автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка помехоустойчивых методов передачи информации в системах железнодорожной автоматики и телемеханики

На правах рукописи

003450552

ВОЛЫНСКАЯ АННА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

05.22.08 - Управление процессами перевозок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

а о о:'.Т2С38

Екатеринбург - 2008

003450552

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

_ __ Сергеев Борис Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Розенберг Ефим Наумович

кандидат технических наук Валиев Рафаил Шамильевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС)

Защита состоится 21 ноября 2008г. в часов на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС) по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, аудитория 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 18 октября 2008г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес Ученого совета университета или по факсу: (343) 245-31-88.

Ученый секретарь диссертационного совета ^ Асадченко В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) - основное средство управления движением поездов. Необходимость повышения безопасности движения, увеличения пропускной способности приводит к усложнению СЖАТ, возложению на них новых функций, требующих применения современных информационных технологий и надежных каналов передачи информации («Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» - Белая книга). СЖАТ сегодня рассматриваются как составная часть систем управления и обеспечения безопасности движения, в которых роль и требования к каналам передачи информации существенно повышаются («Концепция многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов» ВНИИАС, 2003г.). Зарубежный и отечественный опыт указывает на то, что наряду с традиционными средствами контроля и регулирования движения поездов - рельсовые цепи, проводные каналы связи и др. необходимо использовать новые принципы и системы, в частности цифровые радиоканалы. При этом должна быть обеспечена высокая надежность передачи информации. Для повышения надежности необходимо повышать помехоустойчивость физических каналов передачи информации.

Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы является разработка помехоустойчивых методов передачи информации по каналам СЖАТ и оценка их эффективности по критерию максимума отношения сигнал/помеха. Для достижения цели поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Анализ СЖАТ с точки зрения используемых в них физических каналов передачи информации и методов повышения их помехоустойчивости.

2. Разработка метода передачи информации, основанного на отображении передаваемого сообщения (команды) на шумоподобный сигнал-переносчик путем их математической свертки. Оценка эффективности метода по критерию

выигрыша отношения сигнал/помеха для разнообразных законов распределения помех.

3. Разработка алгоритма расчета шумоподобного сигнала-переносчика, адаптированного к помехам в канале и проверка его эффективности путем математического моделирования.

4. Разработка метода весового накопления полезного сигнала по критерию коэффициента корреляции и оценка его эффективности при разнообразном характере помех.

Методы исследования. В ходе исследования автором применялись методы теории вероятностей, теории случайных процессов, компьютерного моделирования и физического эксперимента. Решение ряда задач производилось с использованием теории корреляционного анализа, спектрального анализа Фурье и теории дискретизации сигналов.

Научная новизна полученных результатов.

1. Предложен метод многопараметрической модуляции шумоподобного сигнала-переносчика путем его свертки с фрагментом (пакетом) передаваемого сообщения. Высокая помехоустойчивость метода достигается:

- за счет того, что предаваемое сообщение отображается не на один параметр несущего колебания, как в известных видах амплитудной или угловой модуляции, а на все его параметры (отсчетные значения); при этом в каждом отсчетном значении сигнала в канале содержится информация обо всем фрагменте передаваемого сообщения;

- шумоподобный сигнал в канале может быть адаптирован к энергетическому спектру помех таким образом, чтобы на выходе канала достигалось максимально возможное отношение сигнал/помеха;

- метод позволяет реализовать весовое накопление полезного сигнала, устойчивое к аномально большим выбросам помех и кратковременным пропаданиям сигнала.

2. Показано, что предложенный метод обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха. Выигрыш тем больше, чем более сложные сигналы исполь-

зуются для передачи и чем более неравномерен энергетический спектр помех в канале, что особенно характерно для железнодорожного транспорта.

3. Предложен новый алгоритм расчета адаптированного к помехам шу-моподобного сигнала-переносчика, основанный на переводе сигналов с оси времени на ось частот, что позволяет избежать вычисления обратных матриц высокого порядка.

4. Получены уточненные формулы для взаимного пересчета сигналов с оси времени на ось частот и обратно.

5. Предложен новый метод весового накопления полезного сигнала по критерию величины коэффициента корреляции. Проведена оценка выигрыша весового накопления перед простым накоплением в условиях резко нестационарных помех либо кратковременных пропаданиях полезного сигнала.

Практическая значимость полученных результатов. Теоретические исследования, а также предложенные варианты технического решения основных узлов аппаратуры, реализующей новые методы, подтверждают возможность внедрения результатов исследований в существующие и перспективные каналы передачи информации СЖАТ. Полученные результаты применимы к радиоканалам, используемым в современных СЖАТ и системах управления и обеспечения безопасности движения. Однако, выводы, полученные в результате исследований справедливы и для других физических каналов передачи информации, по которым передаются сигналы телеметрии, телесигнализации, телеуправления, аварийной сигнализации, текстовых и цифровых сообщений, статических изображений и оцифрованной аналоговой информации - голоса, аудио, видеоизображения. Результаты исследований использовались при лабораторных испытаниях элементов беспроводной бортовой сети связи пассажирского поезда, разрабатываемой в рамках НИР № 19.10.03/49 «Исследование возможностей повышения помехоустойчивости и информационной безопасности бортовой сети связи пассажирского поезда». Эти устройства могут применяться и в системах многих единиц транспорта (СМЕТ) длинносоставных тяжеловесных поездов.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на: 58-й Научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, РЭНТОРЭС им. A.C. Попова, 2003); Урало-Сибирской научно-практической конференции (Екатеринбург, 2003); Научно-технической конференции «Безопасность информационного пространства» (Екатеринбург, 2003); Международной научно-практической конференции «Безопасность и логистика транспортных систем» (Самара, СРНЦ PAT, 2004); Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2004» (Екатеринбург, 2004); Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2004); Региональной научно-практической конференции «Новейшие достижения науки на железнодорожном транспорте» (Челябинск, 2004); расширенных заседаниях каф. Связи и Электроники УрГУПС.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8-ми статьях и в патенте Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 62 наименований, 5 приложений. Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 57 рисунков и 1 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан краткий анализ современных тенденций в развитии СЖАТ, обоснована актуальность темы исследований, перечислены организации и ученые, внесшие основной вклад в развитие СЖАТ, на работы которых автор опирался в своих исследованиях. Согласно концепции многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте (MC), частью которой следует рассматривать СЖАТ, ответственная информация должна передаваться по независимым физическим каналам связи.

