Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления

Изобретение относится к области обработки и передачи информации и может быть использовано в комплексах телекодового управления для подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации.

Комплексы телекодового управления предназначены для удаленного управления различными объектами, в том числе летательными аппаратами (ЛА), беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), наземными мобильными средствами, морскими судами и другими. Управление осуществляется путем передачи оперативно-командной информации, чаще всего по беспроводным каналам связи, от источника информации к их получателю. В рассматриваемом способе оперативно-командную информацию сначала кодируют двоичным позиционным кодом, символы которого являются индикаторами наличия или отсутствия сообщений в сменном наборе сообщений плана связи, а затем эффективным статистическим кодом без потерь. Это обеспечивает высокий коэффициент сжатия информации, сокращает объем информации, передаваемой по каналу связи, а значит, и время ее передачи, повышает оперативность, помехоустойчивость и, как следствие, надежность связи. Контроль структуры и содержания сообщений повышает достоверность и информационную безопасность принимаемой оперативно-командной информации.

В зависимости от задач, стоящих перед получателем оперативно-командной информации, например, в зависимости от полетного задания ЛА, подготавливают сменный набор сообщений плана связи, в соответствии с которым осуществляют передачу информации. Например, оперативно-командная информация, содержащая сведения о курсе, высоте и скорости полета ЛА, позволяет согласно принятому сменному набору сообщений плана связи выполнять наведение на цель в режимах ручного, директорного или автоматического управления.

План связи со сменным набором сообщений является основой для выполнения поставленной задачи и во многом определяет успешность ее выполнения. План связи состоит из заголовка, в котором указывают задачу плана связи, собственно сменного набора сообщений плана связи, параметров сменного набора сообщений, времени и (или) условий передачи сообщений. План связи обычно представляют в виде матрицы сменного набора сообщений плана связи.

Известен способ подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления, при котором сначала на передающей стороне комплекса телекодового управления, в зависимости от поставленной задачи, выбирают план связи, состоящий из сменного набора сообщений. Затем в зависимости от данных, полученных с датчиков информации, определяют параметры сообщений из сменного набора сообщений плана связи. Далее выбранный сменный набор сообщений плана связи и параметры сообщений кодируют и полученную оперативно-командную информацию в виде условных формализованных кодов передают на приемную сторону. На приемной стороне условные формализованные коды оперативно-командной информации декодируют с контролем правильности принятой информации. Затем принятую оперативно-командную информацию используют для управления исполнительными механизмами на приемной стороне комплекса телекодового управления. [Авиационные системы радиоуправления. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2004. с. 12-15].

Недостатком этого способа является невысокая степень сжатия информации из-за того, что кодирование сообщений сменного набора сообщений плана связи и параметров сообщений выполняют без учета структуры и содержания сообщений сменного набора сообщений плана связи.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления, заключающийся в том, что сначала на передающей стороне в исходном массиве оперативно-командной информации выделяют сообщение и его параметры. Затем находят выделенное сообщение в сменном наборе сообщений плана связи и условный код, определяющий сообщение в сменном наборе сообщений плана связи, а также параметры сообщения помещают в массив сжатой информации. После кодирования всех сообщений исходного массива оперативно-командной информации последовательность условных кодов массива сжатой информации и параметров сообщений кодируют эффективным статистическим кодом. При восстановлении сообщений на приемной стороне сначала принятую информацию декодируют с использованием эффективного статистического кода и получают условные коды сообщений и их параметры. Затем по условному коду сообщения выбирают в сменном наборе сообщений плана связи соответствующее сообщение и записывают его в массив восстановленной оперативно-командной информации. (Патент РФ №2437148, МПК 7 G06F 17/22. Квашенников В.В., Трушин С.А. Способ сжатия и восстановления сообщений в системах обработки, передачи и хранения текстовой информации. Приор. 22.10.2010, Опубл. 20.12.2011, Бюл. №35).

Недостатком этого способа также являются недостаточно высокая степень сжатия информации из-за того, что условный код сообщения в сменном наборе сообщений плана связи представляет собой адрес сообщения в этом наборе сообщений, состоящий из нескольких двоичных символов, а также невысокая достоверность и низкая информационная безопасность команд телекодового управления, поскольку не проверяются структура и диапазон значений параметров сообщений.

Целью изобретения является увеличение степени сжатия информации за счет того, что условный код сообщения в сменном наборе сообщений плана связи представляет собой двоичный позиционный код, определяющий наличие или отсутствие сообщения в сменном наборе сообщений плана связи, состоящий из одного двоичного символа, а также повышение достоверности и информационной безопасности сообщений за счет контроля структуры сообщений и диапазона значений его параметров.

