Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ ЭМО в связи с ростом числа и мощности РЭС, вводимых в эксплуатацию в Новороссийском портовом регионе 14
1.1. Действующая инфраструктура обеспечения безопасности мореплавания в припортовых морских районах А) 14
1.2. Особенности функционирования систем 23
1.3. Оценка действующей композиции систем безопасности мореплавания в зоне ответственности РФ в Азово-Черноморском регионе 25
1.4. Пределы интенсификации использования действующей инфраструктуры береговых станций 35
1.5. Незавершенность инфраструктуры систем безопасности мореплавания в Новороссийском морском регионе 36
1.6. Развитие системы НАВТЭКС 38
1.7. Создание комплекса АИС в Новороссийском регионе 45
1.8. Состояние создания Интегрированной системы безопасности мореплавания в Азово-Черноморском регионе 49
1.9. Краткие выводы по главе 49
Глава 2. Проблемы электромагнитной совместимости УКВ-средств радиосвязи в акватории Цемесской бухты и их решение 51
2.1. Радиочастотный ресурс УКВ средств связи портовой зоны 51
2.2. Особенности распространения УКВ при поднятых антеннах... 57
2.3. Особенности распространения УКВ при низко расположенных антеннах 66
2.4. Организационно-технические мероприятия по обеспечению ЭМС 78
2.5. Управление мощностью в совокупности с РЭС 81
2.6. Краткие выводы 90
Глава 3. Организация и методика технического обслуживания централизованной системы контроля и регулирования ЭМС РЭС в Новороссийском морском регионе 92
3.1. Структурно-организационное обеспечение электромагнитной совместимости РЭС в условиях современного развивающегося морского порта 92
3.2. Сущность совместимого функционирования множества РЭС в Новороссийском регионе (новые реалии и подходы к решению проблемы) 93
3.3. Эксплуатационно-надежностный подход к обеспечению контроля и регулирования ЭМС РЭС морского порта 96
3.4. К технической эксплуатации системы контроля и регулирования ЭМС РЭС (определение оптимальной численности эксплуатационного персонала) 106
3.5. О взаимодействии системы контроля и регулирования ЭМС РЭС с подразделениями Главгоссвязьнадзора 110
3.6. Краткие выводы по главе 111
Глава 4. Оценка вероятности безотказной работы системы регулирования ЭМО в порту с учётом надёжности человека-оператора 112
4.1. Анализ понятия надежности человека-оператора в морских системах управления движением судов 112
4.2. Постановка задачи регулирования ЭМО в регионе 117
4.3. Обеспечение совместимого развития РЭС в Новороссийском регионе 123
4.4. Краткие выводы по главе 130
5. Заключение и общие выводы 131
Список научных трудов, отражающих основное содержание обобщающего доклада 131
Литература 134
- Оценка действующей композиции систем безопасности мореплавания в зоне ответственности РФ в Азово-Черноморском регионе
- Особенности распространения УКВ при низко расположенных антеннах
- Сущность совместимого функционирования множества РЭС в Новороссийском регионе (новые реалии и подходы к решению проблемы)
- Обеспечение совместимого развития РЭС в Новороссийском регионе
Введение к работе
Развивающиеся экономические связи России с мировым сообществом стимулируют интенсивное развитие портов, особенно на Северо-Западе, Юге и Дальнем Востоке РФ, и, как следствие, разработку и освоение современных технологий морской перевозки грузов, удовлетворяющих международным стандартам. Мировые транспортные потоки выходят к портам морей и океанов, как со стороны континентов, так и в обратном направлении. Растущие масштабы этих перевозок порождают технические, экологические и экономические проблемы примыкающих к портам регионов. В центр внимания сегодня попадают вопросы сильной зависимости безопасности мореплавания в портах и на подходах к ним от проявлений "человеческого фактора", причём, это актуально и для стационарных береговых служб порта, и для судовых команд.
Ключевым моментом этих проявлений является несвоевременность (запаздывание) поступления информации об опасности к операторам, управляющим движением судов на портовых акваториях. Запаздывание поступления информации часто повергает оператора управления движением судна в особое психологическое состояние, характеризуемое вовлечённостью в назревающее происшествие. Не информированный оператор организации движения опаснее отсутствия его на рабочем месте, т.к. он становится инициатором поспешных действий на акватории порта, когда из анализа несвоевременно полученной информации возникает опасность происшествия, особенно для крупнотоннажных судов.
