Control del equipo y modos de funcionamiento de un monitor de radio portátil y sistema de localización de fuentes de emisión de radio.
ASHIKHMIN Alexander Vladimirovich, candidato de ciencias técnicas
KOZMIN Vladimir Alekseevich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
REMBOVSKY Yuri Anatolyevich, candidato de ciencias físicas y matemáticas
CONTROL DEL EQUIPO Y MODOS DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE RADIO PORTÁTIL Y DETERMINACIÓN DE LA UBICACIÓN DE FUENTES DE RADIO
Este trabajo es una continuación del artículo [1], que describe los principios generales de la construcción de un sistema de monitoreo de radio portátil y la determinación de la ubicación de las fuentes de emisión de radio (IRS) ARK-POM3, y las características de su componente principal, el equipo receptor de radio para seguimiento y radiogoniometría. Este artículo analiza la interacción de las publicaciones del sistema distribuidas geográficamente, así como las características de su funcionamiento.
Gestión de las publicaciones periféricas a través del canal de radio
El sistema ARK-POM3 consta de postes centrales y periféricos desplegables. Los puestos incluyen equipos de recepción de radio, así como medios de intercambio de datos digitales [1]. El puesto central, además de realizar las funciones de monitoreo de radio y determinar la ubicación de la RF, proporciona control remoto del trabajo de los puestos periféricos.
Organizar el intercambio de datos en el ARCA -Sistema POM3, se utiliza una red de radio con topología en “estrella”. Según esta topología, las publicaciones periféricas del sistema sólo pueden intercambiar datos con la publicación central.
El puesto central es designado como el principal. Su PC controla el funcionamiento de todo el sistema, procesa y muestra información proveniente de otras publicaciones. El software especial del complejo panorámico de radiogoniometría SMO-PPK, que se ejecuta en un PC en el puesto central, tiene funciones de despacho para controlar los puestos remotos de equipos de radio mediante el protocolo TCP/IP. Según los comandos provenientes del puesto central, los programas de control en los puestos periféricos controlan el funcionamiento de los equipos de radio y envían los resultados del monitoreo de radio al puesto central.
Uso de canales de radio de alta velocidad
Los modernos radiomódems de alta velocidad ofrecen velocidades de transferencia de datos de 10 Mbit/s y superiores. En este caso, el funcionamiento del equipo en puestos periféricos no está sujeto a restricciones asociadas con bajas tasas de transferencia de datos. Se admiten todos los modos de equipo posibles, incluida la transmisión de espectros instantáneos, muestras de tiempo de señales, archivos de audio, curvas de correlación en el modo de radiogoniometría, etc.
Sin embargo, el uso de módems de radio externos de alta velocidad en el sistema ARK-POM3 no siempre es posible debido a su alto costo, a menudo dimensiones significativas de los sistemas de antena direccional, así como el requisito de la presencia obligatoria de una PC en el puesto periférico.
Uso de canales de radio de baja velocidad
Una opción alternativa para el intercambio de datos es utilizar canales de datos de radio de baja velocidad. Estos canales de radio se organizan mediante módems de radio, cuya velocidad de transmisión de datos suele oscilar entre 1200 y 25 600 bps.
Muchas radios comerciales y militares tienen módems externos para transmitir datos digitales. Como ejemplo, podemos nombrar las estaciones de radio domésticas de la familia Aqueduct R168E, cuyos módems integrados son capaces de transmitir datos digitales a velocidades de hasta 16.000 bps. La gama de radiomódems especializados de banda estrecha y baja velocidad adecuados para su uso en un sistema portátil también es muy amplia, por ejemplo, los radiomódems IntegraTR o T-96SR fabricados por DataRadio son adecuados para este propósito.
En la figura. La Figura 1 muestra el sistema ARK-POM3, que consta de tres postes. La figura corresponde al caso en el que los puestos periféricos están equipados con PC. En el caso de que no haya una PC en el puesto periférico, el radio módem se conecta directamente a la unidad de procesamiento de señal analógica a digital (ADSP) [1].