Достоверность передачи определяется, прежде всего, помехоустойчивостью канала, которая зависит как от вида сигналов, так и от алгоритма модуляции. Представляют теоретический и практический интерес новые помехоустойчивые алгоритмы многопараметрической модуляции шумоподобных сигналов,

такие как свертка, адаптация к помехам, весовое накопление сигналов. Сформулированы цель, задачи исследований и их научная новизна. Приводятся сведения о методах исследования, личном вкладе автора, апробации результатов, публикациях автора по теме диссертации.

В первой главе рассматриваются как существующие СЖАТ и используемые в них физические каналы передачи информации (рельсовые цепи, проводные каналы), так и современные и перспективные радиоканалы. Большое внимание уделено анализу Концепции многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов (МС), основные положения которой распространяются на бортовые системы обеспечения безопасности, устройства железнодорожной автоматики, средства связи. Бортовые микропроцессорные системы на локомотиве (КЛУБ-У, МАЛС, ГАЛС, САУТ-ЦМ, УСАВП и др.) позволяют организовать взаимодействие между устройствами ЖАТ и локомотивом с помощью радиоканала. В МС, наряду с традиционными средствами контроля и регулирования движения поездов и обмена информацией внутри подсистем и между стационарными и мобильными средствами обеспечения безопасности (рельсовые цепи, проводные каналы связи и т.п.), должны использоваться новые возможности - счетчики осей, радиотехнические и оптические средства контроля, цифровые системы передачи информации, в том числе по радиоканалу, спутниковая навигация и т.д.

Как и в традиционных СЖАТ, передача информации по альтернативным каналам должна происходить с высокой достоверностью. Среди других методов повышения достоверности основным является введение избыточности в виде дополнительных служебных символов, что требует бблыпей пропускной способности канала без снижения его помехоустойчивости. Представляет научный и практический интерес исследование возможности и эффективности таких современных методов повышения помехоустойчивости как применение широкополосных сигналов и сложных многопараметрических алгоритмов модуляции-демодуляции, алгоритм адаптации широкополосных сигналов к поме-

хам, накопление полезного сигнала. Сформулированы цель и задачи исследова-

нии

Во второй главе анализируются теоретические предпосылки повышения помехоустойчивости каналов передачи информации СЖАТ. Известно, что теоретически можно обеспечить сколь угодно высокую верность передачи информации, которую можно численно оценить вероятностью ошибочного приема элементарного символа - р0. Для этого необходимо чтобы скорость передачи информации не превышала пропускной способности канала. С другой стороны, для снижения р0 требуется вводить избыточность в виде служебных (контрольных) символов, либо многократным повторением сообщения (команды), что приводит к увеличению скорости передачи. Чтобы обеспечить требуемую скорость при высокой верности передачи необходимо увеличить пропускную способность канала. Наибольшая скорость передачи информации, равная пропускной способности определяется максимизацией интеграла (К. Шеннон)

log

df,

(1)

где: P(J) - полная мощность передатчика, распределенная по спектру в диапазоне частот 0 - F; Nif) - неравномерный спектр мощности помехи в этом же диапазоне; X - коэффициент пропорциональности.

Условие максимума можно получить с помощью вариационного исчисления

1

- + А = 0,

Щ/) + -Р(Л

то есть Лт{/)+Р(/) должно быть постоянным, как это показано на рис. 1.

(2)

Рис. 1. Наилучшее распределение мощности передатчика

Таким образом, требуется адаптировать (приспосабливать) спектр полезного сигнала к спектру помех. Известные методы и алгоритмы отображения информации на сигнал-переносчик, такие, как частотная модуляция, фазная модуляция и их модификации, используют в качестве сигнала-переносчика простое синусоидальное колебание. Сравнительно новые виды модуляции: М-ичная ортогональная модуляцию (МОК); фазоимпульсная модуляция (РРМ); квадратурная амплитудная модуляция (QAM) и др., а также самые современные способы расширения спектра, использующие шумоподобную несущую, например система SS-MS-MA, в которой применяются ортогональные расширяющие коды Уолша-Адамара, из-за детерминированности подобных кодов частично решают задачу, но не обеспечивают возможность адаптации шумоподобной несущей к помехам. Все перечисленные способы, а также общеизвестные стандарты: GSM, TETRA, CDMA, использующие псевдослучайные бинарные последовательности относятся к однопараметрическим видам модуляции, не позволяют регулировать форму спектра полезного сигнала в канале.

Известно, что увеличение сложности сигнала может улучшить помехоустойчивость. Усложнение сигналов в отведенной для передачи полосе частот можно осуществить: во-первых, путем выбора для несущего колебания не одной спектральной линии (синусоиды), а всего спектра; во-вторых, воздействовать на несущее колебание не одним мгновенным значением модулирующего сигнала (как в традиционных видах модуляции), а всеми его отсчетными значениями на относительно длинном отрезке.

В рамках линейной теории передачи информации процедуру модуляции шумоподобной несущей можно представить следующим образом. Пусть имеется линейная система с переменными параметрами, передаточной функцией которой управляет модулирующее колебание (рис. 2). Отрезок этого колебания длительностью Ts и числом степеней свободы 2FSTS устанавливает на время Ts свою передаточную функцию для несущего колебания. Несущее колебание представляет собой периодически повторяемое шумоподобное колебание.

Единственным ограничением, накладываемым на это колебание, является выполнение неравенства FT > FsTs . За время Ts через систему пройдет несколько периодов несущего колебания. Благодаря этому на приеме можно организовать синхронное накопление. Следующий отрезок такой же длительности установит свою передаточную функцию на время Ts и т.д.

Очевидно, что сигнал x(t) в канале является сверткой y(t) и s{t), матричная форма записи которой соответствует уравнению, приведенному на рис. 2.

' Я')

аЧ /

ki 1 И 1 И ' 1

т <-— —-— : т —- —

м х(0

лспп я»

2 FT 2 FT

*(<) А

Г^-соП •п S«"

х2 = ы

. п _

/ = 1,2, ...,/и

Рис. 2. Иллюстрация принципа линейно-параметрической модуляции Выберем в качестве несущего колебания периодический сигнал ХО с периодом Г и числом степеней свободы 2FГ, где для всех г должно выполнятся условие

р(Пт0) <рт (3)

Для реализации рассматриваемого принципа модуляции подадим на вход

10

системы несущее колебание >'(?)> а импульсную характеристику зададим таким образом, чтобы она в отсчетных точках на оси времени воспроизводила от-счетные значения сигнала когда передается г-е сообщение. Тогда сигнал на выходе модулятора можно выразить в следующем виде

С) 1 .(0 2 =М

(О

1 = 1,2,3, ...,т.

