radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2023-26-2-52-64radioelectronics-736Research ArticleРАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯRADAR AND NAVIGATIONМетодология разработки программного обеспечения управления и сбора данных для систем автономного мониторинга с большим объемом генерируемой информации на примере программного комплекса управления гидрологическим радиолокаторомSoftware Methodology for Data Control and Collection for Autonomous Monitoring Systems with a Large Amount of Generated Information on the Example of Software for a Hydrological Radiolocation Systemhttps://orcid.org/0000-0002-6637-5994СердюковИ. С.SerdiukovI. S.

Сердюков Иван Сергеевич – инженер по специальности "Радиоэлектронные системы и комплексы" (2020), аспирант кафедры радиотехнических систем. Автор двух научных публикаций. Сфера научных интересов – радиолокация; информационно-измерительные системы.

197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Ivan S. Serdiukov, Engineer in "Radioelectronic systems and complexes" (2020), Postgraduate student of the Department of Radio Engineering Systems. The author of 2 scientific publications. Area of expertise: radiolocation; information and measurement systems.

197022, St Petersburg, Professor Popov St., 5 F

i.s.serdiukov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8167-6616ВеремьевВ. И.VeremyevV. I.

Веремьев Владимир Иванович – кандидат технических наук (2000), профессор кафедры радиотехнических систем, директор НИИ "Прогноз". Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – комплексный экологический мониторинг; комплексные вопросы построения радиолокационных систем; многодиапазонные многопозиционные радиолокационные комплексы для мониторинга воздушного пространства и морской поверхности.

197022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5

Vladimir I. Veremyev, Cand. Sci. (2000), Professor of the Department of Radio Engineering Systems, Director of the Research Institute "Prognoz". The author of more than 100 scientific publications. Area of expertise: integrated environmental monitoring; complex issues of building radar systems; multi-band multi-position radar systems for airspace and sea surface monitoring.

197022, St Petersburg, Professor Popov St., 5 F

vervladiv@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5652-6111НгуенВан ТуанNguyenVan Tuan

Нгуен Ван Туан – специалист по направлению "Радиоэлектронные системы и комплексы" (2021), аспирант. Автор двух научных публикаций. Сфера научных интересов – радиолокация; полуактивная радиолокация.

Ханой, район Бак Ты Лием, ул. Хоанг Куок Вьет, 236

Nguyen Van Tuan, Specialist in "Radioelectronic systems and complexes" (2021), Postgraduate student. The author of 2 scientific publications. Area of expertise: radiolocation; semi-active radar.

Ha Noi, Bac Tu Liem, Hoang Quoc Viet St., 236

hinhthien08@gmail.comСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical UniversityRussian FederationВьетнамский государственный технический университет им. Ле Куй ДонаВьетнамLe Quy Don Technical UniversityViet Nam2023020520232625264Copyright © Сердюков И.С., Веремьев В.И., Нгуен В., 20232023Сердюков И.С., Веремьев В.И., Нгуен В.Serdiukov I.S., Veremyev V.I., Nguyen V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/736

Введение. В настоящее время развитие систем мониторинга и сбора данных ведет к тому, что поток генерируемой информации непрерывно растет. Повышение частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя, увеличение быстродействия систем первичной обработки, приема и передачи информации и другие факторы приводят к тому, что система функционирует, приближаясь к пределу пропускной способности интерфейсов передачи данных. В некоторых приложениях такой поток является избыточным и может быть оптимизирован за счет применения различных алгоритмов первичной обработки информации. Однако в ряде приложений сокращение потока данных является невозможным, так как обработка информации происходит значительно позже ее получения. Поэтому является актуальной разработка методологии программного обеспечения (ПО) управления и сбора данных в системе автоматического мониторинга морской поверхности гидрологическим радиолокатором.Цель работы. Синтез методологии и разработка ПО управления информационной системой радиолокационного мониторинга морской поверхности.Материалы и методы. Системный подход, архитектурное и алгоритмическое проектирование ПО, методы управления качеством ПО, системный анализ, фреймворк Qt, язык программирования C++.Результаты. Получена рабочая методология проектирования ПО управления информационно-измерительными системами с большим объемом генерируемой информации. Эффективность методологии и качество разработанного ПО подтверждены контрольными испытаниями. Стабильность и надежность системы протестирована долгосрочными автономными испытаниями в течение 3 месяцев. Фактические информационные потери в системе составили менее 0.002 %, что не превысило критический уровень в 0.5 %, определенный в техническом задании.Заключение. Разработанная методология позволяет эффективно решать задачи проектирования ПО управления информационно-измерительными системами с большим объемом генерируемой информации. Используемые подходы построения многопоточной архитектуры ПО с асинхронным управлением потоками данных показывают высокую эффективность при решении поставленной задачи.