Fig. 1. Gestión de puestos periféricos
El programa SMO-RMS (software especial para comunicación por radiomódem) controla el funcionamiento de los radiomódems de acuerdo con el intercambio protocolo, convierte datos TCP/IP en un formato comprimido.
La distancia típica entre postes es de unos 3 a 10 km, depende de la potencia de los módems de radio utilizados y, por regla general, está limitada por la línea de visión entre postes.
Protocolo SR para transmisión de datos a través de un enlace de radio
Las radios y los radiomódems independientes de baja velocidad suelen utilizar métodos de transmisión simple o semidúplex, que hacen imposible transmitir y recibir información simultáneamente. Por lo tanto, hay una disminución adicional en el tipo de cambio debido al tiempo que lleva establecer una conexión al cambiar la dirección de transmisión de datos desde la estación central a la estación periférica y viceversa. Los tiempos de adquisición típicos para módems de radio de banda estrecha oscilan entre 30 y 150 milisegundos. Para aumentar la velocidad de transmisión de datos a través de un enlace de radio de baja velocidad, se ha desarrollado un protocolo de paquetes para el sistema ARK-POM3 que implementa el método SR (repetición selectiva). El protocolo tiene en cuenta las características principales de una línea de radio de banda estrecha:
- la línea proporciona transmisión de datos en serie;
- se utiliza transmisión simplex o semidúplex;
- entrar en comunicación y cambiar la dirección de transmisión lleva mucho tiempo;
- durante la transmisión, los bytes individuales pueden distorsionarse.
Una característica especial del protocolo es que los datos se transmiten en tramas que constan de una gran cantidad de paquetes de longitud limitada. Cada paquete contiene su número y un valor CRC (Cyclic Redundance Check). En el lado receptor, el valor de control del paquete se calcula nuevamente a partir de los datos recibidos. Si el CRC calculado no coincide con el valor transmitido, entonces el paquete se considera fallido. Una vez finalizada la trama, la dirección de transmisión cambia: el lado receptor envía una confirmación de recepción en la trama de retorno, que contiene el número de paquetes transmitidos incorrectamente, si los hay. También aquí se colocan los datos que deben enviarse desde el lado receptor al lado transmisor. Por tanto, una trama contiene tanto información de servicio sobre paquetes recibidos como datos nuevos, reduciendo así el número de comunicaciones. Se repite la transmisión de paquetes fallidos. Si todos los paquetes se reciben sin errores, entonces se completa la transmisión de la trama. El lado transmisor, que no ha recibido la confirmación de la recepción de la trama dentro de un período de tiempo específico (tiempo de espera) después de la transmisión, reenvía esta trama. Para operar en una red compuesta por más de dos radiomódems, la trama transmitida por el puesto central contiene un marcador que permite responder al radiomódem con el número especificado.
El protocolo de reproducción selectiva minimiza el número de entradas de comunicación y aumenta el rendimiento del enlace de radio. Por ejemplo, para un enlace de radio de 5 km basado en módems T-96SR de banda estrecha, la velocidad de transmisión de rumbo casi se ha duplicado en comparación con el protocolo de bloque convencional.
La foto 1 muestra el radiomódem del puesto periférico del sistema ARK-POM3 desplegado sobre un mástil plegable. Para aumentar el alcance, se utiliza una antena direccional; el propio radiomódem TR-965SR en una carcasa protectora especial se fija a la base del mástil (foto 2).
Si el El sistema tiene varios puestos periféricos, luego se implementa el método de organización de comunicaciones por radio punto a multipunto”. En el poste central se instala una antena omnidireccional o varias antenas direccionales con un dispositivo correspondiente conectado a un módem de radio. Las publicaciones periféricas reciben todos los datos de la publicación central, pero solo la publicación cuyo número coincide con el token transmitido por la publicación central puede transmitir resultados.
