Научная работа: Концепция построения и этапы совершенствования объединенной системы распределения тактической информации JTIDS
Учитывая, что разработки по независимым программам привели к близким техническим решениям, руководство НИУ МО (DDR&E) рекомендовало всем видам вооруженных сил учредить единую программу создания помехозащищенной системы передачи информации с возможностями относительной навигации. В 1974 г. произошла интеграция программ ITNS, ITACS и SEEKBUS в единую программу JTIDS [1].
В рамках такой кооперации удалось достаточно быстро выработать единый подход к формированию принципов построения всех компонентов единой системы связи JTIDS.
Разработка системы JTIDS велась в два этапа. На первом для ВВС и Армии США разрабатывался вариант системы JTIDS 1 с временным уплотнением несущих частот и связью с большим количеством абонентов. Основное назначение такой системы — обеспечение обмена информацией с целью организации планирования и управления совместными боевыми действиями сухопутных войск и авиации. Для системы JTIDS 1 разрабатывались терминалы двух классов.
Многогранные возможности JTIDS 1, основанной на базовых принципах, наряду с явными преимуществами по сравнению с военными тактическими радиосистемами более раннего периода, выявили целый ряд ограничений системы, что обусловило тенденцию к ее постепенному совершенствованию. На втором этапе развития JTIDS1 было намечено два пути:
первый - для ВМС и корпуса морской пехоты США был создан вариант системы JTIDS 2 в целях увеличения пропускной способности и гибкости системы, предполагающий принципиально новый режим МДВР- DTDMA (distributedTDMA) – т.н. распределенный МДВР (с перемежением сообщений) с временной развязкой и коллективным доступом к информации. В системе JTIDS 2 в отличие от системы JTIDS 1 отсутствует жесткая структура временных интервалов между импульсами. Импульсы сигнала от каждого абонента распределяются псевдослучайно во времени и чередуются cимпульсами от других абонентов так, что одновременно может передаваться и приниматься большое количество сообщений. Сохранив преемственность к базовой структуре сигнала, рабочему диапазону частот, принципам кодирования, быстрой ППРЧ от импульса к импульсу в системе JTIDS 1, JTIDS 2 воплотила в себе новые принципы каналообразования, синхронизации и управления системой, организации радиосетей на базе объединенной системы. Для системы JTIDS 2 разрабатывались терминалы трех классов. Стоит отметить, что функциональные возможности терминалов однотипных классов обеих систем, и соответствующее этому их назначение и решаемые задачи, строго говоря, имеют достаточные различия, что необходимо учитывать при анализе возможностей JTIDS в целом.
второй – в интересах расширения возможностей по эффективному обмену речевой информацией был предложен режим ATDMA (advancedTDMA) – т.н. расширенный МДВР, который позволил с высокой эффективностью использовать возможности цифровой радиосистемы под нужды речевых служб. Данная концепция впоследствии получила название EJS (enhancedJTIDS). EJSявляется двухдиапазонной системой связи. При этом существующий диапазон частот отводится для учений и обеспечения взаимодействия с уже разработанными радиостанциями JTIDS. Другой диапазон предназначен для обеспечения линий связи с высокой степенью помехозащищенности посредством сигналов, формат и кодирование которых представляют вариант стандартных сигналов JTIDS. Наряду с передачей речи в цифровой форме со скоростью 16 и 2,4 кбит/с с применением вокодерных технологий, также предусматривается передача данных в системе EJS. Засекречивание информации осуществляется посредством модуля помехозащищенного кодирования KGV-8. Такой модуль обеспечивает засекречивание речи, а также формирование ПСП для расширения спектра и управления скачкообразным изменением частоты. [2,3]
В 80-е годы руководство Армии и Морской пехоты, убедившись в ограниченных возможностях разрабатываемой под их эгидой системы определения местоположения PLRS , провела ряд программ по созданию усовершенствованного варианта системы - EPLRS , и приняло решение совместно с другими видами войск о разработке новой интегрированной системы PJH (PLRS - JTIDSHybrid). При этом обозначились направления совершенствования составляющих единой системы радиосвязи PJH: радиостанции системы JTIDS обеспечивают высокоскоростную передачу данных в звене бригада-дивизия, а радиостанции системы EPLRS — низкоскоростную передачу данных в частях и подразделениях бригады. При обеспечении взаимодействия с другими видами ВС предпочтение отдается радиостанциям JTIDS. Также в состав интегрированной PJHвключены т.н. сетевые центры управления, предназначенные для централизованного управления сетями радиостанций систем JTIDS и EPLRS. Представляет интерес топология системы PJH, которая функционирует на основе ряда ЭВМ-сетей с коммутацией пакетов, алгоритм функционирования которых осуществляется в соответствии с усовершенствованным протоколом Х.25 , ориентированным специально под военные цели, в отличие от своего коммерческого аналога, не сопоставимого с протоколом Link -16 JTIDS. Военный вариант Х.25 имеет программно-аппаратные средства, преобразующие сообщения формата Х.25 сети EPLRS в сообщения формата Link-16 сети JTIDS системы PJH. В рамках обеспечения всеобъемлющего информационного превосходства над противником, повышения оперативности и эффективности взаимодействия и управления различными родами и видами войск, предусматривается применение в системе PJHретрансляции оперативной информации с задействованием спутниковых линий связи, доступ к которым осуществляется сопряженными с сетями PJHспециальными мобильными станциями спутниковой связи, функции управления которыми принадлежат сетевым центрам управления. [1,4].
