Обработка информации в комплексах радионаблюдения.
Силантьев Владимир Анатольевич,
кандидат технических наук
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В КОМПЛЕКСАХ РАДИОНАБЛЮДЕНИЯ
В современном компьютерном комплексе радионаблюдения приходится иметь дело с интенсивными информационными потоками, которые создаются встроенными контроллерами и устройствами цифровой обработки сигналов радиотехнической аппаратуры. Задача программного обеспечения такой системы состоит в том, чтобы извлечь из этого потока, характеризующего сложную и постоянно изменяющуюся электромагнитную обстановку, данные, необходимые для достоверного обнаружения искомых сигналов. В статье рассматриваются общие принципы обработки информации в системах радионаблюдения, которые отражают опыт разработки и эксплуатации на ряде объектов многоканального комплекса RS1100. Этот комплекс предназначен для защиты объектов в виде нескольких пространственно разнесенных помещений от утечки информации по радиоканалу, сети электропитания и другим проводным линиям.
Процедура принятия решения об обнаружении интересующего сигнала в комплексе радионаблюдения представляет собой в общем случае сложный многоэтапный процесс. На первом этапе в процессе панорамного анализа радиообстановки определяются занятые участки контролируемого частотного диапазона. Затем в пределах этих участков выполняется селекция и обнаружение отдельных сигналов. Наконец, среди всех обнаруженных сигналов по ряду признаков отбираются те, которые созданы определенными источниками радиоизлучений. Современная аппаратура радиоразведки поставляет первичные данные о радиообстановке с весьма высокой скоростью: анализ 1-ГГц диапазона с разрешением 12 кГц может выполняться менее чем за 10 секунд при интенсивности информационного потока свыше 20 КБайт/с. Программные средства автоматизированных комплексов радионаблюдения должны обрабатывать эту информацию так, чтобы предоставить оператору минимум данных, необходимых для принятия обоснованных решений на последних этапах анализа. В противном случае скоростные качества аппаратуры просто не будут реализованы из-за ограниченных возможностей оператора.
Контроль радиообстановки в комплексах радионаблюдения начинается с построения спектральных панорам, отражающих распределение мощности принимаемых антенной излучений по частоте во всем исследуемом диапазоне. Для этого используется спектроанализатор или сканирующий радиоприемник, измеряющий на каждом шаге перестройки уровень принимаемого сигнала. Полученный таким образом массив данных представляет спектральную панораму в дискретной форме с разрешением, равным полосе пропускания приемника. Спектральные панорамы управляющий компьютер комплекса может отображать на дисплее и хранить в памяти для последующей обработки.
В многоканальных комплексах отдельная спектральная панорама создается для каждой из нескольких пространственно разнесенных антенн. В частности, в системе RS1100 компании “Радиосервис” для выявления и нейтрализации подслушивающих устройств в нескольких помещениях здания, (см. Автоматизированный комплекс RS1100: как построить распределенную систему радиоконтроля объекта, Системы безопасности связи и телекоммуникаций” № 4 (16), 1997 г.) может использоваться до 26 каналов. Такие системы функционируют непрерывно на протяжении значительного времени (недели, месяцы), создавая в каждом цикле сканирования спектральные панорамы, характеризующие радиообстановку в конкретный момент времени с различным разрешением (обзорные и детальные). Отдельные спектральные панорамы удобны для визуального контроля, однако, при большом их числе поиск и обработка интересующей информации вызывает значительные трудности. Чтобы уменьшить объем хранимой информации и упростить ее анализ, в системе RS1100 запоминаются только текущие (т.е. созданные в ходе последнего цикла сканирования) спектральные панорамы, а данные обо всех предыдущих обобщаются в результате обработки, например, накопления или усреднения (рис. 1). Обобщенные спектральные панорамы (они называются диаграммами загрузки радиодиапазона или фоновыми панорамами) дают статистическую оценку интенсивности излучений на продолжительных интервалах времени и с успехом используются для классификации источников излучений. Вместе с тем, очевидно, что при такой обработке часть информации, относящейся к прошлым циклам сканирования, утрачивается. В частности, нельзя установить моменты появления и отключения определенного сигнала, проследить изменение его параметров во времени и т.д.
Рис. 1. Так на экране управляющего компьютера системы RS1100 отображаются спектральные панорамы: на заднем плане находится обобщенная панорама, отражающая результаты всех предыдущих циклов сканирования, на переднем — текущая панорама.
