Розглянуто структуру інформаційного забезпечення первинної обробки інформації в сполучених системах спостереження повітряного простору. Проведено оцінку характеристик виявлення повітряного об’єкта при спільному використанні сигналів первинного й вторинного каналів системи спостереження. Виявлено, що реалізація сумісної обробки інформації усіх інформаційних каналів сполученої системи спостереження призводить до підвищення показників якості інформаційного забезпечення споживачівThe structure of information providing of primary information processing systems in the joint air space supervision systems are considered. The evaluation of the characteristics of the object detecting air in
the sharing of signals of primary and secondary channels of the monitoring system are found. It was revealed
that the implementation of joint processing of all information channels dual monitoring system
increases the quality of information support of consumer

Охрименко, Максим Юрійович

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

УДК  004.045:621.396.96  М.Ю.ОХРИМЕНКО, асистент, НТУ «ХПІ»   ПІДВИЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КОРИСТУВАЧІВ СИСТЕМ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ПОВІТРЯНОГО ПРОСТОРУ    Розглянуто структуру інформаційного забезпечення первинної обробки інформації в сполучених системах спостереження повітряного простору. Проведено оцінку характеристик виявлення пові-тряного об’єкта при спільному використанні сигналів первинного й вторинного каналів системи спостереження. Виявлено, що реалізація сумісної обробки інформації усіх інформаційних кана-лів сполученої системи спостереження призводить до підвищення показників якості інформацій-ного забезпечення споживачів.   The structure of information providing of primary information processing systems in the joint air space supervision systems are considered. The evaluation of the characteristics of the object detecting air in the sharing of signals of primary and secondary channels of the monitoring system are found. It was re-vealed that the implementation of joint processing of all information channels dual monitoring system increases the quality of information support of consumers.  Рассмотрена структура информационного обеспечения первичной обработки информации в со-вместных системах наблюдения воздушного пространства. Проведена оценка характеристик об-наружения воздушного объекта при совместном использовании сигналов первичного и вторич-ного каналов системы наблюдения. Выявлено, что реализация совместной обработки информа-ции всех информационных каналов сопряженной системы наблюдения приводит к повышению показателей качества информационного обеспечения потребителей.  Постановка проблеми й аналіз літератури. Історично інформаційні технології (ІТ) у процесі отримання, збору, обробки, зберігання й розповсю-дження аеронавігаційних даних використовувалися починаючи з вторинної обробки інформації (ВОІ) систем спостереження (СС) повітряного простору (ПП), а первинна обробка інформації  (ПОІ) здійснювалася у СС. Це призво-дило до складностей у виборі показників якості інформаційного забезпечення (ІЗ) користувачів, тобто був неможливий єдиний параметр для оптимізації характеристик ПОІ та ВОІ [1]. Реалізація цифрової обробки інформації у СС та підвищення продуктивності ЕОМ дозволили здійснювати обробку інфор-мації СС починаючи з виходів фазових детекторів. Це дозволило використо-вувати ІТ для автоматизації процесів отримання, обробки й відображення ін-формації від різнорідних СС та здійснювати мережеву обробку інформації. ІЗ системи контролю ПП здійснюється, як правило, сполученими СС [1,2], що включають до свого складу первинну та одну чи дві вторинні (запитальні) СС. Це дає можливість сформувати повний формуляр повітряного об’єкту (ПО), який видається споживачам інформації сполученою СС. У [3] наведено як загальну структуру ІЗ користувачів, так і інтегральний показник якості ІЗ користувачів при застосуванні ІТ починаючи з ПОІ СС. Однак слід зазначити, що ведучою у ІЗ є первинна СС, координатна інфор-мація (КІ) ПО якої і закладається у формуляр ПО.  