3. Общие сведения о системе JTIDS , ее функциональные возможности
Многогранность задач использования системы, послужило предпосылкой для создания качественно новой системы связи, способной в интересах реализации принципа разделенной обработки данных для обмена и распределения тактической информации в оперативно-тактическом звене управления (ОТЗУ) всех видов вооруженных сил. Наряду с обеспечением помехозащищенного непрерывного обмена засекреченной информацией между различными потребителями в звене управления JTIDSпредназначена для решения таких задач, как навигация и опознавание подвижных объектов, управление и наведение систем высокоточного оружия (ВТО) любого варианта базирования – наземного, морского, воздушного и космического; управление беспилотными летательными аппаратами, автоматической ретрансляции оперативных данных между информационными системами различного назначения, в случаях, когда расстояние между ними превышает дальность прямой геометрической видимости, что в конечном итоге позволяет осуществить обмен данными на расстояниях до 900 км [1,4,10] а, учитывая возможность использования космического связного сегмента ретрансляции данных, позволяет вести обмен в глобальных масштабах.
Пропускная способность этой системы достаточна для обслуживания широко рассредоточенных тактических элементов управления и контроля самолетов, БЛА, надводных кораблей, подводных лодок и других объектов, которые будут являться как источниками, так и потребителями информации.
С технической точки зрения JTIDS является совершенной радиотехнической системой реализующей передовые технологии передачи тактической информации различного типа и предназначения, высокопроизводительные программно-аппаратные методы ее обработки и адресации, оперативные способы контроля и управления сложными пространственно разнесенными объектами.
Функционирование JTIDSосновано на комбинированном методе расширения спектра сигналов (РС): за счет ППРЧ (FH-FrequencyHopping) несущей базового импульса и фазовой манипуляции минимальным сдвигом 32-х элементным псевдослучайным кодом (метод прямой последовательности DS-DirectSequence). Применение в системе комбинированного метода РС является следствием того, что базовые методы PC не всегда могут применяться в чистом виде. В общем случае комбинированные сигналы используются тогда, когда имеют место противоречивые требования к тем или иным характеристикам РЭС, удовлетворить которым невозможно за счет какого-либо одного вида модуляции, что в конечном итоге и нашло практическое применение при реализации системы JTIDS.[3,6]
Режим работы с расширением спектра (РС) сигналов и применением принципов корректирующего кодирования снижает вероятность обнаружения и перехвата передаваемой информации в сложной радиоэлектронной обстановке (РЭО), а также снижает возможности РЭП системы в целом.[1,4]
4. Особенности организации МДВР. Структура сигналов, используемых в системе
В режиме МДВР каждому абоненту (пользователю) выделяется периодически стандартный временной интервал СВИ (также именуемый кадром) для приема или передачи информации, циркулирующей в той или иной сети, входящей в систему связи JTIDS, причем, необходимый ресурс связи распределяется путем предоставления каждому абоненту всего спектра канала в течение отведенного ему СВИ. Таким образом, время в сети разбито на интервалы, кадры. Промежутки времени, разделяющие используемые кадры, называются защитными интервалами (ЗИ).
Активные абоненты (т.е. абоненты, передающие информацию) сети должны иметь по крайней мере одно временное окно в каждой эпохе; пассивные (абоненты, работающие только на прием) — могут работать на прием без отведенных для них специальных временных окон.
Общая структура кадров периодически повторяется, так что передача данных в режиме МДВР – это один или более временных интервалов, которые периодически повторяются на протяжении всего сверхцикла (эпохи). Каждая передающая станция транслирует информацию в виде пакетов таким образом, чтобы они поступали в систему в соответствии с расписанием СВИ, устанавливаемым управляющей станцией сети. Принимающая станция детектирует и разуплотняет уплотненные данные соответствующего именно ей пакета, что предполагает избирательность доступа к информации и использование средств фильтрации (например, по представляющему интерес географическому району, по типу используемой для решения возникающих задач информации). [2].
Интервал времени выхода на связь всех абонентов в системе получил название сверхцикла(иначе суперцикл или эпоха) и имеет длительность 12,8 мин., после чего временные окна, входящие в эпоху перенумеровываются. Учитывая также тот факт, что временная шкала в сети задается ее управляющей станцией, которая передает управляющие сообщения в подчиненную сеть один раз в течение 64 циклов, поэтому суперциклом можно также назвать промежуток времени между двумя последовательными излучениями управляющей станции. Структура суперцикла приведена на рис.1[1]. Суперцикл состоит из 64 циклов по 12 с каждый, а цикл, в свою очередь, состоит из 1536 СВИ или кадров. Таким образом, суперцикл содержит 98 304 кадров. Длительность - кадра 7,8125 мс. Поэтому, если нет необходимости обновлять информацию об объекте чаще одного раза в каждые 12,8 мин, то пропускная способность сети может составить 98 тыс. участников (иными словами, это соответствует тому, что в сети каждому участнику информационного обмена (разумеется, только активному) выделяется только 1 СВИ).
