CC BY
296
УДК 623.61; 355.40
МАКЕТ ПЕЛЕНГАТОРА НА ОСНОВЕ SDR-ТЕХНОЛОГИИ
А.Н. Симонов, С.В. Богдановский, В.В. Григорьев, Н.С. Антипов
В статье представлено описание макета фазового пеленгатора на базе SDR-технологии. Разработанный макет позволяет изучить принципы построения и алгоритмы функционирования современных малогабаритных комплексов определения местоположения источников радиоизлучений.
Ключевые слова: SDR-технологии, фазовый пеленгатор, макет, алгоритм.
Одной из основных целей разработки средств пеленгования и определения местоположения (ОМП) источников радиоизлучения (ИРИ) является создание универсальных аппаратно-программных систем (АПС) из минимального состава устройств, для выполнения максимально возможного объема задач [7]. Основными требованиями к средствам пеленгования и ОМП ИРИ являются универсальность и многофункциональность, направленные на минимизацию и унификацию как программного обеспечения (ПО), так и аппаратуры [4, 6].
Частичное уменьшение состава средств пеленгования и ОМП ИРИ может быть достигнуто на основе функционально-блочного принципа объединением базовых и дополнительных устройств. Исследование вариантов построения цифровых радиоприемных устройств (ЦРПУ) и антенных систем (АС) с широким диапазоном рабочих частот (ДРЧ) показывают, что наименьшее количество средств достигается за счет ограничения рабочего диапазона базового средства при возможности его расширения дополнительными устройствами. На современном этапе развития технологии реализация всех или большинства функций в одном конструктивно законченном устройстве привела бы к неоправданному увеличению его массы, габаритных размеров, энергопотребления и стоимости. Реализация данного принципа позволяет выбрать фиксированный базовый состав устройств для выполнения конкретных задач [3, 5].
Реализация принципа многофункциональности предполагает: сокращение состава средств пеленгования и ОМП ИРИ на основе использования технологии программно-определяемого радио (Software Defined Radio, SDR), согласно которому оцифрованные радиосигналы преобразуются к необходимой форме под управлением встроенного ПО в цифровых процессорах обработки сигналов или программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) для выполнения различных алгоритмов обработки сигналов; совмещение функций в отдельно реализуемых устройствах; рациональное распределение задач между двумя слоями ПО, используемых в аппаратном цифровом блоке и в управляющей персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ).
Кроме того, наличие открытой библиотеки команд для каждого из средств позволяет оператору самому программировать и решать специфические новые задачи имеющимися аппаратными средствами пеленгования и ОМП ИРИ [1].
В настоящее время технология SDR используется для приема и обработки аналоговых и цифровых радиосигналов с различными видами модуляции, решения задач спектрального анализа, поиска ИРИ и отслеживания местоположения объектов. Главным достоинством данной технологии является возможность интеграции с различными операционными системами, АПС, программными средами и другими современными технологиями [2].
Анализ современных технологий построения систем обработки радиосигналов показал, что одной из таких является технология SDR, на которой возможна реализация функционально-блочного и многофункционального принципов при разработке средств пеленгования и ОМП ИРИ.
В рамках изучения возможности построения средств пеленгования и ОМП ИРИ на основе технологии SDR, разработан макет фазового пеленгатора (рис. 1). Структурно макет состоит из следующих элементов (рис. 2): антенно-мачтовая система (АМС), приемно-измерительная система (ПИС) и автоматизированное рабочее место управления и обработки (АРМУО). Антенно-мачтовая система состоит из опорно-мачтового устройства, трехэлементной антенной системы (ТЭАС) и радиоприемного устройства сигналов спутников глобального позиционирования «GPS/ГЛОНАСС-модуль».
Рис. 1. Макет фазового пеленгатора на базе SDR-технологии
Автоматизированное рабочее место управления и обработки
ОС «Windows 10»
Программная среда «LabVIEW»
Программный модуль сбора и
обработки координатно-информативных параметров
Программный модуль привязки пеленгатора к географическим координатам
Рис. 2. Структурная схема фазового пеленгатора на базе
SDR-технологии
В макете фазового пеленгатора для определения направления на ИРИ используется трехэлементная АС, которая позволяет однозначно определить направление на ИРИ путем вычисления разностей фаз на пеленгационных парах (ПП) «Север-Юг» и «Запад-Восток». ПП «Север-Юг» образуется опорным (1) и северным (3) антенными элементами, а ПП «Запад-Восток» опорным и восточным (2) (рис. 3).