Квадратная матрица [у] я-го порядка и все строки ее получаются из первой путем циклических перестановок. Первая строка матрицы [у] может быть произвольным набором чисел. Соответственно, и сигнал у(() может иметь произвольную форму. Это позволяет при передаче любых сигналов выбирать независимое несущее колебание таким образом, чтобы оптимизировать систему по какому-либо критерию. Модем, у которого импульсная характеристика демодулятора и несущее колебание выбраны из условия минимизации среднеквадратичного отклонения сигнала на выходе от модулирующего колебания $(/), назовем адаптированным к помехам в канале. У адаптированного модема характеристика демодулятора определяется выражением

= Ж^Ш^'^е1^, (5)

2Я"-0=

где А"о - постоянное число; Л'(и) - энергетический спектр помех в канале; Ыт - постоянное число, превышающее пиковое значение //(со); (га) - произвольный фазовый спектр. Несущее колебание связано с импульсной характеристикой демодулятора матричным соотношением

[у] = И"\ (6)

где матрица И построена из отсчетных значений импульсной характеристики демодулятора на интервале Т путем циклических перестановок.

Алгоритм работы демодулятора линейного модема имеет вид:

-00 ' ¿=1,2,3..., от,

где Т) - сканирующая функция, обладающая следующими свойствами:

й«„(г>г) = |1 при и Т,,<2Т;

(О при всех других г и Т.

Исследование помехоустойчивости линейного модема показывает, что он обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха, равный

[ 52(Ш) (1ю Шфс

V л У

ту _ У * * / еыл ___^со_-со__/д\

М г.. Бг(ф) ' ^

I -ОО^-М®)

Видим, что при заданной мощности сигнала 5(0 выигрыш зависит не

только от структуры помех, но и от структуры сигнала. Следовательно, меняя

структуру передаваемого сигнала при заданной мощности, можно увеличивать

или уменьшать выигрыш. Максимальный выигрыш, которого можно достичь

при использовании в данном канале линейного модема

00 00 | - АГ(Й>)] 2 ¿а |ЛГ(со)аа

П _ _^СО_-СО__ПО)

макс со со ' \А /

-со -X

В зависимости от структуры энергетического спектра помех в канале это выражение всегда больше единицы. Максимальный выигрыш тем больше, чем более неравномерен энергетический спектр помех в канале. Это обстоятельство наиболее ценно для применения на железнодорожном транспорте, для которого характерен резко неравномерный энергетический спектр электромагнитных помех. Наряду с наилучшим сигналом, обеспечивающим максимальный выигрыш, может быть и наихудший сигнал, при котором выигрыш минимален. Влияние структуры передаваемых сигналов на выигрыш можно оценить коэффициентом диапазона изменения выигрыша

(И)

Чем он больше для данного канала, тем более оправдано стремление к адаптации сигнала к помехе. Величина этого диапазона характеризует возможные потери выигрыша при работе с произвольными передаваемыми сигналами.

Расчеты выигрыша для 14-ти известных законов распределения плотности вероятностей неравномерности энергетического спектра помех показывают, что максимальный выигрыш можно получить, когда закон распределения энергетического спектра помехи является равномерным, а это как раз и характеризует максимальную степень неравномерности распределения помехи по спектру.

В третьей главе предложен новый метод расчета шумоподобного сигнала-переносчика (несущего колебания). Известно, что вычисления по формуле (6) обратной матрицы высокого порядка (100 и более) затруднены, а часто и невозможны из-за вычислительной неустойчивости. Видимо, это связано с необходимостью деления элементов прямой матрицы на определитель, который часто близок к нулю. Для преодоления трудностей, связанных с вычислением обратных матриц высокого порядка, предложен и обоснован устойчивый способ расчета, реализуемый путем перевода сигналов на ось частот. Основные расчетные выражения для нахождения ортогональных составляющих спектральных функций адаптированного к помехам несущего колебания и импульсной характеристики фильтра-демодулятора имеют вид:

Пересчет выборок с оси частот на выборки на оси времени и наоборот проводится по следующим формулам:

ГС/®) = Ау(а)-]Вг(а) = —-1-[лс(со) + убс(ш)];

(12)

(13)

T

FT-\

Z4

k=1

. COS-

27ikn „ . 2лкп\

2FT

+ sin

2F7 J

и = 0,1, 2, 3,...2FT.

j 2Л"

sn

2FT 2nkn 1

COS-, Bk =- > 5

2FT " ^

2F~0" 2F7 2F n=0

sin-

2 л Ал 2FT'

(14)

(15)

¿ = 1, 2, 3,...FT-

A A FTA

при дополнительных ограничениях: — + —+ ^ = 0 и =-2 ^ Ak.

2 2 t=1

Результаты моделирования при различных видах энергетического спектра помех, показывают, что процедура адаптации несущего колебания к помехам устойчива и инвариантна к распределению помех. На рис. 3 приведены результаты расчетов для реальной ситуации вблизи 2-х базовых станций сотовой связи стандарта GSM.

........ 1....... ¡Щг

i

V

j ч/ : \

1 : \ \

--- —/ ----—-

3 4 0 50 6 0 70 8 90 1С

Рис. 3. Результаты расчета несущего колебания для реального энергетического спектра помехи

В четвертой главе исследуется алгоритм весового накопления полезного сигнала, который позволяет получить дополнительный выигрыш помехоустойчивости в линейном модеме, как при существенно нестационарном уровне по-

мех в канале, так и при кратковременных пропаданиях сигнала. Это обусловлено тем, что полезный сигнал при каждом цикле накопления один и тот же, а помеха - разная. Поэтому уровень полезного сигнала растет быстрее, чем уровень помехи, и отношение сигнал/помеха возрастает с увеличением циклов накопления. При весовом накоплении с весами

, % р ■ ,

к, = С —-— = С —— ---, где Л/ - коэффициент корреляции

ат

выигрыш от весового накопления определим как отношение отношений сигнал/помеха на выходе при весовом накоплении и при простом накоплении

Заслуживает особого внимания ситуация, когда распределение мощности помех происходит случайным образом. На рис. 4 приведены результаты моделирования для отношения помеха/сигнал от 0,2 до 5,5. Как видно, выигрыш Вг в этом случае значительный - порядка 40.

В

(16)

Рис. 4. Моделирование весового накопления.

Преимущество весового накопления перед простым накоплением также хорошо видно из временных диаграмм рис. 5, 6, где приведены результаты моделирования для конкретного сигнала - ограниченной синусоиды.