Одной из причин запаздывания информации о приближении аттрактора опасности является блокирование приёма радиосигналов портовых и судовых радиоэлектронных средств (РЭС) связи непреднамеренными (но сравнимыми по опасности с преднамеренными) селективными помехами соседнего канала. В центр внимания в этой диссертации попадают, таким образом, артефакты прерывания циркуляции информации по акватории порта из-за отсутствия должного контроля за электромагнитной обстановкой (ЭМО) в порту.
Общая характеристика работы
Актуальность. Надёжность и безопасность процесса перевозки грузов морскими и внутренними водными путями в настоящее время в значительной степени обеспечивается широким применением радиоэлектронных средств, находящихся как на судне, так и на берегу, которые связаны между собой по эфиру свободного пространства. Существование канала радиосвязи является неустранимой частью систем связи подвижных объектов с береговыми, стационарными спутниковыми ретрансляторами и между собой. Информационная пропускная способность систем связи всегда ограничена. Наличие большого числа радиосредств в ограниченном районе приводит к перекрытию их частотных диапазонов, что является причиной ухудшения функционирования радиосредств вплоть до полной потери работоспособности.
Кроме этого, увеличение числа судозаходов в порт Новороссийск, а также в связи с этим увеличение количества обслуживающих их радиосредств увеличивает число источников радиосигналов, что приводит к нежелательному их взаимодействию в радиосредствах. Таким образом, поднимаемая в данной работе проблема актуальна. Ситуация усугубляется тем, что в последнее десятилетие порты на Юге РФ получили бурное развитие, удваивая за 3-5 лет объёмы перевалки через них грузов. Из экономической информатики известно, что при ускоренном росте объема производственных мощностей =Wn на том или ином отраслевом участке экономики степень роста («) информационных мощностей, достаточная для обеспечения информацией бесконфликтного роста интенсивности производственных отношений (в нашем случае - интенсивности движения в порту), должна опережать степень роста производственных отношений на единицу (т.е. быть л+1); в частности, для кубического параболического роста производственных мощностей транспортного комплекса порта информационный обмен, обеспечивающий бесконфликтность такого роста интенсивности движения, должен расти пропорционально четвёртой сте пени [1]. Следует заметить, что для безопасного управления транспортом необходимость опережения прихода информации об окружающей обстановке перед принятием любого управленческого решения более чем актуальна. Это означает, что "валовая производительность "=WH информационного сектора портового региона в стоимостном выражении должна расти относительно роста его валового продукта Wn портовой экономики в следующей степени:
W»=(Wnf\ (1.1)
где W„ и Wn - текущие валовые объёмы производства соответственно информационного и производственного комплексов портового региона. В (1.1) предполагаются любые причины соответственного роста W u Wn , но чаще всего они связаны с временными зависимостями WH(t) и WJJ), отражающими "прогресс техники" (технологической и информационной).
Не менее важна синхронно развивающаяся структура технического обслуживания по прогрессивной технологии контроля технического состояния РЭС с единой сетевой его диагностикой, контролируемая из единого регионального центра управления связью (в данном случае в Южном морском регионе РФ). К сожалению, сейчас она здесь отстаёт с развитием по сравнению с периодом 1995-2001 годов. Более того, в строительстве системы морской безопасности на Юге РФ наметились новые тенденции организационно-технического переустройства, связанного с экономической дифференциацией бывшей единой сети Морских администраций портов (МАП) на относительно независимые фрагменты.
Особое место занимают береговые радиоэлектронные средства контроля, организационно объединённые в Службу управления движением судов (СУДС), задачей которой является многоплановый контроль за всем процессом от захода судна в порт или на терминал до его выхода из порта или за пределы терминала. Соответственное освоение новых технологий транспортировки грузов ставит задачу усовершенствования и средств радиоэлектронного контроля их безопасного функционирования в сферах СУДС.
Следует отметить, что на морском и речном транспорте, как и на других видах транспорта, большая роль отводится человеку-оператору, осуществляющему управленческие действия (оператор-судоводитель и оператор СУДС). На безопасность судозахода существенное влияние оказывает так называемый человеческий фактор. В силу большой информационной нагрузки и как следствие возникающей усталости оператор может совершать ошибки, приводящие к аварийным ситуациям и авариям. В связи с этим требуется разработка систем автоматической поддержки принимаемых решений, что приведет к существенному повышению надежности работы оператора. Достигнутый в конце 20-го века уровень надёжности работы РЭС, используемых при судовождении в узких фарватерах, руслах рек, каналах, фиордах, весьма высок; он обеспечивает круглосуточное действие автоматических сетей связи в ГМССБ с интенсивно О Q 1 стями отказов 10 -г 10 сек на судовой комплект (это соответствует одному отказу за десятилетие плавания судна). Фактически же с каждым судном случаются происшествия гораздо чаще с интенсивностью 10 сек"1.