Foto 1. Módem de radio en un mástil con una antena direccional
Foto 2. Módem de radio en una carcasa protectora
Uso de radiomódems para sistemas de radiocomunicación celular móvil
Si el área de operación del sistema ARK-POM3 se encuentra en el área de cobertura de una radio celular Sistema de comunicación que brinda servicio de transmisión de datos, entonces una forma de organizar el control en el sistema se basa en el uso de radiomódems para sistemas móviles celulares. Esta solución tiene importantes ventajas:
- en los sistemas de comunicación celular, el equipo terminal de radio es liviano y de tamaño pequeño, lo que resulta muy atractivo para su uso en un sistema portátil;
- el alcance está determinado por el área de cobertura del sistema de comunicación por radio celular ;
- por regla general, no se necesitan mástiles ni antenas direccionales;
- es posible un método de transmisión dúplex, en el que la transmisión y la recepción se realizan simultáneamente, lo que duplica el rendimiento de la canal de comunicación;
- no es necesario utilizar el protocolo de transmisión de datos SR.
- no es necesario utilizar el protocolo de transmisión de datos SR.
- hay no es necesario utilizar el protocolo de transmisión de datos SR.
- no es necesario utilizar el protocolo de transferencia de datos SR.
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En consecuencia, existen algunas desventajas:
- si se utiliza una red de radio celular comercial, los costos asociados con la necesidad de pagar por los servicios de un operador celular son inevitables;
- existe una dependencia del rendimiento del sistema ARK-POM3 del rendimiento del sistema de comunicación por radio celular y su área de cobertura.
Actualmente, los sistemas de comunicación por radio celular del estándar GSM se han generalizado. Estos sistemas utilizan activamente la tecnología GPRS (Servicio general de radio por paquetes), diseñada para la transmisión de datos en paquetes a través de canales de radio. Teóricamente, cuando se utilizan todas las posibilidades del sistema celular, la velocidad de transferencia de datos puede superar los 100 kbit/s, pero en la práctica depende en gran medida del grado de congestión de la red móvil y de las características del operador que presta el servicio. Además, GPRS requiere la presencia obligatoria de un PC en el puesto periférico, lo que no siempre es posible. Por lo tanto, el sistema ARK-POM3 utiliza conmutación de circuitos directos para la transmisión de datos. Este método permite una conexión punto a punto entre los postes centrales y cada uno de los periféricos. La transmisión de datos se produce en modo dúplex a una velocidad de 9600 bps, lo cual es bastante aceptable para el funcionamiento del sistema.
Seleccionar la opción preferida para la transmisión de datos
Por lo tanto, en el sistema ARK-POM3 puede utilizar tres opciones para organizar el intercambio de radio entre publicaciones:
- utilizar alta velocidad módems de radio;
- utilizando módems de radio de baja velocidad que funcionan de forma autónoma;
- utilizando módems de radio de sistemas de comunicación por radio celulares.
¿Qué opción es preferible? Obviamente, está determinado por muchos factores, que van desde el costo del sistema, sus requisitos específicos hasta las condiciones de su funcionamiento. Según los autores del artículo, los radiomódems de alta velocidad son más adecuados para puestos que llevan mucho tiempo instalados, ya que garantizan que todas las funciones posibles de hardware y software se realicen en los puestos periféricos; Para sistemas militares, son más adecuados los módems de radio independientes o los módems de radio de sistemas de control y comunicación por radio militares. Para los sistemas civiles, la opción de control preferida se basa en módems de sistemas celulares comerciales.
Cualquiera de las tres opciones de intercambio de datos le permite aumentar el número de puestos estacionarios del sistema e introducir en su composición estaciones móviles de radiogoniometría y seguimiento que operan en movimiento.
Software del sistema ARK-POM3
El paquete de software mínimo consta de tres paquetes de software matemático especiales SMO-PPK, SMO-RMS y SMO-KN “Stalker”. El paquete de software especial para análisis panorámico y radiogoniometría SMO-PPK contiene el programa SMO-PPK y el programa de control del equipo.
El paquete SMO-RMS (comunicación vía radiomódems) se encarga de transmitir datos entre postes utilizando radiomódems de baja velocidad, así como módems CDMA o GSM de redes de radio celulares. Además, el programa SMO-RMS proporciona monitoreo del estado de la línea de comunicación y el intercambio de mensajes de texto entre los operadores de los puestos periféricos y el operador del puesto central. La vista de la ventana del programa SMO-RMS se muestra en la Figura 2.
