Метод оценки влияния уровня защищённости информационных каналов системы связи INMARSAT на эффективность автоматизированной системы управления движением судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Мисник, Евгений Андреевич

• Мисник, Евгений Андреевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мисник, Евгений Андреевич

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT

1.1. Общая характеристика системы INMARSAT.

1.2. Организация построения^спутниковой системы связи INMARSAT

1.3. Использование INMARSAT в широкозонных дифференциальных подсистемах.

1.4. Использование системы INMARSAT в Системе Дальней* Идентификации.

1.5. Использование INMARSAT в целях обеспечения персональной связи.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT.

2.1. Формат радиосигналов в спутниковой системе связи INMARSAT

2.2. Способы формирования и демодуляции сигналов в спутниковой системе связи INMARSAT.

2.3. Порядок передачи радиосигналов в системе связи INMARSAT как важной составляющей ГМССБ.

2.4. Особенности радиоинтерфейсов спутниковой системы INMARSAT. Системные показатели радиоинтерфейсов различных стандартов

INMARSAT.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЗАЩИЩЁННОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ INMARSAT ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОМЕХ.

3.1: Выбор математической модели сигналов и помех. Коэффициент взаимного различия.

3.2. Электромагнитная защищённость информационных каналов спутниковой системы!связи INMARSAT в условиях воздействия; узкополосных сосредоточенных помех.90»

3.31 Воздействие ретранслированных сосредоточенных помехна радиолинии спутниковой системы связи INMARSAT.

3.4'. Сравнительная« оценка ЭМЗИК в INMARSAT привоздействиш узкополосной и ретранслированной помехи.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ* ЗАЩИЩЁННОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАДИОЛИНИЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ INMARSAT.

4.1. Методика оценки эффективности радиолиний INMARSAT, входящих в АСУДС.

4.2. Общая эффективность радиолиний INMARSAT.

4.3. Влияние электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на точность обсервации судна.

4.4. Проблемы улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT 138 Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод оценки влияния уровня защищённости информационных каналов системы связи INMARSAT на эффективность автоматизированной системы управления движением судов»

Значение спутниковой; системы связи INMARSAT для повышения качества автоматизированной системы управления движением судов (АСУДС) чрезвычайно велико. Вхоответствии с правилом 10 главы IV части: - «С» Международной; конвенции по.; охране; человеческой: жизни на море; 1974 г. (GOJIAC - 74)к<Радиооборудование .-Морские районы.Ач,13.А2'и; A3>> спутниковая?система связи INMARSAT входит как важнейшая составляющая в Глобальную морскую систему связи1 при бедствии и для обеспечения-безопасности плавания (ГМССБ).

В настоящее время спутниковая система связи INMARSAT выполняет связные функции в широкозонных дифференциальных подсистемах, примером может служить европейская: система EGNOS (EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Services).*

В соответствии с правилом 19:1' главы V МК COJIAC - 74 «Требования к оснащению судов навигационными системами, и оборудованием» для обеспечения мер по охране судна спутниковая система связи INMARSAT используется в системе дальней идентификации. Система дальней идентификации (СДИ) начала внедряться с 1-го января 2009 г. и работает в рамках системы судового охранного оповещения.

Система INMARSAT предоставляет услуги и персональной связи. Таким образом, многофункциональнаяхистема INMARSAT направлена на обеспечение качественного управления движением: судов, на обеспечение безопасности плавания и принятие экстренных мер при: бедствии. Именно поэтому исследование влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы, в том числе и, радиолиний дифференциальных поправок, в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех на оценку общей эффективности АСУДС является важной, своевременной и актуальной научной проблемой.

Цель работы состоит в повышении1 эффективности радиолиний системы INMARSAT, действующих в интересах АСУДС, за счёт повышения электромагнитной защищённости информационных каналов .для.обеспечения, безопасности мореплавания.

Для- достижения сформулированной цели в • работе поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать принципы построения, функционирования - и общую структуру*, спутниковой» системы связи INMARSAT при. использовании в АСУДС.

