Автоматизированный комплекс радиоконтроля "Эврика"

Назначение: автоматизированное выявление аналоговых и цифровых радиопередатчиков. Комплекс может эксплуатироваться в мобильном или стационарном вариантах (распределенная система радиоконтроля). Поиск сигналов и обработка информации максимально автоматизированы, имеется возможность исследования и анализа сигналов в ручном режиме.

Комплекс "ЭВРИКА" позволяет накапливать и применять опыт, полученный в процессе работы комплекса, создавая собственные правила поиска и критерии отбора сигналов. Имеется возможность обмениваться этими правилами и критериями с другими пользователями. Пользователь может сам индивидуально конфигурировать программную оболочку исходя из специфики решаемых задач и оперативной обстановки.

Аппаратным ядром комплекса является цифровой панорамный приемник нового поколения Р300 на базе I/Q технологии обработки сигналов, реализующий высокопроизводительные решения для приема и обработки сигналов, включая распределенные сетевые архитектуры.

• Архитектура промежуточной частоты с I/Q каналами

• Скорость сканирования до 3 ГГц/сек

• Полоса пропускания в режиме реального времени 56 МГц

• Диапазон рабочих частот 30 - 3600 МГц. Частотный диапазон может быть расширен (30 кГц - 12 ГГц).

Диапазон рабочих частот приемника (30 - 3600 МГц) перекрывает наиболее распространенные полосы частот радиопередатчиков. Диапазон сканирования может быть расширен до 30 кГц (в КВ- и ДВ-диапазоны) и до 12,3 ГГц (в СВЧ диапазон). Модуль приема КВ- и ДВ-диапазонов является полноценным КВ-приемником. СВЧ-конвертер представляет собой понижающий преобразователь частоты с высокой чувствительностью и подавлением побочных каналов приема на 40 дБ.

• Встроенный антенный коммутатор

• Возможность прямого управления по сети Ethernet

• Автономное питание - 3 часа

• Компактные размеры

• Вес - 2,5 кг.

Специальное программное обеспечение (поисковые и экспертные алгоритмы анализа и классификации).

• Широкий инструментарий для технического анализа радиосигналов

• Параллельный анализ сигнала во всех представлениях

• Реляционная база данных параметров радиосигналов и медиаинформации

• Интеллектуальная база знаний с функциями экспертной системы

• Автоматическое распознавание аналоговых и цифровых видов модуляций

• Поддержка распределенных сетевых решений

• Двухэкранный режим рабочего стола

• Русский и английский интерфейс

Аппаратная часть

Преимущества архитектуры приемника:

• Скорость перестройки по частоте до 3ГГц/сек;

• Высокая избирательность;

• Анализ в реальном масштабе времени сигналов с полосой до 56 МГц;

• Демодуляция сигналов с полосой до 2 МГц;

• Цифровые фильтры промежуточной частоты от 1 кГц до 56 МГц;

Цифровой панорамный приемник Р300 разработан по технологии инфрадинного приемника с нулевой промежуточной частотой специально для построения современных комплексов радиоконтроля. Технические характеристики приемника позволяют эффективно обнаруживать большинство известных радиосигналов, обрабатывать информацию в цифровом виде и в реальном времени предоставлять ее для анализа и принятия решения.

Для работы в условиях загрузки спектра сигналами мощных передатчиков (базовых станций, ретрансляторов) приемник оснащен встроенными преселекторами, которые минимизируют воздействие на приемный тракт внеполосных сигналов.

С помощью высокоскоростных АЦП приемник выполняет аналого-цифровое преобразование сигнала параллельно по синфазному и квадратурному каналам промежуточной частоты.

Модуль цифровой обработки сигналов, к задачам которого относятся квадратурное гетеродинирование, фильтрация и демодуляция, выполнен на базе высокопроизводительной ПЛИС и обеспечивает параллельную обработку сигналов в реальном времени. При этом набор цифровых фильтров с полосой от 1 кГц до 56 МГц позволяет обрабатывать сигналы с наиболее оптимальным соотношением сигнал/шум.

Приемник имеет встроенный 4-канальный антенный коммутатор, который позволяет реализовать алгоритмы разнесенного приема сигналов без использования дополнительного оборудования. Время переключения каналов коммутатора -1 мкс.

Кроме интерфейса USB 2.0, приемник Р300 оснащается высокоскоростным интерфейсом 802.3 (Ethernet) и собственным буфером данных. Это позволяет значительно повысить скорость сканирования и использовать приемник в качестве удаленной рабочей станции в локальной сети или Internet, с возможностью дистанционного управления всеми функциями приемника, а также диагностики состояния его внутренних модулей (модуля питания, цифровой обработки, ВЧ-тракта).