Таким образом, пополнение статистики событий, аварий и катастроф идёт в десятки раз более быстрыми темпами, чем показывают вероятностные расчеты. Одним из существенных факторов снижения надёжности судопро-водки в портах и на участках сильного стеснения маневров судов остаётся упомянутый выше человеческий фактор, как посредствующий элемент между относительно надёжными и пассивными системами управления движением судов (береговыми и судовыми) и самим человеком-оператором - активным инициатором движения судов, но гораздо менее надёжным. Основным средством общения судоводителей разных судов между собой и с операторами СУДС является радиообмен через УКВ-радиостанции. Нарушение ЭМС при использовании средств радиосвязи участниками движения судов является одной из причин, снижающих безопасность плавания (маневрирования, швартовки и т.п.) в портах. В соответствии с этим возникает актуальная задача (которая должна быть решена в совокупности с приведёнными выше требованиями) разработки системы радиоэлектронного контроля ЭМО в портовых регионах, как одной из причин отказов в работе технических средств обеспечения безопасности мореплавания, ибо отказы в информационных сетях вносят весомый вклад в возникновение аварийных ситуаций.
Объект исследования - электромагнитная обстановка (ЭМО) РЭС порта Новороссийск в текущий период высоких темпов своего развития.
Предмет исследования включает следующие компоненты:
а) электромагнитная совместимость (ЭМС) РЭС региона;
б) системный анализ проблем электромагнитной совместимости РЭС морского региона и судов, заходящих в порт;
в) совершенствование технологий контроля ЭМС в портовом регионе и разработка мер, обеспечивающих электромагнитную совместимость РЭС.
Цель исследования:
- анализ ЭМО с учётом морской специфики портового региона; -минимизация нежелательного электромагнитного взаимодействия РЭС для обеспечения надёжности их работы и безопасности мореплавания;
-разработка концепции совместимого развития всех РЭС в Новороссийском регионе, обеспечивающей необходимый уровень ЭМС РЭС.
Научная новизна защищаемых соискателем положений характеризуется следующими достижениями:
- разработана методика анализа ЭМС на основе математической модели множественно (а не попарно) взаимодействующих РЭС (на примере систем безопасности мореплавания в регионе порта Новороссийск);
- выполнены расчёты ЭМС РЭС и средств контроля, обеспечивающих безопасность мореплавания в Новороссийском регионе;
- введено новое понятие интенсивности (Аэмс) отказного ухудшения ЭМО для локальных зон акватории порта;
- разработана концепция и структура автоматизированной подсистемы контроля ЭМС в морском районе Ai Новороссийского региона;
- разработана организация и методика технического обслуживания автоматизированной подсистемы контроля ЭМС в морском регионе;
- оценены вероятность ошибки человека-оператора автоматизированной подсистемы контроля ЭМС и влияние человеческого фактора на надежность подсистемы.
Практическая значимость полученных соискателем научных результатов состоит в том, что им рассмотрен круг вопросов обеспечения электромагнитной совместимости в Новороссийском портовом регионе в условиях усложнения и насыщения разнообразными РЭС, увеличивающих вероятность их взаимного влияния. Разработана методика непрерывного контроля усложняющейся ЭМО и удержания её в границах достаточной надёжности работы всех портовых и судовых РЭС, определяющих безопасность мореплавания в регионе. Ряд научных результатов работы используются в практической работе морской организации порта Новороссийск и в учебном процессе, дипломном проектировании и аспирантской работе в НГМА.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на региональных научно-технических конференциях и семинарах в НГМА в 2002-04 годах, а также на международной научной конференции "Компьютерное моделирование и информационные технологии в науке, инженерии и образовании": - Пенза, ноябрь, 2003 год.
Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована автором в 12 работах Сборника научных трудов НГМА (г. Новороссийск) и Материалах международной научной конференции, проходившей в Пензе; две работы опубликованы в центральных журналах (включённых в список ВАК). Основная часть научных результатов, ш представленных в настоящей диссертации, получена лично автором, а часть - в соавторстве с научными сотрудниками и аспирантами кафедры "Радиосвязь на морском флоте" НГМА.