Для достижения цели предложен способ подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления, заключающийся в том, что сначала на передающей стороне в исходной оперативно-командной информации выделяют сообщение и его параметры. Затем находят выделенное сообщение в сменном наборе сообщений плана связи и условный код, определяющий сообщение в сменном наборе сообщений плана связи, далее параметры сообщения помещают в массив сжатой информации. После кодирования всех сообщений исходной оперативно-командной информации последовательность условных кодов массива сжатой информации и параметров сообщений кодируют эффективным статистическим кодом. При восстановлении сообщений на приемной стороне сначала принятую информацию декодируют с использованием эффективного статистического кода и получают условные коды сообщений и их параметры. Затем по условному коду сообщения выбирают в сменном наборе сообщений плана связи соответствующее сообщение и записывают его в массив восстановленной оперативно-командной информации. Новым является то, что при формировании на передающей стороне массива сжатой информации выделенное сообщение кодируют двоичным позиционным кодом, определяющим наличие или отсутствие выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи. При отсутствии выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи выделенное сообщение и параметры сообщения записывают в массив сжатой информации. Затем параметры сообщения центрируют относительно математического ожидания параметра сообщения и после этого выполняют эффективное статистическое кодирование без потерь массива сжатой информации. При восстановлении сообщений на приемной стороне после эффективного статистического декодирования без потерь получают массив сжатой информации. Затем, используя позиционный код сообщения, определяют наличие или отсутствие выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи. При наличии сообщения в сменном наборе плана связи считывают сообщение из сменного набора сообщений плана связи. При отсутствии сообщения в сменном наборе сообщений плана связи сообщение считывают из массива сжатой информации. Далее из массива сжатой информации считывают параметры сообщения и для параметров сообщения выполняют операцию, обратную их центрированию, затем проверяют допустимый диапазон значений параметров сообщения и при выполнении проверки сообщение и его параметры записывают в массив восстановленной оперативно-командной информации. При невыполнении проверки допустимого диапазона значений хотя бы одного параметра сообщения в массив восстановленной оперативно-командной информации записывают признак стирания сообщения. При этом сменный набор сообщений плана связи на передающей стороне содержит сообщения и значения математического ожидания параметров сообщения. Причем в сменном наборе сообщений плана связи на приемной стороне дополнительно задают предельно допустимые значения параметров сообщений. При этом сообщения в сменном наборе сообщений плана связи расположены друг за другом в хронологическом порядке их выполнения на приемной стороне. Причем используют несколько сменных наборов сообщений плана связи в зависимости от задач, выполняемых получателем сообщений на приемной стороне комплекса телекодового управления.

Предлагаемый способ подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления реализуется следующим образом.

На передающей стороне хранится сменный набор сообщений плана связи, представляющий собой последовательность сообщений и параметров этих сообщений

где C_i - i-e сообщение сменного набора сообщений плана связи,

M_ij - математическое ожидание j-го параметра i-го сообщения сменного набора сообщений плана связи.

Различных сообщений сменного набора сообщений плана связи, используемых при выполнении поставленной задачи, например полетного задания, обычно немного. Поэтому все сообщения, используемые при выполнении конкретного задания, можно определить заранее и поместить в сменный набор сообщений плана связи. В унифицированном виде сменный набор сообщений плана связи представляют в виде матрицы плана связи на передающей стороне.

На передающей стороне сменный набор сообщений плана связи используют для кодирования исходной оперативно-командной информации, которую передают на приемную сторону. При подготовке, хранении и передаче оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления в исходной оперативно-командной информации выделяют сообщение и его параметры. Затем находят выделенное сообщение в сменном наборе сообщений плана связи (1) и двоичный позиционный код, определяющий наличие сообщения в сменном наборе сообщений плана связи, а также параметры сообщения помещают в массив сжатой информации. При отсутствии выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи (1) в массив сжатой информации записывают двоичный позиционный код, определяющий отсутствие сообщения в сменном наборе сообщений плана связи, а также выделенное сообщение и параметры сообщения. Например, если выделенное сообщение найдено в сменном наборе сообщений плана связи, то в массив сжатой информации записывают 1 и параметры сообщения. При отсутствии выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи в массив сжатой информации сначала записывают 0, а затем выделенное сообщение и его параметры.

Таким образом, при наличии выделенного сообщения в сменном наборе сообщений плана связи выделенное сообщение представляют в массиве сжатой информации всего лишь одним битом, что обеспечивает высокий коэффициент сжатия исходной оперативно-командной информации. Такое сжатие исходной оперативно-командной информации возможно только при условии, если выделенные сообщения и сообщения сменного набора сообщений плана связи расположены в одинаковом хронологическом порядке. Однако иногда может возникать ситуация, когда выделенное сообщение отсутствует в сменном наборе сообщений плана связи. При передаче выделенного сообщения, необнаруженного в сменном наборе сообщений плана связи, выделенное сообщение записывают в массив сжатой информации. Тогда массив сжатой информации можно представить в виде

где 1D₁, 1D₂, … - коды наличия выделенных сообщений в сменном наборе сообщений плана связи и параметры сообщений,

0S₁D_i1+1, 0S₂D_i2+1, … - коды отсутствия выделенных сообщений в сменном наборе сообщений плана связи, сами сообщения и их параметры.

