instrukcja dla autorów 1 - Wojskowy Instytut Łączności

instrukcja dla autorów 1 - Wojskowy Instytut Łączności

SYSTEMY ROZPOZNANIA I WALKI ELEKTRONICZNEJ
PISZ 23 ÷ 25 LISTOPADA 2010
KNTWE’10
ŁĄCZNOŚĆ BEZPRZEWODOWA
W MODULE TAKTYCZNYM SYSTEMU KAKTUS
Paweł KANIEWSKI, Janusz ROMANIK, Kamil WILGUCKI,
Bogusław GROCHOWINA, Paweł SKARŻYŃSKI
Zakład Radiokomunikacji i Walki Elektronicznej
Wojskowy Instytut Łączności
05-130 Zegrze, ul. Warszawska 22 A
Streszczenie
W artykule został zaprezentowany podsystem łączności funkcjonujący na potrzeby modułu taktycznego
Zautomatyzowanego Systemu Rozpoznawczo-Zakłócającego KAKTUS. W pierwszej części artykułu
przedstawiono ogólne informacje o module taktycznym, jego architekturę, przeznaczenie, podstawowe
parametry, opis obiektów modułu oraz realizowanych przez nie zadań i zasad współpracy międzyobiektowej.
W drugim rozdziale omówiono podstawowe wymagania dla podsystemu łączności bezprzewodowej
modułu taktycznego. Trzeci rozdział zawiera opis Podsystemu Dostępu Bezprzewodowego (PDB), jego
architekturę, możliwości funkcjonalne, zakres wykorzystania w module taktycznym, wyniki testów obrazujące
uzyskiwane zasięgi łączności oraz zapewniane przepływności. W czwartym rozdziale omówiono podsystem
łączności radiowej, bazujący na radiostacjach UKF typu F@stnet. Przedstawiono zasady i zakres
stosowania środków radiowych UKF w relacjach między obiektami walki elektronicznej. W podsumowaniu
dokonano porównania rozwiązań w zakresie łączności bezprzewodowej wykorzystywanej do integracji
elementów systemu walki elektronicznej.
1.
MODUŁ TAKTYCZNY SYSTEMU KAKTUS
System KAKTUS jest nowoczesnym, w pełni zautomatyzowanym systemem walki
elektronicznej, bazującym na najnowszych urządzeniach specjalistycznych zapewniających szybkie
oraz skuteczne rozpoznanie i zakłócania emisji radiowych. System składa się z modułu
operacyjnego oraz dwóch modułów taktycznych [1, 2]. Zadaniem modułu operacyjnego jest
prowadzenie rozpoznania elektronicznego i zakłócania sygnałów radiowych w zakresie HF. Moduł
taktyczny (moduł T) może pracować jako podporządkowany względem modułu operacyjnego lub
(zazwyczaj) pracować samodzielnie jako moduł wydzielony, podporządkowany względem KK WE
G2 Dywizji lub S2 Brygady. Z modułu T może być wydzielany zespół zadaniowy pracujący
na rzecz kontyngentu wojskowego poza granicami kraju.
Moduł T jest przeznaczony do prowadzenia walki elektronicznej na obszarze działań
taktycznych. Do jego podstawowych zadań należą: wykrywanie, śledzenie i przechwyt sygnałów,
namierzanie źródeł emisji, analiza techniczna odebranych sygnałów, ocena operacyjna oraz
zakłócanie radiowe w zakresach HF, VHF, UHF.
W skład modułu T wchodzą:
– Wóz Dowodzenia Walką Elektroniczną - 1 szt.
– Namiernik Radiowy (NR HF/VHF/UHF ZT) - 3 szt.
– Stacja Zakłóceń (SZ HF ZT) - 1 szt.
– Stacja Zakłóceń (SZ VHF/UHF ZT) - 1 szt.
– Aparatownia Radioodbiorcza (ARO KU) - 1 szt.
Głównym obiektem modułu T jest Wóz Dowodzenia Walką Elektroniczną (WD WE ZT), który
odpowiada za dowodzenie i kierowanie pracą podległych obiektów i podsystemów za pomocą
zautomatyzowanej wymiany komend i meldunków. WD WE ZT pełni w systemie również funkcję
Namiernika Radiowego.
2.