На защиту выносятся:
- методика анализа ЭМС на основе математической модели множества взаимодействующих РЭС и нового понятия интенсивности отказного ухудшения ЭМО (на примере систем безопасности мореплавания в регионе порта Новороссийск);
- оценка ЭМС РЭС и средств контроля, обеспечивающих безопасность мореплавания в Новороссийском регионе в соответствии с разработанной методикой;
- концепция и структура автоматизированной подсистемы контроля ЭМС в морском районе Ai Новороссийского региона;
- организация и методика технического обслуживания автоматизированной подсистемы контроля ЭМС в морском регионе;
- оценка вероятности ошибки человека-оператора автоматизированной подсистемы контроля ЭМС при приеме информации и влияния человеческого фактора на надежность подсистемы.
Оценка действующей композиции систем безопасности мореплавания в зоне ответственности РФ в Азово-Черноморском регионе
Системы безопасности мореплавания создаются на основании Рекомендаций международных морских организаций и национальных технических требований и выполняют свои строго определенные функции в различных морских районах. Зоны действия каждой подсистемы безопасности мореплавания рассчитываются теоретически и подтверждаются при морских испытаниях. При движении судна от одного порта к другому траектория его движения проходит через зоны действий систем безопасности мореплавания. Например, зона действия дифференциальной станции на Чёрном море включает в себя морской район А2, 4 морских района Ai и СУДС, а в будущем - ещё 4 района АИС. Каждая система, обслуживая свой отдельный район, несет информацию о движении судна в своем районе, при этом часть информации теряется на их границе и при переходе её. Этого можно избежать, если соответствующим образом провести их комплексирование с учётом взаимного перекрывания. Однако надо иметь ввиду, что решение о целесообразности информационно го перекрывания зон наблюдения часто находится в остром противоречии с требованиями реализации безопасной ЭМО, согласно которым перекрывание радиопокрытий района разными источниками излучений крайне нежелательно, т.к. ведёт к нарушениям ЭМС. Ниже мы уделяем рассмотрению действующей инфраструктуры береговых центров в Новороссийском регионе большое внимание именно в связи с необходимостью критического анализа сложившейся в регионе ЭМО, которая далека от оптимальной.
За сравнительно короткий промежуток времени в районе порта Новороссийск созданы современные, соответствующие мировым стандартам, системы безопасности мореплавания. Работы в МАП Новороссийск по созданию систем безопасности мореплавания не остановились и продолжаются. Планируется к внедрению Автоматическая информационная (идентификационная) система, Глобальная автоматизированная система мониторинга и контроля местоположения судов в зоне ответственности России на Чёрном море, Система управления движением судов в районе Южной Озереевки, где уже функционируют два выносных причальных плавающих устройства (ВИНУ) для наливки танкеров в открытом море от терминала КТК-Р. Все практические действия и планы МАП Новороссийск направлены на то, чтобы регион порта Новороссийск и прилегающие к нему акватории были оснащены самыми современными системами безопасности мореплавания.
Несмотря на достигнутые успехи, возникают проблемы, которые требуют серьезного внимания. Одна из основных таких проблем - это необходимость комплексирования уже существующих систем безопасности мореплавания с учётом проектируемых и готовящихся к внедрению, вторая - это оптимизация ЭМО. Первая состоит в том, что отсутствует опыт (да и готовая методология), позволяющие на современном уровне провести интеграцию систем безопасности мореплавания. Сложность еще заключается в том, что какие-либо рекомендации со стороны международных и национальных организаций по объединению существующих систем в одно целое отсутствуют. Имеются только некоторые рекомендации, касающиеся отдельных под систем. Решение второй проблемы связано с большими материальными затратами, связанными с переконфигурацией действующей в порту сети РЭС.