Рис. 5. Простое накопление при случайном характере изменения мощности помехи

Рис. 6. Весовое накопление при случайном характере изменения мощности помехи

В пятой главе рассмотрены варианты практической реализации результатов исследований.

Помехоустойчивая система пакетной передачи аналоговой или цифровой информации (Рис. 7). Благодаря применению линейного модема, система обладает высокой скоростью передачи информации, равной пропускной способности канала. Выигрыш отношения сигнал/помеха равен коэффициенту расширения полосы частот при модуляции. Здесь отсутствует пороговый эффект, поэтому при малых сигналах система превосходит по помехоустойчивости систе-

мы с частотной модуляцией и может работать на уровне шумов в «занятых» частотных диапазонах передачи информации.

Рис. 7. Блок-схема системы пакетной передачи сообщений

Формирование канальных сигналов на выходе линейно-параметрического модулятора. Если передача информации ведется в области высоких частот и занимает ограниченную полосу, то для точного воспроизведения сигнала требуется вместе с отсчетами модулированного сигнала по каналу передавать информацию и о его преобразовании Гильберта, что снижает скорость передачи информации вдвое. Предложены способ и устройство формирования сигнала, не требующие передачи преобразования Гильберта (рис. 8).

■ЛМт-

<хк

1 /г

Таюы дая

несущгго колебания

Км

Таюы

для источника соободиий

СчА

П16К

=> АЦУ1

1_ □

-*

АЦУ2

Огсчегные значения с выхода ш;$стора

Рис. 8. Блок формирования канальных сигналов

Повышение точности восстановления в системах, использующих накопление сигнала. Если количество накоплений п кратно целой степени двойки, то можно повысить точность восстановления сигнала путем введения в схему приемного устройства сумматора Е и генератора ступенчатого напряжения ГСН. Вариант практической реализации дополнительного устройства показан --- на рис. 10.

Рис. 10. Вариант практической реализации дополнительного устройства

Добавление простого устройства позволяет уменьшить объем оборудования ориентировочно на 40 %, сохранив при этом качество накопленного сигнала, что особенно ценно для мобильной аппаратуры.

Бортовая сеть связи подвижного состава (БССПС). Система (рис. 11) содержит: контроллер базовых станций (КБС) в штабном вагоне; базовые станции (БС) на локомотивах и в каждом вагоне; мобильные и стационарные терминалы (Т) в виде микротелефонных комплектов у каждого работника поездной бригады, приемопередатчиков систем видеонаблюдения, приемопередатчиков систем телеконтроля, телеметрии и телеуправления; пульт управления начальника поезда (ПНП).

Основу системы составляет сквозной универсальный помехозащшценный радиоканал, состоящий из цепочки (конвейера) базовых станций, работающих под управлением контроллера базовых станций. Основные элементы радиоканала испытаны в лабораторных условиях.

Связь с GSM-R, TETRA Штабной вагон

Рис. 11. Вариант реализации беспроводной БССПС ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная диссертационная работа представляет собой научное исследование, направленное на достижение актуальной цели — повышение помехоустойчивости каналов передачи информации СЖАТ. Достижение цели обеспечивается решением поставленных задач, при выполнении которых получены следующие результаты:

1. Предложен метод мультипараметрической модуляции шумоподобного сигнала-переносчика путем его математической свертки с фрагментом (пакетом) передаваемого сообщения. Высокая помехоустойчивость алгоритма достигается:

- во-первых, за счет того, что передаваемое сообщение отображается не на один параметр сигнала-переносчика, как в известных видах амплитудной или угловой модуляции, а на все его параметры (отсчетные значения). При этом в каждом отсчетном значении сигнала в канале содержится информация обо всем фрагменте передаваемого сообщения;

- во-вторых, шумоподобный сигнал в канале может быть адаптирован к энергетическому спектру помех таким образом, чтобы при его демодуляции достигалось максимально возможное отношение сигнал/помеха;

- в-третьих, метод позволяет реализовать весовое накопление полезного сигнала, устойчивое к аномально большим выбросам помех или кратковременным пропаданиям сигнала.

2. Показано, что предложенный метод обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха. Выигрыш тем больше, чем более сложные сигналы исполь-

зуются для передачи и чем более неравномерен энергетический спектр помех в канале, что особенно характерно для железнодорожного транспорта.

3. Предложен и проверен на примерах алгоритм расчета адаптированного к помехам шумоподобного сигнала-переносчика, основанный на переводе сигналов с оси времени на ось частот. Это позволяет избежать вычислительных трудностей прямого расчета, связанных с известным эффектом неустойчивости алгоритма вычисления обратных матриц высокого порядка.

4. Предложены уточненные формулы для взаимного пересчета сигналов с оси времени на ось частот и обратно.

5. Предложен метод весового накопления сигнала по критерию коэффициента корреляции. Математическим моделированием показана его эффективность.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Волынская A.B. Повышение надежности и помехоустойчивости информационных устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. - № 1. - 2008.- С. 45-48. - входит в перечень изданий ВАК.

2. Волынская A.B. Формирование канальных сигналов линейного модема для систем железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. -№ 2. - 2008. - С. 22-25. - входит в перечень изданий ВАК.

3. Волынская A.B., Сергеев Б.С. Моделирование метода весового накопления сигнала для сетей передачи информации транспорта // Электроника и электрооборудование транспорта. - М. - 2008. - № 3. - С. 2-6.

4. Волынская A.B. Внутрипоездная беспроводная мобильная связь / Вестник инженеров электромехаников железнодорожного транспорта. - Вып. 1. -Самара: СамГАПС, 2003. - С. 278-280.

5. Волынская A.B. Метод повышения энергетической и структурной скрытности радиоканалов / СвязьПром-2004. - Мат. Международной научно-практической конф. - Екатеринбург, 2004. - С. 417-422.

6. Волынская A.B., Волынский Д.Н. Бортовая сеть связи подвижного состава. - Патент РФ № 2206177.

7. Волынская A.B., Власов Д.А. Повышение информационной безопасности транспортной связи за счет нового вида модуляции широкополосных сигналов / Мат. докладов Урало-Сибирской научно-практической конф. - Екатеринбург, 2003 - С. 423-424.

8. Волынская A.B., Власов Д.А. Повышение энергетической и структурной скрытности, радиосигналов при модуляции // Безопасность информационного пространства / Мат. научно-технической конф. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003-С. 69-70.

9. Волынская A.B., Волынский Д.Н., Власов Д.А., Власов A.C. Результаты лабораторных испытаний элементов бортовой сети связи поезда нового поколения / СвязьПром-2004. - Материалы Международной научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2004. - С. 625-631.