WYMAGANIA NA PODSYSTEM ŁĄCZNOŚCI BEZPRZEWODOWEJ MODUŁU T
Z punktu widzenia wymagań na podsystem łączności, największe znaczenie mają odległości
między współpracującymi obiektami wynikające z taktycznych norm wielkości obszaru
odpowiedzialności. Ważna jest również ilość wymienianej informacji i jej wrażliwość
na opóźnienie. Dodatkowo, w sytuacji użycia radiowych środków łączności korzystne jest
zastosowanie rozwiązań pracujących poza zakresem pracy podsystemu zakłócania.
W module T stosunkowo duża ilość informacji wrażliwej na opóźnienie będzie przesyłana
między WD WE ZT i NR HF/VHF/UHF (np. zadania do namierzania, namiary). Biorąc pod uwagę
typowe odległości między tymi obiektami, konieczne jest zastosowanie środków
bezprzewodowych. Jednocześnie powinny one zapewniać łącza o dużej przepływności.
Najmniejsza
ilość
informacji
będzie
wymieniana
między
WD
WE
ZT
i SZ VHF/UHF ZT oraz SZ HF ZT. Ze względu na odległości między tymi obiektami również
konieczne jest zastosowanie środków bezprzewodowych, natomiast uwzględniając specyfikę ich
pracy konieczne jest automatyczne zabezpieczanie odbiorników podczas zakłócania lub
wykorzystanie środków radiowych o dużej selektywności pracujących poza zakresem zakłócania.
Kolejne wymaganie dotyczy norm czasowych rozwijania obiektów modułu T, które warunkują czas
gotowości wszystkich podsystemów w obiektach, między innymi podsystemu łączności.
3.
PODSYSTEM DOSTĘPU BEZPRZEWODOWEGO
3.1. Architektura i możliwości funkcjonalne PDB
PDB jest szerokopasmowym systemem łączności umożliwiającym rozwinięcie sieci
bezprzewodowych integrujących elementy stanowisk dowodzenia lub zapewniających pokrycie
wybranych obszarów lokalną siecią dostępową. W szczególności PDB może być stosowany
w sieciach wykorzystujących protokół IP do zapewnienia:
– łączności w obrębie stanowiska dowodzenia podczas jego rozwijania,
– bezprzewodowej integracji sieci lokalnych stanowiska dowodzenia,
– realizacji bezpośredniego dostępu do zasobów sieci osobom funkcyjnym znajdującym się
w obszarze węzła łączności stanowiska dowodzenia,
– bezprzewodowego dowiązania dedykowanej grupy użytkowników, obiektów, wozów
dowodzenia do stacjonarnych lub polowych węzłów łączności.
PDB został opracowany zgodnie z zasadą COST – czyli z wykorzystaniem urządzeń
komercyjnych, ale dostosowanych do potrzeb i wymagań wojskowych w tym środowiskowych.
PDB może pracować w dwóch zakresach częstotliwości:
– w pierwszym, wówczas PDB jest kompatybilny z komercyjnymi urządzeniami przenośnymi
wyposażonymi w karty WLAN i może realizować funkcje punktu dostępowego działającego
w ramach stanowiska dowodzenia lub bazy,
– w drugim, wówczas system pracuje w wojskowym zharmonizowanym paśmie NATO typu
I. W tym zakresie zapewniane są znacznie większe zasięgi łączności przez co możliwe jest
dowiązanie grupy odległych obiektów.
2
System jest prosty w konfiguracji, a same urządzenia posiadają niewielkie gabaryty, przez co
zapewniają łatwe i szybkie rozwinięcie. Atutem rozwiązania jest jego elastyczność, dzięki czemu
elementy PDB mogą być montowane na masztach (tych samych, na których znajdują się anteny
radiolinii, namiernika radiowego, itp.) lub na niewielkich wysięgnikach mocowanych na pojazdach,
Rys. 1. Uruchomienie modułu radiowego jest proste, a niezbędne do tego dane można zapisać w
pliku. Raz skonfigurowany poprawnie moduł radiowy wystarczy podłączyć do zasilania, aby
automatycznie rozpoczął pracę. Rekonfiguracja urządzenia polega na wczytaniu odpowiedniego
pliku konfiguracyjnego.
Inną zaletą PDB jest jego duża funkcjonalność, którą uzyskano dzięki zastosowaniu dwóch
niezależnych interfejsów radiowych. Każdy z nich może pracować w innym zakresie, kanale
i podsieci lub pracując na tych samych danych obsługiwać inną grupę użytkowników zgodnie z ich
lokalizacją. Każdy interfejs może być skonfigurowany do pracy jako:
– stacja dostępowa,
– punkt kliencki,
– element mostu bezprzewodowego.