Обчислення КІ ПО вто-ринними (запитальними) СС потрібне тільки для поєднання інформації пер-винних та запитальних СС, що суттєвим чином зменшує ІЗ користувачів.   Мета роботи. Підвищення якості ІЗ користувачів при використанні ІТ на етапі накопичення та поєднання інформації сумісних СС.  Основна частина. Структура первинної обробки інформації в сполуче-них СС показана на рис. 1. Вона є двоканальною й формує об'єднану інфор-мацію для споживачів на основі вагового об'єднання результатів канального виявлення й оцінок векторів канальних вимірів ПО з одночасним включен-ням до складу інформаційного блоку й польотної інформації, отриманої по каналах запитальних СС.    Рисунок 1 – Структура інформаційного забезпечення користувачів  Отримані в кожному з каналів оцінки векторів виміру, разом з кореля-ційними матрицями помилок виміру надходять на пристрій об'єднання оці-нок. В пристрої об'єднання оцінок, на основі аналізу оцінок векторів виміру й кореляційних матриць помилок виміру обчислюється оцінка результуючого вектора вимірів і результуюча кореляційна матриця помилок. Результуючий вектор виміру αˆG р, разом з результуючої кореляційною матрицею помилок 1−СGр, видаються споживачам.   Інформація вторинних СС використовується для одержання бортової інформації від літальних апаратів, яка також передається споживачеві. При цьому слід зазначити, що для об'єднання оцінки вектора вимірів ПО, отрима-ної від первинної СС, і польотної інформації, отриманої вторинними СС, на запитальних СС здійснюються всі ті процедури виявлення й виміру, що й на первинній СС. Ця обставина може бути врахована при обробці інформації та дозволить підвищити якість інформації, що видається споживачам. Оцінимо характеристики виявлення ПО при спільному використанні си-гналів первинного й вторинного каналів сполученої СС.  У випадку об'єднання канальних розв'язків, бінарно-квантовані послідо-вності імпульсів з виходів виявлювачів сигналів у кожному з каналів сполу-ченої СС надходять на виявлювач ПО. Результати канальних виявлень сигна-лів можуть поєднуватись відповідно до правил «1 з 2» або «2 з 2» і далі, об'-єднана послідовність розв'язків надходить на виявлювач. Завдання виявлю-вача ПО полягає в тому, щоб на основі аналізу послідовності нулів і одиниць, що надходять, ухвалити рішення (оптимальним образом) про наявність або відсутність ПО. Для вирішення задач виявлення необхідно одержати відно-шення правдоподібності й порівняти його з порогом, обраним відповідно до припустимої ймовірності хибної тривоги виявлення. Функції правдоподібно-сті для гіпотез Н1 і Н0 можна записати в наступному вигляді iii xixсnNiixсni xPxPHxL−=∏ −= 111 )](1)[()/( ;                                    (1) iii xixnNiixni xPxPHxL−=∏ −= 110 )](1)[()/( ,                                     (2) де xi – об'єднана послідовність нулів і одиниць.  Використовуючи (1) і (2), відношення правдоподібності можна записати як 01101)(1)(1)()()/()/()( lxPxPxPxPHxLHxLxliixNi iniсnxiniсniii ≥⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛==−=∏ ,                (3) Логарифмуючи (3) та перетворюючи отриманий вираз, одержуємо ∑=≥Niii Cx1η ,                                                      (4) де  )](1)[()](1)[(lnininiсniсni xPxPxPxP−−=η ;       ∑= −−−=Ni iniсnxPxPlC10 )(1)(1lnln . Таким чином, алгоритм оптимального виявлення ПО (4) зводиться до підсумовування вагових коефіцієнтів ηi, обумовлених формами діаграм спря-мованості антен відповідного каналу сполученої СС, відповідно до позицій пачки, де хі = 1.  