Introduction. The current data monitoring and collection systems produce a growing amount of generated information. Such factors, as the increasing sampling rate of ADCs and the increasing speed of systems for primary processing, receiving, and transmitting information, etc., make the systems operate almost at the bandwidth limit of data transmission interfaces. In some applications, such a flow is redundant and can be optimized through the use of various algorithms for the primary processing of information. However, in some applications, reducing the data flow is impossible, since the received information is processed with a delay. Therefore, the development of a software methodology for controlling and collecting data in the system of automatic monitoring of the sea surface by a hydrological radiolocation system seems a relevant research task.Aim. To synthesize a methodology and to develop software for controlling the information system of radar monitoring of the sea surface.Materials and methods. System approach, software architectural and algorithmic design, software quality management methods, system analysis, Qt framework, C++ programming language.Results. A working methodology for designing software for controlling information and measurement technologies with a large amount of generated data was obtained. The effectiveness of the methodology and software quality were confirmed by control tests. A 3-month autonomous testing of the stability and reliability of the system was carried out. Detection of data loss in the system comprised less than 0.002 %, thus not exceeding the specified critical level of 0.5 %.Conclusion. The developed methodology can be used in designing software for controlling information and measuring systems generating a large amount of data. The approaches used to build a multithread software architecture with asynchronous data flow control has shown their high efficiency.

