Struktura výzkumného záměru

Dle specifikace výzkumného záměru (VZ) jsou na jeho řešení účastny Katedra leteckých elektrotechnických přístrojů (K-206), Katedra komunikačních a informačních systémů (K-209) a Katedra elektrotechniky (K-217) Fakulty vojenských technologií (FVT), Univerzity obrany (UO) v Brně v následujícím personálním obsazení a struktuře:

Dílčí úkoly:

206-1 Analýza metod kanálového a zdrojového kódování digitálně přenášených videosignálů a algoritmizace jejich procesů.

Nositel řešení: Pplk. Doc. Ing. Miloš ANDRLE, CSc.

209-1 Rozvoj, integrace a správa komunikačních a informačních systémů (KIS).

Nositel řešení: Prof. Ing. Ladislav BUŘITA, CSc.

209-2 Bezpečnost komunikačních a informačních systémů.

Nositel řešení: Doc. Ing. Jaroslav DOČKAL, CSc.

209-3 Obvody a systémy analogového a číslicového zpracování signálu.

Nositel řešení: Doc. Ing. Miroslav SISKA, CSc.

217-1 Optimalizace polních zdrojů elektrické energie.

Nositel řešení: Doc. Ing. Vít BRŠLICA, CSc.

217-2 Obvody a algoritmy pro analogové a číslicové zpracování signálů.

Nositel řešení: Prof. Ing. Karel HÁJEK CSc.

217-3 Optoelektronické komunikační a senzorové komponenty a systémy.

Nositel řešení: Prof. Ing. Čestmír VLČEK CSc.

217-4 Distribuované informační měřicí systémy a jejich aplikace.

Nositel řešení: Doc. Ing. Zbyněk RŮŽIČKA, CSc.

Vymezení předmětu výzkumné činnosti realizované ve výzkumném záměru

Předmětem výzkumné činnosti je rozvoj, integrace, správa a bezpečnost komunikačních a informačních systémů (KIS) a operačně-taktických systémů (OTS) v prostředí NATO. V oblasti komunikačních technologií se jedná o problematiku modernizace vojenských mobilních komunikačních systémů, jejich bezpečnosti, průzkumu a rušení.

Budou řešeny nové obvodové principy a algoritmy pro analogové, číslicové a hybridní zpracování signálů v moderních komunikačních, informačních a výkonových systémech. Účinné metody a algoritmy modelování, analýzy, počítačové simulace a optimalizace těchto systémů. Studium polarizačních a spektrálních vlastností speciálních optických vláken za působení vnějších fyzikálních vlivů z hlediska použití v komunikačních a zejména senzorových systémech s diskrétními senzory i v sítích distribuovaných senzorů.

Výzkum spektrálních vlastností zdrojů a detektorů pro aplikace vojenského průzkumu při detekci a analýze vyzařování cíle resp. detekci a analýze ozařování průzkumného nebo jiného prostředku. Studium prostředků optického průzkumu s aktivním ozařováním cíle i pasivních senzorů z hlediska volby optimálních prostředků pro konkrétní aplikace průzkumu. V oblasti automatizovaných měření je problematika distribuovaných měřicích systémů s přenosem informací „dlouhými“ sběrnicemi a jejich výuka. Zlepšování parametrů mobilních zdrojů elektrické energie pro potřeby AČR zejména ve spolehlivosti, přetížitelnosti, kvalitě výstupního napětí a aplikace nových technologií na snížení nároků na obsluhu při zvýšení odolnosti těchto zdrojů.

Analýza kanálového kódování digitálně přenášených videosignálů v závislosti na charakteru přenosového prostředí v podmínkách úmyslného i neúmyslného radioelektronického rušení s ohledem na požadovanou věrohodnost přenesené obrazové informace.

