Состав и классификация РИС
Определение и основные категории РИС.
Радиоэлектронной информационной системой называют организованную совокупность устройств, предназначенных для извлечения, обработки, передачи информации или энергии в целях управления процессами или объектами с использованием радиоволн.
Рассмотрим основные категории, вошедшие в определение РИС:
- информация;
- извлечение информации;
- обработка информации;
- передача информации;
- передача энергии;
- устройство, система;
- радиоволны;
- управляемые процессы и объекты;
- использование радиоволн.
Информация – совокупность сведений:
- о наличии или отсутствии объектов в том или ином участке пространства наблюдения;
- о классе, типе наблюдаемых объектов;
- о геометрических и физических характеристиках и свойствах наблюдаемых объектов;
- о координатах и параметрах движения наблюдаемых объектов;
- о навигационных координатах и параметрах перемещения воздушного, морского, наземного объекта;
- о любых характеристиках объектов, субъектов, процессов, событий, явлений природы и общества, представленных в виде сообщений, т. е. совокупности некоторых знаков и символов без учета их смыслового (семантического) содержания.
Извлечение первичной информации – процесс формирования единичных решений о наличии, классе и единичных оценок координат и параметров движения объектов при ограниченном времени и ограниченном пространстве наблюдения. Координатами объекта в сферической системе являются азимут, угол места и дальность относительно пункта наблюдения. Под параметрами движения объектов понимаются производные изменяющихся координат по времени.
Первичная информация об объектах наблюдения содержится во временных, пространственных, поляризационных характеристиках принятых сигналов (электромагнитных полей) и извлекается из этих сигналов (полей) путем анализа, т.е. пространственно-временной и поляризационной обработки на фоне помех.
Обработка информации – объединение первичной информации (единичных решений и единичных оценок) по времени (вторичная обработка)' и по пространству (третичная обработка) в целях улучшения характеристик обнаружения, распознавания и измерения.
Передача информации – транспортировка каких-либо сообщений из одного пункта пространства в другой с помощью радиоволн, в основном, в интересах объединения (обработки) информации и управления поведением или движением объектов и процессов с использованием дополнительных исполнительных звеньев (рулей, устройств воспроизведения звука, изображения, текста и т.п.).
Передача энергии – транспортировка энергии с помощью электромагнитного поля в определенное место пространства, в основном, в интересах непосредственного управления физическими, химическими и биологическими процессами на основе явлений взаимодействия поля с веществом на атомном, молекулярном и клеточном уровнях.
Радиоволна – электромагнитные колебания различных диапазонов длин волн l (диапазонов частот f = c/l):
- сверхдлинные волны l =100-10 км, f= 3-30 кГц;
- длинные волны l = 10-1 км, f = 30-300 кГц;
- средние (гекаметровые) волны l =1000-100 м, f = 0,3- 3 МГц;
- короткие (декаметровые) волны l = 100- 10м, f =3- 30 МГц;
- ультракороткие (метровые) волны l= 10- 1 м, f = 30-300 МГц;
- дециметровые волны l= 10- 1 дм, f =0,3-3 ГГц;
- сантиметровые волны l =10- 1 см, f = 3-30 ГГц;
- миллиметровые волны l = 10- 1 мм, f = 30 - 300 ГГц;
- субмиллиметровые волны l= 1- 0,1 мм, f = 300 - 3000 ГГц.
Радиоволны различных частотных диапазонов имеют свои особенности распространения, затухания и отражения (рассеяния) при взаимодействии с объектами наблюдения, земной поверхностью, атмосферой, неоднородными слоями тропосферы и ионосферы. Это во многом определяет возможности их использования в РИС различного назначения.
Устройство, система – два иерархических уровня радиотехнических средств: элемент, узел, каскад, блок, устройство, система, комплекс.
Управляемые объекты – движущиеся и неподвижные; космические, воздушные, морские и наземные; эргатические (с участием человека) и автоматические (без участия человека) – робототехнические. Управление может быть связано с требуемым перемещением или с определенным поведением объекта.
