автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач управления воздушным движением

На правах рукописи

ПЛАТОНОВ ИВАН ДАНИИЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛЕТОВ В УСЛОВИЯХ АПРИОРНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Специальность 05.22.13 - Навигация и УВД

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2003

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет гражданской авиации» (МГТУ ГА).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Логвин А. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Рубцов В. Д.,

кандидат технических наук Кораблев А. Ю.

Ведущая организация:

Московское конструкторское бюро «Компас»

Защита состоится «_

2003 г. в 15® часов на заседании

диссертационного совета Д.223.011.01 Московского государственного технического университета гражданской авиации по адресу:

125993, г. Москва, А - 493, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертационной работой можно ознакомится в библиотеке МГТУ ГА. Автореферат разослан «_»_2003 г.

Заверенный отзыв просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

" С. К. Камзолов

-А

/ 7 Общая характеристика работы

Актуальность работы

Развитие гражданской авиации как одной из основных отраслей страны I приводит к необходимости решения проблемы надежного и эффективного

; управления воздушным движением (УВД). Решением этой проблемы занимается

система организации воздушного движения (ОрВД), представляющая собой комплекс организационных, технологических и технических элементов, функционирующих как единое целое и решающих единую основную задачу -обеспечение безопасности полетов.

Основным способом обеспечения заданной безопасности полетов является строгое соблюдение экипажами и диспетчерами службы движения правил эшелонирования, которые определяют четкий распорядок рассредоточения , воздушных судов (ВС) в воздухе на безопасные расстояния по каждой из

координат полета.

Стремление обеспечить полеты ВС в экономически выгодных режимах, т.е., по ортодромическим траекториям и на оптимальных для каждого ВС высотах, приводит к повышению плотности воздушного движения (ПВД) на кратчайших маршрутах и экономичных эшелонах, что вызывает необходимость сокращения воздушных коридоров. Таким образом, требования безопасности воздушного движения и экономичности полетов ВС являются противоречивыми. С целью приведения во взаимное соответствие указанных требований, рационального использования воздушного пространства (ИВП), повышения норм эшелонирования, проводится комплекс мероприятий, направленных на совершенствование принципов ОрВД и развития методов оптимизации деятельности оператора в системе УВД, на совершенствование систем навигации, УВД и связи и на улучшение их взаимодействия.

Одним из основных средств радиотехнического обеспечения полетов являются системы авиационной связи, которые сегодня принято называть системами телекоммуникационного обеспечения полетов ВС. Воздушная авиационная связь предназначена для взаимодействия экипажа и диспетчерского состава УВД и замыкает контур управления воздушным движением по линии «диспетчер - экипаж». Ухудшение качества связи приводит к увеличению загруженности диспетчера и при сохранении заданной пропускной способности воздушного пространства может привести к снижению безопасности полетов, что недопустимо.

Ухудшение качества телекоммуникационного обеспечения полетов в значительной степени может быть связано с электромагнитной обстановкой на трассе распространения радиоволн, особенно, если электромагнитная обстановка априорно неизвестна. Именно эта проблема рассматривается в представленной ; работе. Анализируются методы повышения эффективности

телекоммуникационного обеспечения полетов при априорной неопределенности электромагнитной обстановки, что в конечном итоге ведет к повышению эффективности УВД. Особенно остро эта проблема стоит для дорогостоящих спутниковых систем связи (ССС), которые должны использоваться в рамках реализации концепции ИКАО СКЯ/АТМ. ССС обладают очень важным свойством - наличием возможности рта а 1 и ^¿^"¿"¡Щй связными

ресурсами, т.е. перераспределением ресурсов £ за^^<^1£Н#ютрфности в них.

Потребность же в связных ресурсах должна определяться на основании прогноза информационного обмена с учетом динамики изменения интенсивности воздушного движения (ИВД).

Таким образом возникает актуальная научная задача повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки при изменяющейся ИВД для решения задач УВД.

Цель и задачи исследования

Целью работы является повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач УВД.

Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие научно - практические задачи:

■ разработка методов оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи (АССС) в процессе эксплуатации;

■ выбор типов и классов сигналов для повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов (ТОП);

■ анализ влияния электромагнитной обстановки (ЭО) на эффективность ТОП и разработка мер по преодолению априорной неопределенности ЭО;

■ оценка влияния изменения ИВД на перераспределение телекоммуникационных ресурсов в системе УВД.

На защиту выносится совокупность научных положений, содержащих решение общей задачи - повышение эффективности ТОП в условиях априорной неопределенности ЭО при изменяющейся ИВД для решения задач УВД, а именно:

■ методы оценки качества функционирования АССС в процессе эксплуатации;

■ предложения по выбору типов и классов сигналов для повышения эффективности ТОП;

• методы преодоления априорной неопределенности ЭО для поддержания заданного уровня ТОП;

■ методы перераспределения телекоммуникационных ресурсов при изменяющейся ИВД для поддержания требуемого уровня безопасности полетов в .системе УВД.

Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

■ предложены методы оценки качества функционирования АССС в различных условиях эксплуатации;

■ обоснован выбор типов и классов сигналов, обеспечивающих максимальную эффективность АССС;

■ предложены меры по преодолению априорной неопределенности ЭО с сохранением заданного качества ТОП;

■ получены соотношения взаимосвязи изменения ИВД и интенсивности радиообмена по линии «ВС - диспетчер».

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют:

• количественно оценивать качество функционирования АССС в различных

условиях эксплуатации;

■ выбирать типы и классы сигналов, для достижения максимальной эффективности АССС;

■ поддерживать заданный уровень ТОП путем преодоления априорной неопределенности ЭО на трассе распространения радиоволн;

■ перераспределять связные ресурсы при изменении ИВ Л в системах УВД.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на внутривузовских конференциях МГТУГА и на межкафедральных семинарах МГТУГА, на III МНТК «Авиа-2001» Украина, Киев.

Внедрение

Результаты работы внедрены в НИР, проводимых в МГТУ Г'А в 19992002г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из Введения, 4-х разделов и списка цитируемой литературы.

Общий объем диссертации составляет 155 страниц и включает 28 рисунков, 4 таблицы.

Список цитируемой литературы содержит 52 наименования.

«

Содержание работы

Во Введении отмечается актуальность решаемой задачи, формулируются цели и основные направления исследований, дается структура диссертации.

В первой главе рассматриваются методы оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи.

В настоящее время во всех странах процесс модернизации сетей авиационной связи осуществляется с учетом постепенного вхождения в единую глобальную сеть авиационной электросвязи (АТЫ). Основой ее являются цифровые системы передачи информации (ЦСПИ), что связано с широким внедрением компьютерных технологий, развитием цифровых способов передачи, практически, любой информации и высокой помехоустойчивостью сетей связи на основе ЦСПИ.

