Развитие подходов мониторинга подвижных объектов

Учитывая, что на обеспечение информационной безопасности систем мониторинга в настоящее время выделяются большие ресурсы, представляется необходимым оценить, насколько эффективны данные финансовые вложения.

В качестве примера рассмотрим позиционные данные в отраслевой системе мониторинга водных биологических ресурсов, наблюдения и контроля за деятельностью промысловых судов (далее — ОСМ), которая является эффективным инструментом информационной поддержки принятия управленческих решений для обеспечения продовольственной безопасности государства и безопасности мореплавания.

Одним из основных источников спутниковой информации о позициях судов в ОСМ является Автоматическая идентификационная система (АИС) AIS Automatic Identification System.
Приёмопередатчики — АИС-транспондеры — устанавливаются на судах и на береговых станциях, которые образуют цепь береговых станций. Передача данных осуществляется на международных каналах связи AIS 1 и AIS 2 в диапазоне FM-частот (161,975 и 162,025 МГц). Обмен информацией происходит на основе TDMA (Time Division Multiple Access — множественный доступ с разделением по времени). Однако, сигналы транспондеров AIS достаточно мощные, чтобы обеспечить уверенный приём сигнала спутниками на высоте до 1000 км.

Основные провайдеры SatAIS: ExactEarth, Orbcomm, Lemur. В спутниковой группировке Lemur (США) непрерывно функционирует более ста спутников АИС.
Ранее было показано, что c помощью машинного обучения можно по трекам судов восстанавливать информацию о добыче (вылове) судов. Таким образом, можно утверждать, что до тех пор, пока нет возможности обеспечить защиту позиционной информации от спутниковых иностранных систем, становится сомнительным приложение сверх усилий по обеспечению информационной безопасности системы мониторинга в целом.

На рисунке 1 приведён пример, как явно выделяются фрагменты приложения промысловых усилий на гистограмме скоростей промысловых судов. В случае тралового промысла (красная линия) большая часть операций осуществляется на скорости несколько меньшей четырёх узлов, в то время как при крабовом промысле, основные операции производятся на скорости меньше двух узлов

 
Рисунок 1 — Гистограммы скоростей при траловом (красная линия) и крабовом ловушечном промысле

 

Поэтому актуальна задача перехода на альтернативные отечественные системы позиционирования, но параллельно должна решаться задача модернизации транспондеров AIS. Так чтобы сигналы были доступны окружающим, но не были доступны спутниковым системам.

Для обеспечения направленности сигнала используются антенны, размеры которых сравнимы с длиной волны. В случае используемых в АИС частот длина волны несколько меньше двух метров. Для размещения на больших морозильных рыболовных траулерах (БМРТ) и средних рыболовных траулерах-морозильщиках (СРТМ) длина которых более 50 метров препятствий для размещения антенны, размер которой около двух метров и вес не превышает ста килограмм нет. Отметим, что судами данного типа обеспечивается вылов более 90 процентов всей морской добычи водных биологических ресурсов России.

Для рассмотрения вариантов предлагаемых к внедрению антенн приведём оценки для сравнения с излучением диполя Герца, которое хорошо описывает излучение используемых в АИС круговых всенаправленных антенн. Отметим, что в рассматриваемой проблеме нет необходимости добиваться очень высокой направленности. Учитывая волнение в котором движется судно, в нашем случае нет необходимости добиваться расходимости лучше чем 0,2 рад:

 

тогда в «полезные» 15°           попадает 20% излучаемой энергии,
в «паразитные» 75°            попадает 30% излучаемой энергии.

То есть нам необходимо добиться соотношения мощностей попадающих в «полезную» и «паразитную» часть сферы существенно лучше чем 3/2.

Антенна Янга-Уда — волновой канал, имеющая характерные размеры длины волны, заведомо выполняет такое требование. Но такой вариант предусматривает направленное излучение не только по вертикальному углу, но и по горизонтали. Поэтому необходимо использование либо модификаций антенны Янга-Уда, либо их многоэтажную комбинацию.
В рамках второго варианта организации излучения в горизонтальной плоскости, в среде с высоким показателем преломления можно компактно создать хорошо направленный луч (самый лучший гауссов пучок). При выходе в воздух будет дифракция и расходимость резко увеличится. Численным экспериментом было показано, что можно управлять с помощью распределения диэлектрической проницаемости на границе раздела распределением электрического поля в поперечном сечении в волновой зоне.

В обоих рассмотренных вариантах организации горизонтальной направленности излучения устройство будет существенно компактнее в случае использования частот в два или даже в три раза выше, чем 160 МГц. Переход АИС на более высокие частоты позволит также позволит увеличить скорость передачи данных и тем самым обеспечить более надёжную трансляцию информации.

После проработки возможности изменения нормативных требований АИС можно будет разрабатывать предложенные варианты обеспечения информационной безопасности систем мониторинга подвижных объектов, или искать другие возможности построения систем мониторинга.

Таким образом, определены серьёзные проблемы обеспечения информационной безопасности систем мониторинга подвижных объектов. Сформулированы возможности их решения как технические, так и организационные.