CC BY
79
Conference on Control and Communications (SIBCON). Moscow, Russia, May 12-14, 2016. pp. 1-4. DOI: 10.110 9/SIBœN.2016.7 4 9167 4.
17. Andreev P., Yakimov A., Yurkov N., Kochegarov I., Grishko A. Methods of Calculating the Strength of Electric Component of Electromagnetic Field in Difficult Conditions. 2016 12th International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE). Saratov, Russia, September 22-23, 2016, Vol. 1. P. 1-7. DOI: 10.1109/APEDE.2016.7878895.
18. Grishko A., Danilova E., Rybakov I., Lapshin E., Goryachev N. Multicriteria Selection of the Optimal Variant of a Complex System Based on the Interval Analysis of Fuzzy Input Data. 2018 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT), Moscow, Russia, 14-16 March 2018. pp. 1-7. DOI: 10.110 9/MWENT.2 018.8337 237.
19. Grishko A., Goryachev N., Yurkov N. Adaptive Control of Functional Elements of Complex Radio Electronic Systems. International Journal of Applied Engineering Research. Volume 10, Number 23 (2015), pp. 43842-43845.
УДК 621.396.7
Богатьрев А.А., Ермолаев А.С., Саменков Е.В., Нуржанов Д.Х., Подсякина А.Ю.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПОМЕХ
История развития человечества показывает, что появление новых средств нападения приводит к необходимости создания средств борьбы с ними, и соответственно средств защиты от них. В древности для защиты от копья и меча появился щит. Широкое применение в войсках скорострельного стрелкового оружия привело к созданию бронемашин, танков. В настоящее время основу систем управления войсками и оружием во всех видах вооружённых сил современных государств составляют радиоэлектронные средства. Современные радиоэлектронные комплексы управления значительно повысили вероятность поражения любых летательных аппаратов, надводных судов и наземных объектов. В то же время радиоэлектронные средства являются одним из наиболее уязвимых звеньев систем управления, поскольку они обнаруживаются по излучению и их работе может быть оказано противодействие радиотехническими методами. Радиопротиводействие (РПД) — это нарушение функционирования радиоэлектронных систем управления под воздействием помех. В отличие от физических средств поражения, системы РПД временно нарушают нормальное функционирование радиоэлектронных средств и тем самым делают невозможным выполнение задач. В современных условиях РПД является одним из важнейших видов обеспечения боевых действий авиации, флота, сухопутных войск. Развитие методов и средств РПД породило контр-радиопро-тиводействие, в задачу которого входит разработка методов и средств, снижающих эффективность РПД. Борьба методов радиопротиводействия и контр-радиопротиводействия составляет две стороны конфликтной ситуации. Это своего рода диалектическая борьба мер и контрмер: с одной стороны разработка эффективных радиотехнических методов и средств подавления радиоэлектронных систем, а с другой — разработка эффективных методов защиты от помех. Такую конфликтную ситуацию называют радиоэлектронной войной (радиовойной). Успех в радиовойне достигается превосходством над противником в количестве и качестве радиоэлектронной техники, умением её боевого применения, обеспечением скрытности работы и внезапности действия. [1]
В данной статье рассмотрены физические основы наиболее распространенных методов защиты от помех.
В условиях воздействия различного рода помех задача улучшения качества обнаружения сигналов является составной частью более общей проблемы повышения помехозащищенности радиоустройств. Решением данной проблемы является повышение скрытности и помехоустойчивости радиосистем. [1]
Методы повышения скрытности сводятся к выбору такого вида излучаемого сигнала, который будет сложно обнаружить и измерить его основные параметры. Такой сигнал является сложным. Чем сложнее закон модуляции (частотной или фазовой) сигнала, тем труднее создать эффективную помеху.
Для повышения скрытности можно использовать также частотный, временной и пространственный методы, и кроме того, контр-радиопротиводей-ствие. [2]
Частотный метод сводится к перестройке рабочих частот: частоты повторения импульсов, частоты сканирования антенны.
Повышение скрытности временным методом достигается с помощью уменьшения длительности излучаемого сигнала. Данный метод особенно эффективен при совместной работе радиотехнических средств с нерадиотехническими, когда есть возможность выключить радиопередатчик.
