Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Чипига А.Ф. 1 Марков Д.М. 1 Слюсарев Г.В. 1

---

1 ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Использование низкочастотных систем спутниковой связи, обладающих высокими показателями энергетической скрытности, предусматривает наличие подсистем, осуществляющих адаптацию рабочих частот в зависимости от состояния ионосферы. Данные о системе ионосферы принимаются приемником Novatel GPStation-6 и могут выдаваться для обработки в трех различных форматах. Правильный выбор типа сжатых форматов данных обеспечивает сокращение объёма, однако приводит к дополнительным накладным расходам по их обработке. Проанализированы сжатые форматы данных приемника GPStation-6 по отношению к эталонному несжатому. Сделаны выводы о целесообразности применения того или иного сжатого формата в зависимости от ограничений платформы, на которой предполагается обработка данных. При выполнении сокращения передаваемых данных и отсутствии ограничений по производительности целесообразно использовать RANGECMP или RANGECMP2. Использование RANGECMP2 нецелесообразно, так как даёт дополнительный выигрыш 16?% в объёме передаваемых данных, но увеличивает число действий, требуемых для их преобразования, а также более чем в два раза превосходит число действий, требуемых для RANGECMP. Выбор конкретного формата протокола измерений осуществляется в зависимости от поставленной задачи и применяются форматы RANGE или RANGECMP.

Статья в формате PDF

282 KB

gpstaion-6

range

rangecmp

скорость обработки данных

1. Марков Д.М., Топорков К.И., Бондаренко О.С. Анализ скорости обработки форматов данных приёмника GPStation-6 // Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности: материалы I Всероссийской научно-технической конференции. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015, – 465 с.

2. Чипига А.Ф. Анализ энергетической скрытности низкочастотных систем спутниковой связи от обнаружения сигналов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 2 (151). – С. 209–217.

3. Чипига А.Ф., Колков Д.А. Анализ методов случайного поиска глобальных экстремумов многомерных функций. // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 2. – С. 24.

4. Чипига А.Ф., Лапина М.А., Ляхов А.В., Песков М.В. Принцип построения системы спутниковой связи с повышенной энергетической скрытностью. // Национальная безопасность и стратегическое планирование. – 2013. – № 4 (4). – С. 50–53.

5. Чипига А. Ф., Сенокосова А. В. Защита информации в системе космической связи за счет изменения условий распространения радиоволн // Космические исследования. – 2007. – Т. 45. – № 1. – С. 59–66.

6. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В. Способ обеспечения энергетической скрытности систем спутниковой связи // Космические исследования. – 2009. – Т. 47. – № 5. – С. 428–433.

7. Чипига А.Ф., Шевченко В.А., Сенокосова А.В., Дагаев Э.Х. Математическая модель трансионосферного канала с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2011. – № 1. – С. 24–31.

8. Novatel. OEM6® Family Firmware Reference Manual. January 2015, http:// www.novatel. com/assets/Documents/Manuals/om-20000129.pdf.

Известен [7, 8] способ обеспечения высокой энергетической скрытности систем спутниковой связи, обеспечивающий защиту информации за счет изменения условий распространения радиоволн [6, 5]. При адаптации процессов перестройки радиочастот нужны постоянный контроль за состоянием ионосферы и постоянная обработка больших объемов данных, поступающих от средств радиоконтроля [2, 3]. Для этих целей может применяться приемник Novatel GPStation-6.

Постановка задачи

Приёмник Novatel GPStation-6 имеет возможность выдавать данные измерений в трёх форматах, которые могут быть обработаны с помощью специально разработанного программного обеспечения. Использование бинарного формата данных более предпочтительно, так как такие данные компактнее и не требуют дополнительных преобразований при их обработке [1]. Цель работы – проведение сравнения эффективности применения упакованных и неупакованных данных в бинарном формате для одного типа протоколов измерений.

Решение задачи

Приёмник Novatel GPStation-6 имеет возможность выдавать протоколы измерений псевдодальностей RANGE, RANGECMP и RANGECMP2. Разница между протоколами измерений заключается в том, что RANGECMP и RANGECMP2 являются упакованными вариантами протокола измерений RANGE с разной степенью сжатия. Для сравнения эффективности применения упакованных данных необходимо выполнить сравнение выигрыша от упаковки данных и сравнение изменения числа операций, необходимых для выполнения преобразования данных с целью дальнейшей математической обработки.

Упаковка снижает общий объём передаваемых данных, что в конечном итоге требует дополнительных операций на передающей и принимающей стороне по упаковке и распаковке данных соответственно. Для решения задачи адаптации радиочастоты к условиям распространения радиоволн приёмник GPStation-6 уже запрограммирован производителем и будем считать, что для него не существует разницы в вычислительной сложности при выдаче упакованных и неупакованных протоколов изменений.