Dzięki takiemu rozwiązaniu, dysponując jednym modułem radiowym można jednocześnie
zapewniać dostęp bezprzewodowy dla grupy użytkowników w ramach stanowiska oraz dowiązanie
tego stanowiska do sieci rozległej.
Rys. 1. Przykładowe rozmieszczenie modułu i anten PDB: pod rozwiniętą anteną namiernika radiowego
(po lewej stronie) oraz na maszcie ARO-KU (po prawej stronie)
Zastosowanie anten sektorowych umieszczonych na maszcie o wysokości ok. 20m
i zapewnienie wolnej od przeszkód I strefy Fresnela, gwarantuje zasięgi łączności wynoszące ponad
10km. Zapewniane szybkości transmisji rzędu od kilkuset kb/s do kilku Mb/s (Tab. 1) umożliwiają
jednoczesną realizację usług transmisji danych, głosu i wideo.
3
3.2. Wykorzystanie PDB w module T systemu KAKTUS
Przykładowe rozwinięcie modułu T przedstawiono na Rys. 2. PDB jest stosowany jako
podstawowy środek łączności między WD WE ZT i Namiernikami Radiowymi [3, 4].
Do WD WE ZT dowiązują się bezpośrednio dwa sąsiednie namierniki radiowe NR ZT 1 oraz
NR ZT 2. Namiernik radiowy NR ZT 3 dowiązuje się do WD WE ZT pośrednio poprzez NR ZT 2,
tworząc układ tzw. mostu z dwoma przęsłami. W takim układzie stosowane są anteny sektorowe,
przez co nie wymaga się ich precyzyjnego kierunkowania, natomiast zapewniona jest duża
elastyczność wyboru lokalizacji obiektów.
PDB
PDB
WD WE ZT/
NR ZT
NR ZT 1
10km
PDB
NR ZT 2
10km
NR ZT 3
10km
PDB
Przełożony,
współdziałanie
radiolinia
światłowód
ARO KU
Rys. 2. Warianty dowiązania Namierników Radiowych do WD WE ZT
Przykładowe dowiązanie Stacji Zakłóceń poprzez PDB zostało zaprezentowane na Rys. 3.
Stacje Zakłóceń mogą dowiązać się bezpośrednio do WD WE ZT, a jeśli jest to niemożliwe
ze względów terenowych, wówczas mogą dowiązać się pośrednio poprzez dowolny Namiernik
Radiowy.
PDB
PDB
SZ ZT
SZ ZT
PDB
PDB
WD WE ZT/
NR ZT
NR ZT 1
10km
PDB
NR ZT 2
10km
NR ZT 3
10km
PDB
radiolinia
światłowód
Szczebel nadrzędny,
współdziałanie
ARO KU
Rys. 3. Warianty dowiązania Stacji Zakłóceń do WD WE ZT
4
Jako alternatywne środki łączności dla realizacji usług transmisji danych i głosu stosowane
są radiostacje pokładowe UKF będące jednocześnie podstawowym środkiem łączności w czasie
przemieszczania.
Rys. 4. Elementy PDB rozwinięte na obiektach systemu KAKTUS
Moduł radiowy PDB oraz anteny i fidery antenowe umieszczone są na stałe na maszcie.
W razie potrzeby, przed podniesieniem masztu można łatwo dokonać korekcji ustawienia anten
uwzględniającej orientację transportera. Dzięki swej sektorowej charakterystyce kierunkowości
zapewniają duży zysk kierunkowy ale jednocześnie nie są wrażliwe na kołysanie masztu.
Po uprzednim skonfigurowaniu modułów radiowych pracują one automatycznie po włączeniu
zasilania. Kabel sygnałowo-zasilający PDB rozwijany jest automatycznie podczas wysuwania
masztu. Po złożeniu masztu na czas transportu nie są wymagane żadne czynności obsługowe
elementów PDB.
PDB po uruchomieniu zapewnia możliwość sprawdzenia:
– poprawności jego działania w ramach obiektu,
5
– łączności z innymi obiektami dowiązanymi przez PDB.
Sprawdzenie poprawności działania i ustawień konfiguracyjnych można wykonać w prosty
sposób za pomocą przeglądarki stron WWW, po wpisaniu adresu IP urządzenia PDB oraz
wybierając opcję WLAN Link Test umożliwiającą:
– identyfikację skojarzonych modułów radiowych PDB poprzez adres MAC i przypisaną
nazwę w systemie,
– odczyt parametrów radiowych dla lokalnego i skojarzonego modułu PDB.
