Обеспечение высокопомехоустойчивого обмена информацией в автоматизированных системах управлениях

Снежкина Ольга Викторовна — Sat, 11 Apr 2015 05:51:57 +0000

Учитывая, что при передаче цифровых данных в комплексах средств автоматизации управления войсками и оружием существует вероятность того, что принятые данные могут содержать ошибки, для повышения достоверности информации, передаваемой в системах передачи данных, используются методы помехоустойчивого кодирования. Помехоустойчивое кодирование является одним из наиболее важных средств повышения качества передачи данных в автоматизированных системах управления войсками. Его применение позволяет значительно повысить достоверность передаваемой информации, обеспечивает возможность использования структурных методов обнаружения и исправления ошибок.
Одним из наиболее общих свойств помехоустойчивых кодов является наличие в них избыточности. Поэтому эти коды в сооветствии с ГОСТ 17567-72 называется избыточными. Для кодирования сообщения используют только его часть – разрешенные кодовые комбинации, все остальные комбинации не используются и относятся к числу запрещенных. При передачи связи разрешенные кодовые комбинации под воздействием помех искажаются. Искажение проявляется в том, что один из несколько двоичных символов меняет свое значение на противоположное, т.е. возникает одна или несколько ошибок в двоичных символах.
В настоящее время создано большое число различных помехоустойчивых кодов, отличающихся по своим характеристикам и областям применения. Наиболее широкое распространение получили систематические коды. Это обусловлено тем, что положенная в основу их построения идея, заключающаяся в получении контрольных элементов кодовой комбинации путем линейной комбинации определенных информационных элементов, оказалась плодотворной. Она позволила разработать простые алгоритмы и надежные схемы кодирующих и декодирующих устройств, получить высокие характеристики помехоустойчивых кодов.
Систематические коды реализуются в двух основных разновидностях: нециклические и циклические коды.
Основным свойством систематического кода является то, что разрешенные кодовые комбинации составляют абелеву группу относительно операции сложения по mod 2. Один из способов задания систематического циклического кода является производящая матрица G_n,k (k строк, n столбцов) – код Хэминга.
Расположение контрольных элементов между информационными элементами в кодах Хэминга создает неудобства при кодировании и декодировании, поэтому часто используют коды Слепяна, в которых информационными элементами являются первые k разрядов кодовой комбинации, а проверочными – последние n-k. При этом производящую матрицу задают в канонической форме: G^’_(n,k) = | I_k , D_k,n-k |, где I_k– единичная матрица k*k, D_k,n-k - дополнительная матрица.
Широкое применение нашел способ задания систематических кодов в виде проверочной матрицы: H_(n,k) = | D^T_k,n-k, I_n-k |.
Производящая и проверочная матрица являются ортогональными, поэтому между ними существует связь: G^’_(n,k) * H^T_(n,k) = 0.
Процесс обнаружения ошибок нециклическими кодами заключаются в вычислении суммы по mod 2 элементов, входящих в каждую из проверок. На вход поступает кодовая комбинация X (в ней n элементов). Вычислим синдром S: S = X * H^T_(n,k). Если S= 0, то ошибки нет, в противном случае есть.
Процесс исправления ошибок проводится путем суммирования данной кодовой комбинации и соответствующей ошибки: S_исп = E + S, где S_исп– исправная кодовая комбинация; E –соответствующая ошибка синдрома данной кодовой комбинации.
Нами разработана программа для иллюстрации процесса обнаружения и исправления кодовой комбинации.
Для повышения достоверности информации, передаваемой в системах передачи данных (СПД) в комплексах автоматизации управления (КАУ) войсками ракетного дивизиона применяется систематический 7, 4 – код, заданный с помощью производящей матрицы (в канонической форме):

Необходимо проверить наличие ошибок в кодовых комбинациях: 1000111, 0011101, 0110010. При наличии ошибки исправить.
Решение задачи программным способом представлено на рисунках 1 и 2.

Рис.1. Программа в исходном состоянии

Рис.2. Иллюстрация обнаружения и исправления ошибок

В настоящее время системы передачи данных, обеспечивающие высокопомехоустойчивый обмен информацией получили широкое применение в военной сфере.
Типичный пример можем привести – это высокопомехоустойчивые модемы УПС-420, ГУПС-420, УПС-420И, ГУПС МП в системе оповещения на основе изделия П-161М РММ-8, показанного на рисунке 3.

Рис.3. Изделия П-161М РММ-8.

Эти модемы предназначены для передачи информации по аналоговым и цифровым каналам связи, их мультиплексирования. Комплекс методов повышения устойчивости к дестабилизирующим факторам и средства адаптации модемов к характеристикам используемого канала связи обеспечивают достоверную передачу информации при наличии в канале 12 переприемных участков (каждый до 1000 км) в сочетании с дрожанием фазы 100, сдвигом частоты 10 Гц и отношением сигнал/шум 10 дБ.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » accuracy of the information

Обеспечение высокопомехоустойчивого обмена информацией в автоматизированных системах управлениях