Вместе с тем для многих телекоммуникаций гражданской авиации (ГА) России характерна структура сетей авиационной связи, недостаточно учитывающая влияние новых подходов на распределение информационных потоков и принципы построения современных сетей связи, что вызывает необходимость их модернизации в условиях непрерывно растущих объемов информации, передаваемой по каналам авиационной связи. В системах, в которых используется кодирование источника с целью сокращения избыточности, или помехоустойчивое кодирование (кодирование с избыточностью) для канала, или то, и другое вместе, оптимизация на основе традиционного критерия минимума ошибки становится затруднительной. В таких системах ошибка принципиально не ограничена — она может быть сделана произвольно малой, в то время как скорость передачи Я ограничена пропускной способностью канала С. Можно задать и при соответствующем кодировании обеспечить любую достаточно

малую ошибку. Однако екорость (информационная) передачи R при этом может оказаться недопустимо малой. Практически выбор кода, обеспечивающего необходимую скорость передачи, ограничен не пропускной способностью, а сложностью системы кодирования и декодирования (кодека). При R, близкой к С, сложность кодеков катастрофически возрастает.

Скорость передачи целесообразно оценивать не в абсолютных, а в относительных единицах. Обычно рассматривают относительную скорость передачи г] = R/ С и удельную скорость передачи (скорость, отнесенную к одному из параметров канала) y=R/Fu /?- R / (Рс/ NJ. где F— полоса частот канала; Рс - мощность сигнала; N0 - спектральная плотность шума в канале. Показатель rj можно назвать информационной эффективностью системы (она характеризует степень использования пропускной способности канала). Тогда у и соответственно, будем называть частотной и энергетической эффективностью

цепи.

Технический эффект СПИ в конечном итоге определяется количеством и качеством переданной информации за некоторый промежуток времени или в единицу времени, т. е. скоростью передачи R (бит/с) и верностью передачи (вероятностью ошибки р при передаче дискретных сообщений или квадратом среднеквадратической ошибки e"'(t) при передаче непрерывных сообшений). Для обеспечения заданных R и р используется канал с полосой F и отношением сигнал/шум q0 - Рс / No- Мощность сигнала Рс ( или отношение q0) и отводимая полоса частот канала F являются основными ресурсами канала. При р~рлоп можно определить отдельно /?и /н построить кривые ¡5 = f(у) при р = const. Полученные таким образом ру- диаграммы позволяют сравнительно быстро выбрать системы, удовлетворяющие заданным требованиям.

Общим свойством всех систем передачи дискретных сообщений является снижение энергетической эффективности /?при уменьшении вероятности ошибки р. Это наглядно видно из рис.1, где максимум /^-эффективности достигается при /j-^0,5 (у-^0). На рис.1 показаны зависимости /? = / (у) для систем с биортогональными сигналами {М - объем сигнального алфавита). Штриховыми линиями соединены точки с одинаковой вероятностью ошибки р для двоичного канала с противоположенными сигналами.

J3. дБ г

О, 8 о, 7 О. в О, 5 О. 4 ■ О. 3 О. 2\ О, "Г

О

0.2 О.З 0,4 О,в О.» ' ' *

Рис. 1. Зависимость ^-эффективности от изменений у-эффективности при разных М и р

Из кривых рис.1 видно, что при увеличении вероятности р энергетическая эффективность возрастает, достигая определенного максимума.

На рис.2 построены Ру-диаграммы для некоторых наиболее эффективных систем. -Центральное место на этой диаграмме занимает система с четырехпозиционной фазовой модуляцией ФМ4 без кодирования, и ее удобно принять за эталон для сравнения СПИ. Если начало отсчета перенести в точку ФМ4 , то в новой системе координат по вертикальной оси будет отсчитываться энергетический выигрыш Л¡5 данной системы по сравнению с ФМ4 , а по горизонтальной оси - выигрыш Аупо удельной скорости передачи. В таблице 1. приведены значения этих выигрышей в дБ для некоторых систем, представленных на рис.2. Здесь же приведены значения информационной эффективности //, рассчитанные по формуле

ц^уПо&у/р-г1)

________Таблица 1.

Выигрыш ФМ4 ФМ8 ФМ]6 ВС 16 ЦК № = 0.8) СК № = 0 5) ФМ8 -ЦК (п=255) АФМ|6 - СК №=0,75)

Л/} дБ -<-8,3 +4,4 +2.4 тЗ,1 +5,4 + 1,4 -0.3

Ау, дБ тЗ т-3 -1 -3 • +0,6

V 0,47 0,51 0,65 0,37 0,52 0,54 0,62 0,72

Обозначения. ЦК - системы с циклическим кодированием, СК - система со сверточным кодированием; ВС16- система с биортогональными сигналами при М=16, ФМ8 -ЦК - система, в которой используются циклический код с многопозиционными сигналами ФМ8, АФМ.5 - СК -система, в которой используется сверточный код и многопозиционные сигналы АФМ,6

- е - 4

- 2 О 2 * 6

Рис.2. Ру- диаграммы СПИ

Г.лв

Из таблицы 1 и рис.2 следует, что система, в которой используется сверточное кодирование, является наиболее эффективной.

Во второй главе проводится выбор классов и типов сигналов для повышения эффективности АССС. Выбор типа АССС определяется стоящими задачами УВД и теми ограничениями, которые налагаются на данную АССС. То

же самое можно сказать и о выборе класса сигналов для построения выбранной АССС, а именно: АССС с многоканальным доступом и с кодовым разделением сигналов (МДКР), с использованием широкополосных сигналов.

С точки зрения учета различных требований наибольший интерес для применения в АССС представляют фазовая манипуляция (ФМн), многофазная фазовая манипуляция (МФМН) и манипуляция с минимальным сдвигом (ММС). При всех этих видах модуляции сигнал имеет постоянную огибающую и относительно малую ширину рабочей полосы частот. МФМН при М>8 имеет большую эффективность использования полосы частот, чем двухфазная или четырехфазная ФМ. но менее эффективна в использовании мощности.

Так как в нашем рассматриваемом случае систем УВД критичным является как использование полосы частот, так и использование мощности, то необходимо было подробно рассмотреть этот вопрос. Манипуляция с минимальным сдвигом близка к четырехфазной ФМн со сдвигом, а при модуляции в модуляторах четырехфазной ФМн со сдвигом колебаниями вида ¡¡пх и соях сигналы на выходе полностью идентичны сигналам при ММС. Поэтому далее рассматривалась только МФМн- Многофазная ФМН имеет сигнальный алфавит, состоящий из М сигналов с одинаковыми сдвигами относительно друг друга, равными 2к/Ы радиан. Когда М становится более 2, скорость символов, а, следовательно, ширина полосы частот сигнала уменьшается при данной величине требуемой скорости элементов.

