Состав и классификация РИС

Определение и основные категории РИС.

 

Радиоэлектронной информационной системой называют организованную совокуп­ность устройств, предназначенных для извлечения, обработки, пе­редачи информации или энергии в целях управления процессами или объектами с использованием радиоволн.

Рассмотрим основные категории, вошедшие в определение РИС:

- информация;

- извлечение информации;

- обработка информации;

- передача информации;

- передача энергии;

- устройство, система;

- радиоволны;

- управляемые процессы и объекты;

- использование радиоволн.

Информация – совокупность сведений:

- о наличии или отсутствии объектов в том или ином участке прост­ранства наблюдения;

- о классе, типе наблюдаемых объектов;

- о геометрических и физических характеристиках и свойствах наблю­даемых объектов;

- о координатах и параметрах движения наблюдаемых объектов;

- о навигационных координатах и параметрах перемещения воздушного, морского, наземного объекта;

- о любых характеристиках объектов, субъектов, процессов, событий, явлений природы и общества, представленных в виде сообщений, т. е. совокупности некоторых знаков и символов без учета их смыслового (семантического) содержания.

Извлечение первичной информации – процесс формирования еди­ничных решений о наличии, классе и единичных оценок координат и параметров движения объектов при ограниченном времени и ограничен­ном пространстве наблюдения. Координатами объекта в сферической системе являются азимут, угол места и дальность относительно пунк­та наблюдения. Под параметрами движения объектов понимаются произ­водные изменяющихся координат по времени.

Первичная информация об объектах наблюдения содержится во временных, пространственных, поляризационных характеристиках принятых сигналов (электромагнитных полей) и извлекается из этих сигналов (полей) путем анализа, т.е. пространственно-временной и поляризационной обработки на фоне помех.

Обработка информации – объединение первичной информации (единичных решений и единичных оценок) по времени (вторичная об­работка)' и по пространству (третичная обработка) в целях улучше­ния характеристик обнаружения, распознавания и измерения.

Передача информации – транспортировка каких-либо сообщений из одного пункта пространства в другой с помощью радиоволн, в ос­новном, в интересах объединения (обработки) информации и управ­ления поведением или движением объектов и процессов с использова­нием дополнительных исполнительных звеньев (рулей, устройств вос­произведения звука, изображения, текста и т.п.).

Передача энергии – транспортировка энергии с помощью электро­магнитного поля в определенное место пространства, в основном, в интересах непосредственного управления физическими, химическими и биологическими процессами на основе явлений взаимодействия поля с веществом на атомном, молекулярном и клеточном уровнях.

Радиоволна – электромагнитные колебания различных диапазонов длин волн l (диапазонов частот f = c / l):

- сверхдлинные волны l =100-10 км, f = 3-30 кГц;

- длинные волны l = 10-1 км, f = 30-300 кГц;

- средние (гекаметровые) волны l =1000-100 м, f = 0,3- 3 МГц;

- короткие (декаметровые) волны l = 100- 10м, f =3- 30 МГц;

- ультракороткие (метровые) волны l = 10- 1 м, f = 30-300 МГц;

- дециметровые волны l = 10- 1 дм, f =0,3-3 ГГц;

- сантиметровые волны l =10- 1 см, f = 3-30 ГГц;

- миллиметровые волны l = 10- 1 мм, f = 30 - 300 ГГц;

- субмиллиметровые волны l = 1- 0,1 мм, f = 300 - 3000 ГГц.

Радиоволны различных частотных диапазонов имеют свои особен­ности распространения, затухания и отражения (рассеяния) при взаимодействии с объектами наблюдения, земной поверхностью, атмос­ферой, неоднородными слоями тропосферы и ионосферы. Это во многом определяет возможности их использования в РИС различного назначе­ния.

Устройство, система – два иерархических уровня радиотехни­ческих средств: элемент, узел, каскад, блок, устройство, система, комплекс.

Управляемые объекты – движущиеся и неподвижные; космические, воздушные, морские и наземные; эргатические (с участием человека) и автоматические (без участия человека) – робототехнические. Уп­равление может быть связано с требуемым перемещением или с опре­деленным поведением объекта.