Vymezení cílů výzkumného záměru

Komunikačni a informační systémy:

• Rozbor a ověření technologických nástrojů tvorby DWH a analýzy informací.
• Návrh struktury a vytvoření prototypu DWH z vybraných KIS a OTS systémů.
• Rozbor a ověření metod analýzy informací.
• Tvorba programového vybavení analýzy textu.
• Vytvoření prototypu DWH pro podporu rozhodování managementu resortu ministerstva obrany a AČR..
• Analýza bezpečnostních slabin SW vybavení AČR, vytvoření metodiky penetračního testování, zpracování dílčích scénářů informačních válek.
• Vybudování pracoviště testování nástrojů vývoje, správy, bezpečnosti KIS a OTS.
• Srovnávací testy nástrojů vývoje, správy, bezpečnosti KIS a OTS.
• Modernizace polního komunikačního systému na bázi úplné digitalizace a automatického poskytování služeb, zvýšení bezpečnosti komunikačních a informačních systémů, s užším zaměřením na vývoj metod posuzování parametrů kryptografických zařízení, metod bezpečného přenosu dat a metod zvýšení bezpečnosti vzhledem k parazitnímu vyzařování.
• Rozpracování metod průzkumu a rušení nových komunikačních rádiových prostředků, se zaměřením na průzkum a rušení systémů s rozprostřeným spektrem, číslicové metody zpracování signálů v rádiovém průzkumu, automatizaci rozpoznávání signálů a vývoj optoelektronických systémů pro vojenské komunikační a senzorové aplikace se zaměřením na optoelektronickou analýzu signálů.

Elektronika a elektrotechnika:

• Systematický vývoj a optimalizace metod a způsobů analogového předzpracování signálu a souvisejících metod číslicového zpracování se zaměřením na zvyšování dynamického rozsahu a citlivosti systémů. Takto získané poznatky budou aplikovány na konkrétní praktické problémy a úlohy:

1. 1. 1. Postupy a zapojení pro minimalizace šumu předzesilovačů – především pro zdroje signálu s velkým výstupním odporem a univerzální předzesilovače. S ohledem na použití pro zdroje signálů s velkým vnitřním odporem budou hledány i cesty minimalizace vstupních kapacit zesilovačů a minimalizace šumu pro případy zdrojů signálu s kapacitním charakterem vnitřní impedance.
      2. Optimalizace použití analogové kmitočtové filtrace v systému analogového předzpracování a zvyšování dynamického rozsahu aplikovaných kmitočtových filtrů.
      3. Zdokonalování systémů analogového předzpracování s pomocnou modulací a můstkovými snímači. Zde se zaměřit mimo minimalizace vlivu zdrojů šumu a využití nízkošumových zesilovačů na systémy s kódovými modulacemi. Aplikovat poznatky na zvýšení citlivosti triangulačních laserových snímačů a na systémy s můstkovými snímači signálu.
      4. Zvyšování dynamického rozsahu převodu AD a následného číslicového zpracování v návaznosti na analogové předzpracování.
      5. Vývoj software pro zabezpečení speciálních analyzačních a optimalizačních úloh. Zaměřit se na symbolické a semisymbolické algoritmy počítačové analýzy selektivních bloků s cílem získání vzorců sledovaných vlastností. Umísťování těchto vzorců do optimalizačních smyček. Pro bloky vyšších řádů vyvinout kombinované metody a metody účinné semisymbolické a numerické analýzy. Vývoj původních algoritmů pro optimalizaci skupinového zpoždění analogových kmitočtových filtrů.

• Rozvinout teoretické a experimentální metody popisu vlivu působení vnějších podmínek na optická vlákna s důrazem na speciální vlákna pro senzorové systémy.
• Vypracovat metody spektrálních měření pro posuzování vhodnosti detekčních prvků pro aplikace v senzorových systémech průzkumu.
• Dobudovat pracoviště pro spektrální měření optických zdrojů s výstupem na PC.
• Studiem aktivních a pasivních zobrazovacích systémů vytvořit předpoklady pro posuzování jejich vhodnosti v senzorových systémech průzkumu.
• Návrh optovláknových spojovacích prostředků pro přenos radiolokačního signálu v rámci pasivních sledovacích systémů.
• Cílem VZ je začlenění problematiky distribuovaných měření do studijního předmětu Automatizované systémy měření, včetně vybudování laboratorních pracovišť a vytvoření instruktivních laboratorních úloh.
• Zvýšení odolnosti, hospodárnosti a dalších vybraných parametrů mobilních zdrojů elektrické energie pro polní podmínky.