2. Обосновать выбор критериев оценки качества сигналов и информационных каналовхпутниковой системы связи INMARSAT.

3. Оценить работоспособность спутниковой системы связи INMARSAT как элемент АСУДС на основе предложенной имитационной модели электромагнитной защищённости информационных каналов.

4. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС. .

5. Разработать методику оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы, связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Объектом исследования являются технологические процессы электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, используемой автоматизированной системой управления движением судов.

Предмет исследования составляют влияние узкополосной и ретранслированной помех на электромагнитную защищённость спутниковой системы связи INMARSAT и обеспечение качественного, мониторинга и безопасности мореплавания.

Методологической основой' исследования являются принципы системного анализа, методы теории сигналов, статистической теории связи, системологии, систем массового обслуживания, управления и принятия! решений, математического и имитационного моделирования; теории* надёжности.

Основные результаты

В!работе получены и выносятся на защиту следующие результаты:

1. Обоснование выбора критериев оценки* качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и„ коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов)Для использования в АСУДС.

2. Имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT в условиях воздействия узкополосных и ретранслированных помех.

3. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов системы INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС

4. Методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Практическая ценность научных результатов

Практическая ценность результатов, диссертационной работы заключается в математическом обеспечении функциональной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT, а также в том, что сформулированные выводы, разработанные алгоритмы и модели могут быть использованы при реализации программ создания и развития АСУДС, включая систему дальней идентификации (СДИ).

Результаты научной работы нашли практическое применение в деятельности ООО «Научно-промышленное предприятие «МАРИНЕРУС» при осуществлении мониторинга в акваториях Балтийского и Средиземного морей, при прогнозировании времени восстановления нормального функционирования радиолиний дифференциальных поправок ШДПС, передаваемых по информационным каналам спутниковой системы связи INMARSAT; они используются в учебном процессе в СПГУВК по специальности1180402.65 «Судовождение на морских путях». V

Апробация работы

Полученные результаты докладывались на:

• Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной 200 — летию транспортного образования в России, «Водные пути России: история и современность» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Международной научно-практической конференции, посвященной 200 - летию подготовки кадров для водного транспорта России, «Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление» (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, 2009).

• Научных семинарах кафедры.

Публикации результатов работы

По теме диссертации опубликованы 8 научных статей, в том числе 3 -из перечня журналов, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Российской Федерации.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы составляет 196 страниц, в т.ч. 156 страниц основного текста, 64 рисунка, 30 таблиц, список используемых источников из 83 наименований и 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Мисник, Евгений Андреевич

Выводы по главе 4

1. Рассчитаны частные и обобщённый показатели эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, влияющие и на эффективность АСУДС, использующей спутниковую систему INMARSAT;

2. Выбор в качестве критериев эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемых в интересах АСУДС, таких показателей, как достоверность, своевременность прохождения информации и электромагнитная защищённость радиолиний, явился плодотворным, так как позволил получить достаточно объективные числовые характеристики качества системы;

3. Выбор в качестве критериев эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов, своевременного прохождения информации и точности обсервации, при ограничении на достоверность, позволил выявить влияние на общую эффективность радиолиний спутниковой системы INMARSAT в EGNOS не только электромагнитной защищённости информационных каналов, но и точности обсервации;

4. Для уменьшения времени восстановления радиолинии в системе INMARSAT надо увеличивать коэффициент ЭМЗИК (Кэмз)- При применении системы INMARSAT в АСУДС для передачи дифференциальных поправок увеличение коэффициента ЭМЗИК

Кэмз) обеспечит электромагнитную совместимость радиолиний, 1 повысит точность обсервации судна, а следовательно, безопасность мореплавания.

5. Своевременность прохождения информации в АСУДС находится почти в линейной зависимости от электромагнитной защищённости информационных каналов радиолиний спутниковой системы INMARSAT. Вероятность своевременного прохождения информации в системе (Рсвоевр) принимает значение, превышающее 0,9, в том случае, если Кэмз составляет более 0,98. Причём, при увеличении Кэмз от 0,97 до 0,98, т.е. на 1%, РСВоевр увеличивается примерно на 1,5% (от 0,950 до 0,965), если допустимое время прохождения информации в системе составляет 1 минуту.

