Функционально устойчивые автоматизированные идентификационные системы для мониторинга и управления движением судов на речном транспорте (31.05.2010)

Автор: Сикарев Игорь Александрович

Рис. 8. Структура алгоритма функционально устойчивой АИС с единой реализацией транспондера на адаптивном согласованном фильтре (АСФ)

Рис. 9. Структура алгоритма функционально устойчивой АИС узкополосных ЧТ сигналов с некогерентным транспондером.

Рис.10. Структура блока выработки команд в АИС с некогерентным функционально устойчивым транспондером

где j=1,2,...,N, N- число каналов. При поражении такого канала транспондер переходит на работу по внутреннему кольцу с другим вариантом сигнала и т. д.

Если при этих вариациях формы коэффициент превышает второе по величине значение из вариационного ряда, то осуществляется переход на канал с третьим по величине значением коэффициента из вариационного ряда и т. д., за счет чего и осуществляется перестройка по внешнему кольцу. Возможны и другие варианты порядковой смены работы транспондера по внутреннему и внешнему кольцам.

, j=1,2,...,N, N - число каналов, а во-вторых, процедуры сочетания алгоритма выбора канала с процедурой оптимизации структуры сигнала.

. Это, прежде всего, метод максимального правдоподобия для точечных и интервальных оценок коэффициента взаимного различия. Существенное внимание уделено методам непараметрического оценивания: методу порядковых статистик и методу приближенного восстановления плотности вероятности.

Представлены результаты анализа способов вариации структуры современных сложных сигналов для обеспечения процесса адаптации. Рассмотрены и даны решения и рекомендации для всех трех основных классов сложных сигналов: параллельных, последовательных фазокодированных и последовательно-параллельных - подкласса ДЧМн сигналов.

Завершена глава расширением на конкретные прикладные решения и рекомендации по построению сравнительно несложных некогерентных адаптивных транспондеров АИС. Здесь рассмотрены: некогерентный адаптивный транспондер ЧТ, транспондер с ДЧМн сигналами и транспондеры с последовательными сигналами. Здесь представлены алгоритмы для процедур, во-первых, перестройки канала только по значениям коэффициента взаимного различия, а, во-вторых, процедуры сочетания алгоритма выбора канала с процедурой оптимизации структуры сигнала.

Представлены результаты анализа способов вариации структуры современных сложных сигналов для обеспечения процесса адаптации. Рассмотрены и даны решения и рекомендации для всех трёх основных классов сложных сигналов: параллельных, последовательных фазокодированных и последовательно-параллельных - подкласса ДЧМН сигналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ триадно-иерархических инфокоммуникационных систем «Корпоративная речная информационная система–Речные информационные службы–АСУ движением судов», методов и средств телекоммуникационного и инструментально-технологического обеспечения мониторинга и управления флотом на внутренних водных путях России показал, что имеются достаточные резервы повышения эффективности и безопасности судоходства речного флота за счет внедрения надежной высокоточной информационной поддержки судоводителя речного судна с использованием электронных карт, инструментальных методов проводки и автоматизации управления движением судна по заданной траектории на всем протяжении ВВП на основе развертывания новый информационной технологии обеспечения судоходства, возникшей на рубеже ХХ–ХХI веков и получивший название - автоматизированная идентификационная система.

Поэтому в работе сформулирована научно-техническая проблема, имеющая важное значение для экономики страны – повышение эффективности мониторинга и безопасности судоходства на ВВП страны на основе создания единого методологического подхода к внедрению и развитию методов и способов построения функциональных устойчивых автоматизированных идентификационных систем.

Решение этой проблемы в рамках данного научного направления позволило определить цели исследований диссертационной работы. В соответствии с ними получено теоретическое обоснование и практическая реализация системных методов, математических моделей и алгоритмов принятия решений при проектировании, использовании и оценке состояния сложной организационно-технической системы по автоматизированному идентификационному обеспечению мониторинга и безопасности плавания судов на ВВП.

Научные результаты, полученные в работе, содержат решения ряда актуальных задач.

Развитие методологии построения высокоэффективной адаптивной автоматизированной идентификационной системы для мониторинга и обеспечения безопасности судоходства на ВВП страны в условиях воздействия взаимных помех, на основе системного инженерно-кибернетического подхода к структурной, алгоритмической и объектно-ориентированной реализации новых информационных технологий при создании и исследовании сложных организационно-технических комплексов и систем. Исследуемый подход включает:

анализ состояния современных концептуальных исследований в предметной области на уровне метасистемы КРИС как основы системного подхода к вычлению исследуемой системы из метасистемы и определению подходов к структуре системы на системном («организация–поведение») и агрегативном («структура–функции»)уровнях по критериям ее эффективности;

выработку совокупностей теоретических, экспериментальных и модельно-предсказательных приемов, решений, результатов, рекомендаций для обоснования тонкой структуры, топологии информационной технологии и технических принципов построения автоматизированных идентификационных систем на ВВП;

разработку положений, решений и рекомендаций по стратегии внедрения и использования потребителями речного флота различного рода методов и способов адаптации, в том числе на основе сложных сигналов при обеспечении функциональной устойчивости идентификационных систем в условиях воздействия взаимных помех.