Использование МДВР в JTIDS позволяет выходить на связь до 1500—2000 абонентов в сети одновременно, в соответствие со структурой цикла. [1]
Следует отметить, что число выделяемых СВИ для каждого конкретного абонента не является строго фиксированной величиной, и может варьировать в зависимости от оперативной необходимости.
В типовом варианте построения системы СВИ состоит из начального интервала, называемого джиттером, передаваемого информационного пакета и защитного интервала. Положение информационного пакета длительностью 3354 мкс внутри СВИ определяется величиной джиттера. Для повышения защиты системы от преднамеренных помех в одном из режимов работы значение длительности джиттера изменяется от кадра к кадру по псевдослучайному закону [1].
Передаваемый информационный пакет состоит из 129 слов, как правило, из трех основных составляющих частей:
1. составляющая синхронизации и уточнения времени (первые 16 слов предназначены для синхронизации, следующие четыре слова с 17 по 20 - для уточнения времени или точной синхронизации);
2.заголовок (состоит из 16 слов (21—36)), который содержит информацию о коде идентификации и адресе абонента, типе сообщения, приоритете, адресе канала, тип реализуемой станцией функции (МДВР, TACAN, Мк12), тип передаваемой информации, тип использования станции по предназначению (передача, прием, не используется), а также, для работы в каждой из пяти одновременно доступных сетей, процессор станции присваивает заголовку каждого СВИ номер сети в которой на данный момент работает абонентская станция. Эти данные включаются в состав заголовка пакета в каждом СВИ, что позволяет на приемном конце правильно интерпретировать сообщение
3. информационный блок , содержащий, как правило, информацию о типе объекта и выполняемой им задаче, данные о местоположении, скорости, курсе, количестве топлива и боекомплекте, и в формализованном виде включает в свой состав последние 93 слова (37—129). Могут также передаваться радиолокационные данные слежения за воздушной обстановкой, целеуказания, результаты выполнения задачи [1].
Структура информационного пакета напрямую зависит от типа передаваемой информации, задачи, выполняемой потребителем и типом самого потребителя (самолет (истребитель, ДРЛО, разведчик), корабль, КР, БЛА и т.п.), что главным образом и определяет все многообразие типов сообщений, используемых для передачи данных в системе JTIDS и режимов их предоставления.
Длительность каждого слова СВИ составляет 26 мкс. Слово передается импульсом длительностью 6,4 мкс, промодулированным по фазе 32-элементной псевдослучайной последовательностью (ПСП) и паузой длительностью 19,6 мкс – времяимпульсная модуляция (ВИМ), суть которой состоит в том, что одному символу ПСП (нулю или единице) соответствует передача частотной посылки длительностью 200 нс, излучаемой в дискретные моменты времени и определяемые законом ПСП (ВИМ), а другому – пассивная пауза Частота заполнения такого импульса изменяется методом ППРЧ в полосе 250 МГц. Базовый импульс системы является переносчиком одного символа информации, передаваемой пользователем [3](22, 3, 20). За счет применения указанных мер достигается значительное рассредоточение сигналов в частотно-временной области и перемежение фрагментов сообщений от разных станций (что вплотную используется во втором поколении системы JTIDS – JTIDS 2).
Для повышения достоверности передачи данных предусмотрен режим передачи информационного слова двумя идентичными импульсами, разделенными паузой 6,6 мкс.
В системе применяется двухэтапное каскадное корректирующее кодирование информации с использованием т.н. внутреннего и внешнего корректирующих кодов. В качестве внутреннего корректирующего кода используется ПСП (М-ичный код, где М=32), величина циклического сдвига которой несет 5 бит информации, т.е. обеспечивается передача пяти двоичных символов информации на один базовый импульс. Для дальнейшего повышения помехоустойчивости и достоверности передаваемой информации используется дополнительно специальная комбинация символов образующая внешний код. В качестве внешнего корректирующего кода используется (31,15)-код Рида—Соломона. Кодом Рида—Соломона кодируются символы 32-элементного алфавита, т. е. пятиэлементные блоки исходной двоичной информации. Кодовое слово кода Рида—Соломона состоит из 31 такого символа, т.е. представляют собой перекодированную по определенному закону последовательность символов 32-ичного внутреннего кода, включая 15 информационных и 16 проверочных символов. При этом в соответствии с выбранным заранее методом кодирования, к информационному слову, состоящему из 15 информационных символов (информационную нагрузку несут лишь 14 символов, а последний символ используется для проверки их на четность), добавляется набор из 16 проверочных символов. В этом случае всегда правильно исправляется любая комбинация числа ошибок С и числа стираний Е, удовлетворяющая соотношению 2С+Е£16 [1,2].