Оценка действующей композиции систем безопасности мореплавания в зоне ответственности РФ в Лзово-Черноморскомрегионе При разработке проектов систем безопасности мореплавания была сформулирована концепция их дислокации в береговых радиоцентрах порта [3,4,5]. Коротко расскажем о ее сути и проведем оценку правильности ее выбора, обращая внимание на то, как в ней учитывалась формирующаяся ЭМО порта. С 1996 года в России начались работы по созданию Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ). Эта система с 1999 года обязательна по нормативам Международной морской организации (ИМО). Ввод в действие, как и во всем мире, планировался с 1 февраля 1999 года. В некоторых странах эта система вводилась постепенно в 1990-х годах, а в России она отсутствовала. Отсутствовал и опыт ее создания, как в части национальных документов, так и практический. Не существовало также четко фиксированной границы зоны ответственности России в Азово-Черноморском регионе, а наличная постсоветская инфраструктура береговых станций порта Новороссийск плохо соответствовала новым задачам. В качестве границ зон ответственности стран Азово-Черноморского региона была предложена ИМО граница, используемая странами Азово-Черноморского региона в авиации. Но не все страны были согласны с ней, например, Грузия считала, что ее интересы ущемляются, хотя в силу известных причин создать ГМССБ вдоль своего побережья в то время (и по сей день) она не могла. Основным видом связи в то время в Азово-Черноморском регионе была радиосвязь на частоте СВ-диапазона 500 кГц. На 1 января 1997 года в данном регионе сложилась следующая ситуация. 1. Границы зон ответственности стран Азово-Черноморского региона по обеспечению безопасности были предложены ИМО, но не ратифицированы странами этого региона. 2. Ни одна страна этого региона не имела функционирующих морских районов ГМССБ, хотя Турция неоднократно заявляла о создании своего района ГМССБ. 3. Отсутствовал опыт создания ГМССБ у всех стран региона. Использовать опыт других стран, где функционировали системы, было трудно из-за специфики морского побережья и технического обеспечения. 4. Существующая инфраструктура средств связи не могла быть использована при создании новых систем, так как при создании новых систем их базовые станции должны находиться на берегу моря (морской район Аь АИС, УКВ-связь, СУДС), а используемые на этот период средства связи находились в радиоцентрах, отдаленных от морского побережья и количество радиоцентров было не достаточным. 5. Оборудование создаваемых систем было преимущественно иностранного производства и достаточно дорого. 6. Необходимая инфраструктура для его функционирования систем в полном объеме в нужных местах побережья отсутствовала. 7. До ввода в эксплуатацию ГМССБ в мире у России, пропустившей в начале 1990-х годов два этапа постепенного развёртывания сети до 1 февраля 1999 года практически оставалось 2 года, а в эти сроки необходимо было создать морские районы Aj вдоль побережья Черного и Азовского морей (около 1000 км), от грузинской границы на Черном море до границы с Украиной в районе Таганрога. Также необходимо было создать и морские районы А2 на Черном и Азовском морях.
Особенности распространения УКВ при низко расположенных антеннах
Краткий анализ критериев ИМО о расположении базовых станций морского района Aj.B соответствии с резолюциями ИМО и принятой в 1974 году Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74) основные требования к оборудованию морского района А! глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности состоят в следующем. 1. Должны учитываться все особенности различных радиосредств, которые включаются в сети ГМССБ, особенно их ограничения в части технических возможностей; это объясняется тем, что именно ограничения по дальностям действия радиосистем определяют зоны ответственности в ГМССБ в четырех районах плавания. В связи с этим район А\ определяется зоной действия береговых УКВ станций (не менее 30 морских миль в соответствии с конфигурацией береговой черты в зоне ответственности страны). 2. Должна быть налажена круглосуточная непрерывная вахта на УКВ, обеспечивающая передачу и прием на следующих каналах ГМССБ: - ЦИВ на частоте 156,525 МГц (канал 70-й); - радиотелефонных сообщений на частотах 156,8 МГц (канал 16-й), 156,3 МГц (канал 6-й) и 156,65 МГц (канал 13-й). 3. Должно быть выполнено требование по электромагнитной совместимости (ЭМС) при «малой дальности» в УКВ диапазоне, исключающее взаимные по мехи рядом стоящих береговых радиоцентров (БРЦ), что предполагает: - соответствие границы морского района Аь возможностям приемника УКВ установки судна (при минимальной мощности на БРЦ не более 6 Вт и чувствительности приемника на судне не хуже 2 мкВ при отношении сигнал/шум на входе - 12 дБ); - отсутствие как радиотеней в районе Аь так и чрезмерного перекрывания освещенных зон от соседних БРЦ. 4. Должно быть поставлено минимальное количество станций, которое тем не менее обеспечивало бы на УКВ перекрытие зон Ai вдоль всего прибрежного района. 5. Перекрытие морского района Ai должно быть полным в пространстве и во времени, насколько это практически возможно при любых погодных условиях. 