Если антенные элементы расположены на плоскости в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника с длиной катетов В, то выражения для расчета азимута и угла места трехэлементного интерферометра примут следующий вид:
6 Р ДФ1,2Х
6 = — - arctg
2
2
arcsin
j1,3
■sJa j 21,2 + Дф2 2л£/1
(1)
(2)
Приемно-измерительная система состоит из трех когерентных SDR-приемников, которые выполняют роль тракта пеленгования, коммутатора приемных каналов на базе USB-концентратора и платы обработки навигационных данных, полученных со спутников систем навигации GPS, ГЛОНАСС и GALILEO на базе отечественных АПС «Iskra
Neo». Когерентность каналов приема в блоке приемо-измерительной системы достигается за счет подключения опорного кварцевого генератора с номинальной частотой 28,8 МГц ко всем трем каналам, кроме того, объединение выходов приемников осуществлено в общую шину при помощи USB-концентратора.
.....J......1......1......J.......I......J.....
Фазовый фронт
3
Дфкз \ X \ X \ > \ ч в\ X X X
_____ Дф1,2
1
Рис. 3. Трехэлементная антенная система фазового интерферометра
На автоматизированном рабочем месте управления и обработки, при помощи СПО, выполненном в программной среде «LabVIEW», осуществляется сбор и обработка координатно-информативных параметров, управление платой обработки навигационных данных и их вывод на лицевую панель СПО.
Разработанный макет является малогабаритным устройством, реализованным на основе синтеза технологии двойного назначения SDR в программной среде с открытым кодом. Модульный принцип исполнения макета и применение широкополосного радиоприемного устройства с возможностью использования сменных антенных модулей открывает пути реализации разработанного пеленгатора на малогабаритных роботизированных платформах.
Взаимодействие между элементами макета реализовано в СПО при помощи отдельно устанавливаемых специализированных библиотек. Библиотека «Arduino» позволяет осуществить подключение и инициализацию управляющей платы, а также управлять с ее помощью радиоприемным устройством сигналов спутников глобального позиционирования «GPS/ГЛОНАСС-модуль». Библиотека «RTLSDR» реализует инициализацию и подключение SDR-приемника, а также позволяет регулировать усиление входного сигнала, устанавливать центральную частоту, полосу отображаемого амплитудного спектра, вид модуляции и количество отсчетов, формируемых на выходе аналого-цифрового преобразователя.
Для обеспечения возможности модернизации алгоритмов пеленгования с последующей оценкой эффективности разработанных научных решений разработан алгоритм функционирования макета фазового пеленгатора на основе SDR (рис. 4).
Суть данного алгоритма заключается в автоматическом расчете разностей фаз между антенными элементами и расчете азимута и угла места на ИРИ с учетом исходных данных, вводимых оператором (рис. 5).
Применение SDR-технологии в средствах пеленгования и ОМП ИРИ позволяет создать универсальные АПС из ограниченного состава устройств для выполнения максимально возможного объема задач, а также ввиду своих достоинств и возможностей, технология позволяет достичь функционально-блочного и модульного принципов построения средств РМ [2].
Рис. 4. Структурная схема алгоритма функционирования макета фазового
пеленгатора на основе SDR
430 МГц
8т I ,_I, V,_V • _, at ' Г Л ,_,_к,_^_f , *
* 1• ..'< ' Ч . Ï. т( , • И * ■ V Л Г » i •Л ' Л "5 « M t, H- t. t .J
■••»Л .. К-ь V " ¿1 « «Л Л - >:- i-- « *JU .
о 10 к с i* » Ï :...... к о » t » « в lit ж т» ш> 1 la * о ™ ICO
59,1287 шпрота
37,9164 д Owl гота
12 : 22 : 19
локальное время
134 высота над уровнем моря, м
Рис. 5. Интерфейс специального программного обеспечения на базе программной
среды «LabVIEW»
Результатом проведенной работы является работоспособный макет фазового пеленгатора построенный на основе SDR-приемников, алгоритм функционирования данного макета и СПО. Разработанный макет может быть использован для построения малогабаритных средств пеленгования и ОМП ИРИ как на наземных средствах, так и на борту БЛЛ.
Возможно исполнение разработанного пеленгатора и на отечественных сервисной и элементной базах: AnC «Iskra» и модулей «GPS/^OHACC» производимых компанией «Aмперка», SDR-приемниках «Colibri NANO» производимых компанией «Expert Electronics» и операционной системы специального назначения «Astra Linux» разработанной для комплексной защиты информации и построения защищённых автоматизированных систем.
Список литературы
1. Aнтипов Н.С., Богдановский C.B., Черепаха И.Н., Теслевич С.Ф. Способ первичной обработки пеленговой информации на борту беспилотного летательного аппарата // Научная мысль. 2019. Т.7. №1 (31). С. 49-54.
243
2. Антипов Н.С., Богдановский С.В., Шеко А.В., Маренков И.А. Амплитудный пеленгатор на базе SDR-технологии // Научная мысль. 2019. Т.7. №1 (31). С. 4549.