6. Разработана методика оценки общей эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемой в интересах АСУДС. Оценка учитывает достоверность, своевременность прохождения информации и электромагнитную эффективность, которая возрастает, прежде всего, за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных -каналов спутниковой системы INMARSAT в АСУДС. Кроме того, рост общей эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT в АСУДС оказывается тем больше, чем большая значимость, по сравнению с другими показателями, придаётся электромагнитной защищённости радиолиний. Так, при использовании системы INMARSAT в системе EGNOS, при Кэмз=0,90 эффективность системы Э=0,830 (а^ОД); при Кэмз = 0,99 эффективность системы Э=0,961 (ai=0,l). Если ai=0,6, то при Кэмз=0,90 эффективность системы Э=0,849, а при Кэмз=0,99 Э=0,981. Значительный «удельный вес» электромагнитной защищённости радиолиний обеспечивается специальными организационно-техническими мероприятиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе представлено решение актуальной научной задачи повышения эффективности радиолиний спутниковой системы INMARSAT, используемой в интересах АСУДС и являющейся важным компонентом и ГМССБ, и ШДПС, и дальней АИС (СДИ), за счёт улучшения электромагнитной защищённости информационных каналов, мониторинга (повышения точности местоопределения судна) в целях обеспечения безопасности плавания, оперативности управления флотом.

В итоге исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Выполнен анализ принципов построения, функционирования и общей структуры спутниковой системы связи INMARSAT;

2. Обосновано применение критериев оценки качества сигналов и информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT - поля поражения сигнала и коэффициента электромагнитной защищённости информационных каналов;

3. Предложены имитационные модели электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT при воздействии узкополосной и ретранслированной помех.

4. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на общую эффективность её радиолиний в АСУДС, а также в системе ШДПС EGNOS.

5. Разработана методика оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов спутниковой системы связи INMARSAT на безопасность мореплавания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мисник, Евгений Андреевич, 2010 год

1. В. Д. Челышев, В. В. Якимовец. «Радиоинтерфейсы спутниковых систем персонального радиосервиса» СПб.: ВУС, 2003. - 364 с.2. Интернет www.inmarsat.com

2. Ильин A.A. «Цифровые терминалы спутниковых систем связи» С.Петербург издательство «Деан» 2005 г.

3. Интернет http://www.mvsgteast.ru/news.html.

4. Интернет http://www.bganrus.rii/21/32/6. GMDSS Hand book 2007 г.

5. Manual for use by the Maritime Mobile and Maritime Sattelite Services AP15 2007 r.

6. Интернет: http//www.radioscanner.ru/forum/topic36512.html9. Интернет www.autex.spb.ru

7. Ю.Интернет http://www.navgeocom.ru/gps/egnos/11 .Интернет http://ru.wikipedia.org/wiki/EGNOS.j

8. Интернет: http://www.mvsgt.ru/Forum-2008/dokladv/new radio req.ppt.

9. Журнал «Морской флот» №2, статья Н. Решетова «Внедрение системы дальней идентификации судов»; М., 2008, с. 26-29.

10. Кошевой В.М., Шишкин A.B., Купровский В.И. «Система и устройства автоматической идентификации судов» г. Одесса, 2005.

11. Резолюция ИМО MSC.210(81) от 19.05.2006г «Требования к судовому оборудованию системы дальней идентификации и слежения за судами».

12. Интернет Невдяев Л.М., Смирнов A.A. «Персональная спутниковая связь» Эко-Трендз М 1998г. Стр83 - 84. С215

13. Интернет http://www.marsat.ru/inmarsat standard.shtml

14. Интернет http://www.samyung-russia.ru/tt3020c.html

15. Технико-эксплуатационные требования к системе^ управления движением судов №МФ 02-22/848-70 Министерство транспорта РФ М., 2002.