6. Должна быть обеспечена электромагнитная совместимость проекти руемой системы с существующими или проектируемыми, а также должен быть учтен ряд следующих факторов: - распространение радиоволн вдоль трассы в разных условиях погоды; - явление интерференции прямой и отраженной от моря волн; - искажение диаграммы направленности рельефом местности (в зависимости от места расположения станции); - уровень помех при разных погодных условиях вдоль всей зоны ответственности Морской администрации порта Новороссийск (МАПН) за район плавания А\. Международная морская организация определяет морской район Аь как район, находящийся в радиусе D(A\) морских миль; в пределах круга этого радиуса расположены радиальные трассы распространения прямых поверхностных радиоволн над морем. Радиус D(A і) равен расстоянию передачи между судовой антенной УКВ, расположенной на высоте h2, составляющей 4 метра выше уровня моря, и антенной УКВ береговой станции, расположенной в центре круга на высоте h\. Для расчета расстояния D(Aj) (в морских милях) по методике ИМО должна применяться следующая формула: D(Al ) = k- (Jht + JhJ, миль, где hy и / ,- соответственно высота передающей антенны УКВ береговой станции и приемная антенна судна (подставляются в метрах), а коэффициент А: = 2,5 (миль) определяется радиусом Земли с поправкой на нормальную рефракцию УКВ радиоволн в атмосфере (с усредненным уровнем рефракционной дисперсии в диапазоне 156-174 МГц морской рейдовой радиосвязи). Значение А; = 2,5 миль ИМО приняла за основу и рекомендует всем странам рассчитывать свои морские районы Аі по указанной формуле. Таким образом, в типовых расчетах методики ИМО рекомендуют принимать высоту подъема антенны на судне равной четырем метрам. В таком случае, окончательная расчетная формула для радиуса зоны А і (т. е. дальности действий морской УКВ станции) по рекомендациям ИМО получается Важно отметить: налицо предлагается явная зависимость только от высоты подъема антенны УКВ берегового радиоцентра. В связи с этим ограничением в методике ИМО отмечается, что приведенная выше формула применяется к линии «прямой» видимости, однако она не рассматривается адекватной случаям, когда одна из антенн находится на более низкой высоте, чем четыре метра. Надо сказать, что такие малые высоты характерны для людей, спасающихся на шлюпке, плоте или плавающих на воде в спасательном жилете с радиостанцией в руке. Поэтому никак нельзя исключить анализ такой ситуации.
Электромагнитное поле низко расположенных антенн. Исследование структуры поля скользящей вдоль земной поверхности электромагнитной волны проводят для двух участков трассы распространения радиоволн: в зоне приближения плоской Земли и в зоне дифракции. На первом участке считают, что в пределах раскрыва приёмной антенны участок сферического фронта волны, так же как и участок сферической поверхности Земли, вблизи точки наблюдения являются плоскими. Кроме того, вертикальный вибратор (характерно для морской радиосвязи) возбуждает у поверхности Земли электрическое поле вертикальной поляризации Ех = is,, (рис.2.9).
Сущность совместимого функционирования множества РЭС в Новороссийском регионе (новые реалии и подходы к решению проблемы)
Модель управления мощностью в совокупности РЭС. Насыщение морских портов радиоэлектронной аппаратурой, работающей в широком спектре радиочастот, приводит к возникновению проблемы повышения качества и надежности передачи и приёма информации по многочисленным каналам, которые в силу электродинамических законов оказываются взаимосвязанными. При создании систем безопасности мореплавания электромагнитная совместимость РЭС осуществляется техническими и организационными мерами, удовлетворяющими требования международных стандартов ИМО и обеспечивающими общую помехозащищенность РЭС от воздействия непреднамеренных помех. При этом обычно используется ряд технических решений для снижения вредного влияния вновь вводимых и действовавших РЭС. В качестве организационных мероприятий обеспечения ЭМС используются [15,33,34]: - распределение и назначение рабочих и запасных частот; - регламентирование работы РЭС по времени и пространству, а также режиму их совместной работы; - учет требований ЭМС при формировании и построении радиоэлек тронных систем связи; - применение методики резервирования РЭС на совместимых каналах; - систематическое повышение квалификации обслуживающего персонала, особенно при работе в условиях помех; - своевременное техническое обслуживание РЭС. Однако на сегодняшний день традиционные методы не дают желаемого результата и требуются новые подходы к обеспечению надежной работы РЭС флота в условиях всё более усложняющейся электромагнитной обстановки региона. Контроль эфира, который осуществляется в данный момент, оказывается неэффективным, особенно в локальных зонах, насыщенных радиоэлектронными средствами, например, таких как портовые и припортовые зоны. Следовательно, требуется усовершенствование способов защиты от взаимных межсистемных влияний различных радиосредств в условиях повышенной плотности частотного спектра. Следует также учитывать тот факт, что под влиянием внешних факторов неинформационного происхождения, а также вследствие постепенного ухудшения параметров эксплуатируемой радиопередающей и приёмной аппаратуры мощности и спектральные полосы излучения радиопередающих устройств различного назначения могут выходить за отведенные им границы.
