Blog

Niečo o vývoji softvéru aparatúry v meracom vozidle MV40

 

   Požiadavkou bolo vyvinúť softvérovú aplikáciu na meranie útlmu a elektromagnetického vyžarovania v mobilnej aparatúre na zónové merania. Názov celej aparatúry aj s vozidlom bol  stanovený ako „MV40“. Bolo zakúpené vozidlo Mercedes Benz, v ktorom bola vykonaná zástavba pre umiestnenie meracích prístrojov a meracích antén. A to pre vysielaciu aj prijímaciu stranu. Meracie prístroje boli zakúpené od spoločností R&S a Bonn Elektronik.

Antény boli dodané tiež spoločnosťou R&S a ďalšími dodávateľmi. Ja som sa osobne a úplne samostatne zúčastnil ako na vývoji softvérových aplikácii do riadiacich notebookov pre obidve strany, tak aj na testovacích meraniach v teréne a na zaškolení obslúh meracieho pracoviska vo vozidle a meranom priestore. Tak isto som sa zúčastnil aktívne na odovzdávaní hotového projektu MV40. Veľa hodín som strávil na meraniach v objekte Bezpečnostného úradu Ministerstva obrany v Novom Meste nad Váhom. Niekedy som meral aj 8 hodín v kuse. Raz pri školení obsluhy už po asi troch hodinách merania vo vozidle, školeného, tuším nadpráporčík bol ten pán, hoci sa premáhal a snažil sa pochopiť čo mu vysvetľujem, brala únava a skoro mi tam zaspával. Najvyšší čas bol urobiť si prestávku v tom vysvetľovaní a sledovaní, hoci plne automatickej prevádzky prístrojov, ale aj trocha interaktivity sa vyžadovalo napríklad pri vytváraní metodiky merania a prepínaní funkcií obsluhou.

 

Ako prebiehal vývoj automatizácie celého toho projektu a čo sa dosiahlo

 

   Najprv som prebral súpravu meracích prístrojov, ktorú mi doviezli z firmy Magic Trading Corporation, a.s. Dnes už historicky známej zbrojárskej firmy. Boli to prístroje v hodnote cca 8 miliónov slovenských korún. Na tú dobu to bolo veľa, mať toľko toho na krku. Všetko bolo nakúpené v spomenutej spoločnosti v Mníchove.

 

1. FSP40 - spektrálny analyzátor rozsahom 10Mhz až 40 GHz Rohde&Schwarz, cena nového prístroja: 41 500 Eur

2. ESIB40 - merací prijímač rozsahom 10Mhz až 40 GHz Rohde&Schwarz, cena nového prístroja: 149 500 Eur

3. SMR40 - VF generátor do 40 GHz Rohde&Schwarz, cena nového prístroja: 60 000 Eur

4. Výkonový VF zosilňovač výkonu BLWA 0140-5/0.5/0.1D BONN Elektronik, cena nového prístroja: cca 10 000 Eur

5. Merač výkonu VF signálu NRVD 857.8008.02 Rohde&Schwarz, cena nového prístroja: 5 540 Eur

 

Cena dohromady: 7 996 200 SK, 266 540 Eur a to len základných prístrojov.

 

   Dnes to stojí približne toľko. Potom nasledovala štúdijná etapa a zvládnutie manuálnej obsluhy meracej techniky. Ďalej nasledoval nákup GPIB modulov do notebookov vo forme PCMCIA kariet. Nebolo možné zohnať moduly GPIB+, ktoré umožňovali navyše debugovací režim. Takže som sa musel uskomniť aj s klasickými GPIB. Tie slúžia ako interface pre komunikáciu s perifériami, v našom prípade so spomínanými meracím prístrojmi.

 

   Na vývoj softvéru v jazyku C++ som použil Visual Studio 6.0, v tej dobe bolo aktuálne. Vývoj softvéru bol realizovaný pre operačný systém Windows XP, v tej dobe používaný ako najmodernejší. Základnú verziu ovládania prístrojov pre automatizované merania som vyvinul v extrémne krátkej dobe. Softvérové vybavenie bolo dolaďované a vylepšované ešte ďalej aj počas testovacej prevádzky. Trvalo to cca asi 2 mesiace po prvú beta verziu. Potom sa to ešte zdokonaľovalo a prispôsobovalo požiadavkám zákazníkov z armády. Softvérové vybavenie dostalo názov "Chameleón".