Отже, характерною рисою вирішального пристрою виявлення ПО у спі-льній СС є наявність двох порогів. Перший поріг установлюється в гранич-них пристроях виявлювача сигналів кожного з каналів спільної СС. Цей поріг аналоговий і за допомогою тільки його можна змінювати умовну ймовірність хибної тривоги на виході спільного виявлювача ПО. Другий поріг встанов-люється в граничному обладнанні спільного виявлювача ПО і є порогом ви-явлення ПО. Він може бути тільки дискретним. Якщо припустити, що Pcn(xi) однакова в межах усієї ширини діаграми спрямованості антен сполученої СС (пачка прийнятих сигналів має прямоку-тну форму), то алгоритм (4) зводиться до вигляду: ∑=≥Nii Cx11 .                                                         (5) Як випливає з виразу (5), у випадку прямокутної пачки процедура вияв-лення ПО зводиться до підрахунку одиниць, у межах ширини пачки, і порів-няння числа накопичених імпульсів із граничним числом С1.  На рис. 2-3 наведено характеристики виявлення ПО, для виявлювача при використанні двох каналів виявлення (первинний і вторинний), а на рис. 4-5 – трьох каналів виявлення (первинний, вторинний і ідентифікаційний). Розглянуто випадок однакових значень відносин с/ш qi, mq1,  для сигналів як первинного, так і вторинного каналів спільної СС. У цьому випадку багато-канальне виявлення дає найбільший ефект.     Рисунок 2 – Виявлення ПО при P0 = 1   Рисунок 3 – Виявлення ПО при  P0 < 0,9    Рисунок 4 – Виявлення ПО при P0 = 1   Рисунок 5 – Виявлення ПО при P0 < 0,9  Аналізуючи рис. 2-3, можна зробити наступні висновки: – ІЗ споживачів має кращі показники при використанні методу обробки сигналів, заснованого на накопиченні з наступним об'єднанням; – коефіцієнт готовності (КГ) літакового відповідача істотно впливає на якість ІЗ. Так вже при  P0<0.9  використання такого об'єднання є не-бажаним. Порівняльний аналіз рис. 2-5 дозволяє зробити наступні висновки: – при збільшенні числа поєднуваних каналів спільної СС до трьох якість ІЗ споживачів поліпшується; – КГ літакового відповідача істотно впливає на якість ІЗ.  Слід зазначити, що було розглянуто випадок однакових відносин сиг-нал-шум у каналах обробки спільної СС. На практиці ж, відношення сигнал-шум вторинних каналів спільної СС значно перевершує цей показник пер-винного каналу.  Висновки. Використання сумісної обробки інформації каналів СС ПП при широкому застосуванні ІТ на етапі первинної обробки інформації дозво-ляє підвищити показники якості ІЗ споживачів.  Список літератури: 1. Фарина А. Цифровая обработка радиолокационной информации / А.Фарина, Ф.Студер. –  М.: Радио и связь, 1993. – 319 с. 2. Комплексне інформаційне забезпе-чення систем управління польотами авіації та протиповітряної оборони / Ткачев В.В., Даник Ю.Г., Жуков С.А. і др. – К.: МОУ, 2004. – 342 с. 3. Обод І.І. Структура та показники якості інформаційного забезпечення споживачів системами спостереження повітряного простору / І.І.Обод, Г.Е.Заволодько // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць. – Вип. 8 (98). – Х.: 2011. – С. 106-109. 4. Черних О.П., Обод І.І. Охрименко М.Ю. Розподілена обробка інформації у сполучених мережах систем спостереження повітряного простору // Системи обробки інформації. – Х.: ХУПС, 2011. – Вип. 2 (92). – С. 180-182. 5. Обод І.І, Охрименко М.Ю., Тюрін О.О., Черних О.П. Структура та показники якості інформаційного забезпечення споживачів спо-лученими системами спостереження повітряного простору // Системи управління, навігації та зв’язку. – К.: ЦНДІ НУ, 2011. – Вип. 1 (17). – С. 24-26. Надійшла до редколегії 12.04.2012.    

