ŁĄCZNOŚĆ BEZPRZEWODOWA W MODULE TAKTYCZNYM SYSTEMU KAKTUS

Transkrypt

1 SYSTEMY ROZPOZNANIA I WALKI ELEKTRONICZNEJ PISZ 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 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 (), 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.

2 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 jest szerokopasmowym systemem łączności umożliwiającym rozwinięcie sieci bezprzewodowych integrujących elementy stanowisk dowodzenia lub zapewniających pokrycie wybranych obszarów lokalną siecią dostępową. W szczególności 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. został opracowany zgodnie z zasadą COST czyli z wykorzystaniem urządzeń komercyjnych, ale dostosowanych do potrzeb i wymagań wojskowych w tym środowiskowych. może pracować w dwóch zakresach częstotliwości: w pierwszym, wówczas 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

3 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 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 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 : 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. Zapewniane szybkości transmisji rzędu od kilkuset kb/s do kilku Mb/s (Tab. 1) umożliwiają jednoczesną realizację usług transmisji danych, głosu i wideo. 3

4 3.2. Wykorzystanie w module T systemu KAKTUS Przykładowe rozwinięcie modułu T przedstawiono na Rys. 2. 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. NR ZT 1 WD WE ZT/ NR ZT NR ZT 2 NR ZT 3 światłowód radiolinia Przełożony, współdziałanie ARO KU Rys. 2. Warianty dowiązania Namierników Radiowych do WD WE ZT Przykładowe dowiązanie Stacji Zakłóceń poprzez 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. SZ ZT SZ ZT NR ZT 1 WD WE ZT/ NR ZT NR ZT 2 NR ZT 3 światłowód radiolinia Szczebel nadrzędny, współdziałanie ARO KU Rys. 3. Warianty dowiązania Stacji Zakłóceń do WD WE ZT 4

5 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 rozwinięte na obiektach systemu KAKTUS Moduł radiowy 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 rozwijany jest automatycznie podczas wysuwania masztu. Po złożeniu masztu na czas transportu nie są wymagane żadne czynności obsługowe elementów. po uruchomieniu zapewnia możliwość sprawdzenia: poprawności jego działania w ramach obiektu, 5

6 łączności z innymi obiektami dowiązanymi przez. Sprawdzenie poprawności działania i ustawień konfiguracyjnych można wykonać w prosty sposób za pomocą przeglądarki stron WWW, po wpisaniu adresu IP urządzenia oraz wybierając opcję WLAN Link Test umożliwiającą: identyfikację skojarzonych modułów radiowych poprzez adres MAC i przypisaną nazwę w systemie, odczyt parametrów radiowych dla lokalnego i skojarzonego modułu Wyniki testów Parametry klimatyczno-mechaniczne urządzeń składowych odpowiadają wymaganiom militarnym, co zostało potwierdzone badaniami odporności na oddziaływanie czynników środowiskowych przeprowadzonymi w akredytowanym laboratorium badań środowiskowych. Konstrukcja urządzeń składowych 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] Układ mostu 1,0 4,8 0,8 4,6 1,6 0,5 0,6-1 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

7 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 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 były umieszczone na masztach o wysokości ok. 20m. Badania wykonywano w układzie mostu bezprzewodowego. Numer skojarzonego modułu Poziom sygnału [dbm] Tab. 2. Zasięgi łączności Poziom zakłóceń [dbm] odległość 8,5km SNR [db] Szybkość transmisji [Mbit/s] odległość km odległość 15km 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. 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. 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, 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 i dlatego dla tego medium transmisyjnego najwyższy priorytet przydzielono usłudze transmisji danych. 7

8 VHF SZ ZT VHF SZ ZT NR ZT 1 VHF WD WE ZT/ NR ZT VHF VHF NR ZT 2 NR ZT 3 światłowód radiolinia 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. 5. PODSUMOWANIE W artykule przedstawiono podsystem łączności bezprzewodowej funkcjonujący na potrzeby modułu taktycznego systemu KAKTUS. W szczególności uwagę skupiono na możliwościach i wariantach wykorzystania jako podstawowego środka do zapewnienia łączności między obiektami. Opisano również podsystem łączności radiowej UKF. Główne zalety przemawiające na korzyść rozwiązania bazującego na przedstawiono poniżej: Praca w paśmie wojskowym. Zakres częstotliwości 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 spełniają wymagania środowiskowe (klimatyczne i mechaniczne). System jest odporny na oddziaływanie silnych pól elektromagnetycznych. 8

9 Podczas pracy w drugim zakresie częstotliwości 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 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; 2. PROJEKT WSTĘPNY Zautomatyzowanego Systemu Rozpoznawczo-Zakłócającego kryptonim KAKTUS tom2; 3. Projekt wykorzystania w systemie KAKTUS opracowanie WIŁ; 4. Zasady wykorzystania w systemie KAKTUS wytyczne i wstępna konfiguracja urządzeń opracowanie WIŁ. 9