Для электропитания используется сеть 110-220 В, бортовое питание автомобиля или встроенный аккумулятор. При питании от аккумулятора можно использовать приемник и подключаемую к нему периферию.

Приемник Р300 поставляется в виде ОЕМ-версии (универсальная платформа для построения комплексов радиомониторинга) с библиотеками, реализующими доступ ко всем функциям аппаратной части Р300 и открытыми исходными кодами для управления всеми функциями приемника.

Программное обеспечение 

Основные задачи:

• Быстрый поиск сигналов несанкционированных передатчиков в заданном диапазоне частот.

• Выявление "опасных" признаков радиосигналов автоматизированными и ручными средствами.

• Систематизация информации о радиоэлектронной обстановке на объекте и анализ изменений.

• Полностью автономный радиоконтроль эфира.

Панорамный анализ спектра

Комплекс позволяет производить высокоскоростной панорамный анализ радиочастотного спектра одновременно в частотной и временной областях. Это позволяет оператору визуально отследить хронологию появления сигналов на участке спектра и их частотно-временные характеристики. Любой участок сканируемого спектра может быть расширен для детального анализа структуры сигналов.

Построение панорамы осуществляется последовательно-параллельным методом. Спектр последовательно “склеивается” из участков анализируемых приемником в параллельном режиме. Комплекс позволяет устанавливать полосу параллельного анализа от 4 до 56 МГц. Сужение полосы анализа приводит к повышению разрешающей способности анализатора, но уменьшает скорость сканирования, т.е. оператор сам может выбрать разрешение, наиболее оптимальное для его задачи спектрального анализа.  

Для различения сигнала от шума в ЭВРИКА предусмотрены два вида амплитудного порога:

• автоматический - когда решение сигнал/шум принимается программой оболочкой,

• ручной - когда пользователь задает минимальный уровень сигнала.

Ручной порог может задаваться в виде ломанной линии по поддиапазонам. Для режима “Водопад” предусмотрена возможность задания отдельного порога.

Измеряется несущая частота, ширина спектра, амплитуда каждого обнаруженного сигнала, фиксируется дату и время обнаружения и статистика появления за все время наблюдений. Эти параметры автоматически сохраняются в списке сигналов, который является частью базы данных. В списке сигналов оператору так же доступны поля, в которые он может вносить информацию вручную. Оператор может указать вид модуляции, тип сигнала, уровень опасности сигнала или оставить текстовые примечания в соответствующих полях.

При повторном обнаружении, ранее сохраненные параметры сигнала, уточняются, что позволяет свести к минимуму ошибки, связанные с нестационарностью спектров сигналов и изменением условий распространения радиоволн. Параметры сигналов так же уточняются при работе алгоритмов автоматического распознавания модуляций.

ЭВРИКА автоматически вычисляет и включает в базу данных статистические характеристики параметров сигналов. Так, например, вычисляются процент появления сигнала и «пик-фактор», позволяющий оценить периодичность появления сигнала в эфире на протяжении всего времени наблюдения. Использование статистических характеристик позволяет отсеивать случайные помехи и автоматизировать процесс выявления несанкционированных передатчиков с накоплением информации.

ЭВРИКА, в режиме панорамного анализа, имеет уникальный инструмент, позволяющий визуализировать статистику появления сигналов на определенных участках спектра. Этот инструмент вместе с анализом статистических характеристик сигнала позволяет автоматизировать процесс обнаружения сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ).

Программная оболочка хранит всю информацию в реляционной базе данных. Во взаимосвязанных списках вместе с параметрами обнаруженных сигналов хранятся и относящиеся к ним фонограммы, спектральные реализации и изображения мгновенных спектров сигналов медиаданные. Предусмотрен экспорт списков в файл формата .cvs (поддерживается MS Excel и OpenOffice Calc). Реализован двухэкранный режим рабочего стола для оптимизации отображения графической информации и списков в режиме анализа сигналов и при работе с базой данных. Возможности комплекса могут наращиваться за счет модернизации программной оболочки (от базовой до экспертной версии) и конфигурации (от локальной до сетевой).

Инструменты анализа радиосигналов

Анализатор спектра

Анализатор спектра предназначен для исследования частотной структуры сигнала, девиации, поднесущих частот и т.д. Для сигналов, со специфическим видом спектра, данный режим дает возможность оператору провести также и визуальную идентификацию сигналов. ЭВРИКА позволяет производить детальный спектральный анализ обнаруженных сигналов в полосе от 1 кГц до 56 МГц с разрешением по частоте до 1 Гц (в полосе 1 кГц) и до 4кГц (в полосе 56 МГц). Такой широкий выбор полос является уникальной характерной особенностью комплекса ЭВРИКА.