Параметры сообщений D₁D₂, … представляют собой численные значения параметров сообщений. Например, в сообщении «Уменьшить высоту полета на 200 м» - «200 м» есть параметр сообщения. Для сокращения числа разрядов в массиве сжатой информации параметры сообщения центрируют относительно соответствующих математических ожиданий параметров сообщения по формуле

При записи позиционного кода выделенных сообщений возможно образование длинных серий 1 или 0, центрированные параметры сообщений также могут содержать серии 1 и 0 различной длины, поэтому для дальнейшего сокращения объема массива сжатой информации целесообразно использовать эффективное статистическое кодирование без потерь. Такое кодирование можно выполнять неравномерными разделимыми кодами, например кодами Хаффмена или другими эффективными кодами: Фано-Шеннона, арифметическим с марковским предсказанием и так далее, учитывающих частоту серий 0 и 1 в массиве сжатой информации.

Затем закодированные сообщения массива исходной информации передают по каналу связи на приемную сторону. При занятом канале связи закодированные сообщения сохраняют в запоминающих устройствах до момента времени освобождения канала связи. При передаче закодированных сообщений по каналу связи на сигнал воздействуют помехи, которые могут искажать сигнал и приводить к ошибкам при приеме сообщений. Поэтому на приемной стороне целесообразно проводить контроль правильности принятых сообщений.

На приемной стороне хранится сменный набор сообщений плана связи, представляющий собой последовательность сообщений и их параметров. При этом в сменный набор сообщений плана связи по сравнению с передающей стороной добавлены величины G_ij, определяющие максимальные и минимальные значения параметров сообщений

Максимальные и минимальные значения параметров сообщений G_ij позволяют контролировать ошибки при приеме закодированных сообщений.

На приемной стороне сменный набор сообщений плана связи, также как и на передающей стороне, представляют в виде матрицы плана связи.

На приемной стороне для восстановления сообщений и их параметров сначала выполняют эффективное статистическое декодирование без потерь. Затем при двоичном позиционном коде сообщения, равном 1, находят соответствующее сообщение в сменном наборе сообщений плана связи (4) и это сообщение и его параметры записывают в массив восстановленной информации. При двоичном позиционном коде сообщения, равном 0, а значит, отсутствии сообщения в сменном наборе сообщений плана связи это сообщение и его параметры считывают из массива сжатой информации.

Затем для параметров сообщения выполняют операцию, обратную их центрированию

Далее проверяют допустимый диапазон значений параметров сообщения

При выполнении проверки (6) сообщение и его параметры записывают в массив восстановленной информации. При невыполнении проверки допустимого диапазона значений параметра сообщения в массив восстановленной информации записывают признак стирания сообщения, и сообщение считается непринятым. Структура и содержание закодированных сообщений должны соответствовать сменному набору сообщений плана связи, а проверки допустимого диапазона значений параметров сообщений контролируют их правильность, что повышает достоверность и информационную безопасность передаваемых сообщений.

При реализации способа важным является выбор сменного набора сообщений плана связи. Если все выделенные сообщения содержатся в сменном наборе сообщений плана связи, то при двоичном порядковом кодировании сообщений будет достигнута максимальная степень сжатия информации, поскольку на каждое сообщение будет использоваться всего один бит. Если не все выделенные сообщения содержатся в сменном наборе сообщений плана связи, то степень сжатия информации уменьшится, однако при выполнении следующей аналогичной задачи за счет модификации сменного набора сообщений плана связи степень сжатия может снова повысится. Выбор сменного набора сообщений плана связи может выполняться путем сравнения нескольких сменных наборов сообщений плана связи, используемых для решения различных задач оперативно-командного управления. Сменные наборы сообщений плана связи могут относиться к различным системам управления на приемной стороне. Для повышения степени сжатия информации целесообразно использовать различные сменные наборы сообщений плана связи, относящиеся к различным системам управления. При этом новые сменные наборы сообщений плана связи могут создаваться непосредственно в процессе передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления. Например, сообщения телекодового управления ЛА могут относиться к системам управления полетом, системам управления устройствами наблюдения и видеосъемки, системам управления вооружениями и другим системам. Использование нескольких сменных наборов сообщений плана связи, относящихся к различным системам управления, позволяет повысить коэффициент сжатия передаваемой по каналу связи информации.

Предлагаемый способ позволяет сжимать информацию, передаваемую по каналу связи, а сжатая информация требует для своего хранения меньшего объема памяти или передается за меньшее время, чем исходная информация. При этом коэффициент сжатия информации будет больше, чем, например, при словарном методе сжатии информации, за счет заранее сформированных на передающей и приемной сторонах сменных наборов сообщений плана связи и использования двоичного позиционного кода. Сокращение объема передаваемой информации уменьшает вероятность ее искажения и повышает надежность передачи сообщений телекодового управления.

Проверка структуры и содержания принятых сообщений и их параметров позволяет также повысить достоверность и информационную безопасность.

Достигаемым техническим результатом способа подготовки, хранения и передачи оперативно-командной информации в комплексах телекодового управления является сокращение объема передаваемой информации, что повышает надежность ее передачи, а также повышение достоверности и информационной безопасности.