16. Дятлов А.П. «Системы спутниковой связи с подвижнымиг объектами» Таганрог издательство «Таганрогский государственный радиотехническийуниверситет» 2004г.

17. Inmarsat communication handbook issue 2 UK London 1999r.

18. Н.И. Калашников «Системы радиосвязи» Учеб. для вузов М: Радио и связь, 1988.

19. В.А. Жилин «Международная спутниковая система морской1 связи ИНМАРСАТ»: справочное издание. ГУЛ Морсвязьспутник, СПб филиал/СПб: «Россия и мир», 1997, 114с.

20. В.А. Жилин «Международная спутниковая система морской связи ИНМАРСАТ» справочник- Л.: Судостроение, 1988, 160с.

21. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и её приложения. М.: Эко-Трендз, 2003. - 326 с.I

22. Ю.Г. Вишневский А.А. Сикарев «Поля поражения сигналов и электромагнитная защищённость информационных.каналов в АСУДС» СПб: Судостроение, 2006 356с.

23. Новик Л.И., Морозов И.Д., Соловьев В.И. Спутниковая связь на море. -Л.: Судостроение, 1987. 220 с.

24. Поваляев Е., Хуторной С. Дифференциальные системы спутниковой навигации. Обзор современного состояния. (Источник: www.chip-news.ru/archive/chipnews/200206/2.html).

25. Ю.Г. Вишневский автореферат диссертации на соискание учёной степени д.т.н. «Инфокоммуникационные технологии электромагнитной защищённости информационных каналов в автоматизированных системах управления движением судов» СПб: СПГУВК 2008 52с.

26. Сикарев A.A., Фалько И:А. «Оптимальный приём- дискретных сообщений» М:: Связь, 1978. - 328с.

27. Курьянов Д.В. MathCad 14. М.: BHV, 2007. - 704 с.

28. ЗЗ'.Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг., Мисник Е.А. Анализ воздействиявзаимных помех на СРНС ГЛОНАСС. «Вопросы радиоэлектроники» Вып. Г, М:, 2010. -С.117-120.

29. Л.М. Невдяев «Мобильная спутниковая связь» Справочник. Серия изданий «Связь и бизнес». МЦНТИ, 1998. - 155с.

30. P.A. Монзинго Т.У. Миллер «Адаптивные антенные решётки». Введение в теорию. Пер. с англ. М., Радио и связь 1986.

31. Ю.С. Ацеров «Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности» пер. с англ. М.: Транспорт 1989. - 63 с.

32. Inmarsat С Maritime User's Manual. Issue 1. Inmarsat. London. UK, 1991.

33. Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг. О влиянии ЭМЗИК ШДПС на время их восстановления. «Журнал университета водных коммуникаций». Вып. 4. СПб.: СПГУВК, 2009. - С. 154-157.

34. Н.Т. Петрович, Е.Ф. Камнев, М.В. Каблукова Космическая радиосвязь. М.: Сов. радио, 1979.

35. Вишневский Ю.Г. Взаимосвязь ЭМЗИК и достоверности принимаемых сообщений. «Морская радиоэлектроника», № 4, СПб, 2007. С.22-24*.42.0кунев Ю.Б., Плотников В.Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. М.: Связь, 1976. - 184 с.

36. Кодекс безопасности мореплавания ИМО. Резолюция ИМО А.529(13): 1983. "Стандарты точности судовождения".

37. Резолюция ИМО А.815(19) 1995г

38. Дмитриев В.И. Обеспечение безопасности плавания. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 374 с.

39. Сборник мореходных таблиц МТ 2000. Адм. - СПб.: 2002. - 576 с.

40. Вишневский Ю.Г., Фам Ки Куанг « О выборе критериев для оценки влияния электромагнитной защищённости информационных каналов ШДПС на навигационную безопасность мореплавания. «Мобильные телекоммуникации» №10, М.,2008, с.61-62

41. Виноградов В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость судового радиооборудования. Л.: Судостроение, 1987. - 232 с.