Fig. 2. Aspecto de la ventana principal del programa SMO-RMS
En el caso de utilizar líneas de comunicación por radio de alta velocidad, no es necesario el programa SMO-RMS, ya que se realiza el intercambio entre el programa SMO-PPK y los controladores remotos. directamente a través del protocolo TCP/IP.
El paquete SMO-KN (cartografía y navegación) “Stalker” permite trabajar con un mapa electrónico del área, trazar rumbos y determinar automáticamente la ubicación de las fuentes de irradiación basándose en datos de radiogoniometría provenientes del programa SMO-PPK o ingresados manualmente. .
Además, el software puede incluir el programa para procesar datos espectrales y radiogoniométricos SMO-ASPD y el programa para análisis técnico de señales de radio SMO-STA.
Presenta los modos de funcionamiento del sistema ARK-POM3
Independientemente de si hay PC en los puestos periféricos o no, el programa SMO-PPK del puesto central admite los siguientes modos: Espectro, Búsqueda, Escaneo en segundo plano, Panorama, Reproducción, Escaneo de mediciones, Orientación y “Diongoniometría multicanal”. El propósito y las capacidades de estos modos se discutieron con suficiente detalle en [2, 3], por lo tanto, en el marco de este artículo, nos centraremos únicamente en las características de su implementación como parte del sistema ARK-POM3.
En este caso, asumiremos que el funcionamiento de los puestos periféricos se controla a través de canales de radio de baja velocidad.
El modo «Espectro» está diseñado para mostrar panoramas espectrales de señales de radio en bandas de frecuencia específicas. Para obtener el espectro se puede utilizar el equipo de una central o de cualquier puesto periférico. Cuando se utiliza el equipo de control central, todas las funciones del modo «Spectrum» están disponibles, incluida la búsqueda automática de nuevas señales, la escucha y grabación de transmisiones de radio. Si se utiliza equipo de estación periférica, sólo estará disponible la visualización del espectro en rangos específicos. En este caso, la velocidad de visualización está determinada por la capacidad del enlace de radio de baja velocidad; es significativamente menor que la velocidad del análisis espectral realizado por el equipo de control central.
En el modo «Espectro» hay un submodo «Buscar», que proporciona una búsqueda de fuentes activas o nuevas de señales de radio [2]. En el sistema ARK-POM3, es recomendable utilizar este modo junto con el modo «Escaneo en segundo plano». En este caso, la distribución de tareas entre puestos se produce de la siguiente manera. El equipo del puesto central, de acuerdo con el algoritmo seleccionado, busca canales de comunicación por radio nuevos o actualmente activos. Cuando se detecta otro canal activo, el proceso de búsqueda se interrumpe brevemente para realizar una única exploración en la frecuencia del canal detectado. En este caso, cualquier combinación de un valor de rumbo, una “fotografía” del espectro de una fuente detectada, una muestra de audio y una muestra de tiempo de una señal en una frecuencia intermedia se puede especificar como respuesta devuelta por el equipo de correo central. Para reducir la cantidad de datos transmitidos, los postes periféricos solo pueden devolver el rumbo y la amplitud de la señal. Después del escaneo, se reanuda la búsqueda.
El modo «Rumbo» se utiliza para obtener rumbos sincrónicos de todas las publicaciones del sistema en una frecuencia determinada, escuchar y grabar transmisiones de radio. En este modo, el equipo de los puestos realiza la radiogoniometría del RES en una frecuencia. En la figura. La Figura 3 muestra la ventana del programa SMO-PPK en el modo “Rodamiento” para el sistema ARK-POM3, que consta de dos postes.
La figura muestra la radiogoniometría de una estación base GSM. Los valores de espectros y marcaciones se reciben desde el poste central del sistema, y solo los valores de marcaciones y amplitudes de señal se reciben desde el poste periférico. La pantalla del PC muestra el espectro recibido desde el poste central y los rumbos provenientes de todos los postes periféricos. Se muestra el historial de rumbos y el historial de amplitudes de señal, lo que le permite evaluar la dinámica de los cambios en los parámetros RES a lo largo del tiempo. Es posible visualizar el espectro desde cualquier controlador periférico, pero en este caso la velocidad de radiogoniometría disminuirá drásticamente.