Вероятность ошибки при приеме увеличивается при заданном Е,/Ып с ростом М Одну и ту же вероятность ошибки Рои, - например Рош-Ю° можно получить при следующих значениях для разных М при М ~ 2 Е/Мп = 9дБ; при М = 4 Е/Ыо = 9,5дБ; при М= 8 = 13,5дБ; при М= 16 Д/М, = 18,5дБ. при М = 32 Ес/М0 = 23дБ: при М = 64 = 28дБ. То есть увеличение фазности

фазоманипулированного сигнала влечет за собой необходимость постепенного увеличения отношения сигнал/шум для сохранения заданной величины вероятности ошибки. Причем эта разность в отношении сигнал/шум по мере увеличения значения М составляет 4-5 дБ. В то же время переход от М=2 к М-4 практически не вызывает изменения отношения сигнал/шум при сохранении требуемой вероятности ошибки. Так как для нашего случая АССС мощность сигнала является величиной существенно ограниченной, то увеличение М не представляется целесообразным, хотя это и приводит к более эффективному использованию полосы частот.

Следовательно, учитывая занимаемую сигналом полосу частот и мощность передатчика, наиболее целесообразно для построения АССС для УВД использовать сигналы с ФМН-4 , так как в этом случае ширина полосы частот по отношению к применению ФМ(|.: уменьшится в 2 раза, а помехоустойчивость практически не изменится, т.е. не нужно увеличивать мощность передатчика. Это один из факторов, который необходимо учитывать при выборе классов сигналов.

Есть еще один фактор, который необходимо учитывать - это влияние системных помех, возникающих В АССС, на вероятность ошибочного приема символов для различных вариантов многостанционного доступа. Наличие этих помех может вызвать ухудшение вероятности ошибки элемента символа при когерентном детектировании сигналов МФМц. Это ухудшение можно определить

в виде потерь эффективной мощности сигнала или в эффективном увеличении отношения ¿'/Л',, на входе, требуемом для получения той же вероятности ошибки символа. Эти потери существенно зависят от величины М.

На рис.3 показана такая зависимость, где на оси ординат отложено требуемое увеличение мощности полезного сигнала 2 в дБ при данном шуме в функции от отношения мощности сигнала к мощности системной помехи р дБ при вероятности ошибки, равной Ю"6. г(дБ)

Рис.3. Зависимость необходимого увеличения мощности сигнала Z для сохранения заданной Рош от отношения Р. /Р„.

Из рис.3 видно, что, например: при Рс / Р„ = 20дБ, ухудшение при М=2 составляет 0,5 дБ, а при М=4 составляет 0,8 дБ, т.е. разница достигает 0,ЗдБ, что практически незаметно. В то же время при М=8 ухудшение составляет 1,8 дБ, а при М=16 оно составляет 5,3 дБ. Отсюда вытекает вывод, что при наличии системных помех применение фазоманипулированных сигналов с М > 4 нецелесообразно, что совпадает с выводом, полученным выше при рассмотрении других факторов, учитывающихся при выборе класса сигналов.

Возможна модификация ФМн-4 со сдвигом, которая заключается в том, что поток элементов в синфазном канале задерживается на г /2 относительно потока элементов в квадратурном канале. В этом случае огибающая сигнала не принимает нулевых значений, как это имеет место при изменении фазы на 180°, так как только один канал (синфазный или квадратурный) изменяет фазу при каждом изменении элемента. Следовательно, качество передачи при фильтрации полосовым фильтром может быть лучше, чем при обычной четырехфазной ФМН-1, так как фаза сигнала изменяется меньшими скачками.

Рассмотрим вопросы с точки зрения выбора таких сигналов и таких видов кодирования, которые в наибольшей степени отвечали бы задаче построения АССС с подвижными объектами при решении задач УВД и при достаточно малых энергетических возможностях абонентских станций при условии их многофункционального применения.

При построении многоканальной системы связи важным моментом является развязка каналов между собой. В системах с МДКР эта задача принципиально может быть решена выбором системы ортогональных функций, которых существует достаточно много. Однако, если учитывать вопрос о технической реализации сигналов на базе системы ортогональных функций, то круг таких сигналов резко сужается. Практически идеальное разделение каналов

можно обеспечить, если использовать ортогональную систему функций Уолша или их модификации.

Для практических приложений имеет значение определение функций Уолша с помощью матриц Адамара. Поэтому целесообразно ввести функции Адамара а/в), ] = 1, 2, ..., 2к, являющиеся последовательностями импульсов прямоугольной формы, полярность которых определяется знаком элементов соответствующих строк матрицы Адамара Лц Определенные таким образом функции Адамара отличаются от функций Уолша только порядком следования.

Зная одну матрицу Адамара, например, 1¥„ можно перестановкой ее столбцов и строк и инвертированием знака элементов получить <2 матриц Адамара того же порядка, а, следовательно, О зависит от порядка матрицы п и быстро растет с увеличением п. Поэтому для построения многоканальной АССС с МДКР, следует применять функции Уолша, записанные в виде матрицы Адамара, для присвоения соответствующего номера функции Уолша данному каналу.

В работе рассмотрена возможная конкретная техническая реализация АССС со структурой формирования прямых каналов МДКР на бортовой станции (БС). При этом прямой канал МДКР может включать: пилот-канал, канал синхронизации, каналы оповещения, прямые каналы трафика. Каждый из этих каналов организуется посредством использования соответствующей ортогональной функции Уолша, а затем расширяется с помощью квадратурной пары псевдослучайной последовательности (ПСП) при фиксированной скорости передачи.

В третьей главе рассматривается повышение эффективности АССС на основе решения проблемы электромагнитной совместимости. Технические средства радиоэлектронных систем (РЭС) работают на основе анализа плотности радиоизлучения из области У3 координатно-частотного пространства. Сложность структуры плотности излучения (иногда эта структура именуется "сложной сигнальной обстановкой") обусловливается наличием многих источников радиосигналов, побочных и непреднамеренных излучений, движением (маневрированием) этих излучателей в подпространствах Я3 , О, и Т, т.е. в физическом, частотном и временном подпространствах.

Сама сложная сигнальная обстановка (электромагнитная обстановка) является, с одной стороны, предметом анализа для радиоэлектронных средств. Но, с другой стороны, сложность сигнальной обстановки затрудняет средствам РЭС обнаружение и определение параметров сигналов объектов на фоне неинформативных излучений. Первейшая задача РЭС состоит в слежении за динамикой изменений ЭО. Средство анализа наблюдает ситуацию, обусловленную "нормальной" сигнальной обстановкой, которая предполагает выполнение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) в области V3. В конечном итоге "нормальная" сигнальная обстановка предусматривает обеспечение ортогональности всех совместно работающих в области V3 РЭС.

Если ортогональность нарушается, то шумы неортогональности снижают качество обнаружения парциальных сигналов. Поэтому характеристики обнаружения ортогональных сигналов могут служить верхними, пессимистическими оценками доступности реальных сигналов обнаружению средствами радио анализа. Снижение качества обнаружения сигналов ведет к

ухудшению ТОП, что в конечном итоге ухудшает показатели безопасности полетов при УВД.