Підвищення показників якості інформаційного забезпечення користувачів систем спостереження повітряного простору

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

УДК  004.045:621.396.96 
 
М.Ю.ОХРИМЕНКО, асистент, НТУ «ХПІ»  
 
ПІДВИЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ІНФОРМАЦІЙНОГО 
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КОРИСТУВАЧІВ СИСТЕМ СПОСТЕРЕЖЕННЯ 
ПОВІТРЯНОГО ПРОСТОРУ   
 
Розглянуто структуру інформаційного забезпечення первинної обробки інформації в сполучених 
системах спостереження повітряного простору. Проведено оцінку характеристик виявлення пові-
тряного об’єкта при спільному використанні сигналів первинного й вторинного каналів системи 
спостереження. Виявлено, що реалізація сумісної обробки інформації усіх інформаційних кана-
лів сполученої системи спостереження призводить до підвищення показників якості інформацій-
ного забезпечення споживачів.  
 
The structure of information providing of primary information processing systems in the joint air space 
supervision systems are considered. The evaluation of the characteristics of the object detecting air in 
the sharing of signals of primary and secondary channels of the monitoring system are found. It was re-
vealed that the implementation of joint processing of all information channels dual monitoring system 
increases the quality of information support of consumers. 
 
Рассмотрена структура информационного обеспечения первичной обработки информации в со-
вместных системах наблюдения воздушного пространства. Проведена оценка характеристик об-
наружения воздушного объекта при совместном использовании сигналов первичного и вторич-
ного каналов системы наблюдения. Выявлено, что реализация совместной обработки информа-
ции всех информационных каналов сопряженной системы наблюдения приводит к повышению 
показателей качества информационного обеспечения потребителей. 
 
Постановка проблеми й аналіз літератури. Історично інформаційні 
технології (ІТ) у процесі отримання, збору, обробки, зберігання й розповсю-
дження аеронавігаційних даних використовувалися починаючи з вторинної 
обробки інформації (ВОІ) систем спостереження (СС) повітряного простору 
(ПП), а первинна обробка інформації  (ПОІ) здійснювалася у СС. Це призво-
дило до складностей у виборі показників якості інформаційного забезпечення 
(ІЗ) користувачів, тобто був неможливий єдиний параметр для оптимізації 
характеристик ПОІ та ВОІ [1]. Реалізація цифрової обробки інформації у СС 
та підвищення продуктивності ЕОМ дозволили здійснювати обробку інфор-
мації СС починаючи з виходів фазових детекторів. Це дозволило використо-
вувати ІТ для автоматизації процесів отримання, обробки й відображення ін-
формації від різнорідних СС та здійснювати мережеву обробку інформації. ІЗ 
системи контролю ПП здійснюється, як правило, сполученими СС [1,2], що 
включають до свого складу первинну та одну чи дві вторинні (запитальні) 
СС. Це дає можливість сформувати повний формуляр повітряного об’єкту 
(ПО), який видається споживачам інформації сполученою СС. 
У [3] наведено як загальну структуру ІЗ користувачів, так і інтегральний 
показник якості ІЗ користувачів при застосуванні ІТ починаючи з ПОІ СС. 
Однак слід зазначити, що ведучою у ІЗ є первинна СС, координатна інфор-
мація (КІ) ПО якої і закладається у формуляр ПО.  Обчислення КІ ПО вто-
ринними (запитальними) СС потрібне тільки для поєднання інформації пер-
винних та запитальних СС, що суттєвим чином зменшує ІЗ користувачів.  
 
Мета роботи. Підвищення якості ІЗ користувачів при використанні ІТ 
на етапі накопичення та поєднання інформації сумісних СС. 
 
Основна частина. Структура первинної обробки інформації в сполуче-
них СС показана на рис. 1. Вона є двоканальною й формує об'єднану інфор-
мацію для споживачів на основі вагового об'єднання результатів канального 
виявлення й оцінок векторів канальних вимірів ПО з одночасним включен-
ням до складу інформаційного блоку й польотної інформації, отриманої по 
каналах запитальних СС.  
 