42. Логвиненко П. Судовая радиотехника и электроника. М.: Пшцеевая промышленность, 1979. - 207 с

43. Венскаускас К.К и др. Системы и средства радиосвязи морской подвижной службы. Л.: Судостроение, 1986. - 432 с

44. Комарович В.Ф., Липатников В.А. Многоуровневая защита радиолиний декаметровой связи. СПб.: ВУС, 2003.

45. Вишневский Ю.Г., Пащенко И.В. Обеспечение ЭМЗ протоколов физического, канального и сетевого уровней семиуровной эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) УКВ-радиосвязи.- Межвуз. сб. науч. трудов. Вып.5. СПб- СПГУВК, 2004. - С.59-63.

46. Международный стандарт ISO.7498 «Базовая модель взаимосвязи открытых систем».

47. Вишневский Ю.Г. Оценка влияния ЛЭП на' радиолинию дифференциальных поправок «ККС-судно». «Морская радиоэлектроника», № 1, СПб, 2008, С.38-40

48. Вишневский Ю.Г., Мисник Е.А. Обеспечение ЭМЗИК спутниковых линий связи и обсервации. «Морская, радиоэлектроника», № 4, СПб, 2007, С.36-37.

49. Каратаев О.Г. Проблемы электромагнитной совместимости. М.: Знание, 1988

50. Вишневский Ю.Г., Сикарев A.A. Электромагнитная' защищенность цифровых информационных каналов^ системы ГЛОНАСС. «Проблемы информационной безопасности », № 2, СПб, 2008.

51. Вишневский Ю.Г., Торяник H.H. Об оценке эффективности АСУДС. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 4. СПб.: СПГУВК, 2003.- С.68-75.

52. Владимиров В.И и др. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем. М.: Радио и связь, 1985. - 272 с.

53. Вишневский Ю.Г., Сикарев A.A. Оценка качества линий радиосвязи' в системе оперативной связи и передачи данных Has основе измерения^ параметров ППС Сб. науч. трудов. - Л.: ЛИВТ, 1990. - С.42-52

54. Прохоренко Ю.Н. Имитационные системы И/МОдели.-Мч.:Знание; 1990.

55. Шеннок Р. Имитационное моделирование систем« искусство и наука. -М.: Наука; 1978. 420 с.

56. Бусленко Н. Моделирование сложных систем.-М.: Наука, 1978.- 399 с.

57. Бусленко Н.М., Галенко Д.М., Соболь И.М. Метод статистических . испытаний (метод Монте-Карло). М.: Физматгиз, 1982.

58. Ю.Г. Вишневский, И.В. Пащенко «Условия* использования информационных сетей спутниковой связи в АСУДС на внутренних водных путях» // Материалы МНТК «Транском 2004» - СПб.: СПГУВК, 2004. - С200-201.

59. Резолюция ИМО MSC.202(81) «Одобрение поправок к Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море 1974, с поправками».

60. Резолюция ИМО MSC.263(84) «Пересмотренные эксплуатационные и функциональные требования к системе дальней идентификации и слежения за судами».

61. Резолюция ИМО MSC.211(81) «Меры по своевременному созданию системы дальней идентификации и слежения за судами».

62. Резолюция MSC.246(83) «Стандарты для передатчиков АИС, используемых для поиска и спасания, которые должны быть установлены 01.01.2010 г. или после этой даты».

63. SOLAS amendments 2003, 2004 and 2005. London IMO 2006. с 138.

64. Резолюции ИМО по глобальной морской системе связи при бедствии и для обеспечения безопасности, (русский и английские тексты) СПб ЦНИИМФ 1998 г. с 302.

65. IMO resolution А.698 (17) Performance standards for ship earth stations capable of two-way communications.

66. IMO resolution 663 (16) Performance standards for INMARSAT standard-C ship earth stations capable of transmitting and receiving direct-printing communications

67. IMO resolution 807 (19) Performance standards for Inmarsat-C ship earth stations capable of transmitting and receiving direct-printing communications.

68. Интернет: http://www.imo.org