информационно-измерительные системырадиолокацияпрограммное обеспечение контроля и управленияinformation and measuring systemsradarsoftwarecomplex system controlИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10375.The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation No. 21-79-10375.ReferencesDetermination of the near surface current field from Doppler shift of the coherent radar backscatter under grazing incidence / H. Hatten, J. Seemann, C. M. Senet, A. Bezuglov, V. Veremjev, F. Ziemer // IGARSS 2000. IEEE 2000 Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. Taking the Pulse of the Planet: The Role of Remote Sensing in Managing the Environment. Honolulu, USA, 24–28 July 2000. IEEE, 2000. Vol. 2. P. 899–901. doi:10.1109/IGARSS.2000.861738Hatten H., Seemann J., Senet C. M., Bezuglov A., Veremjev V., Ziemer F. Determination of the Near Surface Current Field from Doppler Shift of the Coherent Radar Backscatter under Grazing Incidence. IGARSS 2000. IEEE 2000 Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. Taking the Pulse of the Planet: The Role of Remote Sensing in Managing the Environment. Honolulu, USA, 24–28 July 2000. IEEE, 2000, vol. 2, pp. 899–901. doi:10.1109/IGARSS.2000.861738Carrasco R., Streber M., Horstmann J. A simple method for retrieving significant wave height from Dopplerized X-band radar // Ocean Sci. 2017. Vol 13. P. 95–103.Carrasco R., Streber M., Horstmann J. A Simple Method for Retrieving Significant Wave Height from Dopplerized X-Band Radar. Ocean Sci. 2017, vol. 13, pp. 95–103.Sea-surface current measurements with an X band radar / N. Braun, A. Bezuglov, G. Schymura, F. Ziemer // Proc. of the 2003 IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. Toulouse, France, 21–25 July 2003. IEEE, 2003. Vol. 2. P. 963–965. doi:10.1109/IGARSS.2003.1293978Braun N., Bezuglov A., Schymura G., Ziemer F. Sea-Surface Current Measurements with an X Band Radar. Proc. of the 2003 IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. Toulouse, France, 21–25 July 2003. IEEE, 2003, vol. 2, pp. 963–965. doi:10.1109/IGARSS.2003.1293978Sea-Surface Current Features Observed by Doppler Radar / N. Braun, F. Ziemer, A. Bezuglov, M. Cysewski, G. Schymura // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2008. Vol. 46, № 4. P. 1125–1133. doi:10.1109/TGRS.2007.910221Braun N., Ziemer F., Bezuglov A., Cysewski M., Schymura G. Sea-Surface Current Features Observed by Doppler Radar. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2008, vol. 46, no. 4, pp. 1125–1133. doi:10.1109/TGRS.2007.910221Орандаренко Е. Д. Радиолокационные методы измерения гидрографических параметров моря // Материалы Междунар. конф. "Системы радиолокационного мониторинга/ Radar Monitoring Systems2017" (RMS'2017). Ханой, Вьетнам, 21–23 нояб. 2017. С. 42–56.Orandarenko E. D. Radar Methods for Measuring the Hydrographic Parameters of the Sea. Intern. Conf. "Radar Monitoring Systems-2017 (RMS'2017)". Hanoi, Vietnam, 21–23 November 2017, pp. 42–56.System for adjustment of angle coordinates for sea surface surveillance radar / E. Vorobev, A. Bezuglov, V. Veremyev, V. Kutuzov // 2017 Signal Processing Symp. (SPSympo). Jachranka, Poland, 12–14 Sept. 2017. IEEE, 2017. P. 1–5. doi:10.1109/SPS.2017.8053652Vorobev E., Bezuglov A., Veremyev V., Kutuzov V. System for Adjustment of Angle Coordinates for Sea Surface Surveillance Radar. 2017 Signal Processing Symp. (SPSympo). Jachranka, Poland, 12–14 September 2017. IEEE, 2017, pp. 1–5. doi:10.1109/SPS.2017.8053652Orandarenko E. D., Veremyev V. I. Radar methods of measurement bathymetry // 2018 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow and St Petersburg, Russia, 29 Jan. 2018 – 01 Feb. 2018. IEEE, 2018. P. 1129–1131. doi:10.1109/EIConRus.2018.8317289Orandarenko E. D., Veremyev V. I. Radar Methods of Measurement Bathymetry. 2018 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow and St Petersburg, Russia, 29 January 2018 – 01 February 2018. IEEE, 2018, pp. 1129–1131. doi:10.1109/EIConRus.2018.8317289Mikhailov V. N., Khachaturian A. B. Estimation of sea-wind parameters using a Doppler navigation system // 2018 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow and St Petersburg, Russia, 29 Jan. 2018 – 01 Feb. 2018. IEEE, 2018. P. 83–85. doi:10.1109/EIConRus.2018.8317035Mikhailov V. N., Khachaturian A. B. Estimation of Sea-Wind Parameters Using a Doppler Navigation System. 2018 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow and St Petersburg, Russia, January 2018 – 01 February 2018. IEEE, 2018, pp. 83–85. doi:10.1109/EIConRus.2018.8317035Kulikova D. Yu., Gorbunov I. G. Analysis of the Sea Surface Parameters by Doppler X-Band Radar in the Coastal Zone of the Black Sea // 2019 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St Petersburg, Russia, 28–31 Jan. 2019. IEEE, 2019. Р. 1179–1182. doi:10.1109/EIConRus.2019.8657257Kulikova D. Yu., Gorbunov I. G. Analysis of the Sea Surface Parameters by Doppler X-Band Radar in the Coastal Zone of the Black Sea. 2019 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St Petersburg, Russia, 28–31 January 2019. IEEE, 2019, pp. 1179–1182. doi:10.1109/EIConRus.2019.865725712207-2017 - ISO/IEC/IEEE Intern. Standard - Systems and software engineering – Software life cycle processes. 