Построение многофункциональных систем радио мониторинга на основе семейства малогабаритных цифровых радиоприемныхустройств и модулей.РЕМБОВСКИЙ
Анатолий Маркович, доктор технических наук,
старший научный сотрудник ПОСТРОЕНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ РАДИОМОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ СЕМЕЙСТВА МАЛОГАБАРИТНЫХ ЦИФРОВЫХ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ И МОДУЛЕЙ Отечественный рынок технических средств радиомониторинга за последние 5 – 6 лет претерпел значительные изменения. Разработано и запущено в серийное производство несколько поколений комплексов радиомониторинга, пеленгования, выявления технических каналов утечки информации на основе отечественных цифровых радиоприемных устройств (ЦРПУ). Настоящая статья продолжает [1 – 2] цикл работ, посвященных новым разработкам на основе модулей серии АРГАМАК, и развивает сравнительно мало освещенный в отечественной периодике подход к построению многофункциональных технических средств, заключающийся в объединении нескольких ЦРПУ для решения таких задач, как повышение производительности панорамного анализа, обеспечение когерентной многоканальной обработки, многоканального радиоконтроля и записи радиосигнала в векторной форме в системах массового обслуживания и т.д. Такой подход в сочетании с использованием дополнительного оборудования и программных пакетов, как будет показано ниже, позволяет обеспечить решение большинства задач автоматизированного радиомониторинга при минимизации затрат. Наиболее важные технические характеристики, производительность, а также функциональность комплекса радиомониторинга напрямую зависят от того, какое радиоприемное устройство используется в качестве ядра комплекса. Долгое время отечественные производители были вынуждены идти по пути использования импортных связных приемников, в изобилии представленных на российском рынке, в комплекте с БПФ-процессорами. Несомненное преимущество подобного подхода заключается в его сравнительной дешевизне. Тем не менее подобный подход имеет ряд существенных недостатков, среди которых ограниченность по функциональности, производительности, а также по ряду других технических характеристик. В конце концов, связной приемник и не обязан обеспечивать высокие показатели при использовании его для целей спектрального анализа. Ситуация в корне изменилась после того, как около шести лет назад были разработаны и запущены в серийное производство отечественные цифровые панорамные РПУ АРК-ЦТ на основе одноканального (АРК-ЦТ1) и двухканального (АРК-ЦТ2) преобразователей радиосигналов. В созданном на основе АРК-ЦТ1 многофункциональном портативном комплексе радиомониторинга и выявления технических каналов утечки информации АРК-Д1Т были достигнуты по тем временам высокие для российского рынка показатели производительности в 150 МГц/с и динамического диапазона по интермодуляции третьего порядка в 70 дБ. Данное ЦРПУ пришло на замену импортным связным приемникам также в мобильных и стационарных системах радиомониторинга и пеленгования. На его же основе были созданы измерительные средства АРК-Д1ТИ и АРК-Д1ТР [3 – 5], сертифицированные Госстандартом Российской Федерации. Следующим этапом стало создание двухканального ЦРПУ IV поколения на основе преобразователей радиосигналов АРК-ЦТ3. Данное устройство позволяет осуществлять когерентный параллельный прием по двум каналам и имеет при динамическом диапазоне 70 дБ для каждого канала полосу одновременного анализа в 5 МГц. Устройство послужило основой для создания двухканального комплекса радиомониторинга, пеленгования и выявления технических каналов утечки информации АРК-Д7К, обеспечивающего скорость панорамного анализа до 2000 МГц/с во всем рабочем диапазоне. Данное изделие также стало основой для построения серии мобильных и стационарных многофункциональных комплексов радиомониторинга и пеленгования IV поколения, реализующих двухканальную модификацию корреляционно-интерферометрического метода пеленгования [6]. Несмотря на несомненные преимущества, включающие высокие технические характеристики, производительность, функциональность, указанные