В режиме сканирования спектральные реализации сигналов перед отображением усредняются с заданной кратностью. Для уменьшения влияния динамического шума в анализаторе спектра и для обнаружения кратковременных сигналов, используется специальная функция - настраиваемое время измерения, при этом регистрация спектров нестационарных и однократных сигналов возможна в режиме накопления максимальных частотных составляющих. 

Векторный анализатор  

Векторный анализатор отображает принятый радиосигнал на комплексной плоскости и выводит на экран диаграмму изменения комплексной огибающей принимаемого сигнала во времени. Анализ траектории вектора комплексной огибающей сигнала позволяет распознать как аналоговые виды модуляции (AM, FM), так и цифровые сигналы с многопозиционной фазовой или амплитудно-фазовой манипуляцией (PSK,BPSK,QPSK, ASK и QAM), используемые в стандартах GSM и CDMA.

В зависимости от передаваемого символа, значения фазы и амплитуды таких сигналов попадают на определенные точки комплексной плоскости. Векторный анализатор, в настоящее время, является наиболее перспективным инструментом визуализации и технического анализа сигналов. Векторная диаграмма может быть представлена либо в виде линий, соединяющих точки на плоскости, либо в виде самих точек. Оператор может сам выбрать удобное для него представление. 

Режим "Водопад"

Режим "Водопад" отражает изменение спектров радиосигналов во времени, представляет собой цветовую проекцию амплитуды сигнала на частотно-временную плоскость. Применение режима "Водопад" позволяет сохранить частотные панорамы, полученные за все время наблюдения. При этом применение статистических методов анализа изменения электромагнитной обстановки помогает обнаружить и идентифицировать сигналы от устройств негласного контроля информации с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), передатчиков с накоплением, передатчиков с дистанционным управлением и активацией голосом (VOX).  

Осциллограф I и Q каналов комплексного сигнала 

Данный режим позволяет отобразить структуру сигнала во временной области по I и Q каналам в двух окнах. Это дает возможность эффективно идентифицировать сходные виды модуляций, различение которых другими методами затруднительно (например, частотную и фазовую манипуляции). Кроме специфических функций, которые дает параллельный анализ I и Q каналов, осциллограф может использоваться и для обычного анализа сигналов во временной области. 

Маркерные измерения

В комплексе реализованы три вида автоматических маркеров, определяющих минимальное и максимальное значения сигнала, а также уровень шума, и пять видов ручных маркеров (односигнальные и дифференциальные). Для облегчения частотной подстройки, реализована функция автоматического совмещения маркера и частоты настройки приемника. Данная функция особенно необходима для устранения набега фазы комплексной огибающей сигнала в режиме векторного анализатора.

Анализаторы НЧ-сигнала

Для анализа низкочастотной составляющей сигнала предусмотрены режимы анализатора спектра и осциллографа для демодулированного сигнала. Эти режимы, в частности, позволяют обнаружить в демодулированном сигнале импульсные посылки (DTMF коды) или исследовать спектральные характеристики сигнала в частотной и временной областях.

Сетевой интерфейс

Сетевой интерфейс позволяет объединять несколько постов в единую сеть радиомониторинга объекта. Комплекс может быть сконфигурирован для работы с приемником Р300 в следующих режимах:

• ведущего приемника - источника данных о параметрах сигналов при сканировании радиоэфира;

• ведомого приемника - источника данных при доследовании сигналов, например при демодуляции без прерывания сканирования;

• удаленного коммутатора для применения алгоритма разнесенного приема сигналов в многозонной конфигурации при значительном удалении контролируемых помещений.

Эксперименты показали, что использование коммутаторов с числом каналов более 4-х крайне неэффективно для метода разнесенного приема из-за больших потерь в антенно-фидерном тракте.

В связи с этим мониторинг большого количества помещений организуется с помощью удаленных приемных модулей Р300 со встроенными 4-канальными антенными коммутаторами. Для передачи данных между приемниками используется обычная ЛВС. В такой конфигурации приемные устройства с 4-мя зонами контроля каждое и пункт контроля могут располагаться на произвольном удалении друг от друга в пределах одной локальной сети. Комплекс допускает подключение до 8 приемников Р300 в режиме удаленного коммутатора, что позволяет анализировать до 32 УКВ канала, а также неограниченное количество приемников в режиме ведомого для доследования сигналов без прерывания режима сканирования. Аппаратная часть позволяет подключать дополнительные приемники через ПЭВМ или в сеть Ethernet в режиме сетевого устройства. 

Регистрация сигналов 

В ручном или автоматическом режиме для каждого сигнала в базе данных могут быть записаны и сохранены фонограммы:

• демодулированного сигнала;

• комплексные данные;

• мгновенный спектр в виде изображений.