Управляемые процессы – физические (управление на атомном уровне), химические (управление на молекулярном уровне), биологические (управление на клеточном уровне), психологические (управление на уровне индивидуального ощущения и сознания), социальные (управление на уровне коллективного сознания). Суть управления состоит в развитии процесса в нужном направлении.
Использование радиоволн подразумевается не только на этапе извлечения, обработки и передачи информации, но и на этапе управления процессами или объектами. Дело в том, что управление предполагает использование не только информации, но и энергии, которая может доставляться к месту её потребления различными способами, в том числе и с помощью электромагнитного поля. Таким образом, в радиотехнических системах электромагнитное поле используется, в первую очередь, как информационное средство, но оно может быть использовано и как средство непосредственного энергетического воздействия на управляемые объекты или процессы.
Состав и классификация РИС
Радиоэлектронные информационные системы с учетом особенностей их функционального назначения можно разделить на 3 группы:
- радиолокационные системы (РЛС);
- радионавигационные системы (РНС);
- радиотехнические системы передачи информации (РТС ПИ);
Радиолокационная система в общем случае состоит из одного или нескольких радиопередающих устройств, обеспечивающих формирование зондирующего сигнала (сигнала подсвета), одного или нескольких радиоприемных устройств, обеспечивающих либо приём рассеянного (отраженного) объектом наблюдения зондирующего сигнала (сигнала подсвета), либо приём собственного радиоизлучения объекта наблюдения, и устройства пространственно-временной и поляризационной обработки сигнала и извлечения информации об объекте наблюдения для некоторого потребителя (рис. 0.1).
Рис. 0.1 Состав радиолокационной системы (РЛС)
Радионавигационная система в общем случае состоит из одной или нескольких радионавигационных точек (РНТ) с априорно известными координатами и параметрами: движения, излучающих согласованные по времени, частоте и фазе некоторые сигналы, радиоприёмного устройства объекта навигации и расположенного там же устройства пространственно-временной и поляризационной обработки сигналов от различных РНТ и извлечения информации о навигационных параметрах, координатах и параметрах движения объекта навигации в интересах управления его поведением и движением (рис. 0.2)
Рис. 0.2 Состав радионавигационной системы (РНС)
Радиотехническая система передачи информации (РТС ПИ) в общем случае состоит из устройства объединения (уплотнения) сообщений от нескольких источников, устройства кодирования, т.е. преобразования группового сообщения в сигнал, канала связи, состоящего из радиопередающего и радиоприёмного устройств с антеннами, среды распространения радиоволн, устройства декодирования, т.е. преобразования принятого сигнала в групповое сообщение, и устройства разделения сообщений по каналам (адресатам или получателям сообщений) (рис. 0.3). Здесь пространственно-временная и поляризационная обработка сигнала с целью извлечения информации осуществляется в антенне, РПрУ, декодере и устройстве разделения каналов.
Рис. 0.3 Состав радиотехнической системы передачи информации (РТСПИ)
Задачи РИС и принципы их решения
Несмотря на разнообразие РИС, можно выделить общие задачи, решаемые всеми РИС:
- обнаружение сигнала;
- распознавание-различение сигналов,
- измерение параметров сигнала.
Обнаружение сигнала состоит в установлении факта наличия сигнала в определенном элементе пространства наблюдения. Наличие или отсутствие сигнала отождествляется с наличием или отсутствием символа сообщения для РТС ПИ или объекта наблюдения (излучения, рассеяния, отражения) в определенном участке пространства наблюдения для РЛС, РНС.
Распознавание-различение сигналов состоит в установлении принадлежности обнаруженного сигнала к определенному классу, типу, виду из заданного множества. В основе классификации сигналов лежат различия между ними: энергетические, по форме, временные, частотные (спектральные), пространственные, поляризационные, статистические. Классификация сигналов эквивалентна распознаваний объектов наблюдения в РЛС, различению радионавигационных точек в РНС и сообщений в многоканальных РТСПИ,
Измерение параметров сигнала отождествляется с определением координат и параметров движения объектов наблюдения для РЛС и РНС или с воспроизведением передаваемого сообщения для РТСПИ. Измеряемыми параметрами сигналов являются – время запаздывания и доплеровское смещение частоты принятого сигнала относительно излученного, наклон и кривизна волнового фронта принятого сигнала.