Далее в работе определяются потенциальные характеристики обнаружения в сложной сигнальной обстановке. Структура приемника, оптимального для обнаружения с распознаванием ортогональных сигналов, сводится к т канальному приемному устройству. Решение о наличии на входе такого приемника любого парциального сигнала С/!) эквивалентно решению о том, что амплитуда а) отлична от нуля. Вероятность ошибки принятия такого решения при наблюдении на фоне шума суммы ортогональных сигналов будет определяться априорной информированностью средства анализа о каждом из этих сигналов и степенью учета априорной информации при построении приемника-обнаружителя.

В рассматриваемых условиях "нормальной" сигнальной обстановки в каждом согласованном с сигналом канале приемника-обнаружителя кроме этого сигнала может действовать только аддитивный нормальный шум. Поэтому можно считать известным вид функции правдоподобия Р(х,С(1,Л)), и ограничить априорную неопределенность вектором неизвестных параметров сигнала л.

Неизвестными при анализе могут быть выбраны следующие параметры парциальных сигналов:

■ Начальная фаза <р и амплитуда ае При этом считается, что фаза сигнала равновероятна в пределах [0; 2тс], а амплитуда распределена на интервале [0; Ае];

■ Несущая частота сигнала шо может считаться неизвестной для средства

з

анализа и равновероятно распределенной в некотором диапазоне аа —. гу0 + — ;

2 ^

* Ширина спектра сигнала Аа>. Неизвестность ширины спектра сигнала для АССС эквивалентна неизвестности тактовых частот модулирующих колебаний. Поэтому считаем, что априорные для средств анализа плотности распределения тактовых частот №рг(РТ) равномерны в интервале [0; Ртах];

■ Структура модулирующих сигналов,

■ Пространственные координаты источников сигналов.

В работе рассмотрены последовательно все перечисленные случаи. Рассматривались характеристики обнаружения при флюктуации амплитуды сигнала и при неизвестной фазе, в результате чего были получены диаграммы обмена между вероятностями ошибок типа ложной тревоги и пропуска сигнала при различных отношениях сигнал/шум в полосе обнаружителя.

Также анализировались характеристики обнаружения при неизвестной частоте сигнала, где рассматривались различные степени неопределенности частоты. При малой степени неопределенности неизвестность частоты практически не уменьшает уровень пороговой энергии сигнала по сравнению со случаем обнаружения сигнала с неизвестной фазой. Большие диапазоны априорной неизвестности частоты эквивалентны уменьшению пороговой энергии сигнала в раз по сравнению с энергией сигнала, имеющего лишь

неизвестную фазу, где О = ш-соа - неизвестный для наблюдателя сдвиг частоты сигнала а относительно центра диапазона априорной неопределенности ш3, Г -время наблюдения. При больших отношениях сигнал/шум в характеристиках

обнаружения сигнала с неизвестной частотой и неизвестной фазой отличия не наблюдаются. Для оценки увеличения порогового отношения сигнал/шум в случае неизвестной ширины спектра элементов сложного сигнала использовалось соотношение

где гс - длительность элемента сигнала, Т - длительность сигнала,

отношение сигнал/шум при неизвестной ширине спектра.

Более сложная ситуация рассматривалась при анализе характеристик обнаружения, когда неизвестна структура сигнала. Неизвестность структуры сложного сигнала может выступать, по крайней мере, в двух видах.

Во-первых, могут быть известны элементарные сигналы С^), но неизвестен закон их объединения в сложный сигнал.

Во-вторых, кроме неизвестности закона чередования элементарных сигналов в структуре сложного сигнала, могут быть неточно известны и сами Сч(г). Такого рода неопределенность заставляет наблюдателя резко увеличивать мощность множества элементарных сигналов I за счет включения в него таких Сц(0, которые не используются в обнаруживаемом сигнале.

В результате получим, что пороговое отношение сигнал/шум при обнаружении сигнала, объединяющего неизвестным образом в сложную структуру I известных элементов сигналов С,; равно

Иначе говоря, те же показатели качества обнаружения сигнала со сложной структурой достигаются тогда, когда энергия этого сигнала в I раз больше энергии полностью известного сигнала. Предельный случай ограниченности априорных данных о подлежащем обнаружению сигнале - полное их отсутствие. В такой ситуации можно выносить решение о наличии сигнала только на основании анализа его мощности Рс.

Показано, что полное отсутствие априорных сведений о параметрах подлежащего обнаружению сигнала эквивалентно увеличению пороговой энергии в £ раз, где

Полученные оценки качества обнаружения и пороговых отношений сигнал/шум в условиях параметрической неопределенности можно характеризовать диаграммой, представленной на рис.4. Расстояние между столбиками диаграммы по оси абсцисс характеризует изменение (увеличение) энтропии сигнала за счет роста неопределенности его параметров. Высота столбиков на диаграмме рис.4 показывает, в какой мере пороговое для обнаружения отношение сигнал/шум обменивается на неопределенность параметров сигнала. При построении диаграммы рис.4 считалось, что РПР = 0,5

(1)

(2)

(3)

при РЛ1= 0,1. Для меньших вероятностей ошибок РПР - 0,1 и ^.77=0,1 все пороговые отношения сигнал/шум следует увеличивать примерно от 2-х до 5-ти раз.

Рис.4. Диаграмма обмена априорной параметрической неопределенности на пороговую энергию обнаруживаемого сигнала

Пространственные координаты точки расположения и рабочие частоты РЭС - это основные параметры, информативные для решения задач ЭМС, т.к. обнаружение мешающего излучения влечет за собой необходимость нахождения пространственных и частотных координат средств, создающих это излучение. Получены необходимые соотношения для определения оценок пространственно-частотных координат РЭС.

В четвертой главе исследуется влияние изменения ИВД на перераспределение телекоммуникационных ресурсов в системе УВД. Предложена модель функциональной связи интенсивности радиообмена в системе УВД с интенсивностью воздушного движения в виде экспоненциальной зависимости. Далее проводились экспериментальные исследования. Основной целью экспериментального исследования информационных потоков в каналах "диспетчер-экипаж" является определение объемов передаваемых сообщений, их статистических характеристик и на основе этого определение необходимых связных ресурсов для обеспечения полетов ВС.

Основное внимание уделялось речевым сообщениям, их классификации по функциональной значимости и определения первоочередной возможности передачи наиболее важных сообщений по цифровым линиям связи. Такая постановка определялась прежде всего ступенчатым характером роста уровня автоматизации процессов УВД, а также внедрением систем обмена данными с целью разгрузки каналов "борт-земля".

Основной особенностью информационного обмена является его нестационарность. Этому во многом способствует формирующее влияние на информационный поток транспортного потока и структуры воздушного пространства. К затрудняющим исследование радиообмена факторам относится и то, что он формируется при объективном участии человека (диспетчера, пилота), от состояния которого зависят такие важные характеристики, как длительность информационных сообщений, разборчивость речи.