3.3. Wyniki testów PDB
Parametry klimatyczno-mechaniczne urządzeń składowych PDB odpowiadają wymaganiom
militarnym, co zostało potwierdzone badaniami odporności na oddziaływanie czynników
środowiskowych przeprowadzonymi w akredytowanym laboratorium badań środowiskowych.
Konstrukcja urządzeń składowych PDB zapewnia odporność na oddziaływanie zakłóceń
elektromagnetycznych. Badania przeprowadzone w akredytowanym laboratorium kompatybilności
elektromagnetycznej wykazały, że podczas pracy w drugim zakresie częstotliwości (przeznaczonym
do pracy na dużych odległościach) przy oddziaływaniu silnego pola elektromagnetycznego,
w całym badanym zakresie sygnałów zakłócających nie stwierdzono utraty lub niestabilności łącza.
Rys. 5. Uproszczony układ stosowany do badania przepływności (most z 1 i 3 przęsłami)
Badania przepływności w zależności od warunków panujących w kanale radiowym
przeprowadzono w układzie przedstawionym na Rys. 5. W trakcie wykonywania testów
przepływności monitorowano parametry pracy interfejsu wybranego urządzenia radiowego.
Tab. 1. Przepływności zapewniane użytkownikowi
Tx-rate [Mbit/s]
Rx-rate [Mbit/s]
Przepływność [Mb/s]
11
5,5
2,0
11
5,5
2,0
11
5,5
2,0
11
5,5
2,0
11
5,5
5,5
11
5,5
1,0
4,8
2,0
0,8
4,6
1,6
0,5
2,0
0,6
-
Układ mostu
1 przęsło
2 przęsła
3 przęsła
Oznaczenia stosowane w tabeli:
Tx-rate - zmierzona dla interfejsu radiowego szybkość nadawania odczytana przy pomocy dedykowanego Monitora
AP WLAN.
Rx-rate - zmierzona dla interfejsu radiowego szybkość odbioru odczytana przy pomocy dedykowanego Monitora AP
WLAN.
6
Wyniki pomiaru dla różnych układów pracy zaprezentowano w Tab. 1. Oprócz zmierzonej
przepływności użytkowej przedstawiono szybkości z jakimi pracowały urządzenia radiowe.
Wytłuszczoną czcionką zaznaczono parametry uzyskiwane dla odległości najczęściej spotykanych
w rozwiniętym module T.
Badania zasięgowe PDB dla zakresu pierwszego i drugiego przeprowadzono w warunkach
poligonowych, w terenie podmiejskim lekko pofałdowanym o luźnej zabudowie i średnim
zalesieniu. Wyniki przedstawiono w Tab. 2. Podczas prowadzenia badań anteny PDB były
umieszczone na masztach o wysokości ok. 20m. Badania wykonywano w układzie mostu
bezprzewodowego.
Tab. 2. Zasięgi łączności
Numer
skojarzonego
modułu PDB
Poziom sygnału
[dBm]
1
2
-65
-65
Poziom zakłóceń
[dBm]
SNR [dB]
Szybkość transmisji
[Mbit/s]
18
20
11
11
10
12
11
11
4
3
2
2
odległość 8,5km
-83
-85
odległość 11km
1
2
-76
-71
1
2
-82
-79
-86
-83
odległość 15km
-86
-82
Uwaga: Wytłuszczoną czcionką zaznaczono wyniki uzyskane dla typowych odległości w module T
Uzyskane zasięgi dla drugiego zakresu częstotliwości to:
– maksymalny 15km, w warunkach wolnej od przeszkód I strefy Fresnela,
– gwarantowany 10 km (I strefa Fresnela wolna od przeszkód w 60%).
Uzyskane zasięgi dla pierwszego zakresu częstotliwości to:
– 5km w warunkach całkowicie wolnej od przeszkód I strefy Fresnela,
– 3 km w przypadku wolnej w 60% I strefy Fresnela.
PDB był również testowany w ramach badań wstępnych i kwalifikacyjnych systemu KAKTUS.
Sprawdzano zasięgi łączności, możliwość realizacji usługi VoIP, transmisji danych i współpracy
aplikacji specjalistycznych. Wszystkie testy zakończyły się wynikiem pozytywnym bez uwag, przy
odległościach między obiektami wynoszącymi 10km.
4.