Время запаздывания сигнала 
пропорционально расстоянию r, которое проходит электромагнитная волна от пункта излучения до пункта приема со скоростью света с = 3 108 м/с. Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн лежат в основе определения расстояния в РИС.
Доплеровское смещение частоты 
принятого сигнала относительно излученного пропорционально скорости сближения 
пунктов излучения и приема:
.
Эффект Доплера является принципиальной основой определения скорости в РИС.
Направление прихода принятого сигнала, перпендикулярное волновому фронту, при условии прямолинейности распространения радиоволн отождествляется с угловыми координатами источника излучения, рассеянии, отражения.
Кривизна волнового фронта K обратно пропорциональна расстоянию r до источника излучения (рассеяния, отражения). Поэтому измерив кривизну волнового фронта, можно определить дальность до источника излучения:
.
Основные показатели РИС
Основными показателями РИС являются:
- характеристики обнаружения;
- характеристики распознавания- различения;
- точностные характеристики;
- разрешающая способность;
- дальность (зона) действия;
- помехозащищённость;
- электромагнитная совместимость;
- надёжность;
- стоимость.
К характеристикам обнаружения относятся условные вероятности принимаемых решений о наличии или отсутствии сигнала. Из-за действия помех, ограниченных времени и пространства наблюдения, случайного характера сигнала принимаемые решения не могут быть достоверными. Остаётся лишь стремиться к тому, чтобы вероятности правильных решений были ближе к единице, а вероятности ложных (ошибочных) решений были ближе к нулю.
К характеристикам распознавания-различения относятся условные вероятности принимаемых решений, связанных с классификацией сигналов. Здесь, как и в задаче обнаружения, вероятности правильного распознавания-различения должны быть ближе к единице, а вероятности ложного распознавания-различения ближе к нулю.
К точностным характеристикам относятся ошибки измерения и воспроизведения параметров принимаемых сигналов, которые должны быть минимальными.
Под разрешающей способностью РИС понимают способность раздельно наблюдать (обнаруживать, распознавать-различать, измерять параметры) несколько сигналов. Мерой разрешения является минимальная разность одноимённых параметров двух сигналов (времени запаздывания, доплеровского смещения частоты, параметров волнового фронта), при которой они наблюдаются раздельно при условии, что все остальные параметры этих сигналов одинаковы.
Под дальностью действия, определяющую рабочую зону РИС, понимают дальность до объекта наблюдения (излучения, рассеяния, отражения, потребления, взаимодействия), при которой характеристики обнаружения, распознавания-различения, точностные характеристики оказываются не хуже заданных.
Под помехозащищённостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условиях радиоэлектронной борьбы с противником. Помехозащищённость определяется, во-первых, скрытностью РИС, а во-вторых, её помехоустойчивостью. Под скрытностью понимается способность РИС противостоять радиоэлектронной разведке противника. Под помехоустойчивостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условия воздействия на неё преднамеренных помех со стороны противника.
Под электромагнитной совместимостью понимается способность РИС выполнять свои функции с заданным качеством в условиях непреднамеренных помех со стороны радиоэлектронных средств, входящих в эту РИС и в окружающие её РИС.
Под надёжностью понимается способность РИС исправно выполнять свои функции с заданным качеством в течении заданного промежутка времени.
Стоимость РИС, включающая расхода на все этапы жизненного цикла РИС (замысел, исследование, проектирование, производство, эксплуатация, модернизация, утилизация), как правило, растет по мере улучшения всех перечисленных выше показателей, в совокупности определяющих эффективность РИС. Поэтому факт существования любой РИС является в известной мере компромиссом между её эффективностью и стоимостью. Максимум отношения "эффективность/стоимость" может служить критерием оптимальности разработки и целесообразности использования РИС.