая связь на море. -Л.: Судостроение, 1987. 220 с.

24. Поваляев Е., Хуторной С. Дифференциальные системы спутниковой навигации. Обзор современного состояния. (Источник: www.chip-news.ru/archive/chipnews/200206/2.html).

25. Ю.Г. Вишневский автореферат диссертации на соискание учёной степени д.т.н. «Инфокоммуникационные технологии электромагнитной защищённости информационных каналов в автоматизированных системах управления движением судов» СПб: СПГУВК 2008 52с.

26. Сикарев A.A., Фалько И:А. «Оптимальный приём- дискретных сообщений» М:: Связь, 1978. - 328с.

27. Курьянов Д.В. MathCad 14. М.: BHV, 2007. - 704 с.

28. ЗЗ'.Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг., Мисник Е.А. Анализ воздействиявзаимных помех на СРНС ГЛОНАСС. «Вопросы радиоэлектроники» Вып. Г, М:, 2010. -С.117-120.

29. Л.М. Невдяев «Мобильная спутниковая связь» Справочник. Серия изданий «Связь и бизнес». МЦНТИ, 1998. - 155с.

30. P.A. Монзинго Т.У. Миллер «Адаптивные антенные решётки». Введение в теорию. Пер. с англ. М., Радио и связь 1986.

31. Ю.С. Ацеров «Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности» пер. с англ. М.: Транспорт 1989. - 63 с.

32. Inmarsat С Maritime User's Manual. Issue 1. Inmarsat. London. UK, 1991.

33. Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг. О влиянии ЭМЗИК ШДПС на время их восстановления. «Журнал университета водных коммуникаций». Вып. 4. СПб.: СПГУВК, 2009. - С. 154-157.

34. Н.Т. Петрович, Е.Ф. Камнев, М.В. Каблукова Космическая радиосвязь. М.: Сов. радио, 1979.

35. Вишневский Ю.Г. Взаимосвязь ЭМЗИК и достоверности принимаемых сообщений. «Морская радиоэлектроника», № 4, СПб, 2007. С.22-24*.42.0кунев Ю.Б., Плотников В.Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. М.: Связь, 1976. - 184 с.

36. Кодекс безопасности мореплавания ИМО. Резолюция ИМО А.529(13): 1983. "Стандарты точности судовождения".

37. Резолюция ИМО А.815(19) 1995г

38. Дмитриев В.И. Обеспечение безопасности плавания. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 374 с.

39. Сборник мореходных таблиц МТ 2000. Адм. - СПб.: 2002. - 576 с.

40. Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг « О выборе критериев для оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов ШДПС на навигационную безопасность мореплавания. «Мобильные телекоммуникации» №10, М.,2008, с.61-62

41. Виноградов В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость судового радиооборудования. Л.: Судостроение, 1987. - 232 с.

42. Логвиненко П. Судовая радиотехника и электроника. М.: Пшцеевая промышленность, 1979. - 207 с

43. Венскаускас К.К и др. Системы и средства радиосвязи морской подвижной службы. Л.: Судостроение, 1986. - 432 с

44. Комарович В.Ф., Липатников В.А. Многоуровневая защита радиолиний декаметровой связи. СПб.: ВУС, 2003.

45. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Обеспечение ЭМЗ протоколов физического, канального и сетевого уровней семиуровной эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) УКВ-радиосвязи.- Межвуз. сб. науч. трудов. Вып.5. СПб- СПГУВК, 2004. - С.59-63.

46. Международный стандарт ISO.7498 «Базовая модель взаимосвязи открытых систем».

47. Вишневский Ю.Г. Оценка влияния ЛЭП на' радиолинию дифференциальных поправок «ККС-судно». «Морская радиоэлектроника», № 1, СПб, 2008, С.38-40

48. Вишневский Ю.Г., Мисник Е.А. Обеспечение ЭМЗИК спутниковых линий связи и обсервации. «Морская, радиоэлектроника», № 4, СПб, 2007, С.36-37.

49. Каратаев О.Г. Проблемы электромагнитной совместимости. М.: Знание, 1988

50. Вишневский Ю.Г., Сикарев A.A. Электромагнитная' защищенность цифровых информационных каналов^ системы ГЛОНАСС. «Проблемы информационной безопасности », № 2, СПб, 2008.

51. Вишневский Ю.Г., Торяник H.H. Об оценке эффективности АСУДС. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 4. СПб.: СПГУВК, 2003.- С.68-75.

52. Владимиров В.И и др. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем. М.: Радио и связь, 1985. - 272 с.

53. Вишневский Ю.Г., Сикарев A.A. Оценка качества линий радиосвязи' в системе оперативной связи и передачи данных Has основе измерения^ параметров ППС Сб. науч. трудов. - Л.: ЛИВТ, 1990. - С.42-52

54. Прохоренко Ю.Н. Имитационные системы И/МОдели.-Мч.:Знание; 1990.

55. Шеннок Р. Имитационное моделирование систем« искусство и наука. -М.: Наука; 1978. 420 с.

56. Бусленко Н. Моделирование сложных систем.-М.: Наука, 1978.- 399 с.

57. Бусленко Н.М., Галенко Д.М., Соболь И.М. Метод статистических . испытаний (метод Монте-Карло). М.: Физматгиз, 1982.

58. Ю.Г. Вишневский, И.В. Пащенко «Условия* использования информационных сетей спутниковой связи в АСУДС на внутренних водных путях» // Материалы МНТК «Транском 2004» - СПб.: СПГУВК, 2004. - С200-201.

59. Резолюция ИМО MSC.202(81) «Одобрение поправок к Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море 1974, с поправками».

60. Резолюция ИМО MSC.263(84) «Пересмотренные эксплуатационные и функциональные требования к системе дальней идентификации и слежения за судами».

61. Резолюция ИМО MSC.211(81) «Меры по своевременному созданию системы дальней идентификации и слежения за судами».

62. Резолюция MSC.246(83) «Стандарты для передатчиков АИС, используемых для поиска и спасания, которые должны быть установлены 01.01.2010 г. или после этой даты».

63. SOLAS amendments 2003, 2004 and 2005. London IMO 2006. с 138.

64. Резолюции ИМО по глобальной морской системе связи при бедствии и для обеспечения безопасности, (русский и английские тексты) СПб ЦНИИМФ 1998 г. с 302.

65. IMO resolution А.698 (17) Performance standards for ship earth stations capable of two-way communications.

66. IMO resolution 663 (16) Performance standards for INMARSAT standard-C ship earth stations capable of transmitting and receiving direct-printing communications

67. IMO resolution 807 (19) Performance standards for Inmarsat-C ship earth stations capable of transmitting and receiving direct-printing communications.

68. Интернет: http://www.imo.org