Fig. 3. Modo “rumbo”
El modo «Rumbo» está destinado a la radiogoniometría síncrona de RES con una frecuencia central y un ancho de banda espectral especificados por el operador. La velocidad a la que se reciben las marcaciones desde un puesto periférico depende de la calidad del enlace de radio. Con el modo de comunicación por radio simplex y el uso de módems de radio autónomos con una velocidad de transferencia de datos de 19.200 bps, se pueden recibir de 5 a 8 marcaciones por segundo desde un puesto periférico.
El modo “Escaneo” se diferencia del “Escaneo en segundo plano” en que realiza un escaneo cíclico de la RF de acuerdo con una lista específica de frecuencias.
Si los puestos periféricos del sistema incluyen una PC, entonces el modo de radiogoniometría multicanal adquiere una importancia especial en el sistema ARK-POM3”. Este modo es compatible con el modo «Espectro» como un tipo de búsqueda de canales activos. El modo está diseñado para encontrar automáticamente la dirección de fuentes de emisión de radio activas en un rango determinado (o rangos de frecuencia).
Con la radiogoniometría multicanal, el equipo de los postes se ajusta secuencialmente en frecuencia desde el límite inferior hasta el límite superior de la tarea. El paso de sintonización es igual al ancho de banda de la ruta de procesamiento digital, que, según la modificación de los receptores, es de 2, 5 o 10 MHz. En cada frecuencia de sintonización, el procesador de señal del receptor calcula espectros de señal complejos en todo el ancho de banda. A partir de los espectros complejos calculados se detectan y determinan las señales de todas las fuentes activas. Para cada RES se estima la frecuencia central, el ancho de banda, la amplitud de las componentes espectrales de la señal, el azimut y el ángulo de llegada de la onda de radio.
La velocidad para obtener un panorama de demora depende de la velocidad del equipo receptor de radio y del algoritmo de radiogoniometría. Para equipos basados en receptores ARGAMAK con un ancho de banda de 5 MHz y un conjunto de antenas receptoras de nueve elementos, cuando las señales radiogoniométricas se encuentran en el nivel de sensibilidad del receptor, es de al menos 200 MHz/s. En este caso, en una banda de 5 MHz puede haber hasta 200 fuentes radiogoniométricas con un ancho de espectro de 25 kHz. Resulta casi imposible transmitir a través de enlaces de radio de baja velocidad todo el volumen de datos recibidos por los puestos periféricos durante la radiogoniometría multicanal. Por lo tanto, los resultados de la radiogoniometría multicanal en puestos periféricos se escriben en forma comprimida en archivos especiales de datos de radiogoniometría espectral (archivos SPD).
La transferencia de los resultados de la radiogoniometría desde los puestos del sistema periférico al puesto central se realiza únicamente a petición del puesto central. La solicitud especifica el intervalo de tiempo durante el cual se deben transmitir los rumbos, así como la frecuencia y el ancho de banda de la señal. En la práctica, esta operación se realiza de la siguiente manera. En el puesto central, los resultados de la radiogoniometría multicanal recibidos del equipo del puesto central se muestran en la tabla de la base de datos de la ventana «Buscar». El operador selecciona la frecuencia de la fuente deseada en la ventana de búsqueda y, utilizando una combinación de teclas de acceso rápido, emite un comando para transmitir marcaciones desde postes periféricos. En los postes periféricos, los rodamientos «necesarios» se extraen de los archivos SPD y se transmiten al poste central.
En la figura. La Figura 4 muestra la ventana del programa SMO-PPK en el modo “Diongoniometría multicanal” para el sistema ARK-POM3, que consta de dos postes. La ventana muestra una tabla de canales detectados, valores de rumbo y el espectro actual en el rango de rumbo.