С учетом вышеприведенного, задача исследования была сформулирована как задача статистического оценивания характеристик нестационарного и неоднородного потока сообщений непуассоновского типа. Однако на отдельных временных интервалах длительностью от десятков минут до часовых интервалов

/

поток речевых сообщений в секторах УВД можно принять кусочно-стационарным случайным потоком. При исследовании таких потоков обычно ограничиваются средним числом сообщений пср на часовом интервале наблюдения Тч. Величину

Хср = ~ называют среднечасовой интенсивностью сообщений.

Таким образом основными задачами исследования являются:

1 .Исследование состава речевых сообщений "земля - борт - земля" при обеспечении полетов внутри страны и на международных авиалиниях.

2.Определение статистических характеристик потоков речевых сообщений.

3.Определение состава и объемов передаваемых сообщений в спутниковых каналах связи.

4.Исследование нестационарного характера речевого радиообмена.

Исходными материалами для статистической обработки являются магнитофонные записи переговоров "диспетчер-экипаж", сделанные на протяжении нескольких часов непрерывно (до 11-12 часов) с таким расчетом, чтобы охватить отрезки времени с разной ИВД. Записи делались на разных направлениях Московского районного центра УВД. Информация разделялась по функциональному признаку по типам сообщений, определялись длительности сообщений и интервал между сообщениями каждого типа.

Было установлено, что все речевые сообщения целесообразно разделить по функциональной значимости на следующие группы:

I .Осведомительные сообщения - по выполнению плана полета, но не связанные с пролетом пунктов обязательного донесения (ПОД);

2.Управляющие сообщения - по управлению полетов ВС (команды, уточнение и подтверждение команд);

3.Контрольные сообщения - по выполнению планов полетов ВС (сообщения об изменении, о разрешении изменений);

З.Сообщения об опасных метеоявлениях;

б.Коммерческая информация;

7.Эксплутационная информация (о техническом состоянии ВС);

8.Информация о метеоусловиях на трассе или в районе аэродрома;

9.Сообщения об аварийной ситуации.

Свыше 90% в общем информационном потоке составляют сообщения 1,2 и 3 типов. Для этих сообщений определены законы распределения длительности сообщений и интервалов между ними. Интервалы между сообщениями Хи

подчиняются экспоненциальному закону Р{Хи)=Л1е , где X, - интенсивность потока сообщений ; - того типа, Хи - интервалы между сообщениями X. Графики зависимости X, от интенсивности воздушного движения по типам сообщений приведены на рис.5.

Длительности сообщений 1,2,3 типов подчиняются гамма-распределению

где Хт - длительность сообщения; а и - параметры распределения ; Г(а) - гамма-функция Эйлера.

5 то го зо

Рис.5. Зависимость интенсивности потока сообщений от ИВД

Графики зависимости параметров гамма-распределения от интенсивности воздушного движения для 1-го типа сообщений, в качестве примера, приведены на рис.6.

ОС..1/С

Ю 15 20 25 30

Рис.6. Зависимость параметров гамма-распределения от ИВД для 1-го типа

сообщений

На международных авиатрассах вследствие разницы в технологии организации воздушного движения состав информационных потоков будет отличаться. По функциональному назначению сообщения при дальней связи ВС на международных трассах можно разделить на контрольные, метеосообщения, сообщения эксплутационно-технического характера и прочие. Как показал анализ информационных потоков на долю контрольных сообщений приходится 91,5%, около 5% - на долю метеоинформации, около 2,5% - на эксплутационно-техническую информацию и около 1% - на прочую информацию.

Важными статистическими характеристиками потока сообщений на международных авиалиниях являются функция плотности вероятности распределения интервалов между сообщениями, математическое ожидание и дисперсия этих интервалов. На основе указанных статистических данных были построены гистограммы относительных частот за сутки для различных дней недели, которые показали, что распределение вероятностей интервалов между соседними сообщениями не подчиняется экспоненциальному закону распределения потока сообщений и их нельзя считать простейшими пуассоновскими.

Проверка по критерию согласия X показала, что экспериментальное распределение времени интервалов между сообщениями соответствует закону гамма-распределения с коэффициентом вариации от 0,8 до 0,9.

Воздушное пространство (ВП) может быть разделено на 4 типа по степени — ■ оснащенности радиооборудованием центров УВД. 1 тип - ВП, обслуживаемое АС УВД. 2 тип - ВП, обслуживаемое АС УВД с неавтоматизированным сбором и обработкой информации. 3 тип - ВП, обслуживаемое наземным радиообеспечением без единого радионавигационного поля. 4 тип - ВП, обслуживаемое с помощью ДКМВ радиостанций.

Ставится задача определения интенсивности радиообмена для 3-х основных типов речевых сообщений, для всех 4-х видов воздушного пространства. Интерес представляет определение количества контрольных сообщений в каждом из 4-х типов пространства. Это связано с тем, что эти сообщения могут быть переданы автоматически, например, с помощью системы связи "Цифра", или с помощью спутниковой системы связи, и, следовательно, разгрузить традиционные средства связи.

Для определения удельного веса контрольных сообщений необходимо провести анализ большого объема статистических данных в конкретном типе ВП. Трудность при этом возникает в связи с большими размерностями статистических данных. В связи с этим для определения объема контрольных сообщений предлагается следующий подход. Из анализа карт аэронавигационной информации было установлено, что более 90% зон УВД, расположенных в районных центрах (РЦ), содержат по 3 пункта обязательных донесений (ПОД) (вход в зону, пролет ПОД, выход из зоны). Далее анализ потоков информации проводился по типам ВП. Результаты обработки статистических данных приведены в таблице 2.

____Таблица 2

Тип ВП Количество сеансов связи ^сва&чис Средняя длительность сеанса связи, с Процентное соотношение основных типов сообщений Примечание

1 2 3

1 2 3 4 э 6 7

Первый тип 3,98 ,"=8,3 <т=3,7(с) 36 50 14 -

Второй тип 4,05 ,"=9,7 ст=4,4(с) 38 46 16 -

Третий тип 5,91 ^=14.8 (7=5,6(с) 60 25 15 При наличии связи между смежными РЦ

7,93 При отсутствии связи между смежными РЦ

Четвертый тип 8,91 /<=17,8 <г=5,9(с) 62 28 10 -

Обозначения: ¡1 - математическое ожидание длительности сеанса связи; а- среднеквадратичное отклонение.

Как видно из таблицы, интенсивность сообщений I в первом и втором типах ВП меньше, чем в остальных ВП. Это объясняется наличием в первых двух типах ВП аппаратуры вторичной радиолокации (ВРЛ), через которую также передается необходимая информация. Во втором типе ВП, при неавтоматизированном сборе и обработке информации, увеличивается время сеансов радиосвязи, так как увеличивается время задержки между получением информации и передачей на ВС необходимых указаний.