радиоприемные устройства имели и недостатки – сравнительно крупные габариты, большой вес и повышенное энергопотребление. Другим недостатком РПУ III и IV поколения является относительно низкая технологичность их производства. В связи с этим встала задача разработки радиоприемного устройства нового поколения, которое, обладая всеми положительными характеристиками своих предшественников, в то же время имело бы низкие массогабаритные показатели и было бы более технологичным в изготовлении. Модули семейства АРГАМАК В конце прошлого года было разработано новое V поколение радиоприемных устройств и составляющих их модулей серии АРГАМАК [1, 7]. ЦРПУ АРГАМАК в базовом составе включает два основных модуля: преобразователь радиосигналов АРК-ПС5 (при размещении в корпусе имеет шифр АРГАМАК-Т), осуществляющий перенос радиосигналов на одну из промежуточных частот, и модуль цифровой обработки, осуществляющий аналого-цифровую обработку сигнала на промежуточной частоте. АРГАМАК-Т позволяет получить радиосигнал на промежуточной частоте, однако для решения основных задач радиомониторинга данный сигнал должен быть преобразован в цифровую форму и обработан по определенным алгоритмам. К настоящему времени существует две модификации модуля цифровой обработки АРК-ЦО2 и АРК-ЦО5, осуществляющие цифровую обработку сигнала в полосах 2 МГц и 5 МГц с дискретностью соответственно 3 и 6 кГц. Разработан также модуль АРК-ЦО10 с полосой одновременной обработки 10 МГц. Кроме того, в состав модулей входит специализированный вычислитель АРК-С5, позволяющий в сочетании с модулями АРК-ЦО существенно повысить производительность цифровой обработки. Функциональные схемы АРК-ЦО10 и АРК-С5 представлены на рис 1, 2, технические характеристики в табл. 1 – 3. Таблица 1. Технические характеристики модуля АРК-ЦО10
Таблица 2. Технические характеристики модуля АРК-С5
Таблица 3. Варианты исполнения АРК-ЦО5, АРК-ЦО2, АРК-ЦО10
На базе модулей серии АРГАМАК к настоящему времени созданы приемник панорамный измерительный АРГАМАК-И [5], носимый измерительный комплекс АРК-НК3И радиомониторинга и пеленгования на его основе, ручной пеленгатор АРК-РП3 и ручной пеленгатор широкополосных сигналов АРК-РП4 [1]. Повышение производительности обработки (скорости панорамного анализа) Для повышения производительности обработки в широком диапазоне частот могут быть использованы два основных подхода. Первый из них заключается в расширении полосы одновременно обрабатываемых частот при соответствующем увеличении разрядности АЦП и увеличении мощности процессора обработки. Такой подход, безусловно, оправдан при низкой загруженности электромагнитной обстановки (ЭМО) или обработке широкополосных сигналов от одного источника, все спектральные компоненты которых связаны между собой определенными амплитудными соотношениями. В случае использования технических средств панорамного анализа для оценки ЭМО в городских условиях, когда работает большое количество независимых узкополосных источников радиоизлучения (ИРИ), наличие в полосе одновременного анализа хотя бы одного мощного ИРИ приводит к перегрузке и ошибкам при оценке уровня остальных ИРИ в той же полосе анализа. Поэтому в данных условиях оправдан другой подход, реализованный при построении ниже приведенных средств, суть которого заключается в сочетании определенного числа физических каналов частотной селекции (модулей преобразователей радиосигнала АРК-ПС5) и модулей цифровой обработки (АРК-ЦО). Предлагаемые многоканальные панорамные радиоприемные устройства АРК-РД8М могут иметь в составе несколько (от 2 до 8) управляемых от одной ПЭВМ независимых преобразователей радиосигнала АРК-ПС5 и соответственно от 1 до 4 двухканальных модулей цифровой обработки АРК-ЦО с полосами одновременного анализа 2, 5 или 10 МГц в каждом канале. Кроме того, для реализации максимальной скорости панорамного анализа в состав данных средств включены высокопроизводительные двухканальные специализированные вычислители АРК-С5, снижающие время вычисления БПФ до 100 мкс. Функциональная схема изделия АРК-РД8М/4 с четырьмя физическими каналами частотной селекции от 25 до 3000 МГц каждый представлена на рис. 3.