ŁĄCZNOŚĆ RADIOWA UKF
W module T jako alternatywne środki łączności stosowane są radiostacje pokładowe UKF typu
F@stnet, Rys. 6. Służą są one do realizacji usług transmisji danych i głosu podczas pracy
w rozwiniętym systemie, w sytuacji gdy nie może być wykorzystany podsystem PDB,
np. z powodu niekorzystnych właściwości propagacyjnych lub uwarunkowań terenowych. Są one
jednocześnie podstawowym środkiem łączności między obiektami podczas ich przemieszczania.
Zapewniane prędkości transmisji są znacznie mniejsze niż w przypadku PDB i dlatego dla tego
medium transmisyjnego najwyższy priorytet przydzielono usłudze transmisji danych.
7
VHF
SZ ZT
PDB
VHF
PDB
PDB
VHF
PDB
VHF
WD WE ZT/
NR ZT
NR ZT 1
10km
SZ ZT
PDB
VHF
NR ZT 2
10km
NR ZT 3
10km
PDB
radiolinia
światłowód
Szczebel nadrzędny,
współdziałanie
ARO KU
Rys. 6. Warianty wykorzystania łączności UKF
Bezkolizyjną pracę radiostacji zapewnia tryb pracy synchronicznej TDMA. Ponadto cykliczny
tryb pracy stacji zakłócających, obejmujący odbiór zadania zakłócania, jego realizację i złożenie
meldunku, gwarantuje istnienie okien łączności. Możliwe jest również wykorzystanie do tego celu
częstotliwości zabronionych do zakłócania. Zmiana medium transmisyjnego odbywa się
automatycznie. Kryterium zmiany jest stwierdzenie braku lub przywrócenie łączności realizowanej
z wykorzystaniem PDB.
5.
PODSUMOWANIE
W artykule przedstawiono podsystem łączności bezprzewodowej funkcjonujący na potrzeby
modułu taktycznego systemu KAKTUS. W szczególności uwagę skupiono na możliwościach
i wariantach wykorzystania PDB jako podstawowego środka do zapewnienia łączności między
obiektami. Opisano również podsystem łączności radiowej UKF.
Główne zalety przemawiające na korzyść rozwiązania bazującego na PDB przedstawiono
poniżej:
– Praca w paśmie wojskowym.
– Zakres częstotliwości PDB poza pasmem zakłócania systemu KAKTUS.
– Elastyczność architektury (urządzenia są wielofunkcyjne, zaś w przypadku innych
rozwiązań zwykle dedykowane, np. punkty dostępowe, stacje klienckie).
– Możliwość pracy w trybie punkt-punkt (most z 1, 2 lub 3 przęsłami).
– Urządzenia PDB spełniają wymagania środowiskowe (klimatyczne i mechaniczne).
– System jest odporny na oddziaływanie silnych pól elektromagnetycznych.
8
Podczas pracy w drugim zakresie częstotliwości PDB zapewnia zasięgi łączności wyraźnie
większe niż uzyskiwane dla radiostacji szerokopasmowych. Zasięg łączności jest wprawdzie
mniejszy (około dwukrotnie) niż dla radiolinii, jednak satysfakcjonujący w pewnych
zastosowaniach. Należy pokreślić, że urządzenia PDB są kilkakrotnie tańsze niż radiolinie lub
radiostacje szerokopasmowe.
Uzyskiwane szybkości transmisji są znacznie większe niż dla radiostacji szerokopasmowych
czy też dla radiostacji UKF i to bez względu na wysokość zawieszenia ich anten. Szybkości
transmisji oceniane z punktu widzenia użytkownika są porównywalne z tymi, które zapewniają
radiolinie eksploatowane w SZ RP.
System jest łatwy w rozwijaniu i elastyczny w konfiguracji, a niewielkie rozmiary urządzeń
pozwalają na ich zamontowanie na tych samych masztach, na których pracują anteny
np. Namierników Radiowych, Stacji Zakłóceń, radiostacji lub radiolinii.
6.
LITERATURA
1.
PROJEKT WSTĘPNY Zautomatyzowanego Systemu Rozpoznawczo-Zakłócającego
kryptonim „KAKTUS” – tom1;
PROJEKT WSTĘPNY Zautomatyzowanego Systemu Rozpoznawczo-Zakłócającego
kryptonim „KAKTUS” – tom2;
„Projekt wykorzystania PDB w systemie KAKTUS” – opracowanie WIŁ;
„Zasady wykorzystania PDB w systemie KAKTUS – wytyczne i wstępna konfiguracja
urządzeń” – opracowanie WIŁ.
2.
3.
4.
9