Letecké elektrotechnické přístroje:

• Stanovení optimálních metod zdrojového a kanálového kódování pro přenos videosignálu v pohyblivé letecké službě.
• Koncepce a funkční vzor komunikačního sytému pro přenos videosignálu v pohyblivé letecké službě.

Časový harmonogram řešení výzkumného záměru

2004:

Zjištění požadavků na obsah DWH (vzorový příklad). Rozbor nástrojů tvorby DWH a analýzy dat, tvorba vzorku DWH z individuálních BD. Analýza textové informace. Testování výkonnosti DWH a uživatelských funkcí nástrojů analýzy dat. Analýza textové informace.

Analýza postupu při vytváření virtuálních privátních sítí v MPLS sítích. Zpracování metodiky detekce průniků v novém prostření síťového protokolu IPv6. Zabezpečení videokonferencí pomocí atributových certifikátů.

V této etapě půjde především o teoretické zpracování výše uvedených témat. Návrh struktury optoelektronického analyzátoru, stanovení parametrů, realizační možnosti. Návrh metodiky posuzování vlastností kryptografických prostředků. Zhodnocení současného stavu polního komunikačního systému, stanovení směrů modernizace. Číslicové demodulátory datových signálů – návrh metod paralelního zpracování. Návrh metod rozpoznávání signálů na bázi neuronových sítí.

Vývoj nízkošumového předzesilovače pro zdroje signálu s velkým výstupním odporem pro nízké i vysoké kmitočty pro pásmo do 10 MHz. Aplikace pro laserové triangulační snímače.

Návrh digitálně řízených kmitočtových filtrů vhodných pro uvažované řetězce analogového předzpracování signálů, speciálně pak řízených filtrů s nulovým driftem a ofsetem.

Zaměřit se na minimalizaci vlivu zdrojů šumu a využití nízkošumových zesilovačů na systémů s kódovými modulacemi. Aplikovat poznatky na zvýšení citlivosti triangulačních laserových snímačů.

Řešení problematiky polarizačních vlastností optických vláken z hlediska působení vnějších vlivů pro aplikace v senzorech a komunikacích a rozpracování metod měření spektrálních vlastností aktivních optických vláken, optických zdrojů a detektorů z hlediska jejich využití v senzorových systémech.

Studium a sledování vývojových trendů v uplatnění sběrnic pro distribuovaná měření. Zhodnocení současného stavu a odhad směrů příští modernizace.

Výběr druhu sběrnice a základních měřicích elementů reprezentujících danou problematiku a současně vhodných pro výuku.

Pořízení vybrané sestavy a praktické ověřování jejích vlastností, možností využití pro výuku.

Zaměření především na řešení přetížitelnosti zdroje, jeho vyšší teplotní odolnost a zjednodušení řízení měničů. Výběr vhodného zásobníku energie pro krytí výkonových špiček a jeho optimální dimenzování.

2005:

Tvorba prototypu DWH pro komplexní podporu rozhodování, ověření a presentaci výsledků.

Analýzy obrazové informace. Slovník pojmů DWH a získávaní informací z dat. Zpracování metodiky penetračního testování operačních systémů a směrovačů. Cvičné útoky typu DDoS na poskytování kvality síťové služby se zaměřením na videokonferenční systémy.

Návrh optoelektronického analyzátoru, nákup komponet. Algoritmizace metod hodnocení kryptografických algoritmů, volba vhodného programového prostředí. Návrh koncepce modernizace polního komunikačního systému. Implementace číslicových demodulátorů, ověření činnosti. Realizace metod rozpoznávání modulací ve vhodném programovém prostředí.

Analýza možností klasických AD převodníků a ?? převodníků z hlediska zvýšení dynamického rozsahu a minimalizace nelinearity převodní charakteristiky a možnosti kmitočtového rozsahu.

Rozbor stávajících metod vhodných k počítačem podporované symbolické analýze z hlediska aproximační analýzy: modifikované metody uzlových napětí (MMUN), branového tabla a uzlového tabla. Vývoj metody, která povede na úsporný maticový popis a přitom bude poskytovat potřebný prostor pro zjednodušování symbolických výrazů.