Fig. 4. Ventana del programa SMO-PPK en el modo radiogoniometría multicanal
El modo «radiogoniometría multicanal» proporciona radiogoniometría automática de todas las RES cuyas frecuencias corresponden a la tarea establecida. El modo es conveniente para la apertura y el seguimiento a largo plazo de la situación radioelectrónica.
Para un procesamiento retrasado adicional de archivos SPD acumulados en las publicaciones del sistema, se utiliza el programa SMO-ASPD. Muestra datos espectrales y de radiogoniometría en forma de diagramas correspondientes con resolución ajustable en frecuencia, tiempo y sector angular. Con su ayuda, puede buscar fuentes radiactivas por tiempo, frecuencia o en un sector determinado de ángulos acimutales, evaluar la intensidad de las comunicaciones por radio y determinar la carga en varias bandas de radio. La ventana del programa SMO-ASPD se muestra en la Fig. 5.
Fig. 5. Ventana del programa SMO-ASPD en el modo de posprocesamiento del archivo SPD
Los resultados de la radiogoniometría del programa SMO-PPK se transfieren a la aplicación cartográfica SMO-KN «Stalker», que es un sistema de información geográfica especializado. El programa muestra la ubicación de los RF, sus rutas de movimiento (en el caso de fuentes móviles) y registra las posiciones de los radiogoniómetros y los rumbos recibidos en el archivo histórico. En la figura. La Figura 6 muestra la ventana del programa SMO-KN Stalker con los resultados de determinar la ubicación de un RES estacionario.
La precisión de la determinación de la ubicación en áreas abiertas no supera el 1,5% de la distancia al objeto. El alcance del sistema está determinado en gran medida por el terreno y la potencia de la fuente de radio. El radio de acción estándar en áreas abiertas para una fuente de energía de 5 W es de 10 a 15 km. Así, en las condiciones más desfavorables, el error de localización oscila entre 50 y 250 m.
Conclusión
Para controlar los postes del sistema ARK-POM3, se pueden utilizar líneas de transmisión de datos por radio de alta y baja velocidad. En el último caso, el software del sistema reduce la cantidad de datos transferidos entre puestos sin comprometer la funcionalidad de radiogoniometría y determinación de la ubicación de fuentes irradiadas.
El sistema ARK-POM3 es un sistema de monitoreo de radio multifuncional, es capaz de realizar no solo radiogoniometría y localización sincrónica de fuentes radiactivas en un mapa de área, sino también realizar análisis espectrales panorámicos, buscar señales, escuchar y grabar transmisiones de radio, grabar Señales de radio en frecuencia intermedia para su posterior procesamiento, análisis técnico de señales de radio. El sistema tiene modos automáticos de búsqueda y radiogoniometría para señales activas. El sistema permite un seguimiento a largo plazo de la situación radioelectrónica y la acumulación de resultados en bases de datos. El software de procesamiento diferido proporciona análisis estadístico de los resultados del análisis espectral digital, radiogoniometría y determinación de la ubicación de la irradiación.
El sistema ARK-POM3 es escalable añadiendo postes fijos o móviles adicionales al sistema; no requiere cambios de software.
El equipo de monitoreo por radio y radiogoniometría de los postes del sistema tiene características de alto rendimiento en términos de precisión, sensibilidad y rango dinámico, lo que permite utilizar el sistema ARK-POM3 no solo en áreas remotas de bosques, montañas y rurales, sino también en grandes ciudades y centros industriales.
Literatura
1. Ashikhmin A.V., Kozmin V.A., Rembovsky Yu.A. Sistema portátil para monitoreo de radio y localización de fuentes de emisión de radio./Equipo especial, 2005, No. 2, p. 27 – 35.
2. Ashikhmin A.V., Kozmin V.A., Tokarev A.B., Stopkin V.M. Uso del receptor de medición panorámica ARK-D1TR en estaciones de monitoreo de radio móviles Argument-I./Equipo especial, 2004, No. 5, p. 38 – 49.
3. Ashikhmin A.V., Zhukov A.A., Kozmin V.A., Shadrin I.A., Localización de fuentes de emisión de radio y medición de la intensidad de campo utilizando una estación de monitoreo de radio móvil./Equipo especial, 2003, Número especial, p. 9 – 18.
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