В третьем и четвертом типах ВП удельный вес контрольных сообщений почти в 2 раза выше, чем в первом и втором типах ВП. Это объясняется тем, что в первом и втором типах ВП часть этих сообщений передается с помощью аппаратуры ВРЛ. В то же время удельный вес управляющих сообщений в первом и втором типах примерно в 2 раза выше, чем в третьем и четвертом типах ВП. Это связано, с одной стороны, со значительно большими интенсивностями воздушного движения, а с другой - с большими возможностями диспе1черского состава. Приведенные данные позволяют рационально перераспределять связные ресурсы ТОП для разных видов ВП с учетом данных по интенсивности радиообмена в зависимости от МВД, что позволит существенно повысить эффективность ТОП.

Основные выводы по работе

1.Для СПИ в системах УВД целесообразно ввести энергетическую и частотную эффективность, а в качестве обобщенного показателя эффективности СПИ может быть введен коэффициент использования пропускной способности канала УВД (информационная эффективность).

2.Наиболее приемлемым классом сигналов при построении АССС для решения задач УВД служат четырехфазные фазоманипулированные сигналы со сдвигом, а для получения максимально эффективного кодового разделения каналов следует использовать сигналы, построенные на основе применения функций Уолша.

3.Структура формирования прямого канала МДКР может включать в себя: канал синхронизации, канал оповещения и прямые каналы трафика. Каждый из этих каналов организуется посредством использования соответствующей ортогональной функцией Уолша, а затем расширяется с помощью квадратурной пары ПСП при фиксированной скорости передачи информации.

4.Большие диапазоны априорной неизвестности частоты сигнала эквивалентны уменьшению пороговой энергии сигнала по сравнению с энергией сигнала, имеющего лишь неизвестную начальную фазу.

5.Пороговое отношение сигнал-шум для сигнала с неизвестной шириной спектра должно увеличиваться с ростом относительной неопределенности ширины спектра для получения аналогичных характеристик обнаружения сигнала с полностью известными параметрами.

6.Неизвестность структуры сложного сигнала примерно в I раз ухудшает его обнаружение (по уровню пороговой энергии) по сравнению с сигналом, имеющим известную структуру с неизвестной фазой несущего колебания, где I -число элементарных сигналов, а полное отсутствие априорных сведений о параметрах подлежащего обнаружению сигнала эквивалентно увеличению пороговой энергии в £раз, где £ определяется формулой (3).

7.Свыше 90% в общем информационном потоке составляют речевые сообщения I, 2 и 3 типов, интервалы между которыми подчиняются экспоненциальному закону, а длительность этих сообщений - гамма-распределению.

8.Интенсивность сообщений в первом и во втором типах ВП меньше, чем в остальных. Во втором типе ВП увеличивается время сеансов радиосвязи. В третьем и четвертом типах ВП удельный вес контрольных сообщений почти в 2

раза выше, чем в первом и во втором. В то же время удельный вес управляющих сообщений в первом и во втором типах примерно в 2 раза выше, чем в третьем и четвертом типах ВП.

9.Функциональная связь интенсивности радиообмена с интенсивностью воздушного движения для большинства практических случаев может быть представлена в экспоненциальной форме, а время между интервалами сообщений может быть описано вероятностным распределением в виде гамма-распределения при коэффициенте вариации критерия согласия л, лежащим в пределах от 0,8 до

0.9.

10.Анализ информационных потоков показал, что на долю контрольных сообщений приходиться 91,5% всего информационного потока, 5% на долю метеоинформации, 2,5% на эксплуатационно-техническую информацию и 1% на остальную.

Основные результаты работы опубликованы в следующих материалах

1. O.E. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в телекоммуникационных сетях (ч.1). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 36, 2001, с. 138-149.

2. O.E. Орлов, И.Д. Платонов. Доступ к сети Интернет по спутниковым каналам. / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 72-82.

3. O.E. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в информационных телекоммуникационных сетях (ч.П). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 83-94.

4. А.И Логвин, O.E. Орлов, И.Д. Платонов. Информационная безопасность и управление планированием ресурсов связных систем с высоким уровнем компьютеризации и распределенными архитектурами ГА. / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 51, 2002, с. 35-40.

5. В.В. Каратанов, Д.Ю. Козлов, В.К. Левин, И.Д. Платонов. Тенденции развития проблематики специализированных компьютерных систем: феноменологические аспекты./Информационное общество, №4, 2001, с.59-68.

6. Н. В. Корнев, И.Д. Платонов. Применение аппарата сетей массового обслуживания для анализа стратегии «UP-GRADE» средств вычислительной техники автоматизированных информационных систем / Вестник ИКСИ. Специальный выпуск. - М.: Академия ФСБ РФ, 2000, с. 101-106.

7. Н. В. Корнев, И.Д. Платонов. Применение класса динамических моделей на основе системы интегральных уравнений для оценки количественных показателей при формировании стратегии «UP-GRADE» автоматизированных информационных систем. / Вестник ИКСИ. Специальный выпуск. - М.: Академия ФСБ РФ, 2000, с. 107-114

8. А.И. Логвин, O.E. Орлов, И.Д. Платонов. Алгоритмы аналого-цифровой обработки сигналов интегрированных спутниковых и радионавигационных систем (СРНС) GPS (НАВСТАР) и ГЛОНАСС с повышенной помехозащищенностью. / Iii МНТК «ABIA-2001». Тезисы докладов. - Киев : Нацюнальний ав1ашйний ушверситет, 2001, с. 92-93.

Соискатель

Подписано в печать 12.05.2003 г. Печать офсетная Формат 60x84/16 1,0 уч.-изд. л.

0,93 усл.печ.л. Заказ № 1019///^ Тираж 70 экз.

Московский государственный технический университет ГА 125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20 Редакционно-издательский отдел 125493 Москва, ул. Пулковская, д. 6а

© Московский государственный технический университет ГА, 2003

2-0 og-fl

rfi

7346

ВВЕДЕНИЕ

1.МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВИАЦИ011НЫХ СПУТ11ИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

1.1.Общие принципы телекоммуникационного обеспечения полетов

1.2.Критерии эффективности СПИ в системах УВД

1.3.Потенциальная эффективность систем передачи двоичными сигналами в системах УВД

1.4.Характеристики эффективности и информационные характеристики многоканальных систем передачи информации в системах УВД

1.5.Сравнительная эффективность систем передачи дискретной информации 31 1 .б.Сравнительная эффективность систем передачи непрерывных сообщений 34 1.7.Эффективность АССС

ОС1ЮВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

2.ВЫБОР КЛАССОВ И ТИПОВ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ 40 ЭФФЕКТИВНОСТИ АССС

2.1 .Выбор классов сигналов для АССС

2.2.Выбор типов сигналов в рамках выбранных классов

2.3.Использование выбранных сигналов для технической реализации АССС

OCHOBI1ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

3.ПОВЫШЕ1ГИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АССС НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