Полученные характеристики многоканального панорамного приемника АРК-РД8М/4 приведены в табл. 4. Таблица 4. Основные технические характеристики АРК-РД8М/4 Панорамный анализ, быстрый поиск сигналов Рабочий диапазон частот: Оперативный радиоконтроль, запись демодулированных передач: Количество контролируемых каналов 2
8 Запись радиосигналов, технический анализ: Полоса обрабатываемых частот /
разрешающая способность Примечание. Число физических каналов изделия АРК-РД8М в зависимости от решаемых задач может варьироваться от двух до восьми, при этом диапазон возможных скоростей ПА для различных модулей определяется табл. 5. Таблица 5
Управление приемником осуществляется с помощью внешней ПЭВМ. Для работы с приемником предусмотрено использование следующих пакетов специального математического обеспечения:
Под управлением данных пакетов приемник обеспечивает следующие функции [1]:
Следует отметить, что при работе в режиме панорамного спектрального анализа с подключением всех каналов к одной антенне оказывается возможным достичь суммарной производительности в 64 ГГц/с при дискретности 12,5 кГц. Обеспечение когерентной многоканальной обработки Особое внимание при проектировании и разработке преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 уделено возможности обеспечения когерентной работы нескольких устройств, например, для использования в моноимпульсных системах пеленгования. Для этого в АРК-ПС5 предусмотрена возможность как вывода на разъемы синхронизации сигналов внутренних гетеродинов приемника, так и получение с тех же разъемов сигналов от внешнего источника с дальнейшим их использованием в качестве гетеродинных. Переключение назначения разъемов синхронизации (вход/выход) осуществляется программно. Аналогичным образом организована и синхронизация генераторов опорной частоты. Таким образом, в составе комплекса могут быть организованы следующие режимы работы АРК-ПС5:
Управление преобразователем радиосигналов АРК-ПС5 осуществляется по последовательному порту с физическим протоколом RS485. Данный выбор обусловлен необходимостью обеспечения управления на расстоянии до нескольких сотен метров, например, при построении распределенных систем дистанционного радиомониторинга АРК-Д13 с функциями, аналогичными комплексам АРК-Д3Т, АРК-Д9 [8]. Многоканальный радиоконтроль В данном разделе изложены пути реализации многоканального радиоконтроля, ставшие возможными благодаря особенностям предлагаемого модуля АРК-ЦО. Выбранная внутренняя архитектура модуля цифровой обработки АРК-ЦО делает доступными следующие возможности. В нем предусмотрено наличие аналоговых фильтров, позволяющих однозначно представлять сигнал в цифровой форме. Демодуляция сигнала для слухового контроля осуществляется программно-аппаратными средствами, что позволяет наращивать количество допустимых видов модуляции без изменения аппаратной части и снижать массогабаритные размеры модуля. Имеется возможность регистрации сигналов в векторной форме для последующего технического анализа. Модуль обеспечивает одновременную работу в режиме панорамного анализа и демодуляции сигнала. Модуль является двухканальным (табл. 3), что позволяет при использовании двухканального аналогового преобразователя радиосигналов производить когерентную обработку сигналов принимаемых по обоим каналам. Модуль обеспечивает высокую производительность при решении задач пеленгования, демодуляции и записи радиосигнала в векторной форме. Модуль является связующим звеном в системе управления комплексом радиомониторинга, обеспечивающим обмен между ПЭВМ или другим управляющим устройством, процессорами ЦОС, преобразователями радиосигналов и дополнительным оборудованием. Функциональная схема изделия АРК-РД8/8 с восемью физическими каналами частотной селекции от 25 до 3000 МГц содержит восемь преобразователей радиосигнала АРК-ПС5 и четыре двухканальных модуля цифровой обработки АРК-ЦО2.10 (табл. 3). Его структурная схема отличается от приведенной на рис. 3 схемы АРК-РД8М/4 отсутствием специализированных вычислителей АРК-С5 и тем, что в качестве базовых использованы модули АРК-ЦО2 с полосой одновременного анализа 2 МГц. Наряду с функциями радиомониторинга в изделии АРК-РД8 предусмотрена возможность решения задач выявления технических каналов утечки информации и специальных исследований на наличие ПЭМИН. Обеспечивается возможность генерации специализированных тестовых звуковых сигналов, используемых при специальных исследованиях помещений. Характеристики многоканального панорамного приемника АРК-РД8 в основном совпадают с характеристиками АРК-РД8М/4, приведенными в табл. 4. Различия имеются в значениях полос одновременного анализа, разрешающей способности и скорости спектрального анализа в рабочем диапазоне. Данные параметры для АРК-РД8 представлены в табл. 6. Таблица 6. Характеристики АРК-РД8 Панорамный анализ, быстрый поиск сигналов Полоса одновременного спектрального