Пространственная скрытность обеспечивается сужением дальности действия антенн, а также уменьшением радиуса действия приема и передачи информации. Последнее особенно эффективно, так как благодаря отсутствию излучения из зоны приема ее местоположение не может быть обнаружено радиоразведкой; антенна передатчика помех будет направлена на передающую позицию, а в приемник помеха практически не попадает. Повышение скрытности достигается и амплитудным методом т.е. снижением мощности излучаемого сигнала. Однако при этом уменьшается помехоустойчивость радиосистемы, так что такой метод практически нецелесообразен. [1]
Контр-радиопротиводействие сводится к созданию маскирующих и дезинформирующих помех. Повышение помехоустойчивости обеспечивается методами предотвращения перегрузки приемника, селекции, компенсации, комплексирования. Методы предотвращения перегрузки обеспечивают достаточно большой рабочий диапазон приемника. В наихудшем случае при воздействии мощной помехи приемник может перейти в режим насыщения и затем отсечки, при котором слабый сигнал теряется («отсекается»), после чего применение других методов повышения помехоустойчивости становится неэффективным. Что бы избежать перегрузки применяют схемы быстродействующих регулировок усиления, а также усилители с линейно-логарифмическими амплитудными характеристиками. [2]
Методы селекции сводятся к выделению сигналов из помех путем использования возможных отличий их параметров, таких как несущая частота, ширина спектра, фазы, амплитуда, поляризация, и др. При этом различают частотную, фазовую, временную, амплитудную, поляризационную и пространственную селекции, а также их комбинации. [3]
При частотной селекции используют различия амплитудно-частотных спектров сигнала и помехи. Если помеха заградительная (спектр помехи существенно шире спектра сигнала), то полосу пропускания приемника необходимо максимально сужать, согласуя ее со спектром сигнала. Если же спектр помехи уже спектра сигнала, то целесообразно удаление спектральных составляющих помехи с помощью настраиваемого реакторного фильтра, полоса которого определяется полосой частот помехи.
Эффективной можно назвать перестройку рабочей частоты так, чтобы помеха вообще не попадала в полосу приемника. Для повышения помехозащищенности применяется многочастотный режим работы радиоустройств, когда излучение и прием ведутся одновременно на нескольких частотах. [2]
Рисунок 1 - Структурная схема быстродействующей регулировки усиления
При фазовой селекции используют различия фа-зочастотных спектров сигнала и помехи. Этот вид селекции реализуют с помощью схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), (которые позволяют сформировать опорное колебание, почти совпадающее по фазе с сигналом. В результате удается приблизить обработку сигнала к идеальной. При этом помеха, полностью исчезает. [2]
При временной селекции используют отличия помех и сигнальных импульсов по времени прихода, длительности и периоду повторения. Селекция по времени прихода реализуется в импульсных автодальномерах, выходные сигналы которых отпирают приемник на время действия сигнальных импульсов. Селектор по длительности пропускает лишь те импульсы, длительность которых лежит в заданных пределах. Селекция по периоду повторения, используемая для подавления несинхронных импульсных помех, реализуется с помощью линии задержки
на период следования импульсов Тп и схемы совпадений. [2]
При амплитудной селекции используются отличия сигналов и помех по их интенсивности. Эта селекция реализуется, с помощью различного рода ограничителей и логических схем. Например, помехи менее интенсивные, чем сигнал, устраняются с помощью ограничителя снизу. Если же помеховые импульсы по амплитуде больше сигнальных, а последние не превосходят «некоторый уровень» Ашак, то можно использовать схему изображенную на рисунке 2, б. Ограничитель снизу пропускает только импульсы-помехи, амплитуда которых превышает уровень ограничения иогр=Лшак. Эти импульсы поступают на логическую схему запрета, в результате входное напряжение на выход схемы не передается. Через схему запрета проходят только те им-
пульсы, амплитуда которых меньше ио:
[3]
а) б)
Рисунок 2 - Структурные схемы селекторов импульсов по периоду повторения (а) и по уровню (б)
При пространственной селекции, используют отличия в направлении перехода радиоволн от источников сигнала и помех. Сужение радиуса действия антенны повышает пространственную селекцию. Она применяется при защите от пространственно-разнесенных источников помех.
При поляризационной селекции используют отличия в поляризации принимаемых сигналов и помех. Любой приемный антенно-фидерный (приемно-передающий) тракт является поляризационным селектором, так как мощность колебаний на его выходе зависит от поляризации принимаемой электромагнитной волны.
Поляризационная селекция применяется для подавления как активных, так и пассивных помех, в частности отражений от гидрометеоров. В последнем случае механизм подавления следующий. Пусть антенна рассчитана на передачу и прием радиоволн круговой поляризации с одним и тем же направлением (вращения вектора поля. При (сферической
форме капель дождя отраженные от них волны также будут иметь круговую поляризацию, но с противоположным направлением вращения вектора поля. Поэтому такие радиоволны не будут приняты антенной. В то же время при отражении радиоволн от асимметричного объекта, например самолета, круговая поляризация меняется на эллиптическую (рисунок 3). Эллиптически поляризованные радиоволны содержат составляющие с круговой поляризацией и с различными направлениями вращения вектора поля. Такие волны будут приняты антенной, хотя и с некоторым ослаблением. Поляризационная селекция позволяет уменьшить мощность отраженных от дождя сигналов примерно на 20... 25 дБ, при этом мощность сигнала, отраженного от самолета, ослабевает лишь на 6...8 дБ. В результате отношение «сигнал - помеха» возрастает на 12... 19 дБ. [3]
Рисунок 3 - Изображение круговой и эллиптической поляризации сигнала
При комбинированной селекции применяют различные сочетания методов селекции. Комбинированная селекция может быть пространственно-временной, амплитудно-частотной, частотно-временной, пространственно-поляризационно-временной и т.