• СОВМЕСТИМОСТИ

3.1.Проблема электромагнитной совместимости в крупных аэроузлах

3.2.Потенциальные характеристики обнаружения в сложной сигнальной обстановке

3.2.1.Характеристики обнаружения при флюктуации амплитуды и неизвестной фазе

3.2.2. Характеристики обнаружения при неизвестной частоте

• 3.2.3. Характеристики обнаружения при неизвестной ширине спектра сигнала

3.2.4. Характеристики обнаружения при неизвестной структуре сигнала

3.2.5. Характеристики обнаружения при отсутствии априорных данных о параметрах сигнала

3.3.Методы идентификации структуры обнаруживаемых сигналов 111 3 АТочность определения параметров сигналов 115 3.5.Потенциальная точность оценок пространственно-частотных координат РЭС 121 OCHOBI1ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЫ 130 ВЫВОДЫ

4.ВЛИЯНИЕ ИЗМЕ11ЕНИЯ ИВД НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ 132 ТЕЛЕКОММУНИКАЦИО! 1НЫХ РЕСУРСОВ В СИСТЕМЕ УВД

4.1.Модель функциональной связи интенсивности радиообмена в системе УВД с интенсивностью воздушного движения

4.2.Экспериментальное исследование информационных потоков в системе УВД

4.2.1 .Цель и задачи исследования

4.2.2.Исследование состава и определение статистических характеристик потоков 138 • 4.3.Характеристики информационного обмена в различных типах воздушного пространства

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЫ

ВЫВОДЫ

Развитие гражданской авиации как одной из основных отраслей страны приводит к необходимости решения проблемы надежного и эффективного управления воздушным движением (УВД). Решением этой проблемы занимается система организации воздушного движения (ОрВД), представляющая собой комплекс организационных, технологических и технических элементов, функционирующих как единое целое и решающих единую основную задачу - обеспечение безопасности полетов.

Основным способом обеспечения заданной безопасности полетов является строгое соблюдение экипажами и диспетчерами службы движения правил эшелонирования, которые определяют четкий распорядок рассредоточения воздушных судов (ВС) в воздухе на безопасные расстояния по каждой из координат полета.

Стремление обеспечить полеты ВС в экономически выгодных режимах, т.е., по ортодромическим траекториям и на оптимальных для каждого ВС высотах, приводит к повышению плотности воздушного движения (ПВД) на кратчайших маршрутах и экономичных эшелонах, что вызывает необходимость сокращения воздушных коридоров. Таким образом, требования безопасности воздушного движения и экономичности полетов ВС являются противоречивыми. С целью приведения во взаимное соответствие указанных требований, рационального использования воздушного пространства (ИВП), повышения норм эшелонирования, проводится комплекс мероприятий, направленных на совершенствование принципов ОрВД и развития методов оптимизации деятельности оператора в системе УВД [1,2], на совершенствование систем навигации, УВД и связи и на улучшение их взаимодействия. [3,4].

Одним из основных средств радиотехнического обеспечения полетов являются системы авиационной связи, которые сегодня принято называть системами телекоммуникационного обеспечения полетов ВС. Воздушная авиационная связь предназначена для взаимодействия экипажа и диспетчерского состава УВД и замыкает контур управления воздушным движением по линии «диспетчер - экипаж». Ухудшение качества связи приводит к увеличению загруженности диспетчера и при сохранении заданной пропускной способности воздушного пространства может привести к снижению безопасности полетов, что недопустимо.

Ухудшение качества телекоммуникационного обеспечения полетов в значительной степени может быть связано с электромагнитной обстановкой на трассе распространения радиоволн, особенно, если электромагнитная обстановка априорно неизвестна. Именно эта проблема рассматривается в представленной работе. Анализируются методы повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов при априорной неопределенности электромагнитной обстановки, что в конечном итоге ведет к повышению эффективности УВД. Особенно остро эта проблема стоит для дорогостоящих спутниковых систем связи (ССС), которые должны использоваться в рамках реализации концепции ИКАО CNS/ATM [5J. ССС обладают очень важным свойством - наличием возможности адаптивного управления связными ресурсами, т.е. перераспределением ресурсов в зависимости от потребности в них. Потребность же в связных ресурсах должна определяться на основании прогноза информационного обмена с учетом динамики изменения интенсивности воздушного движения (ИВД). Таким образом возникает актуальная научная задача повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки при изменяющейся ИВД для решения задач УВД.

Целью работы является повышение эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов в условиях априорной неопределенности электромагнитной обстановки для решения задач УВД.

Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие научно - практические задачи: разработка методов оценки качества функционирования авиационных спутниковых систем связи (АССС) в процессе эксплуатации; выбор типов и классов сигналов для повышения эффективности телекоммуникационного обеспечения полетов (ТОП); анализ влияния электромагнитной обстановки (ЭО) на эффективность ТОП и разработка мер по преодолению априорной неопределенности ЭО; оценка влияния изменения ИВД на перераспределение телекоммуникационных ресурсов в системе УВД.

В результате решения указанных задач на защиту выносится совокупность научных положений, содержащих решение общей задачи -повышение эффективности ТОП в условиях априорной неопределенности ЭО при изменяющейся ИВД для решения задач УВД, а именно: методы оценки качества функционирования АССС в процессе эксплуатации; предложения по выбору типов и классов сигналов для повышения эффективности ТОП; методы преодоления априорной неопределенности ЭО для поддержания заданного уровня ТОП; методы перераспределения телекоммуникационных ресурсов при изменяющейся ИВД для поддержания требуемого уровня безопасности полетов в системе УВД.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые: предложены методы оценки качества функционирования АССС в различных условиях эксплуатации; обоснован выбор типов и классов сигналов, обеспечивающих максимальную эффективность АССС; предложены меры по преодолению априорной неопределенности ЭО с сохранением заданного качества ТОП; получены соотношения взаимосвязи изменения ИВД и интенсивности радиообмена по линии «ВС - диспетчер».

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют: количественно оценивать качество функционирования АССС в различных условиях эксплуатации; выбирать типы и классы сигналов, для достижения максимальной эффективности АССС; поддерживать заданный уровень ТОП путем преодоления априорной неопределенности ЭО на трассе распространения радиоволн; перераспределять связные ресурсы при изменении ИВД в системах УВД.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на внутривузовских конференциях МГТУГА и на межкафедральных семинарах МГТУГА, на III МПТК «Авиа-2001» Украина, Киев.

Внедрение

Результаты работы внедрены в НИР, проводимых в МГТУГА в 19992002г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из Введения, 4-х разделов и списка цитируемой литературы.

Общий объем диссертации составляет 155 страниц и включает 28 рисунков, 4 таблицы.

Список цитируемой литературы содержит 52 наименования.

ВЫВОДЫ

1 .Свыше 90% в общем информационном потоке составляют речевые сообщения 1,2 и 3 типов, интервалы между которыми подчиняются экспоненциальному закону, а длительность этих сообщений — гамма-распределению.