3. Беляков А. Л., Гладких А.В. Источники питания аппаратуры радиоконтроля // Специальная техника. 2002. №3. [Электронный ресурс] URL: http://www.bnti.ru/ showart .asp?aid=603&lvl=04.01.01 (дата обращения: 10.02.2020).
4. Богдановский С.В., Симонов А.Н., Теслевич С.Ф. Поляризационный метод пеленгования источников радиоизлучений в пространстве // Наукоемкие технологии. 2016. Т.17. №12. С. 40-43.
5. Богдановский С. В. Применение пространственно-поляризационной обработки радиосигналов при пеленговании источников радиоизлучений с беспилотного летательного аппарата // 71-я Всероссийская научно-техническая конференция, посвященная Дню радио. Труды конференции. 2016. С. 86-87.
6. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / под ред. А.М. Рембовского. М: Горячая линия - Телеком, 2012. 640 с.
7. Рембовский А. М. Комплексное решение задач автоматизированного радиомониторинга ограниченным составом средств // ИНФОРМОСТ. Средства связи. 2003. №5 (29).
Симонов Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, sanmailbox@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Богдановский Сергей Валерьевич, канд. техн. наук, преподаватель, bogdan141@mail. ru, Россия, Череповец, Череповецкое высшее военное инженерное училище радиоэлектроники,
Григорьев Виталий Владимирович, адъюнкт, sumkin125@,gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Антипов Никита Сергеевич, курсант, bogdan141 @ mail.ru, Россия, Череповец, Череповецкое высшее военное инженерное училище радиоэлектроники
MODEL OF PHASE DIRECTION FINDER BASED ON SDR-TECHNOLOGY
A.N. Simonov, S. V. Bogdanovsky, V. V. Grigorev, N.S. Antipov
The article describes the layout of the phase direction finder based on SDR-technology. The essence of the development of the layout is to open up new possibilities for creating and studying the principles of construction and algorithms for the functioning of modern small-sized complexes for determining the location of radio sources.
Key words: SDR-technology, phase direction finder, layout, algorithm.
Simonov Alexey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, sanmail-box@yandex. ru, Russia, Sankt-Petersburg, Military Telecommunications Academy named after Marshal of the Soviet Union S. Budyonny,
Bogdanovsky Sergey Valeryevich, candidate of technical sciences, teacher, bog-dan141a mail. ru, Russia, Cherepovets, Cherepovets highest military engineering college of radio electronics,
Grigorev Vitalii Vladimirovich, postgraduate, sumkin125@,gmail. com, Russia, Sankt-Petersburg, Military Telecommunications Academy named after Marshal of the Soviet Union S. Budyonny,
Antipov Nikita Sergeyevich, student, bogdan141 @mail. ru, Russia, Cherepovets, Cherepovets highest military engineering college of radio electronics
УДК 004
КИБЕРВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В.Е. Дементьев, А.А. Чулков
Рассматривается анализ кибервоздействий на протоколы сетей передачи данных, уязвимости и механизмы их реализации. Отдельным вектором рассматриваются угрозы и их реализации применительно к автоматизированным системам управления технологическими процессами. Приводится статистика воздействий на протоколы СПД в различных отраслях их применения. В основу статьи положена задача идентификации признаков воздействий и оценка защищенности протоколов СПД с целью выработки решений по выработке мероприятий защиты. Данное исследование проводилось с целью обоснования направления разработки системы оценки защищенности СПД в условиях кибервоздействий.
Ключевые слова: идентификация, признак, протокол, уязвимость, оценка, защищенность, автоматизация, автоматизированные системы управления технологическими процессами.
Современные сети передачи данных (СПД), как и информационно-телекоммуникационные системы, ассоциируются с большим количеством воздействий на информацию и технологические данные. Статистика говорит об увеличении количества кибервоздействий в 2019 году на 19% по сравнению с 2018 годом [1]. Кибервоз-действиям подвергаются как государственные, так и частные сети. С точки зрения областей государственного сектора воздействия распределились в соответствии с рис. 1.
/ \6% ^ 8% \ 31%
19%
ГИ Государственные организации
U Промышленность I—I Топливно-энергетический — комплекс I I Телекоммуникации
I I Финансовая отрасль
□ Другие
Рис. 1. Сектора приложения кибервоздействий
Функционирование современных предприятий, организаций и учреждений подразумевает под собой использование сотрудниками мобильных терминалов, компьютеров, серверов, сетевого оборудования, необходимого для доступа к базам данных, веб-ресурсам, а также взаимодействия между территориально удаленными представительствами (объектами) и управления производственно-промышленным оборудованием. Исходя из этого кибервоздействия направлены на нарушение функционирования областей государственного сектора, получение данных, в том числе и конфиденциальных, финансовой выгоды, а в ряде случаев - навязывание идеологии, идущей вразрез с государственной. Основные объекты кибервоздействия представлены на рис. 2.
245