д. Примером устройства, реализующего амплитудно-частотную селекцию, является ШОУ — широкополосный усилитель — ограничитель — узкополосный фильтр, используется для подавления импульсных помех. [2]
Рисунок 4. Структурные схемы компенсаторов помех
Методы компенсации помех реализуются с использованием вспомогательных приемных каналов, на вход которых поступают помеха и сигнал. В первом случае (рисунок 4, а) система компенсации помех является двухканальной с раздельными входами, во втором случае (рисунок 4, б) система компенсации имеет один вход. Двухканальная система компенсации (рисунок 4, а) состоит из основного канала, в антенну которого поступает смесь сигнала б(Ь) и помехи ц(Ь) , и вспомогательного (компенсационного или опорного) сигнала, антенна которого воспринимает только помеху г|о("Ъ). Помехи опорного и основного каналов связаны функциональным преобразованием ц0(Ь) = £[ц(1)].
На выходе РПУ, осуществляющего линейное преобразование Ь смеси (сигнала и помехи, 1имеем L[s(t)]+L [п(t)] . Если в РПУо удастся осуществить преобразование Ь0 помехи (с помощью регулировки амплитудно и фазочастотных характеристик канала) так, чтобы Ьо [Цо(Ь)] = Ьо { £[ц(Ь)] } = Ь [ц(Ь)], то после вычитания помеха будет полностью скомпенсирована. Для создания основного и опорного каналов обычно используют пространственную селекцию сигнала и помехи. Однако при малом угловом расхождении между источниками сигнала и помехи такая селекция становится невозможной, при этом сигнал принимается не только основным, но и опорным каналом. В результате эффективность рассмотренного I двухканального компенсатора резко снижается, так как в нем наряду с помехой компенсируется и полезный сигнал. [2] У(Ь) = + Ц^) +
где V - добавочный коэффициент равный 0,1;
Z(t) - белый шум;
s(t) - «чистый» сигнал;
n(t) - помеха;
y(t) - «грязный» сигнал.
В результате вычитания y(t) - п (t) помеха частично компенсируется. Рассмотренный компенсатор является составной частью оптимального обнаружителя сигнала на фоне помех о произвольным распределением вероятностей и белого шума. [2]
Тем не менее компенсация помех возможна и без привлечения пространственной селекции — с использованием схемы с одним входом, показанной на рисунке 4, б. В этой схеме блок оценивания помехи (БОП) осуществляет оптимальное выделение помехи п(t) из наблюдаемого процесса, формируя на выходе оценку данной помехи п(t) .
Оптимальное правило формирования оценки п(t) вытекает из результатов синтеза этого обнаружителя. При построении БОП могут применяться и различные квазиоптимальные устройства выделения помехи. [3] Если в схеме на рисунке 4, б в качестве БОП использовать линию задержки на период повторения импульсов, то получим схему че-респериодной компенсации (ЧПК), широко применяемую при селекции движущихся целей (СДЦ). Эта проблема возникает в связи с необходимостью выделять сигналы движущихся целей, которые наблюдаются на фоне коррелированных пассивных помех, вызванных [отражением зондирующих [сигналов от земной поверхности и других неподвижных объектов. [4]
На данных физических принципах и основаны методы защиты от помех. Но на данных методах прогресс Вне останавливается, с каждым Вгодом изобретают все более умное и продвинутое радиоэлектронное оборудование, передачу и примем сигналов в котором не обходимо огородить от большинства помех.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю.Г. Сосулин «Теоретические основы радиолокации и радионавигации», г. Москва, изд. Радио и связь, 2003 г. (с. 1-2);
2. Б.А. Никольский «Методы и средства радиоэлектронной защиты» Часть 1, г. Самара, изд. СГАУ, 2004 г. (с. 52);
3. В.А. Денисенко, А.И. Халявко «Защита от помех датчиков и проводов», Научная статья изд. Research Laboratory of Design Automation (RLDA), «Современные технологии автоматизации» URL: http://www.cta.ru
4. А.В. Мартюшин, Курс лекций «Помехоустойчивость систем управления», г. Пенза, ПГУ, 2016 г.
УДК 621.396.7
Кузина А.В., Шнайдер А.Д., Надврбеков Г.Ж. , Лысенко А.В., Аброськин Н.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОСВЯЗИ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
В данной работе рассмотрены основные диапазоны для обеспечения организации связи, используемые в различных гражданских, а так же военных областях, выделены достоинства и недостатки каждого из них. Кратко рассмотрен вопрос передачи информации на расстоянии посредством электромагнитных колебаний. Ключевые слова:
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОСВЯЗЬ, ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, ДИАПАЗОН, МОДУЛЯЦИЯ, МАНИПУЛЯЦИЯ, ДИСКРЕТНЫЕ СИГНАЛЫ, ЧАСТОТЫ ГРАЖДАНСКОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ, НАДЕЖНОСТЬ
В настоящее время, обеспечение радио, радио- задачей общества. Совокупность видов связей или релейной, тропосферной, спутниковой и другими одна из них охватывает широкий диапазон исполь-видами связи является важнейшей и неотъемлемой зования, начиная от одного человека, заканчивая