2.Интенсивность сообщений в первом и во втором типах ВП меньше, чем в остальных. Во втором типе ВП увеличивается время сеансов радиосвязи. В третьем и четвертом типах ВП удельный вес контрольных сообщений почти в 2 раза выше, чем в первом и во втором. Это объясняется тем, что в первом и во втором типах ВП часть этих сообщений передается с помощью аппаратуры BPJI. В то же время удельный вес управляющих сообщений в первом и во втором типах примерно в 2 раза выше, чем в третьем и четвертом типах ВП. Это связано, с одной стороны, со значительно большими ИВД, а с другой с большими возможностями диспетчерского состава.

3.Функциональная связь интенсивности радиообмена с интенсивностью воздушного движения для большинства практических случаев может быть представлена в экспоненциальной форме.

4.Время между интервалами сообщений может быть описано вероятностным распределением в виде гамма-распределения при коэффициенте вариации критерия согласия X, лежащим в пределах от 0,8 до 0,9.

5.Анализ информационных потоков показал, что на долю контрольных сообщений приходиться 91,5% всего информационного потока, 5% на долю метеоинформации, 2,5% на эксплуатационно-техническую информацию и 1% на остальную.

1. Организация управления воздушным движением. Под ред. Г.А.Крыжановского.-М.: Транспорт, 1988

2. Т.Г. Анодина, А.А. Кузнецов, Е.Д. Маркович. Автоматизация управления воздушным движением. — М.: Транспорт. 1992.

3. О.С. Набатов, Н.С. Вдовиченко. Связь в АС УВД. М.: Транспорт, 1984.

4. А.А. Кузнецов, В.И. Дубровский, А.С. Уланов. Эксплуатация средств УВД. М. : Транспорт, 1983.

5. Б.И. Кузьмин. Сети и системы авиационной цифровой электросвязи. 4.1 Концепция ИКАО CNS/ATM. М.: ОАО «НИИЭИР», 1999.

6. Авиационная связь. Приложение 10 к Конвенции по международной гражданской аваиции. Т.2 Процедуры связи ИКАО. /1968.

7. А.В. Витерби, Дж. К. Омура. Принципы цифровой связи и кодированияМ.: Радио и связь,1982.

8. Л.Я. Кантор и др. Передача информации в дискретной форме в спутниковых системах связи. / Электросвязь, 1980, №5, с. 12-16.

9. Дж. Спилкер. Цифровая спутниковая связь. — М.: Сов. радио, 1979.

10. А.И. Величкин, Г.С. Азаров, Ю.В. Саготин. Средства связи и системы передачи данных ВВС. М.: Изд. ВВИА им проф. Н.Е. Жуковского, 1985.

11. К. Шеннон. Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИЛ, 1963.

12. Р. Галлопер. Теория информации и надежная связь. М. Сов. радио. 1974.

13. А.Г. Зюко и др. Теория передачи сигналов. М.: Связь, 1980.

14. А.Г. Зюко. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. — М.: Связь, 1972.

15. А.Г. Зюко. Эффективность систем передачи сообщений. / Электросвязь, 1977, №6, с 17-19.

16. В.JI. Банкет. Эффективность систем передачи дискретных сигналов. В кн. Методы устойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов. М.: Сов. радио, 1976, С229-235.

17. Ю.Б. Окунев и др. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. — М.: Связь, 1976

18. Статистическая теория связи и ее практические приложения. Под ред. Б.Р. Левина. М.: Связь, 1979

19. В.А.Свириденко. Анализ систем со сжатием данных М.: Связь, 1977

20. Ф.Ф.Юрлов. Технико-экономическая эффективность сложных радиоэлектронных систем. — М.: Сов. радио, 1980.

21. АС УВД. Под ред. Савицкого. М.: Транспорт, 1986.

22. В.В. Бочкарев, Г.А. Крыжановский., Н.Н. Сухих. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта. — М.: Транспорт, 1999.

23. С.Я. Портной. Об эффективности мажоритарных кодов в системах спутниковой связи. Труды НИИР, 1981, №2 с. 5-15.

24. Основы технологического проектирования систем связи через ИСЗ. Под ред. А.Д. Фортушенко. М.: Связь, 1970.

25. А.Ф. Фомин. Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений. — М.:Сов. радио, 1975.

26. Ю.А. Соловьев. Системы спутниковой навигации. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.

27. А.И. Логвин, О.Е. Орлов. Спутниковые системы навигации и связи. М.: РИО МГТУГА.

28. В.И. Тихонов. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983.

29. В.И. Тихонов. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.

30. Б.Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1969.

31. Х.Ф. Хармут. Передача информации ортогональными функциями. М.: Связь, 1975.

32. Н.Г. Дядюнов, А.И. Сенин. Ортогональные и квазиортогональные сигналы. М.: Связь 1977.

33. Э. Берлекамп. Алгебраическая теория кодирования. М.: Мир, 1971.

34. Г.Н. Устинов. Основы информационной безопасности систем и сетей передачи данных. Сер. «Безопасность». -М.: СИ11ТЕГ, 2000.

35. Ю.В. Гуляев, А .Я. Олейников, Е.Н. Филинов. Развитие и применение открытых систем в РФ. / Информационные технологии и вычислительные системы., 1995, №, 1, с. 6-14.

36. Ю.В. Гуляев, А.Я. Олейников. Технология открытых систем — основное направление информационных технологий. / Информационные технологии и вычислительные системы, 1997, №3, с. 3-11.

37. Э.А. Якубайтис. Открытые информационные сети. М.: Радио и связь, 1991.

38. С.Е. Фалькович. Оценка параметров сигнала. М.: Сов. радио, 1970.

39. JT.C. Гуткин. Оптимизация радиоэлектронных систем. М.: Сов. радио, 1975.

40. Теория и методы оценки ЭМС РЭС. Под ред. Ю.А. Феоктистова. — М.: 1988.

41. С.Е. Фалькович, Э.И. Хомяков. Статистическая теория измерительных радиосистем. М.: Радио и связь, 1981.

42. ЭМС радиоэлектронных средств и систем. Под ред. И.М. Царькова. М.: Радио и связь, 1985.

43. Справочник по специальным функциям. Под ред. М. Абрамовица. М.: Наука, 1979.

44. Селекция и распознавание на основе локационной информации. Под ред. A.JI. Горелика. М.: Радио и связь, 1990.

45. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в телекоммуникационных сетях (ч.1). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 36, 2001, с. 138-149.

46. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Доступ к сети Интернет по спутниковым каналам. / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 72-82.

47. О.Е. Орлов, И.Д. Платонов. Положение общей методологии защиты информации в информационных телекоммуникационных сетях (ч.Н). / Научный вестник МГТУ ГА, Сер. Радиофизика и радиотехника, № 39, 2001, с. 83-94.

48. В.В. Каратанов, Д.Ю. Козлов, В.К. Левин, И.Д. Платонов. Тенденции развития проблематики специализированных компьютерных систем: феноменологические аспекты./Информационное общество, №4, 2001, с.59-68.