Анализ помехоустойчивости различных методов передачи сигналов телесигнализации в военных системах многоканальной радиосвязи

          В настоящее время особое место принадлежит динамическим системам связи. Необходимость создания динамических систем определяется задачами повышения эффективности систем связи в условиях РЭП, переходом к системам с незакрепленными каналами.

Для функционирования динамических систем связи, как правило, необходимо осуществлять наблюдение за текущим состоянием системы (контроль за помеховой обстановкой, контроль функционирования системы и т.д.). Для осуществления наблюдения в систему вводятся соответствующие анализаторы и каналы обратной связи, по которым передается информация о  состоянии объектов управления. В настоящее время в основном создаются цифровые каналы обратной связи. Преимущества создания цифровых каналов обратной связи освещены в работах.

Известно, что эффективность функционирования любой динамической системы зависит от того, какова точность информации, поступающей от объекта управления. В свою очередь точность передачи этой информации зависит от статических характеристик измеряемых параметров системы, алгоритма и параметров кодирования и декодирования информации, вида используемых радиосигналов, алгоритма их обработки, статистических свойств каналов связи.

Упрощенная структурная схема канала обратной связи может быть представлена в виде Рис.1.

Наиболее эффективным путем повышения помехозащищенности является использование помехозащищенных методов модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов, а также использование  пространственно-поляризованных методов борьбы с помехами. Однако, учитывая, что при передаче сигналов ТУ-ТС используется часть энергетического частотно-временного ресурса оперативных трактов, модемные методы повышения помехозащищенности в данной задаче имеют ограниченную применимость. В связи с этим представляет интерес рассмотрение методов повышения помехозащищенности за счет выбора параметров кодирующих и декодирующих устройств. Действительно, известно, что оптимизация параметров кодера и декодера может позволить в значительной мере либо снизить скорость передачи информации при фиксированной помехозащищенности, либо при постоянстве скорости существенно повысить помехозащищенность.

Для выбора того или иного метода кодирования и модуляции сигналов ТУ-ТС необходимо иметь качественный критерий сравнимости различных способов передачи и на основании этого критерия произвести анализ помехоустойчивости различных методов передачи сигналов телесигнализации в военных системах многоканальной радиосвязи.

Этим вопросам и посвящена настоящая дипломная работа.

Обоснование критерия сравнимости различных способов передачи сигналов телеуправления – телесигнализации.

Особенностью перспективных динамических систем связи будет являться наличие автоматизированной системы управления средствами и комплексами связи. Известно, что все системы управления можно разделить на две группы:

1). Системы, в которых для формирования управления               используются    только априорные  данные.       

2). Системы, в которых  для формирования управления     используются прямые или косвенные наблюдения за состоянием объекта управления.

          Первую группу систем можно назвать программными системами управления. Вторую группу  – позиционными системами управления. Из того факта, что в позиционных системах используются наблюдения за состоянием объекта управления при выработке решения субъектом управления, должен существовать канал измерений.

          Будем считать, что всякая позиционная система является замкнутой (т.е. фактически определяем замкнутую систему управления как систему с каналом измерений, каналом обратной связи). Поведем здесь упрошенное определение характера взаимосвязей показателей качества измерения и показателей качества функционирования системы связи.

          На основе анализа этих взаимосвязей будет осуществляться выбор критерия сравнимости функционирования каналов измерения (каналов телесигнализации).

          Для установления общих взаимосвязей воспользуемся результатом, полученным в работе, где проведена классификация каналов измерения в замкнутых системах на три группы:

1.  Каналы телесигнализации (ТС), обеспечивающие полную обратную связь, т.е. обеспечивается абсолютно точное измерение всех координат вектора состояния объекта управления.

2.   Каналы ТС, обеспечивающие неполную обратную связь. В этом случае, часть координат вектора состояния может измеряться с некоторой конечной погрешностью, либо абсолютно точно, а часть координат измеряется с бесконечно большой погрешностью (либо, что тоже самое вообще не измеряться).

3.  Каналы ТС, обеспечивающие стохастическую обратную связь, т.е. измерение всех координат вектора состояния (или хотя бы части координат) проводится для случайных шумов (с конечной погрешностью).

Очевидно, что в реальных условиях мы всегда будем иметь дело с каналами ТС третьей и второй групп. Однако анализ систем с каналами первой группы может позволить установить некоторые потенциально достижимые характеристики системы со стохастическими характеристиками.

Учитывая ограниченный объем дипломного проекта, здесь приведены результаты только для линейных стохастических систем. В соответствии с этими работами везде ниже предполагается, что уравнение состояния, описывающее работу объекта управления имеет вид:

dx(t)=(Ax+BU)dt+Fdw(t)                                (1)

где:  -    матрицы A,B,F не зависящие от x и U;

-  x(t) – вектор состояния объекта управления;

-  w(t) – стандартный винеровский процесс.

В качестве критерия оптимальности выбирается функционал:

Задача минимизации (2)  при ограничении (1) в данной работе решается для каналов ТС, указанных выше групп, следующим образом:

а) обеспечена полная обратная связь, т.е. наблюдение z(t)=x(t) (3), тогда оптимальное управление для данной задачи

U(x)= - D^-1 B^T G(t) X(t)     (4), а соответствующее среднее значение функционала

б) обеспечена неполная обратная связь, причем часть наблюдаемых компонент вектора наблюдается на фоне шумов. В этом случае имеется вектор Х наблюдаемых координат. Показатели качества принимают вид:

где: С^(ij) и E^(ij) (i,j=1,2) – блоки матриц С и Е, входящих в выражение (2).

Уравнение состояния и уравнение наблюдения принимают вид:

(7).

dx(t)=(A₁x+A₂Z+B₁U)dt+Fdw(t)

dz(t)=(S₁x+S₂Z+B₂wdt+Фdw(t)

Тогда оптимальное уравнение для данной задачи принимает вид:

                        U(t)= -D^-1B^TG(t)y(t)                                         (8),

а соответствующее среднее значение функционала:

                        Q(t)=Q₀(t)+1/2y^TG(t)y                                     (9)

где – G(t) – решение уравнения  (5)

       

         - y=[m/z];

         - [m(t)] – вектор апостериорных математических ожиданий составляющих процесса z(t);

         - r(t) – матрица вторых моментов процесса  w(t);

в) Для случая стохастической обратной связи

                                dx(t)=(AX+BU)dt+Fdw(t)                             (11)

                                r(t)=S(t)*x(t)+Фdw(t)/dt                                (12)