 

   Pri vývoji softvéru bolo potredné zvládnuť aj matematiku, konkrétne prácu s logaritmickými finkciami a decibelmi. Merania prebiehajú v dBm (decibely nad miliwattom), čo je vysokofrekvenčný výkon. Potom bolo nevyhnutnou potrebou zvládnutie programovacieho jazyka pre komunikáciu s meracími prístrojmi. To pre riadiace príkazy a aj pre zadávanie vstupných dát a načítavanie výstupných dát z prístrojov. Ďalej som musel vyvvinúť meraciu databázu, šifrovanú, pretože sa v nej mohli nachádzať aj citlivé a utajované informácie, napríklad názvy meraných lokalít a ich výsledky.

 

  Stručný popis vlastností softvérového systému Chameleon Spectrum

 

* programové vybavenie systému Chamelen Spectrum je určené pre všetky operačné systémy typu NT (New Technology), ako Windows NT, Windows2000 a Windows XP,

* zabezpečuje riadenie zostáv meracích prístrojov na strane vysielacej aj prijímacej,

* na strane vysielacej riadi generátor signálu SMR40 , výkonový zosilňovač BLWA 0140 5/0.5/0.1D, prípadne merač vyžiareného výkonu NRVD,

* na strane prijímacej riadi spektrálny analyzátor FSP40 a merací prijímač ESIB40,

* meranie je za chodu softvéru voliteľné buď na FSP40 analyzátore alebo na meracom prijímači ESIB40 v analyzátorovom režime, ktorý je prepínaný automaticky,

* na ESIB je umožnené merať aj so zvýšenou citlivosťou zapnutím predzosilňovača,

* pri inštalácii sa softvérové vybavenie javí ako jedna aplikácia, ktorá sa však po zdetekovaní príslušnej zostavy prístrojov prispôsobí na jej riadenie,

* softvér vybavenia umožňuje komunikáciu cez rádiomodemy v plne duplexnej prevádzke,

* dezdrôtové spojenie umožňuje merať aj na miestach, kde nie je možné ťahať kábel alebo optokábel,

* v inom prípade je pre komunikáciu riadenia možné použiť buď kábel nulového modemu na RS232 portoch alebo s pomocou optoprevodníkov na týchto portoch použiť optokábel,

* obive zostavy sú riadené pomocou notebookov HP, v ktorých je popisovaný softvér nainštalovaný,

* počítač na strane analyzátoraa tvorí riadiace centrum a počítač na strane generátora tvorí poslucháča - listenera,

* obsluha sedí v riadiacom centre v meracom vozidle a zostava generátora je bezobslužne riadená z riadiaceho centra,

* v prípade potreby, napríklad pri príprave merania, keď  je aj na strane generátora (listenera) prítomná poverená osoba, je možné uskutočniť textovú komunikáciu medzi riadiacim centrom a listenerom prostredníctvom posielania SMS správ cez Send Message System rozhranie zabudované v softvéri, Chameleon Spectrum v2.4, používateľský manuál pre riadiaci program merania vyžarovania a útlmu Dokumentácia softvérového vybavenia Chameleon Spectrum meracieho vozidla MV 40,

* komunikácia je voliteľne šifrovaná, konkrétne SMS textové správy a to buď default kľúčom, alebo kľúčom zavedeným z proximity čipových kariet iClass,

* na strane riadiaceho centra sa štartuje šifrovaná meracia databáza, použitá pre uloženie meracej metodiky a výsledkov meraní, kde šifrovanie chráni namerané hodnoty pred zmanipulovaním,

* na šifrovanie je použitý algoritmus SEA-64A,

* prístup do meracej databázy je volieľne chránený použitím autentizačných prvkov,

* autentizačným prvkom je iClass proximity (bezdotyková) karta so šifrovacími kľúčami pre šifrovanie komunikácie aj údajov v meracej databáze,

* export údajov z databázy je vykonávaný v textovej forme s možnosťou exportovania do Excelu a tiež v textovo údajovej forme s R&S kompatibilitou pre zobrazenie a tlač grafov,

* pre ďalšiu ochranu vyexportovaných súborov je nainštalovaný v riadiacom centre chránený diskový systém HDprot,

* meracia databáza umožňuje vytváranie viacerých meracích pracovných priestorov (workspaces), v ktorých je možné vytvárať jednotlivé projekty meraní,

* bežným kopírovaním je možné buď projekty meraní alebo celé pracovné priestory zálohovať na iné médiá, napríklad CD,

* zálohované projekty je možné prepínať za behu softvéru napríklad prepínaním pracovného priestoru,

* inštalácia vlastného systému Chameleón Spectrum je vykonaná nakopírovaním súborov do adresára „CHAMEL“ na hlavnom disku, ale predpokladá nainštalovanie softvéru pre GPIB riadiace moduly od National Instruments a štandardu VISA a ich správnu konfiguráciu,