Управляемые процессы – физические (управление на атомном уровне), химические (управление на молекулярном уровне), биоло­гические (управление на клеточном уровне), психологические (уп­равление на уровне индивидуального ощущения и сознания), социаль­ные (управление на уровне коллективного сознания). Суть управле­ния состоит в развитии процесса в нужном направлении.

Использование радиоволн подразумевается не только на этапе из­влечения, обработки и передачи информации, но и на этапе управле­ния процессами или объектами. Дело в том, что управление предпо­лагает использование не только информации, но и энергии, которая может доставляться к месту её потребления различными способами, в том числе и с помощью электромагнитного поля. Таким образом, в радиотехнических системах электромагнитное поле используется, в первую очередь, как информационное средство, но оно может быть использовано и как средство непосредственного энергетического воз­действия на управляемые объекты или процессы.

 

Состав и классификация РИС

 

Радиоэлектронные информационные системы с учетом особенностей их функцио­нального назначения можно разделить на 3 группы:

- радиолокационные системы (РЛС);

- радионавигационные системы (РНС);

- радиотехнические системы передачи информации (РТС ПИ);

Радиолокационная система в общем случае состоит из одного или нескольких радиопередающих устройств, обеспечивающих формиро­вание зондирующего сигнала (сигнала подсвета), одного или нескольких радиоприемных устройств, обеспечивающих либо приём рассеянного (отраженного) объектом наблюдения зондирующего сигнала (сигнала подсвета), либо приём собственного радиоизлучения объекта наблюде­ния, и устройства пространственно-временной и поляризационной об­работки сигнала и извлечения информации об объекте наблюдения для некоторого потребителя (рис. 0.1).

 

Рис. 0.1 Состав радиолокационной системы (РЛС)

 

Радионавигационная система в общем случае состоит из одной или нескольких радионавигационных точек (РНТ) с априорно извест­ными координатами и параметрами: движения, излучающих согласован­ные по времени, частоте и фазе некоторые сигналы, радиоприёмно­го устройства объекта навигации и расположенного там же устройст­ва пространственно-временной и поляризационной обработки сигналов от различных РНТ и извлечения информации о навигационных парамет­рах, координатах и параметрах движения объекта навигации в инте­ресах управления его поведением и движением (рис. 0.2)

 

Рис. 0.2 Состав радионавигационной системы (РНС)

 

Радиотехническая система передачи информации (РТС ПИ) в об­щем случае состоит из устройства объединения (уплотнения) сооб­щений от нескольких источников, устройства кодирования, т.е. пре­образования группового сообщения в сигнал, канала связи, состоя­щего из радиопередающего и радиоприёмного устройств с антеннами, среды распространения радиоволн, устройства декодирования, т.е. преобразования принятого сигнала в групповое сообщение, и устройства разделения сообщений по каналам (адресатам или получателям сообщений) (рис. 0.3). Здесь пространственно-временная и поля­ризационная обработка сигнала с целью извлечения информации осу­ществляется в антенне, РПрУ, декодере и устройстве разделения каналов.

 

Рис. 0.3 Состав радиотехнической системы передачи информации (РТСПИ)

 

 

Задачи РИС и принципы их решения

 

Несмотря на разнообразие РИС, можно выделить общие задачи, решаемые всеми РИС:

- обнаружение сигнала;

- распознавание-различение сигналов,

- измерение параметров сигнала.

Обнаружение сигнала состоит в установлении факта наличия сигнала в определенном элементе пространства наблюдения. Наличие или отсутствие сигнала отождествляется с наличием или отсутствием сим­вола сообщения для РТС ПИ или объекта наблюдения (излучения, рас­сеяния, отражения) в определенном участке пространства наблюдения для РЛС, РНС.

Распознавание-различение сигналов состоит в установлении при­надлежности обнаруженного сигнала к определенному классу, типу, виду из заданного множества. В основе классификации сигналов лежат различия между ними: энергетические, по форме, временные, частот­ные (спектральные), пространственные, поляризационные, статисти­ческие. Классификация сигналов эквивалентна распознаваний объектов наблюдения в РЛС, различению радионавигационных точек в РНС и сообщений в многоканальных РТСПИ,

Измерение параметров сигнала отождествляется с определением координат и параметров движения объектов наблюдения для РЛС и РНС или с воспроизведением передаваемого сообщения для РТСПИ. Измеряемыми параметрами сигналов являются – время запаздывания и доплеровское смещение частоты принятого сигнала относительно из­лученного, наклон и кривизна волнового фронта принятого сигнала.

