CC BY
15МБЛШ соммикпслтюм EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
В.И. Талагаев
ОАО «Информационные телекоммуникационные технологии» г. Санкт-Петербург
ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ АНАЛИЗА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РАДИОРАЗВЕДКИ
В статье предложена математическая модель для оценки вероятностно-временных характеристик систем обнаружения и классификации радиоизлучений.
Современные передающие радиосредства, особенно СНЧ, СДВ, ДВ, СВ и КВ диапазонов, входящие в состав радиоканалов, обладают большой мощностью и обеспечивают дальность связи до 20 тыс. км, что создает благоприятные условия для классификации (обнаружения и анализа параметров) их радиоизлучений разведывательными комплексами с панорамным обзором /1/.
При проектировании защищенных от радиоразведки (РР) и радиоэлектронного подавления (РЭП) каналов радиосвязи необходимо учитывать возможности средств РР по определению вероятностно-временных характеристик сигналов, и в первую очередь, таких, как вероятность правильной классификации и время обнаружения сигналов многоканальными разведывательными приемниками. Эти данные необходимы для рационального выбора частотно-временных параметров сложных сигналов, в частности при выборе полосы широкополосных сигналов (ШПС) и времени переключения для сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (ПСПЧ).
Ограниченные сведения о возможностях систем РР и РЭП, как правило, получают в результате анализа зарубежных источников научно-технической информации. Достоверность и полнота таких данных не гарантирована и не достаточна для надежного выборапараметровсигналовдляпроектирования развед- и помехозащищенных каналов радиосвязи.
При отсутствии достоверной информации о возможностях РР целесообразно ориентироваться на потенциально достижимые вероятностно-временные характеристики, которыми могли бы обладать средства РР при реализации в разведывательных приемниках оптимальных методов обработки и классификации многопозиционных (по частоте) сигналов.
Задача классификации многопозиционных сигналов, называемая иногда обнаружением с распознаванием или многоальтернативным обнаружением, формулируется следующим образом. На входе многоканального приемника может присутствовать один из т ненулевых сигналов или только шум. Требуется определить, присутствует ли на входе приемника в текущий момент времени какой-либо из т сигналов (с указанием какой именно) либо никакого сигнала нет, а есть только шум.
Необходимо отметить, что на станции РР точная информация о начале работы радиоканала (о появлении радиоизлучений) практически отсутствует, т.е. допускается возможность присутствия на входе приемника только шума, без сигнала, что обуславливает необходимость работы с порогом, установка которого необходима для фиксации на определенном уровне ложных срабатываний разведывательного приемника от естественных шумов.
Исходя из прогноза развития зарубежных средств РР для классификации излучений будут применяться панорамные приемники, имеющие
т (до 3000) каналов приема с обзором всего разведываемого диапазона, используемого для КВ,СВ,ДВ, СДВ и СНЧ связи.
Если для упрощения рассматривать проектируемые радиоканалы как каналы с б — коррелированным нормальным шумом и неизвестной (при неизвестном местоположении излучателя) фазой, то решающая схема многоканального разведывательного приемника должна реализовывать критерий Неймана-Пирсона, т.е. работать в режиме с порогом.
Оценку вероятностно-временных характеристик приемника некогерентных многочастотных ШПС, сигналов с ПСПЧ и других сложных сигналов для радиоканалов с постоянными параметрами можно произвести по методике [2-4], содержащей выражения для расчета основных характеристик системы классификации по критерию Неймана-Пирсона:
— вероятности пропуска сигнала в системе
проп
=(1 - рлт)
х{1 - Q[y|-21п(1 - (1 - Рлт )1/т), И]],
(1)
где Рлт — вероятность ложной тревоги; т — число позиций сигнала (каналов приема); 0 (и, V) — интеграл Релея - Райса
й (и V) = |рехр
-\<и2+Р2)
Iо(УР М р;
к =--отношение сигнал/помеха на входе
приемника, Е — напряженность поля сигнала, У0 — спектральная плотность мощности
флуктуационных помех (другие виды помех не учитываются);
— вероятность правильной классификации сигнала в системе
т-1
(т - 1)!ехр[-/к2/2(/ +1)] (т -1-/)!(/ +1)!
к \
р =у (_1)'
прав ^ '
/=0
QI 7-2(/ + 1)1п[1 - (1 - Р)1/т ],
(2)
'>//+!)
— вероятности трансформации сигнала
Р = 1 - Р - Р (3)
тр проп прав \ '
Под вероятностью ложной тревоги Рлт понимается вероятность ответа о наличии какого-либо сигнала, когда в действительности сигнал на входе отсутствует, под вероятностью правильной классификации Рправ — вероятность правильного указания частотной позиции (одной из т) присутствующего на входе сигнала, а под вероятностью трансформации Ртр — вероятность неправильного указания позиции присутствующего на входе сигнала.
Результаты расчета основных характеристик потенциальной системы классификации по формулам (1) — (3) для т = 400 ветвей приема и значений вероятности ложной тревоги Рлт = 10-1, 5-10~2,10~2 в зависимости от отношения сигнал/ помеха к на входе приемника представлены в таблице 1.