Для решения этой проблемы в новой версии управляющей программы комплекса RS1100 спектральные панорамы используются в качестве исходного материала для выделения основных информационных объектов — обнаруженных сигналов. Каждый сигнал получает уникальный идентификатор, причем программа распознает одноименные сигналы, которые создаются одним источником излучения в разных антеннах или повторно обнаруживаются в нескольких циклах сканирования. Селекция и обнаружение сигнала выполняются вместе с измерением ряда его параметров: интенсивности, ширины спектра, несущей частоты и т.д. Вся информация о сигнале помещается в базу данных, которая в процессе эксплуатации системы заполняется автоматически без участия оператора. База данных обнаруженных сигналов (рис. 2) не только обеспечивает компактное хранение всех результатов радионаблюдения, но и предоставляет средства обработки, классификации и отображения нужной информации, существенно повышающие эффективность действий оператора. Анализируя информацию в базе данных с помощью стандартного механизма запросов и отчетов, можно получить исчерпывающие сведения об эволюции каждого обнаруженного сигнала, провести статистическую обработку его параметров (которая часто необходима из-за нестационарности спектров и условий распространения радиоволн), а также реализовать весьма важные операции классификации сигналов.
Рис. 2. Автоматическое создание и заполнение баз данных обнаруженных сигналов обеспечивает полноту и компактность представления информации в комплексе радионаблюдения.
Количество сигналов, обнаруженных системой радиоконтроля только в одном цикле сканирования радиодиапазона в условиях крупного города достигает нескольких сотен. Важнейшая задача программного обеспечения комплекса — отобрать среди всего множества обнаруженных сигналов те, которые действительно интересуют оператора. Программа решает эту задачу, распределяя сигналы из базы данных по группам на основе априорной информации о радиообстановке, которая вводится оператором при настройке или накапливается комплексом в процессе эксплуатации (обучения). Например, список обнаруженных сигналов значительно сократится, если система будет игнорировать все излучения, созданные сторонними «фоновыми» источниками. Такие сигналы классифицируются программой на основе данных диаграмм загрузки — специальных спектральных панорам, созданных заранее и характеризующих радиообстановку в месте наблюдения.
Чтобы продолжить классификацию, среди всех излучений, обнаруженных в каждом текущем цикле сканирования, отбираются те, которые еще ни разу не попадали в поле зрения программы. Для селекции подобных «неизвестных» сигналов используются обобщенные спектральные панорамы, хранящие все результаты наблюдений с момента начала работы по определенному заданию. Классификация «неизвестных» излучений позволяет сосредоточиться на текущих изменениях электромагнитной обстановки по отношению к уже изученным ее характеристикам. В частности, если комплекс функционирует в автоматическом режиме и периодически обслуживается оператором, то интерес для него будут представлять лишь те излучения, которые были обнаружены с момента последнего обслуживания. Такие сигналы отбираются из всего множества неизвестных по времени/дате первого обнаружения и называются в программе RS1100 «новыми».
Наконец, многие сигналы, излучаемые передатчиками радиовещательных и связных станций, в точности соответствуют законодательно установленным нормам. Если в базу данных ввести сведения о частотных присвоениях таких станций, действующих в районе эксплуатации комплекса, то программа будет классифицировать их сигналы как «стандартные».
Операции классификации позволяют свести к минимуму количество обнаруженных сигналов, представляющих интерес для оператора, и в некоторых случаях сразу указать на искомый объект. В других ситуациях решение принимается на следующем этапе после выполнения операций идентификации. В процессе идентификации оператор устанавливает, что обнаруженный сигнал создан источником определенного типа. Часто идентификация сводится к анализу формы спектра или демодуляции сигнала. В комплексах поиска подслушивающих устройств используются также специальные тесты, например, анализ гармоник или акустическое зондирование. Для многоканальных комплексов разработаны методы пространственной идентификации, которые позволяют установить, что обнаруженный сигнал создается внутренним (находящимся внутри здания или помещения), а не внешним источником. В системе RS1100 результаты идентификационных тестов, выполняемых в автоматическом режиме, помещаются в базу данных в качестве параметров обнаруженного сигнала. Сортировка списков по этим параметрам позволяет расположить обнаруженные сигналы в порядке их потенциальной «опасности».
Приведенные методы далеко не исчерпывают возможности программных средств автоматизации обработки информации в комплексах радионаблюдения. В зависимости от его назначения и состава программное обеспечение может с успехом выполнять и другие операции, например, регистрацию и автоматический анализ реализаций сигналов на выходах демодуляторов или другие процедуры по идентификации источников излучений. И в этих случаях использование баз данных для хранения, обработки и анализа информации о радиообстановке может существенно повысить эффективность работы комплекса радиоконтроля.