15 Nov. 2017. doi:10.1109/IEEESTD.2017.810077112207-2017 - ISO/IEC/IEEE Intern. Standard - Systems and Software Engineering – Software Life Cycle Processes. 15 November 2017. doi:10.1109/IEEESTD.2017.8100771Research on Software Quality Assurance Based on Software Quality Standards and Technology Management / P. Shen, X. Ding, W. Ren, C. Yang // 2018 19th IEEE/ACIS Intern. Conf. on Software Engineering, Artificial Intelligence, Net-working and Parallel/Distributed Computing (SNPD). Busan, Korea (South), 27–29 June 2018. IEEE, 2018. P. 385–390. doi:10.1109/snpd.2018.8441142Shen P., Ding X., Ren W., Yang C. Research on Software Quality Assurance Based on Software Quality Standards and Technology Management. 2018 19th IEEE/ACIS Intern. Conf. on Software Engineering, Artificial Intelligence, Networking and Parallel/Distributed Computing (SNPD). Busan, Korea (South), 27–29 June 2018. IEEE, 2018, pp. 385–390. doi:10.1109/snpd.2018.844114290003-2018 - ISO/IEC/IEEE Intern. Standard - Software engineering – Guidelines for the application of ISO 9001:2015 to computer software. 30 Nov. 2018. doi:10.1109/IEEESTD.2018.855996190003-2018 - ISO/IEC/IEEE Intern. Standard - Software Engineering – Guidelines for the Application of ISO 9001:2015 to Computer Software. 30 November 2018. doi:10.1109/IEEESTD.2018.8559961Akkary H., Ramly S., Serhan K. Synchronization-Free Multithreading Architecture and Application Programming Interface // 17th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conf. Beirut, Lebanon, 13–16 Apr. 2014. IEEE, 2014. P. 472–478. doi:10.1109/MELCON.2014.6820580Akkary H., Ramly S., Serhan K. Synchronization-Free Multithreading Architecture and Application Programming Interface. 17th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conf. Beirut, Lebanon, 13–16 April 2014. IEEE, 2014, pp. 472–478. doi:10.1109/MELCON.2014.6820580Basile C., Kalbarczyk Z., Iyer R. K. Active Replication of Multithreaded Applications // IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2006. Vol. 17, № 5. P. 448–465. doi:10.1109/TPDS.2006.56Basile C., Kalbarczyk Z., Iyer R. K. Active Replication of Multithreaded Applications. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2006, vol. 17, no. 5, pp. 448–465. doi:10.1109/TPDS.2006.56Advanced Thread Synchronization for Multithreaded MPI Implementations / Hoang-Vu Dang, Sangmin Seo, Abdelhalim Amer, Pavan Balaji // 17th IEEE/ACM Intern. Symp. on Cluster, Cloud and Grid Computing. Madrid, Spain, 14–17 May 2017. IEEE, 2017. P. 314–324. doi:10.1109/CCGRID.2017.65Dang H.-V., Seo S., Amer A., Balaji P. Advanced Thread Synchronization for Multithreaded MPI Implementations. 17th IEEE/ACM Intern. Symp. on Cluster, Cloud and Grid Computing. Madrid, Spain, 14–17 May 2017. IEEE, 2017, pp. 314–324. doi:10.1109/CCGRID.2017.65Hutchins D., Ballman A., Sutherland D. C/C++ Thread Safety Analysis // 14th IEEE Intern. Working Conf. on Source Code Analysis and Manipulation. Victoria, Canada, 28–29 Sept. 2014. IEEE, 2014. P. 41–46. doi:10.1109/SCAM.2014.34Hutchins D., Ballman A., Sutherland D. C/C++ Thread Safety Analysis. 14th IEEE Intern. Working Conf. on Source Code Analysis and Manipulation. Victoria, Canada, 28–29 Sept. 2014. IEEE, 2014, pp. 41–46. doi:10.1109/SCAM.2014.34A Simple Multithreaded C++ Framework for High-Performance Data Acquisition Systems / R. Inglés, P. Perek, M. Orlikowski, A. Napieralski // Proc. of the 22nd Intern. Conf. "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems", Toru, Poland, 25–27 June 2015. IEEE, 2015. P. 153–157. doi:10.1109/MIXDES.2015.7208501Inglés R., Perek P., Orlikowski M., Napieralski A. A Simple Multithreaded C++ Framework for HighPerformance Data Acquisition Systems. Proc. of the 22nd Intern. Conf. "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems", Toru, Poland, 25–27 June 2015. IEEE, 2015, pp. 153–157. doi:10.1109/MIXDES.2015.7208501Maximally Permissive Deadlock Avoidance for Multithreaded Computer Programs / Y. Wang, H. Liao, A. Nazeem, S. Reveliotis, T. Kelly, S. Mahlke, S. Lafortune // 5th Annual IEEE Conf. on Automation Science and Engineering. Bangalore, India, 22–25 Aug. 2009. P. 37–41. doi:10.1109/COASE.2009.5234118Wang Y., Liao H., Nazeem A., Reveliotis S., Kelly T., Mahlke S., Lafortune S. Maximally Permissive Deadlock Avoidance for Multithreaded Computer Programs. 5th Annual IEEE Conf. on Automation Science and Engineering. Bangalore, India, 22–25 August 2009, pp. 37–41 doi:10.1109/COASE.2009.5234118

The authors declare that there are no conflicts of interest present.