анализа в каждом канале 2 МГц Запись радиосигналов, технический анализ Полоса обрабатываемых частот /
разрешающая способность Упрощенный вариант многоканального панорамного приемника Рассмотренные выше свойства модуля преобразования радиосигналов АРК-ПС5 и модулей цифровой обработки АРК-ЦО позволяют конструировать на их основе системы самого различного назначения, включая многоканальные системы радиомониторинга, многоканальные системы дистанционного радиомониторинга в одном и многих помещениях, моноимпульсные пеленгаторы, измерительную технику. Особый интерес представляет двухканальная модификация АРК-Д11 изделия АРК-РД8М, представляющая, по сути, дальнейшее развитие аппаратуры АРК-Д7К на основе модулей семейства АРГАМАК. В настоящее время завершена разработка двухканального многофункционального комплекса радиомониторинга и выявления каналов утечки информации АРК-Д11 на основе модулей серии АРГАМАК. Комплекс АРК-Д11 предназначен для решения задач радиомониторинга и выявления каналов утечки информации. По своим функциям он схож с комплексом АРК-Д7К [9, 10]:
Комплекс АРК-Д11 также может быть использован для решения задач пеленгования в комплексе с дополнительной пеленгационной антенной системой и дистанционного радиомониторинга нескольких помещений (до 11) в составе системы дистанционного радиомониторинга АРК-Д9 [8].
Отличительной особенностью базовой модели комплекса АРК-Д11 является его внутренняя архитектура, а именно то, что в его состав входят два преобразователя радиосигнала АРК-ПС5, выходы которых подключены к входам двухканального модуля цифровой обработки АРК-ЦО5 с полосой одновременного анализа 5 МГц каждого канала. Благодаря этому в комплексе достигнуты характеристики, приведенные в табл. 7. Таблица 7. Основные технические характеристики АРК-Д11 Рабочий диапазон частот в базовом
составе 9 кГц – 3000 МГц При работе от внутреннего опорного генератора: Относительная погрешность частоты
настройки ±5х10-7 Избирательность и нелинейные искажения: Ослабление помехи промежуточной
частоты, не менее 70 дБ Сигнал промежуточной частоты: Частота аналогового сигнала ПЧ 10,7
МГц, 41,6 МГц, Панорамный анализ и быстрый поиск сигналов Скорость панорамного спектрального
анализа при использовании: Выявление технических каналов утечки информации (25 – 3000 МГц): Переходное затухание антенных
коммутаторов между каналами, не менее 40 дБ Комплекс определяет внутри помещения местоположение радиомикрофонов с АМ, узкополосной и широкополосной ЧМ, статическим техническим закрытием (без изменения параметров закрытия во времени). Контроль проводных сетей (в диапазоне 0,05 кГц – 30 МГц): Уровень обнаруживаемых сигналов: Запись радиосигналов, технический анализ и измерение параметров: Полоса обрабатываемых частот/разрешающая способность 5 МГц/15 кГц, 250 кГц/500Гц, 120 кГц/240 Гц, 50 кГц/100 Гц, 25 кГц/50 Гц, 9 кГц/20 Гц, 6кГц/12 Гц Двухканальный радиоконтроль, запись демодулированных передач: Количество частот в задании на
сканирование 255 Рабочая температура, вес, габариты, энергопотребление: Интервал рабочих температур: -20… +50° C Параметры каждого приемного тракта определяются характеристиками ЦРПУ АРГАМАК. Таким образом, изделие АРК-Д11, обладая основными техническими показателями лучшими, чем у АРК-Д7К, обеспечивает в полтора раза большую производительность при заметно меньших массе и энергопотреблении. Рассмотренные выше изделия представляют примеры построения готовых систем на основе семейства модулей серии АРГАМАК. Немаловажным обстоятельством, однако, является то, что указанные модули поставляются сами по себе в комплекте с необходимой документацией, касающейся архитектуры и системы команд. Таким образом, заинтересованные организации могут использовать данные модули для построения систем собственной разработки, служащих для удовлетворения специфических требований. Комплексное решение задач радиомониторинга ограниченным составом средств Иерархическая структура средств автоматизированного радиомониторинга (АРМ), их состав, функции, основные тактико-технические требования для решения задач АРМ в городах, промышленных центрах и на местности, выявления технических каналов утечки информации в одной и многих контролируемых зонах и на их границах, а также контроля эффективности мер по предотвращению утечки информации на защищаемых объектах обоснована ранее [11]. Попытка реализации подобной структуры в полном объеме для конкретного пользователя связана с определенными финансовыми сложностями. Выход из данной ситуации лежит на путях использования многофункциональных средств, обеспечивающих выполнение большинства задач АРМ с высокой эффективностью при минимизации затрат. В [9, 10] и данной статье изложен подход к решению данной задачи на основе использования одного средства многоканального (в минимальной конфигурации двухканального) панорамного приемного устройства высокой производительности. При таком подходе расширение числа функций достигается применением дополнительных программных пакетов и дополнительного оборудования с существенно меньшей (по сравнению с основным ядром) стоимостью. В табл. 8 дана оценка возможности выполнения различных функций на основе данных комплексов, представлен состав дополнительных технических средств и приведены ориентировочные данные по увеличению стоимости для их реализации. Таблица 8
Заключение Недавно разработанное и серийно производимое семейство модулей цифровых панорамных радиоприемных устройств серии АРГАМАК, отдельные устройства и комплексы на их основе открывают новый этап в развитии отечественных средств радиомониторинга. В качестве ядра систем радиомониторинга, пеленгования и выявления технических каналов утечки информации данные изделия позволяют существенно увеличить производительность при уменьшении массы и габаритов и сохранении прочих характеристик, расширить число доступных пользователю функций без изменения аппаратной части. Примерами таких систем являются приемник панорамный многоканальный АРК-РД8М, многоканальный комплекс радиоконтроля АРК-РД8 и двухканальный комплекс радиомониторинга и выявления каналов утечки информации АРК-Д11. Пользователь может также проектировать и свои собственные системы с использованием указанных модулей, которые могут поставляться отдельно в комплекте с документацией на внутреннюю архитектуру и систему команд. Возможности использования модулей ограничены только воображением разработчика ! Литература 1. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Сергиенко А.Р., Носимые средства автоматизированного радиомониторинга. /Специальная техника, 2004, № 4 2. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Рембовский Ю.А. Портативная система радиомониторинга и определения местоположения источников радиоизлучения./Специальная техника, 2005, № 2,3. 3. АРК-Д1ТИ – Многофункциональный портативный комплекс радиомониторинга. Сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средств измерений RU.C.35.002.A № 13618 от 03.12.2002, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 23924-02 4. АРК-Д1ТИ – Многофункциональный портативный комплекс радиомониторинга и выявления технических каналов утечки информации. Сертификат ФСТЭК № 506/1 от 01.02.2005. 5. АРК-Д1ТР – приемник панорамный измерительный. Сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средств измерений RU.C.35.002.A № 13618 от 03.12.2002, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 23924-02 6. Ашихмин А.В., Виноградов А.Д., Кондращенко В.Н., Рембовский А.М., Современные корреляционно-интерференционные измерители пеленга и напряженности электромагнитного поля./Специальная техника, Специальный выпуск, 2002, с.30-42. 7. Приемник панорамный измерительный АРГАМАК-И Сертификат Госстандарта России об утверждении типа средств измерений RU.E.35.018.A № 18189 от 04.07.2004. 8. Ашихмин А. В., Рембовский А.М. Дистанционный радиомониторинг помещений методы и средства/ Специальная техника, Специальный выпуск,2003. 9. Рембовский А. М. Повышение эффективности поисковых средств автоматизированного радиомониторинга/ Специальная техника, 2003, № 4. 10. Рембовский А. М., Комплексное решение задач радиомониторинга на основе многофункциональной аппаратуры с двумя трактами приема-анализа / Специальная техника, 2003, – № 5. 11. Рембовский А. М. Автоматизированный радиоконтроль и пеленгование излучений – задачи и средства / Успехи современной радиоэлектроники, 2003, № 6. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