Волынская Анна Владимировна

Разработка помехоустойчивых методов передачи информации в системах железнодорожной автоматики и телемеханики

05.22.08 - Управление процессами перевозок

Подписано в печать ¿5.10. 2008 г. Формат 69x90 1/16. Объем 1,37 п.л. Заказ 2,89 Тираж 100 экз.

Типография УрГУПС МПС РФ, 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

ВВЕДЕНИЕ

1. Направления исследований по разработке современных систем ЖАТ

1.1. Состояние и направления развития систем ЖАТ

1.2. Современные и перспективные системы обеспечения безопасности движения поездов

1.3. Применение радиоканалов в современных системах ЖАТ

1.4. Методы повышения верности передачи информации по каналам ЖАТ 26"

1.5. Постановка цели и задач исследований

2. Исследование алгоритмов повышения помехозащищенности каналов передачи информации в системах ЖАТ

2.1. Теоретические предпосылки повышения помехозащищённости каналов передачи информации систем ЖАТ

2.2. Исследование возможности практической реализации канала передачи информации с шумоподобными сигналами

2.3. Исследование помехоустойчивости линейного модема

Выводы

3. Разработка научных основ моделирования линейного модема

3.1. Расчет шумоподобного несущего колебания, адаптированного к помехам

3.2. Моделирование процесса адаптации сигнала-переносчика к помехам

3.3. Алгоритм расчета и примеры моделирования адаптированного к помехам шумоподобного несущего колебания

3.4. Моделирование взаимных преобразований дискретных сигналов в цифровых каналах СЖАТ '

Выводы

4. Исследование алгоритма повышения помехоустойчивости путем накопления полезного сигнала

4.1. Разработка схемы линейного модема, реализующего накопление полезного сигнала

4.2. Разработка алгоритма моделирования режима накопления сигнала

4.3. Оценка эффективности весового накопления сигнала

4.4. Результаты моделирования весового накопления для различных распределений уровня помех

Выводы

5. Практические приложения исследований для железнодорожного транспорта

5.1. Помехозащищенная система пакетной передачи сообщений

5.2. Формирование канальных сигналов на выходе линейно-параметрического модулятора

5.3. Способ и устройство для повышения точности восстановления в системах, использующих накопление сигналов

5.4. Бортовая сеть связи подвижного состава

Выводы

Безопасность движения поездов является ключевым элементом в системе управления процессами перевозок на железнодорожном транспорте. Можно сказать, что безопасность движения - императив отрасли.

Главную роль в обеспечении безопасности движения поездов играют системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ). Как и большинство других служб и функций железнодорожного транспорта, отвечающих за безопасность движения, СЖАТ характеризуются консервативностью подхода к их изменению, что особенно характерно для прошедших десятилетий. Однако, в связи с кардинальными изменениями в научной и технической областях, происходящими в наше время, железнодорожный транспорт в целом, и СЖАТ в частности, не могут оставаться в стороне от этих процессов.

Следует ожидать, что начавшийся процесс широкого внедрения в СЖАТ технических решений на базе достижений электронной техники, информационных технологий и связи будет расширяться и углубляться. В связи с этим необходимы опережающие научные исследования, связанные с адаптацией достижений теории и техники этих областей науки к их эффективному применению в СЖАТ.

В основу данной диссертационной работы положен тезис о том, что системы ЖАТ являются по существу системами передачи информации: Если рассматривать системы ЖАТ как системы передачи информации, то определяющую роль в обеспечении надежности их функционирования играют физические каналы связи, по которым передается ответственная информация. Главными информационными характеристиками каналов передачи информации являются пропускная способность, характеризующая максимально возможную скорость передачи информации и помехоустойчивость, характеризующая верность (надежность) передачи информации. В общем случае следует обеспечивать максимально возможную скорость,передачи информации при заданной верности.

Актуальность исследований.

Системы ЖАТ - основное средство управления движением поездов. Необходимость повышения безопасности движения, увеличения пропускной способности, скорости движения приводит к усложнению СЖАТ, возложению на них новых функций, требующих применения современных информационных технологий и надежных каналов передачи информации («Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» - Белая книга ). СЖАТ сегодня рассматриваются как составная часть систем управления и обеспечения безопасности движения, в которых роль и требования к каналам передачи информации существенно повышаются («Концепция многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов» ВНИИАС, 2003г.). Зарубежный и отечественный опыт указывает на то, что наряду с традиционными средствами контроля и регулирования движения поездов - рельсовые цепи, проводные каналы связи и др. необходимо использовать новые принципы и системы, в частности цифровые радиоканалы. При этом должна быть обеспечена высокая верность передачи информации в условиях неблагоприятной помеховой обстановки на ж.д. транспорте.

Актуальность темы подтверждают следующие отраслевые документы:

Программа обновления и развития средств железнодорожной автоматики и телемеханики на период 2000-2004 г.г.»;

Приказ Министра путей сообщения Российской федерации от 25 января 2002 г. №3;

Постановление расширенного заседания Коллегии МПС России № 2 от 6 февраля 2002 г.;

Указание Министра путей сообщения Российской федерации № 191 от 29 ноября 2002 г.

Цель и задачи исследований^

Целью данной диссертационной работы является разработка помехоустойчивых методов передачи информации по каналам СЖАТ и оценка их эффективности по критерию максимума отношения сигнал/помеха. Для достижения цели поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Анализ СЖАТ с точки зрения оптимальности используемых в них физических каналов передачи информации и методов повышения их помехоустойчивости .

2. Разработка метода передачи информации, основанного на отображении передаваемого сообщения (команды) на шумоподобный сигнал-переносчик путем их математической свертки. Оценка эффективности метода по критерию выигрыша отношения сигнал/помеха для разнообразных законов распределения помех.

3. Разработка алгоритма расчета пгумоподобного сигнала-переносчика, адаптированного к помехам в канале, и проверка его эффективности путем математического моделирования.

4. Разработка метода весового накопления полезного сигнала по критерию коэффициента корреляции и оценка его эффективности при разнообразном характере помех.

Методы исследования.

В ходе исследования автором применялись методы научной абстракции, методы теории вероятностей, теории случайных процессов, компьютерного моделирования и физического эксперимента. Решение ряда задач производилось с использованием теории корреляционного анализа, спектрального анализа Фурье и теории дискретизации сигналов.