2. Алгоритмы оценки электромагнитной защищенности АИС в условиях воздействия взаимных помех, учитывающие влияние на дельность и зону действия базовых станций характеристик, параметров и ограничений трех основных факторов: расстояния базовой станции до источника взаимных помех, их энергетические параметры и различия частотно-временной структуры и структуры полезных сигналов;

комплекс решений для зон действия базовых станций от указанных факторов в наиболее важном диапазоне УКВ двух основных классов систем АИС–1 и АИС–2.

3. Развитие теоретических и методических основ расчета функциональной устойчивости основных характеристик автоматизированных идентификационных систем при воздействии взаимных помех, включающих:

Алгоритмы оценки вариационно-параметрической, вариационно-функциональной и среднеквадратической устойчивости АИС в условиях взаимных помех;

4. Модель и алгоритмы решений по расчету и анализу указанных вариантов устойчивости для систем АИС–1 и АИС–2 от энергетических параметров, расстояния до источника помехи и различия частотно-временной структуры взаимных помех и полезных сигналов, что позволяет рационально выбрать и гармонизировать функционирование существующих АИС.

5. Разработку метода синтеза, алгоритмов и решений по построению адаптивных функционально устойчивых когерентных и некогерентных при воздействии взаимных помех адаптивных автоматизированных идентификационных систем с внутренним и внешним кольцами обратной связи.

Метод базируется на последовательном выполнении двух требований. В-первых, на минимизации в судовом транспондере АИС вероятности ошибки в приеме элемента цифровой комбинации по критерию В.А. Котельникова или максимального правдоподобия. Во-вторых, на обеспечении функциональной устойчивости (чувствительности) системы в заданных пределах за счет перестройки частотно-временной структуры используемых сигналов, либо в малом кольце (самом судовом транспондере), либо в большом кольце (на линии «базовая станция–судовой транспондер»). На этом пути:

получены и проанализированы алгоритмы и соответствующие им структурные схемы адаптивных когерентных идентификационных систем, а также для систем с транспондером на адаптивных согласованных фильтрах в формах единой и блочной реализации;

получены и проанализированы алгоритмы и соответствующие им структуры реализаций некогерентных функционально устойчивых адаптивных идентификационных систем с внутренним и внешним кольцами обратной связи, которые, имея несколько меньшую верность приема, обладают рядом выгодных упрощающих технологических и экономических показателей.

Полученные решения адаптивных АИС когерентного и некогерентного типа особенно эффективны при использовании в них сложных сигналов.

6. Алгоритмы вариации структуры и стратегии использования современных сложных сигналов для адаптации в функционально устойчивых АИС, применительно к сложным сигналам параллельной, последовательной фазокодированной и последовательно-параллельной ДЧМн структуры. Здесь, прежде всего:

Проанализированы и даны рекомендации по адаптивному выбору информационного канала в АИС, когда кроме адаптации по внутреннему кольцу, как правило, возникает необходимость выбора наименее загруженного не только шумами, но и другими аддитивными помехами канала связи. Здесь представлены алгоритмы для процедур, во-первых, перестройки канала только по значениям коэффициентов взаимного различия и, во-вторых, сочетания алгоритма выбора канала с процедурой оптимизации структуры сигнала;

представлены решения по оцениванию величины коэффициентов взаимного различия для различных методов: максимального правдоподобия для точечных, интервальных оценок, порядковых статистик, приближенного восстановления плотности вероятности;

представлены результаты анализа способов вариации структуры современных сложных сигналов указанных выше классов;

приведены конкретные прикладные решения и рекомендации по построению сравнительно несложных некогерентных адаптивных транспондеров: ЧТ–сигналов, ДЧМн–сигналов .

Полученные в диссертации результаты подтвердили эффективность и конструктивность системной инженерно-кибернетической методологии для методов и способов построения и развития таких сложных организационно-технических информационных систем, какими являются адаптивные автоматизированные идентификационные системы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Современные сетевые технологии в телекоммуникационных системах. Одоевский С.М., Петухов Ю.В., Сикарев И.А. и др. / Под общей ред. А.А. Сикарева. - СПб.: СПбГУВК, 2008. – 476с.

2. Особенности использования судовой радиолокационной станции для обеспечения безопасности судоходства применительно к внутренним водным путям. Замятин А.Г., Каретников В.В., Сикарев И.А. и др. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2009. – 78 с.

3. Курносов В.И., Сикарев И.А. Функционально устойчивые автоматизированные идентификационные телекоммуникационные системы на речном транспорте. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2009. – 225с.


загрузка...