 
Рисунок 1 – Структура інформаційного забезпечення користувачів 
 
Отримані в кожному з каналів оцінки векторів виміру, разом з кореля-
ційними матрицями помилок виміру надходять на пристрій об'єднання оці-
нок. В пристрої об'єднання оцінок, на основі аналізу оцінок векторів виміру й 
кореляційних матриць помилок виміру обчислюється оцінка результуючого 
вектора вимірів і результуюча кореляційна матриця помилок. Результуючий 
вектор виміру αˆG р, разом з результуючої кореляційною матрицею помилок 
1−С
G
р, видаються споживачам.   
Інформація вторинних СС використовується для одержання бортової 
інформації від літальних апаратів, яка також передається споживачеві. При 
цьому слід зазначити, що для об'єднання оцінки вектора вимірів ПО, отрима-
ної від первинної СС, і польотної інформації, отриманої вторинними СС, на 
запитальних СС здійснюються всі ті процедури виявлення й виміру, що й на 
первинній СС. Ця обставина може бути врахована при обробці інформації та 
дозволить підвищити якість інформації, що видається споживачам. 
Оцінимо характеристики виявлення ПО при спільному використанні си-
гналів первинного й вторинного каналів сполученої СС.  
У випадку об'єднання канальних розв'язків, бінарно-квантовані послідо-
вності імпульсів з виходів виявлювачів сигналів у кожному з каналів сполу-
ченої СС надходять на виявлювач ПО. Результати канальних виявлень сигна-
лів можуть поєднуватись відповідно до правил «1 з 2» або «2 з 2» і далі, об'-
єднана послідовність розв'язків надходить на виявлювач. Завдання виявлю-
вача ПО полягає в тому, щоб на основі аналізу послідовності нулів і одиниць, 
що надходять, ухвалити рішення (оптимальним образом) про наявність або 
відсутність ПО. Для вирішення задач виявлення необхідно одержати відно-
шення правдоподібності й порівняти його з порогом, обраним відповідно до 
припустимої ймовірності хибної тривоги виявлення. Функції правдоподібно-
сті для гіпотез Н1 і Н0 можна записати в наступному вигляді 
iii x
i
x
сn
N
i
i
x
сni xPxPHxL
−
=
∏ −= 1
1
1 )](1)[()/( ;                                    (1) 
iii x
i
x
n
N
i
i
x
ni xPxPHxL
−
=
∏ −= 1
1
0 )](1)[()/( ,                                     (2) 
де xi – об'єднана послідовність нулів і одиниць.  
Використовуючи (1) і (2), відношення правдоподібності можна записати 
як 
0
1
10
1
)(1
)(1
)(
)(
)/(
)/()( l
xP
xP
xP
xP
HxL
HxLxl
ii
x
N
i in
iсn
x
in
iсn
i
i
i ≥⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−
−⋅⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛==
−
=
∏ ,                (3) 
Логарифмуючи (3) та перетворюючи отриманий вираз, одержуємо 
∑
=
≥
N
i
ii Cx
1
η ,                                                      (4) 
де  
)](1)[(
)](1)[(ln
inin
iсniсn
i xPxP
xPxP
−
−=η ;       ∑
= −
−−=
N
i in
iсn
xP
xPlC
1
0 )(1
)(1lnln . 
Таким чином, алгоритм оптимального виявлення ПО (4) зводиться до 
підсумовування вагових коефіцієнтів ηi, обумовлених формами діаграм спря-
мованості антен відповідного каналу сполученої СС, відповідно до позицій 
пачки, де хі = 1.  
Отже, характерною рисою вирішального пристрою виявлення ПО у спі-
льній СС є наявність двох порогів. Перший поріг установлюється в гранич-
них пристроях виявлювача сигналів кожного з каналів спільної СС. Цей поріг 
аналоговий і за допомогою тільки його можна змінювати умовну ймовірність 
хибної тривоги на виході спільного виявлювача ПО. Другий поріг встанов-
люється в граничному обладнанні спільного виявлювача ПО і є порогом ви-
явлення ПО. Він може бути тільки дискретним. 
Якщо припустити, що Pcn(xi) однакова в межах усієї ширини діаграми 
спрямованості антен сполученої СС (пачка прийнятих сигналів має прямоку-
тну форму), то алгоритм (4) зводиться до вигляду: 
∑
=
≥
N
i
i Cx
1
1 .                                                         (5) 
Як випливає з виразу (5), у випадку прямокутної пачки процедура вияв-
лення ПО зводиться до підрахунку одиниць, у межах ширини пачки, і порів-
няння числа накопичених імпульсів із граничним числом С1.  
На рис. 2-3 наведено характеристики виявлення ПО, для виявлювача 
при використанні двох каналів виявлення (первинний і вторинний), а на рис. 
4-5 – трьох каналів виявлення (первинний, вторинний і ідентифікаційний). 
Розглянуто випадок однакових значень відносин с/ш qi, mq1,  для сигналів як 
первинного, так і вторинного каналів спільної СС. У цьому випадку багато-
канальне виявлення дає найбільший ефект.  
 