В области создания новой аппаратуры СЖАТ и решения комплексных вопросов ее применения на железнодорожном транспорте наибольший вклад 5 был внесен сотрудниками следующих научных организаций и вузов: ВНИИ-АС, МГТУ ПС, ПГУ ПС, РГУ ПС, ВНИИЖТ и рядом других. Среди отечественных ученых в этом отношении следует отметить: В.М.Лисенкова, Д.В.Шалягина, П.А.Козлова, Вл.В.Сапожникова, В.В.Сапожникова, Е.Н.Розенберга, И.Б.Шубинского, Д.В.Гавзова, Н.Г.Шабалина. Вопросы повышения помехоустойчивости каналов связи СЖАТ рассмотрены А.Ф. Фоминым, Г.В. Гореловым, А.А.Волковым, В.И. Зориным, Л.И.Пономаревым. Теоретические основы улучшения показателей каналов связи и методов преобразования информации созданы трудами классиков: К. Шеннона, В.А. Ко-тельникова, С. Голдмана, A.A. Харкевича.

В своих исследованиях автор опирался на перечисленные работы.

Научная новизна полученных результатов.

1. Предложен метод многопараметрической модуляции шумоподоб-ного сигнала-переносчика путем его свертки с фрагментом (пакетом) передаваемого сообщения. Высокая помехоустойчивость метода достигается:

- за счет того, что предаваемое сообщение отображается не на один параметр несущего колебания, как в известных видах амплитудной или угловой модуляции, а на все его параметры (отсчетные значения); при этом в каждом отсчетном значении сигнала в канале содержится информация обо всем фрагменте передаваемого сообщения;

- шумоподобный сигнал в канале может быть адаптирован к энергетическому спектру помех таким образом, чтобы на выходе канала достигалось максимально возможное отношение сигнал/помеха;

- метод позволяет реализовать весовое накопление полезного сигнала, устойчивое к аномально большим выбросам помех и кратковременным пропаданиям сигнала.

2. Показано, что предложенный метод обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха. Выигрыш тем больше, чем более сложные сигна6 лы используются для передачи и чем более неравномерен энергетический спектр помех в канале, что особенно характерно для железнодорожного транспорта.

3. Предложен новый алгоритм расчета адаптированного к помехам шумоподобного сигнала-переносчика, основанный на переводе сигналов с оси времени на ось частот, что позволяет избежать вычисления обратных матриц высокого порядка.

4. Получены уточненные формулы для взаимного пересчета сигналов с оси времени на ось частот и обратно.

5. Предложен новый метод весового накопления полезного сигнала по критерию величины коэффициента корреляции. Проведена оценка выигрыша весового накопления перед простым накоплением в условиях резко нестационарных помех либо кратковременных пропаданиях полезного сигнала.

Практическая значимость полученных результатов.

Результаты теоретических исследований, а также предложенные варианты технического решения основных узлов аппаратуры, реализующей новые методы, подтверждают возможность внедрения результатов исследований в существующие и перспективные каналы передачи информации СЖАТ. Полученные результаты применимы к радиоканалам, используемым в современных СЖАТ и системах управления и обеспечения безопасности движения. Однако, выводы, полученные в результате исследований справедливы и для других физических каналов передачи информации, по которым передаются сигналы телеметрии, телесигнализации, телеуправления, аварийной сигнализации, текстовых и цифровых сообщений, статических изображений, так и оцифрованной аналоговой информации - голоса, аудио, видеоизображения. Результаты исследований использовались при лабораторных испытаниях элементов беспроводной бортовой сети связи пассажирского поезда, разрабатываемой в рамках НИР № 19.10.03/49 «Исследование возможностей повышения помехоустойчивости и информационной безопасности бортовой сети связи пассажирского поезда». Эти устройства применимы и в системах многих единиц транспорта (СМЕТ) длинносоставных тяжеловесных поездов.

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на: 58-й Научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, РЭНТОРЭС им. A.C. Попова, 2003); Урало-Сибирской научно-практической конференции (Екатеринбург, 2003); Научно-технической конференции «Безопасность информационного пространства» (Екатеринбург, 2003); Международной научно-практической конференции «Безопасность и логистика транспортных систем» (Самара, СРНЦ PAT, 2004); Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2004» (Екатеринбург, 2004); Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2004); Региональной научно-практической конференции «Новейшие достижения науки на железнодорожном транспорте» (Челябинск, 2004); расширенных заседаниях каф. Связи и Электроники УрГУПС.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8-ми статьях и в патенте Российской Федерации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 62 наименований, 5 приложений. Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 57 рисунков и 1 таблицу.

ВЫВОДЫ Предложена система передачи информации, использующая линейно-параметрическую модуляцию и накопление сигнала. Система обладает высокой скоростью передачи информации, равной пропускной способности канала. Благодаря линейности алгоритма модуляции-демодуляции отсутствует пороговый эффект помехоустойчивости, поэтому при больших помехах система превосходит системы с угловой (ЧМ, ФМ и их модификации) модуляцией и может работать на уровне шумов.

2. Предложенная система позволяет формировать сигнал в канале связи, устойчивый к преднамеренным воздействиям с целью разрушить или исказить информацию. Устойчивость обеспечивается применением в модуляторе процедуры свертки, а в качестве несущего - сложного шумоподобного колебания неотличимого от помех. Передаваемое сообщение и несущее колебание никогда не присутствуют в канале порознь, а только в свернутом виде, что препятствует несанкционированной демодуляции.

3. Предложен способ и устройство формирования аналоговых канальных сигналов, полученных в цифровом виде в линейно-параметрическом модуляторе. Способ позволяет сформировать сигнал таким образом, чтобы его преобразование Гильберта в отсчетных точках равнялось нулю, что повышает вдвое скорость передачи информации. Этот резерв можно использовать для повышения верности передачи сообщений и надежности систем ЖАТ.

4. Предложено простое дополнительное устройство для повышения точности восстановления сигналов при их накоплении. Устройство позволяет получить приемлемую точность восстановления сигнала даже при использовании малоразрядных аналого-цифровых преобразователей и цифровых линий задержки, что значительно упрощает практическую реализацию, повышает надежность, снижает энергопотребление.

5. Предложена бортовая сеть связи подвижного состава, основу которой составляет сквозной универсальный широкополосный радиоканал, состоящий из цепочки (конвейера) базовых станций. Бортовая сеть позволяет контролировать ответственные системы и узлы подвижного состава, как работникам поездной бригады и машинисту локомотива, так и передавать информацию на внешний уровень, в частности многоуровневой системы обеспечения безопасности. Лабораторные испытания отдельных узлов системы, выполненных на элементной базе фирмы ХЕМ1С8, подтверждают возможность практической реализации помехозащищенной бортовой сети связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная диссертационная работа представляет собой научное исследование, направленное на достижение актуальной цели — повышение помехоустойчивости каналов передачи информации в системах ЖАТ.