Для обеспечения надежной работы радиосредств возникла необходимость расширения возможности контроля и управления режимами работы РЭС региона. Решением этой задачи может быть регулирование мощности излучения передатчиков, что существенно улучшит условия работы совокупности РЭС.
Рассмотрим случай, когда в качестве локального показателя качества совокупности РЭС используется величина отношения (шум+помеха)/сигнал, приведенная ко входу радиоприемного устройства и имеющая следующий вид [16]:где Рші- мощность шумов естественного происхождения; Р..- мощность помехи от -го передатчика на входе /-го приемника; Рн— мощность полезного сигнала на входе приемника. Задача состоит в том, чтобы, исходя из числа РЭС в совокупности, их расположения и условий работы, обеспечить распределение мощностей, обеспечивающее оптимальное качество функционирования средств с точки зрения используемого показателя качества. Эта задача важна при работе асинхронно-адресных систем, поскольку регулирование мощности может привести к выравниванию условий работы пользователей. Распределение мощностей приводит к тому, что расположенные на небольшом расстоянии РЭС, например, в акватории порта или припортовой зоне, могут обойтись малыми мощностями при заданном качестве работы, что одновременно уменьшает потенциальную опасность создания помехи для окружающих средств. В то же время средства, подверженные действию помех, могут увеличить свою мощность с целью улучшения качества работы. Перепишем выражение (2.54) в следующем виде: где а» - коэффициент затухания на трассеу-ый передатчик - /-ый приемник, аи — коэффициент его затухания на трассах от /-го передатчика до г -го приёмника. Управляемым параметром выступает здесь как мощность Р, полезного излучения г -го передатчика, так и мощность Pj мешающего излучения у-го передатчика. В сомножитель щ входят все неуправляемые параметры, т.е. внешние факторы неинформационного происхождения.
Обеспечение совместимого развития РЭС в Новороссийском регионе
Усложнение ЭМО требует усовершенствования способов защиты от взаимных межсистемных влияний различных радиосредств в условиях повышенной плотности частотного спектра. Задача осложняется тем, что электромагнитная совместимость (ЭМС) в регионе ухудшается под влиянием внешних случайных факторов неинформационного происхождения, а также вследствие постепенного ухудшения параметров эксплуатируемой радиопередающей и приёмной аппаратуры. Вследствие этого мощности и спектральные полосы излучения радиопередающих устройств различного назначения могут выходить за границы, отведенные им Госсвязьнадзором.
Следует отметить, что в силу неидеальности фильтрующих цепей, а также наличия внешней межсистемной флуктуационной составляющей в сигналах, мы имеем дело всегда со сплошным спектром излученного сигнала, составляющие которого неизбежно проникают в чужие приёмные устройства, содержащие нелинейные элементы. При достаточной мощности мешающих сигналов, порождаются спектральные кросс-взаимодействия, которые существенным образом искажают полезную информацию. Концентрация радиоэлектронных средств на локальном участке, как показывает опыт, создает межсистемные спектральные кросс-взаимодействия порождающие электромагнитную несовместимость со всеми вытекающими последствиями для сторон, обменивающихся информацией по радиоканалам. В этих условиях возникает задача предупреждения или существенного снижения описанного явления.
Решением проблемы подавления или снижения уровня межсистемных спектральных кросс-взаимодействий и восстановления в целом нарушенной электромагнитной совместимости, по нашему мнению, должна стать система слежения и регулирования мощностей излучателей в регионе центром, в распоряжении которого должны находится как технические средства обнаружения перегрузки ("отказа") эфира, так и группа реагирования, способная восстановить утраченную норму ЭМС для действующих РЭС.