Dokončení pracoviště pro spektrální měření.

Případné korekce, upřesnění, doplnění prvotního výběru měřicích elementů. Výběr a nákup komponent pro přechod sběrnic na bezdrátovou komunikaci. Studium a praktické ověřování vlastností subsystému pro bezdrátovou komunikaci z hlediska možností pro výuku.

Návrh metodiky výuky, začlenění do rámce předmětu ASM, vyřešení vazeb na jiná témata předmětu. Návrh laboratorních úloh.

Vylepšení parametrů generátorů, případně náhrada jiným typem. Výzkum v oblasti rušení (EMC) a odolnosti proti vnějším rušícím signálům, které by mohly vyřadit EC z činnosti.

2006:

Uživatelské přizpůsobení vybraného SW podle požadavků KIS a OTS. Zpracování dílčích scénářů informačních válek.

Ověřování základních bloků optoelektronického analyzátoru. Testování souboru metod pro hodnocení kryptografických zařízení. Stanovení parametrů jednotlivých prvků polního komunikačního systému. Realizace číslicových demodulátorů. Testování metod rozpoznávání signálů. Budování měřícího pracoviště pro měření vlastností rádiových prostředků a jejich odolnosti proti rušení.

Vývoj nízkošumového předzesilovače pro zdroje signálu s kapacitním charakterem výstupní impedance pro nízké i vysoké kmitočty pro pásmo do 10 MHz. Aplikace pro snímače akustické a elektromagnetické emise a pro systémy nelineární akustické spektroskopie.

Minimalizace šumu, ofsetu a driftu kmitočtových filtrů ARC s ohledem na optimální volbu typů OZ.

Zpracování metodiky výběru optických komponentů a systémů pro senzorové aplikace v průzkumných prostředcích.

Vybudování laboratorního pracoviště I. Nákup vybavení. Ověření a dopracování navržených laboratorních úloh.

Zavádění samočinného řízení EC s vysokou vlastní inteligencí, bez nároků na obsluhu a s automatickými přechody do klidu a zpět do běhu hnacího motoru, podle zátěže.

2007:

Vybudování komplexního pracoviště testování SW nástrojů KIS a OTS.

Realizace optoelektronického analyzátoru. Možnosti ochrany informace vůči parazitnímu vyzařování. Ideový návrh moderního komunikačního polního systému. Možnosti implementace číslicového zpracování signálu do pomocných bloku průzkumných a komunikačních zařízení. Testování metod rozpoznávání signálu.

Návrh optimalizovaných LC filtrů s cílem dosažení extrémního dynamického rozsahu (více než 150 dB).

Návrhy kmitočtových filtrů pro systémy měření nelinearity AD převodníků s velkým dynamickým rozsahem.

Vývoj a odladění klíčových částí optimalizačního algoritmu pro skupinové zpoždění, testování systému na konkrétních analogových filtrech, stanovení mezí použitelnosti.

Výběr optických komponentů a systémů pro senzorové aplikace v průzkumných prostředcích.

Vybudování laboratorního pracoviště I. Praktické ověřování výukou.

Zabudování kogenerace k využívání odpadního tepla spalovacího motoru.

2008:

Analýza a testování SW nástrojů KIS a OTS.

Realizace optoelektronického analyzátoru. Metody ochrany informace vůči parazitnímu vyzařování. Návrh prvku komunikačního systému. Vývoj pomocných bloků na bázi číslicového zpracování. Zavedení rozpoznávání signálů do praxe.

Aplikovat dosažené poznatky na systémy s můstkovými snímači signálu.

Korekce frekvenčních vlastností analogové části upravené s ohledem na maximální možnou citlivost pomocí digitálních filtrů. Využití číslicových metod zvýraznění řečových signálů v oblasti měření slabých signálů analogových signálů.

Tvorba algoritmů symbolické a semisymbolické analýzy. Algoritmické hledání vzorců obvodových funkcí a nulových bodů a polů rozsáhlejších aktivních filtrů.

Ověření optických komponentů a systémů pro senzorové aplikace v průzkumných prostředcích.

Vybudování laboratorních pracovišť II a III, nákup vybavení.