Достижение цели обеспечивается решением поставленных задач, при выполнении которых получены следующие результаты:

1. Предложен алгоритм мультипараметрической модуляции шумопо-добного сигнала-переносчика путем его математической свертки с фрагментом (пакетом) передаваемого сообщения. Высокая помехоустойчивость алгоритма достигается:

- во-первых, за счет того, что передаваемое сообщение отображается не на один параметр сигнала-переносчика, как в известных видах амплитудной или угловой модуляции, а на все его параметры (отсчетные значения). При этом в каждом отсчетном значении сигнала в канале содержится информация обо всем фрагменте передаваемого сообщения;

- во-вторых, шумоподобный сигнал в канале может быть адаптирован к энергетическому спектру помех таким образом, чтобы при его демодуляции достигалось максимально возможное отношение сигнал/помеха;

- в-третьих, алгоритм позволяет реализовать весовое накопление полезного сигнала, устойчивое к аномально большим выбросам помех.

2. Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха. Выигрыш тем больше, чем более сложные сигналы используются для передачи и чем более неравномерен энергетический спектр помех в канале, что особенно характерно для железнодорожного транспорта.

3. Предложен и проверен на примерах алгоритм расчета адаптированного к помехам шумоподобного сигнала-переносчикания, основанный на переводе сигналов с оси времени на ось частот. Это позволяет избежать вычислительных трудностей прямого расчета, связанных с известным эффектом неустойчивости алгоритма вычисления обратных матриц высокого порядка.

4. Предложены уточненные формулы для взаимного пересчета сигналов с оси времени на ось частот и обратно.

5. Предложен алгоритм весового накопления сигнала на приемной стороне. Математическим моделированием показана его эффективность.

6. Предложен способ и устройство формирования канальных сигналов, позволяющий избежать передачи по каналу отсчетных значений преобразования Гильберта сигнала. Резерв времени можно использовать для повышения верности передачи информации.

1. Бубнов В.Д., Дмитриев B.C., Устройства СЦБ, их монтаж и обслуживание: полуавтоматическая и автоматическая блокировка. - М.: Транспорт, 1989.

2. Розенберг E.H. Опыт взаимодействия МПС с предприятиями оборонного комплекса в рамках программы конверсии // Конверсия в машиностроении. -М.: 2000. №. 2. - С.34-37.

3. Шалимов JI.H., Манько Н.Г., Сергеев Б.С. Проблемы конверсии оборонного предприятия / Экономика и производство. 2001. - № 3. - С. 8-12.

4. Козлов П.А. Управляющие системы на железнодорожном транспорте / Автоматика, связь, информатика. — № 1. 2003. - С. 4-5.

5. Современная цифровая технологическая связь российских железных дорог. ВНИИАС 50 лет/www. eav.ru.

6. Развитие средств управления и обеспечения безопасности движения поездов / Железные дороги мира. № 7. - 2005. - С. 59-64.

7. Система спутниковой навигации Galileo новые возможности для железных дорог/ Железные дороги мира - 2001, № 9, С. 60-64.

8. Розенберг E.H., Талалаев В.И. Многоуровневая система управления и обеспечения безопасности движения поездов // Автоматика, связь, информатика. М.: 2004. - № 6. - С.4-7.

9. Шабалин Н.Г., Розенберг E.H., Лакин И.К. Информационная подсистема многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов (АСУ-МС) // Безопасность движения поездов: Четвертая научно-практическая конференция. М.: 2003. - С. 13-22.

10. Алабушев И.И., Зорин В.И., Шалягин Д.В. Цифровой радиоканал передачи данных / Автоматика, связь, информатика. № 3. - 2007. - С. 4-6.

11. Гапанович.В.А., Кобзев С.А., Косарев А.Б. Комплекс технических средств принудительной остановки поезда / Автоматика, связь, информатика. -№ 4.-2005.-С. 8-11.

12. Розенберг E.H. Многоуровневая система управления и обеспечения безопасности движения поездов / Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. М., 2004. - 47 с.

13. Зорин В.И., Кравец И.М., Алабушев И.И. Автоматическая преезд-ная сигнализация с радиоканалом / Автоматика, связь, информатика. — № 5.2007. С. 8-9.

14. Тильк И.Г. Исследование и разработка комплекса технических средств, основанных на применении электронных систем счета осей (КТС ЭССО) / Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. — Екатеринбург, 2005. 21 с.

15. Кудряшов В.А., Семенюта Н.Ф. Передача дискретной информации на железнодорожном транспорте. Учеб. Для вузов ж.-д. Трансп. М.: «Вариант», 1999.-328 с.

16. Горелов Г.В. и др. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: Учеб. Для вузов ж.-д. Трансп. М.: Транспорт, 1999. — 415 с.

17. Волынская A.B. Внутрипоездная беспроводная мобильная связь/ Вестник инженеров электромехаников железнодорожного транспорта. -Вып. 1. Самара: САМГУПС. - 2003. - С. 278-280.

18. Каллер М.Я., Фомин А.Ф. Теоретические основы транспортной связи: Учебник для вузов ж.-д. Трансп. М.: Транспорт, 1989. - 383 с.

19. Яковлев В.В., Корниенко A.A. Информационная безопасность и защита информации в корпоративных сетях железнодорожного транспорта: Учебник для вузов ж.д. транспорта / Под ред. В.В. Яковлева. М.: УМК МПС России, 2002. - 328 с.

20. Воронин B.C. Первоочередные проблемы обеспечения, безопасности информационных систем и телекоммуникационных сетей отрасли // Автоматика, связь, информатика. № 7. - 2001. - С. 8-10.

21. Розенберг E.H. Обеспечение информационной безопасности при разработке систем информатизации, автоматизации и связи // Автоматика, связь, информатика. № 8. - 2001. - С. 12-14.

22. Шахов В.Г. Информационная безопасность на железнодорожном транспорте // Автоматика, связь, информатика. № 2. — 1999. - С. 25-28.

23. Шеннон К. Теория информации и ее приложения. Под ред. A.A. Харкевича. М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1959. - 328 с.

24. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. -М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1963.320 с.

25. Голдман С. Теория информации. — М.: Издательство иностранной литературы. 1957 г. 446 с.

26. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

27. Информационные технологии на железнодорожном транспорте: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Э.К. Лецкий и др. М.: УМК МПС России, 2000. - 680 с.

28. Трифонов А.П., Парфенов В.И. Анализ скрытности передачи информации на основе импульсной частотно-временной модуляции шумовой несущей // Радиотехника. № 11.- 2001. - С. 25-30.