Время запаздывания сигнала пропорционально расстоянию r, которое проходит электромагнитная волна от пункта излучения до пункта приема со скоростью света с = 3 10⁸ м/с. Постоянст­во скорости и прямолинейность распространения радиоволн лежат в основе определения расстояния в РИС.

Доплеровское смещение частоты принятого сигнала относи­тельно излученного пропорционально скорости сближения пунктов излучения и приема:

 

.

 

Эффект Доплера является принципиальной основой определения ско­рости в РИС.

Направление прихода принятого сигнала, перпендикулярное волновому фронту, при условии прямолинейности распространения радио­волн отождествляется с угловыми координатами источника излучения, рассеянии, отражения.

Кривизна волнового фронта K обратно пропорциональна расстоя­нию r до источника излучения (рассеяния, отражения). Поэтому из­мерив кривизну волнового фронта, можно определить дальность до источника излучения:

 

.

 

 

Основные показатели РИС

 

Основными показателями РИС являются:

- характеристики обнаружения;

- характеристики распознавания- различения;

- точностные характеристики;

- разрешающая способность;

- дальность (зона) действия;

- помехозащищённость;

- электромагнитная совместимость;

- надёжность;

- стоимость.

К характеристикам обнаружения относятся условные вероятности принимаемых решений о наличии или отсутствии сигнала. Из-за действия помех, ограниченных времени и пространства наблюдения, случайного характера сигнала принимаемые решения не могут быть достоверными. Остаётся лишь стремиться к тому, чтобы вероятности правильных решений были ближе к единице, а вероятности ложных (ошибочных) решений были ближе к нулю.

К характеристикам распознавания-различения относятся условные вероятности принимаемых решений, связанных с классификацией сигналов. Здесь, как и в задаче обнаружения, вероятности правильного распознавания-различения должны быть ближе к единице, а вероятности ложного распознавания-различения ближе к нулю.

К точностным характеристикам относятся ошибки измерения и воспроизведения параметров принимаемых сигналов, которые должны быть минимальными.

Под разрешающей способностью РИС понимают способность раздельно наблюдать (обнаруживать, распознавать-различать, измерять параметры) несколько сигналов. Мерой разрешения является минимальная разность одноимённых параметров двух сигналов (времени запаздывания, доплеровского смещения частоты, параметров волнового фронта), при которой они наблюдаются раздельно при условии, что все остальные параметры этих сигналов одинаковы.

Под дальностью действия, определяющую рабочую зону РИС, понимают дальность до объекта наблюдения (излучения, рассеяния, отражения, потребления, взаимодействия), при которой характеристики обнаружения, распознавания-различения, точностные характеристики оказываются не хуже заданных.

Под помехозащищённостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условиях радиоэлектронной борьбы с противником. Помехозащищённость определяется, во-первых, скрытностью РИС, а во-вторых, её помехоустойчивостью. Под скрыт­ностью понимается способность РИС противостоять радиоэлектронной разведке противника. Под помехоустойчивостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условия воздей­ствия на неё преднамеренных помех со стороны противника.

Под электромагнитной совместимостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условиях не­преднамеренных помех со стороны радиоэлектронных средств, входя­щих в эту РИС и в окружающие её РИС.

Под надёжностью понимается способность РИС исправно выполнять свои функции с заданным качеством в течении заданного промежутка времени.

Стоимость РИС, включающая расхода на все этапы жизненного цикла РИС (замысел, исследование, проектирование, производство, эксплуатация, модернизация, утилизация), как правило, растет по ме­ре улучшения всех перечисленных выше показателей, в совокупности определяющих эффективность РИС. Поэтому факт существования любой РИС является в известной мере компромиссом между её эффективностью и стоимостью. Максимум отношения "эффективность/стоимость" может служить критерием оптимальности разработки и целесообразности ис­пользования РИС.