  
Рисунок 2 – Виявлення ПО при P0 = 1 
 
 
Рисунок 3 – Виявлення ПО при  P0 < 0,9 
 
  
Рисунок 4 – Виявлення ПО при P0 = 1 
 
 
Рисунок 5 – Виявлення ПО при P0 < 0,9 
 
Аналізуючи рис. 2-3, можна зробити наступні висновки: 
– ІЗ споживачів має кращі показники при використанні методу обробки 
сигналів, заснованого на накопиченні з наступним об'єднанням; 
– коефіцієнт готовності (КГ) літакового відповідача істотно впливає на 
якість ІЗ. Так вже при  P0<0.9  використання такого об'єднання є не-
бажаним. 
Порівняльний аналіз рис. 2-5 дозволяє зробити наступні висновки: 
– при збільшенні числа поєднуваних каналів спільної СС до трьох 
якість ІЗ споживачів поліпшується; 
– КГ літакового відповідача істотно впливає на якість ІЗ.  
Слід зазначити, що було розглянуто випадок однакових відносин сиг-
нал-шум у каналах обробки спільної СС. На практиці ж, відношення сигнал-
шум вторинних каналів спільної СС значно перевершує цей показник пер-
винного каналу. 
 
Висновки. Використання сумісної обробки інформації каналів СС ПП 
при широкому застосуванні ІТ на етапі первинної обробки інформації дозво-
ляє підвищити показники якості ІЗ споживачів. 
 
Список літератури: 1. Фарина А. Цифровая обработка радиолокационной информации / 
А.Фарина, Ф.Студер. –  М.: Радио и связь, 1993. – 319 с. 2. Комплексне інформаційне забезпе-
чення систем управління польотами авіації та протиповітряної оборони / Ткачев В.В., Даник 
Ю.Г., Жуков С.А. і др. – К.: МОУ, 2004. – 342 с. 3. Обод І.І. Структура та показники якості 
інформаційного забезпечення споживачів системами спостереження повітряного простору / 
І.І.Обод, Г.Е.Заволодько // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць. – Вип. 8 (98). – 
Х.: 2011. – С. 106-109. 4. Черних О.П., Обод І.І. Охрименко М.Ю. Розподілена обробка інформації 
у сполучених мережах систем спостереження повітряного простору // Системи обробки 
інформації. – Х.: ХУПС, 2011. – Вип. 2 (92). – С. 180-182. 5. Обод І.І, Охрименко М.Ю., Тюрін 
О.О., Черних О.П. Структура та показники якості інформаційного забезпечення споживачів спо-
лученими системами спостереження повітряного простору // Системи управління, навігації та 
зв’язку. – К.: ЦНДІ НУ, 2011. – Вип. 1 (17). – С. 24-26. 
Надійшла до редколегії 12.04.2012. 
 
 
 


http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/9643/1/vestnik_HPI_2012_21_Okhrymenko_Pidvyshchennia.pdf

Підвищення показників якості інформаційного забезпечення користувачів систем спостереження повітряного простору

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"