29. Орлов М.Б. и др. Синтез многочастотных, многопозиционных ортогональных хаотических сигналов, «Радиотехника», 2001, №5, С. 76-80.

30. Kaiser Stefan. A flexible spread-spektrum multi-carrier system. IEEE Trans/Inform. Theori, 1997, v.44.

31. Клюев Н.И. Информационные основы передачи сообщений. М.: Советское радио, 1966. - 360 с.

32. Харкеквич A.A. Теория информации. Опознание образов. — М.:i

33. Наука, 1973. Т. 3. - С. 489-494.

34. Цифровая обработка сигналов и ее применение. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова. -М.: 2004. 272 с.

35. Тузов Г.И. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. — М.: Радио и связь, 1985. —256 с.

36. Волынский Д.Н. Аналого-цифровая аппаратура для весового накопления сигнала зондирования / Электромагнитные методы при исследовании земных недр // Сб.статей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С. 100107.

37. Хельстром К. Статистическая теория обнаружения сигналов. М.: ПЛ., 1963. - 125 с.

38. Фомин А.Ф. Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений. М.: Советское радио, 1975. - с. 352.

39. Волынская A.B. Метод повышения энергетической и структурной скрытности радиоканалов // Научные труды международной научно-практической конференции «СвязьПромЭкспо 2004», Екатеринбург, 2004. С. 417-422.

40. Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов / СПб: Питер, 2001.-304 с.

41. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М., 1965.780 с.

42. Волынская A.B. Повышение надежности и помехоустойчивости информационных устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. № 1. - 2008. - 46 с.

43. Тильк И.Г. Исследование и разработка комплекса техническихсредств, основанных на применении электронных систем счета осей (КТС ЭССО), диссертация на соискание ученой степени к.т.н. — Екатеринбург, 2005.- 167 с.

44. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2-х т. / Пер. с франц. М.: Мир, 1983 - Т. 1. - 312 с.

45. Волынский Д. Н. Аналого-цифровая аппаратура для весового накопления сигнала зондирования / Электромагнитные методы при исследовании земных недр // Сб. научн. статей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. — С. 100-109.

46. Хикматов Т. Высокоскоростные поезда появятся в России // Инженер. -№ 3. 2004. - С. 30-31.

47. Казанский П.А. и др. Бортовая сеть связи подвижного состава / Электросвязь. №12. - 1993. - С. 39-40.

48. Волков А.А. Вариант канала внутрипоездиой связи / Автоматика, связь, информатика. №3. - 2001. - С. 8-10.

49. Волков А.А. Системы связи третьего поколения: возможности использования на железнодорожном транспорте. Автоматика, связь, информатика. - №2. - 2001. - С. 5-9.

50. Оборудование скоростных поездов и поездов метрополитена средствами радиорелейной связи // Internet fahrt Zud/uteerk МФИШ. № 10. -1999. - С. 14-16. - Нем. (ГПНТБ России).

51. Мобильная радиосвязь в поездах на железных дорогах Германии. Besserer Mobilfiioc im Zug/uteerk // NTZ: Information stechn / Telecom-mun. - № 9. - 1999. - C. 62-63. - Нем.

52. Радиосвязь на ж.д. транспорте. Radio conimimication to play а greater roll // Lacker Werner, Dautrial Jea-Luc / lut. Railway J. № 9. - 1999. - C. 21-23.-Англ.

53. Информационная система для пассажиров в поезде. Заявка № 19649875. МПК6 В 61 L 25/00. Германия. Заявл. 2.12.96.

54. Witte S., Kleinsorge R., Meier U. Radio Communication within Freight Trains // Signal + Draht. 2001. - № 3. - S. 46-50.

55. Witte S., Minde F., Engelmann J. Zentrale Komponenten eines Intelligenten Güterzuges // Eisenbahntechnische Rundschau. 2000. - № 11. - S. 745-746, 748-750.

56. Martens K. «Intelligente» Züge // Internationales Verkehrswesen. 2001.- № 6. S. 296-298.

57. Ulter K. Internet fährt Zug // Der Eisenbahningenieur. 1999. - № 10. - S. 14-16.

58. Die Leittechnik der neuen Triebzüge ICE 3 und ICE T / Ch. Kundmann, D.G. Möller, J. Prem, N. Schmitz // ZEV + DET Glasers Annalen. 2000. -№ 9. - S. 509-515.

59. Волынская A.B., Волынский Д.Н. Бортовая сеть связи подвижного состава. Патент РФ № 2206177. Заявка № 2001127399. Дата поступления 08.10.2001. Приоритет от 08.10.2001.

60. Волынская A.B., Волынский Д.Н., Власов Д.А., Власов A.C. Результаты лабораторных испытаний элементов бортовой сети связи поезда нового поколения / СвязьПром-2004 // Материалы Международной научно-практической конференции. Екатеринбург, 2004.

61. Листинг программы для расчета несущего колебания, статистически согласованного с помехами, и импульсной характеристики демодулятораfunction g,y,.=koef(N,F,T)

62. Расчет статистически согласованного несущего колебания и импульсной характеристики демодулятораисходные данные отсчеты спектральной плотности помех, верхняя частота спектра помех, длительность отрезка помехи

63. Ak=.; Вк=[]; Ak(FT)=C*sqrt(Nm-N(FT)); Bk(FT)=0;for k=l:FT-l, Ак(к)=рк(к)*АкО(к); Bk(k)=pk(k)*BkO(k);end; % определение ортогональных составляющих спектральной функции G(jw)

64. Взаимный пересчет отсчетных значений на оси времени и на оси частотпо формулам (Голдман):1 2гт /2пкп 1 рт -1икп1. Г л=0 1 к=-РТ2пк\ ( п Л1 т J {ж)1. Листинг в МаЙаЬ:йтсйоп 83,5п,831^о1с11(Р,Т)рТ=р*Т-5п—1 2 -2 1 2.;1. РТ2=2*Б*Т;

65. Бк=.; р=[]; А=1/(2*Р); 6>г к-О.-БТ, Ьг п=0:РТ2, р(п+1)=А*зп(п+1)*ехр(* ((р!*к*п)/РТ)); Эк(к+1 )=зшп(р); епс1, еп(3;1. П=1/Т;

66. П=1/(2*Р); Ак=.;Ак2=[]; й>г к=0:ГГД"ог п=0:БТ2, Ак2(п+1 *зп(п+1 )*соз(р!*к*п/РТ); епс!,Ак(к+1 )=8ит(Ак2);епс1;