Анализ данных таблицы, в частности, показывает, что надежная (Рправ > 0,9) классификация сигнала обеспечивается разведывательным приемником при отношении сигнал/помеха более 6.
Таблица 1
Значения основных характеристик системы классификации сигналов
ь При^!т=10- -1 При Рлт = 5-10-2 При Рлт = 10" -2
Р Р Р Р Р Р Р Р Р
1 0,898 0,1 0,002 0,949 0,05 0,001 0,99 0,01 0
2 0,873 0,098 0,029 0,932 0,049 0,019 0,983 0,01 0,007
3 0,738 0,087 0,175 0,82 0,045 0,135 0,92 0,09 0,071
4 0,427 0,066 0,517 0,517 0,031 0,452 0,679 0,008 0,313
5 0,132 0,021 0,847 0,181 0,013 0,806 0,305 0,004 0,691
6 0,019 0,004 0,977 0,029 0,003 0,968 0,067 0,001 0,932
7 0,001 0 0,999 0,002 0 0,998 0,007 0 0,993
1
MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
Превышение некоторого принятого в системе порогового значения этой величины
Рпрае. пор (или Лпор) является основанием для принятия решения о надежном обнаружении сигнала. Время, необходимое РР для надежного обнаружения сигналов зависит от отношения сигнал/помеха к на входе приемника в месте расположения разведывательной станции составляет
, КоРк0
^ , (4)
1 с
где кпор — пороговое значение отношения сигнал/помеха, необходимое для обеспечения
порогового значения Р„рав = Р„рав. „ор ; Рс -мощность сигнала на входе разведывательного приемника; N — спектральная плотность мощности шума на входе приемника.
Для примера для радиоканала диапазона СДВ выполнен расчет по формуле (4) и методике /5/ значений отношения сигнал/помеха к для Ризл = 530кВт, = 75Гц иуровняатмосферных помех, наводимых на антенну типа «Рамка», 20 мкВ/м на частоте 10 кГц и 8 мкВ/м на частоте 60 кГц. Результаты расчета приведены в таблице 2.
Таблица 2
Отношение сигнал/помеха в пункте РР
d (км) /'(кГц) 500 1000 1500 2000
10 925 310 122 61
60 6200 1550 310 124
Из таблицы 2 видно, что значение к на выходе приемника РР существенно превышает значение, требуемое для надежной классификации радиоизлучений СДВ передатчиков, т.е. РР с высокой надежностью установит факт и частоту передачи за 20 мс (при скорости 1/50 Бод). Если станция РР совмещена со станцией РЭП это время будет временем реакции средств РЭП, т.е. интервалом безопасным для передачи информации на одной частоте.
Аналогичные расчеты, выполненные по формулам (1) и (2) для СНЧ системы связи,
характеризующейся еще большей стабильностью канала связи и слабым затуханием на воздушном участке трассы распространения сигналов, показывают, что для надежной классификации СНЧ радиоизлучений РР требуется 30 — 60 мс.
Таким образом, для обеспечения защиты СДВ и СНЧ систем связи от РЭП частоту передачи при использовании ПСПЧ, или частоту элементарных посылок при использовании многочастотных ШПС сигналов, следует изменять не менее чем через 20 мс в СДВ и через 30—60 мс в СНЧ системах, что обусловлено потенциальными возможностями РР противником их радиоизлучений.
Таким образом, для определения потенциально возможного (минимального) времени обнаружения радиоизлучение необходимо располагать сведениями о мощности передатчика сигналов и спектральной мощности шума на входе приемника вместе расположения станции радиоразведки, о пространственной структуре «место передачи — станция радиоразведки», а также, трассы распространения сигналов для различных диапазонов «передатчик — приемник» и об уровне помех в месте расположения средств PP.
Пространственная структура зависит от расположения и ТТХ средств разведываемой и подавляемой систем связи и их элементов, а так же от оперативно-тактической ситуации, определяющей организацию использования средств системы.
Модель является обобщенной и может быть использована при анализе потенциальных возможностей обнаружения работы радиоканалов как с постоянными (УКВ, ДВ, СДВ, СНЧ), так и с переменными (СВ, KB) параметрами. Для KB радиоканалов оценка раз-ведзащищенности по приведенной методике соответствует худшему случаю, т.е. отсутствию замираний и межсимвольной интерференции на трассе «передающее средство радиоканала — станция РР».
Модель программно реализована на платформе Android для многофункциональных мобильных устройств в среде программирования Java под операционной системой Microsoft Windows 7 /5/.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Система радио и радиотехнической разведки. ФАИРС, М., 1978.
2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь, 1972.
3. Пусь В.В. Инвариантный прием многопозиционных некогерентных сигналов. Известия вузов СССР. — Радиоэлектроника, 1983, т. 26, вып. 12.
4. Пусь В.В., Талагаев В.И. Указатель поступлений информационных материалов, в/ч 11520, серия А, вып. 7(10), 1987.
5. Талагаев В.И., Лебедев Д.В. Программа для анализа потенциальных возможностей радиоразведки у.1.0, ОАО «Интелтех», 2013.