Таким образом, речь идет о создании централизованной системы контроля и регулирования ЭМО в локальных зонах, насыщенных радиоэлектронными средствами, например, таких как портовые и припортовые зоны.
Для её организационно-технической базы следует взять за основу методику, базирующуюся на математическом аппарате, применяемом в технической эксплуатации и прикладной эксплуатационной надежности. Этот математический аппарат хорошо развит, и получаемые результаты подтверждаются практикой. Следует отметить, что теория надежности и вопросы эксплуатации сложных систем в нашей стране интенсивно развивались с 50-х годов. Первые монографии по надежности A.M. Половко, Г.В. Дружинина, Н.А. Шишонка появились в начале 60-х годов [37, 38]. В это же время вышла в свет книга Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляева, А.Д. Соловьева, сыгравшая особую роль в развитии математических основ надежности, как в нашей стране, так и за рубежом. Прикладные вопросы надежности морских радиосистем (ГМССБ) для региона Юга России рассмотрены в книге А.П. Лицкевича и В.В. Демьянова [39].
В середине 90-х годов в связи со строительством новых систем безопасности мореплавания в Новороссийском регионе резко росло число одновременно действующих в эфире РЭС. Поэтому естественно, что на первый план постепенно выступает проблема обеспечения надежного функционирования всех РЭС без создания недопустимых помех друг другу.
При создании сети береговых станций ГМССБ электромагнитная совместимость РЭС обеспечивалось в те годы относительно просто, а требования международных стандартов ИМО легко удовлетворялись техническими и организационными мерами. Так, технические меры обеспечили общую помехозащищенность РЭС от воздействия непреднамеренных помех (НП), при этом были использован ряд технических решений для снижения вредного влияния вновь вводимых и действовавших РЭС. Там, где технические меры были неэффективны или экономически не оправданы, применялись организационные меры.
В качестве организационных мероприятий обеспечения ЭМС использовалось: - рациональное распределение и назначение рабочих и запасных частот; - регламентирование работы РЭС по времени и пространству, а также режиму их совместной работы; - учет требований ЭМС при формировании и построении радиоэлектронных систем связи СУДС, ГМССБ, DGPS и др; - применение методики резервирования РЭС на совместимых каналах; - систематическое повышение квалификации обслуживающего персонала, особенно при работе в условиях помех; - своевременное техническое обслуживание РЭС. На судовой радиоэлектронной аппаратуре задача обеспечения ЭМС РЭС решалась путем встроенных устройств индивидуальной защиты, обеспечивающих устойчивость РЭС к широкому классу помех. При решении задачи надежной работы радиосистем с позиций обеспечения ЭМС в традиционной постановке принимались следующие меры: - частотный и пространственный (территориальный) разнос; - экранирование; - амплитудное ограничение; - оптимальная фильтрация селективных помех. Однако в ближайшее время традиционные методы не будут иметь желаемого результата. Особенно в связи с новыми реалиями, в частности реализацией плана размещения военно-морских сил и их радиоэлектронных средств на весьма ограниченном пространстве акватории Цемесской бухты. Таким образом, требуются новые подходы к обеспечению надежной работы РЭС флота в условиях всё более усложняющейся электромагнитной обстановки региона.
По нашему мнению для обеспечения надежной работы радиосредств возникла необходимость расширения возможности контроля и управления режимами работы РЭС региона путём создания береговой системы контроля и регулирования ЭМС РЭС. Структурную основу этой системы составляют сканирующие приемники, связанные с ЭВМ, обрабатывающей поступающие от них данные. Сканеры-приемники имеют как ненаправленные антенны, принимающие сигналы со всех сторон "кругового обзора", так и направленные вращающиеся антенны, пеленгующие "нарушителя". Являясь, по сути, информационной управляющей системой, система контроля и регулирования ЭМС РЭС обеспечивает также возможность реализации организационных мероприятий.
В основе работы системы контроля и регулирования ЭМС РЭС лежит принцип контроля и подавления помех, осуществляемых с помощью контура обратной связи. Перспективность такой системы заключается в принудительной адаптации всех РЭС к нормальной электромагнитной обстановке, побуждающей нарушителя войти в режим электромагнитной совместимости. Это достигается с помощью алгоритмов адаптации к меняющейся радиоэлектронной обстановке. Использование точных контролирующих средств позволяет целенаправленно воздействовать на "нарушителя", например, переходом на имеющиеся в резерве каналы обмена информацией с потребителями.