* po spustení systému sa automaticky otestuje modemová prevádzka,

* modemová komunikácia používa komunikačný protokol MPX v 2.2. Hlavný šifrovací kľúč bezpečnostného systému je 256-bitový. Je použitý buď default kľúč alebo jeden zo 7-mich kľúčov z iClass karty. Prístupové heslá pre autentizáciu používateľa s čipovou kartou iClass majú maximálnu dĺžku 8 znakov. Heslá sú nastavované v CBA. Taktiež je zahrnutá podpora čítačky/zapisovačky bezpečnostných čipových kariet XICOR, pripojiteľnej na paralelný port (voliteľne aj sériový port).

 

Pár zaujímavostí z vývoja tohto meracieho systému

 

   Celý projekt bol spoločnosťou Magic Trading Corporation predaný armáde za 50 miliónov slovenských korún. Zákazníci dali celému projektu krycí kódový názov „Magyrus“. Preberanie armádou, na ktorom som sa zúčastňoval, prebiehalo asi v troch fázach. V prvej fáze bolo odhalené fyzické mechanické nedostatky vykonanej zástavby. Muselo sa to doriešiť. Komisia tam bola zmiešaná, boli tam aj vojenskí spravodajcovia. V druhej fáze prebiehali ukážkové merania. V tretej fáze sa preberanie uzavrelo a ukončilo úspešne. Za vývoj softvéru bolo firmou Magic zaplatené 800 000 Sk.

 

   Celý systém bol neskôr delimitovaný na NBÚ SR. Pravdepodobne pôvodný systém, podobný tomuto a ktorý mal byť vyvíjaný na STU Bratislava, nevyhovoval alebo nebol taký dokonalý.

 

A ešte jedna kontrolná otázka od Troníka:

 

Víte, kolik decibelů je 17,6dBm + 17,6dBm?

Určitě ne 35,2 dBm.

 

To nevedel ani kolega, matematik RNDr., kým si to nevygooglil. Ja to viem úplne presne, že je to 20,510300dBm.

 

Takto sa to robí v Chameleone

 

double lgs;                 // výsledok sčítania

double lgo;                // výsledok odčítania

double dBA = 17.6;   // [dBm]

double dBB = 17.6;   // [dBm]

 

lgs = 10*log10(pow(10, (dBA/10)) + pow(10, (dBB/10)));  // sčítanie dBm

 

printf("\n Sčítanie: 17,6 dBm + 17,6 dBm = %f dBm", lgs);

 

   Ďalšou zaujímavosťou je, že som sa dostal počas vývoja aj k záležitostiam, o ktorých sa bežne nevie a nevedia to ani tí, ktorí s týmito alebo podobnými prístrojmi pracujú. Podľa najnovších manuálov dodaných s prístrojmi, mi nefungovali niektoré príkazy a funkcie. Tak sme museli osloviť spoločnosť R&S, ktorá nám po vysvetlení problémov s ovládaním prístrojov dodala aktualizačné balíky softvéru. A tak som sa dozvedel, že merací prijímač ESIB40 je riadený úplne “zastaralým” operačným systémom Windovs NT 4.0 a napríklad spektrálny analyzátor FSP40 je riadený operačným systémom Windows XP, čo pretrváva aj dodnes. Tu neplatí to čo nám tlačia do hláv, že je potrebné mať najnovší a najnovšie aktualizovaný operačný systém. Toto sú uzavreté hardvérové systémy, kde nehrozia hekerské útoky prípadne iné kyberhrozby. Dokonca aj ja som v hardvérovom riešení linkových šifrátorov IPcrypt použil na riadenie na hlavnej doske priemyselného počítača NOVA 8522 G2 tzv. Windows XP embedded, čo sú Windows oklieštené o nepotrebné moduly aplikácii, knižníc a ovládačov. Zostáva tak v OS len to nevyhnutne potrebné. Napríklad aj Slovenská sporiteľňa používa v bankomatoch špeciálne upravenú verziu Windows 10 a nie najmodernejší OS Windows 11. No a nakoniec som preskúšal aj AI. No nespočítala to úplne presne. Len aproximatívne.

 

 

O použitej matematike je stručne pojednané v manuáli pre obsluhu a úplne v dokumentácii určenej na certifikáciu celého systému.

 

Takže to všetko o MV40 bolo napísané len stručne a vecne. Ale že je VF technika duchárina, to je pravda. A hlavne tá s frekvenciami nad 10 GHz. A duchárina je aj ten AI výpočet.