Модуль работы со звуковыми файлами используется для редактирования и анализа записанных фонограмм, в том числе:

• удаление фрагментов для очистки фонограммы от помех и пауз;

• регулировка АЧХ фильтров эквалайзера для повышения разборчивости речи;

• автоматическая регулировка усиления для воспроизведения слабых сигналов;

• воспроизведение фонограмм с различной скоростью;

• инвертирование спектра записанного сигнала в заданной полосе для распознавания передатчиков и микрофонов с некоторыми типами маскираторов речи.

Массивы комплексных данных позволяют полностью восстановить записанный сигнал сразу во всех представлениях - спектральном, "Водопаде", осциллографе I и Q каналов и векторном анализаторе. Реализации могут быть воспроизведены оператором в пошаговом режиме, что позволяет анализировать переходные процессы и производить идентификацию передатчика по характеру роста и спада огибающей сигнала в момент включения и выключения передатчика.

Алгоритм разнесенного приема сигналов

Использование в алгоритме разнесенного приема для обнаружения передатчиков в ближней зоне разности абсолютных уровней сигналов на удаленных антеннах, не позволяет с высокой достоверностью определить внутренний источник сигнала. Это связано с рядом особенностей распространения радиоволн, как в условиях городской застройки, так и внутри помещений. На основе данных разнесенного приема и большой экспериментальной базы, разработан статистический критерий оценки расположения передатчика в ближней зоне, который позволяет с высокой достоверностью выявлять «внутренние» источники в условиях города.

Автоматические функции

Режим параметрической корреляции предназначен для автоматизированного выявления передатчиков, использующих механизм акустопуска (VOX). ЭВРИКА создает "подзвучку" в проверяемом помещении и выявляет сигналы, которые отсутствуют до и после "подзвучки".

Одной клавишей можно запустить режим автоматического выявления новых сигналов относительно заданного момента времени, например, с момента начала совещания в защищаемом помещении.

В комплексе реализованы собственные алгоритмы автоматического распознавания большинства наиболее распространенных видов модуляций сигналов. Эти алгоритмы позволяют в автоматическом режиме распознать виды модуляции сигналов, которые наиболее часто используются в передатчиках или устройствах управления ими: АМ, FМ\PМ, ASK, FSK,PSK, QPSK, BPSK.

При распознавании вида модуляции комплекс автоматически уточняет основные параметры сигнала, такие как центральная частота и полоса сигнала, и актуализирует соответствующие ячейки списка сигналов.

База знаний

База знаний является инструментом комплекса, в котором использованы возможности экспертных систем для автоматизированной обработки информации и принятия решения. Ни один из существующих комплексов радиоконтроля не обладает таким инструментарием. База знаний содержит инструменты автоматической классификации сигналов в базе данных:

• программируемые фильтры для автоматизированного распределения сигналов по группам;

• планировщик заданий для программирования работы комплекса в автоматическом режиме;

• база данных эталонных реализаций для визуальной идентификации видов модуляции и типа сигнала.

База знаний позволяет систематизировать информацию за все время работы комплекса на различных объектах. Комбинации программируемых фильтров и заданий планировщика позволяют оператору самостоятельно создавать макросы и настраивать оболочку комплекса под собственные задачи. Возможности экспорт и импорта элементов базы знаний позволяют обмениваться опытом между всеми пользователями комплекса.

Программируемые фильтры

Программные фильтры предназначены для сортировки списка сигналов по заданным параметрам. Фильтры объединяются в наборы, количество которых не ограничено. Наборы применяются к базе данных как матрицы для выделения сигналов определенного типа. Наборы фильтров могут экспортироваться и импортироваться для обмена опытом между пользователями. Использование групп признаков позволяет одинаково эффективно применять накопленную информацию о признаках “опасных” и легальных сигналов в регионах с различными частотными назначениями.

Планировщик заданий

Планировщик заданий позволяет использовать комплекс для контроля эфира полностью автономно, например во внерабочее время. При появлении сигнала с любым из определенных заранее признаком комплекс полностью автоматически производит заданный набор действий (выполняет задание). Задания могут состоять из неограниченного количества действий, таких как:

• запись реализации для последующего анализа, или фонограммы демодулированного сигнала;

• запуск алгоритмов распознавания модуляции;

• изменение атрибута сигнала;

• запуск внешней программы.

Эталоны 

База данных содержит ранее записанные эталоны сигналов в виде фонограмм, изображений или комплексных данных. Оператор может сравнить в любом удобном виде принятый сигнал с имеющимися эталонами. ЭВРИКА позволяет сохранять эталонную панораму - усредненный частотный спектр во всем диапазоне частот и выводить ее одновременно с текущей панорамой в режиме сканирования для визуальной оценки изменения электромагнитной обстановки на объекте в дифференциальном режиме.

Технические характеристики:

            * - опции