Для оценки эффективности упаковки предположим, что есть один спутник и данные о псевдодальностях передаются на одной частоте. Все данные передаются в бинарном формате [1]. Поэтому длина заголовка протокола измерений составляет 28 байт, а длина контрольной суммы 4 байта. Вторым критерием будет сравнение объёма лога для 10 спутников, передающих на одной частоте.

Протокол измерений RANGE после заголовка содержит информацию о количестве каналов наблюдения, которое имеет размер 4 байта. После указания количества измерений в логе идут непосредственно блоки измерений. Согласно документации блок измерений содержит следующие поля, которые имеют следующие размеры:

– номер спутника (2 байта);

– частота для спутников ГЛОНАСС (2 байта);

– кодовые измерения псевдодальности (8 байт);

– среднеквадратическое отклонение кодовых измерений псевдодальности (4 байта);

– фазовые измерения псевдодальности (8 байт);

– среднеквадратическое отклонение фазовых измерений псевдодальности (4 байта);

– допплеровская частота (4 байта);

– отношение сигнал/шум (4 байта);

– время непрерывного наблюдения сигнала (4 байта);

– состояние отслеживания (4 байта).

Таким образом, размер блока, содержащий данные измерений, будет содержать 44 байта. Общий размер протокола измерений RANGE при отслеживании одного спутника на одной частоте будет

28 + 4 + 4 + 44 = 80 байт.

В случае наблюдения 10 спутников, передающих на одной частоте, размер протокола измерений равен

28 + 4 + 4 + 440 = 472 байта.

Формула расчёта размера протокола измерений для произвольного числа спутников и передаваемых частот

S = 28 + 4 + 4 + N?44,

где N – общее количество каналов наблюдения.

Лог RANGECMP, так же как и лог RANGE, после заголовка содержит информацию о количестве измерений и под это поле выделено также 4 байта. Блок данных измерений упакован в одно поле и имеет фиксированный размер в 24 байта. Таким образом, размер протокола измерений при отслеживании одного спутника на одной частоте

28 + 4 + 4 + 24 = 60 байт.

В случае, если наблюдается 10 спутников, передающих на одной частоте, размер лога равен

28 + 4 + 4 + 240 = 276 байт.

Формула расчета размера протокола измерений для произвольного числа спутников и передаваемых частот

S = 28 + 4 + 4 + N?24,

где N – общее количество каналов наблюдения.

Протокол измерений RANGECMP2 организован иначе, чем лог RANGECMP и RANGE: после заголовка идёт не количество наблюдений, а количество байт, которые содержатся в единственном упакованном блоке данных. Этот блок данных необходимо разобрать согласно формату, указанному в документации [4]. Согласно анализу таблицы, описывающей формат данных, блок измерений для спутника делится на две части:

1) заголовочная часть, в которой описывается спутниковая система и номер спутника (10 байт);

2) измерения на конкретном канале (12 байт).

Таким образом, при измерении для одного спутника на одной частоте размер протокола

28 + 4 + 4 + 22 = 58 байт.

Для десяти спутников на одной частоте размер равен 256 байт. Согласно формату данных протокол RANGECMP2 дает выигрыш в объёме данных при увеличении числа каналов наблюдений для одного спутника, что обусловлено группировкой по спутникам. Группировка данных по спутникам приводит к другой зависимости: при увеличении числа каналов наблюдения, а именно при наблюдении пяти спутников на двух частотах, размер протокола измерений равен

28 + 4 + 4 + 10?5 + 12?10 = 206 байт.

При этом для протоколов RANGE и RANGECMP2 размер протокола измерений для пяти спутников, наблюдаемых на двух частотах, останется неизменным. Формула расчёта размера протокола измерений для произвольного числа спутников и каналов

S = 28 + 4 + 4 + Ns?10 + Nc?10,

где Ns – число спутников, а Nc – общее число каналов наблюдения.

Для точной количественной оценки выполним сравнительный расчёт для количества спутников и наблюдаемых каналов, которые отражают реальное количество обрабатываемых данных. Экономию от упаковки вычислим в процентном соотношении относительно лога RANGE (табл. 1). Из табл. 1 видно, что лог RANGECMP позволяет снизить объём передаваемых данных на 44 %, а лог RANGECMP2 – на 61 %. Следовательно, если критичен объём передаваемых данных, то предпочтительнее использовать лог RANGECMP2, так как он позволяет уменьшить объём данных более чем в два раза относительно объёма данных лога RANGE.

Таблица 1

Оценка уменьшения объёма логов RANGECMP и RANGECMP2