CC BY
54Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2019, 12(1), 88-96
yflK 621.391.8
Assessment of Methods of Decrease in Efficiency per Copy Recognition of Means of a Radio Communication
Juriy L. Koziratsky, Alexey V. Ivantsov*, Vladimir V. Ivantsov and Ervand A. Mamadganyan
Military Education and Research Centre of Military-Air Forces
«Military-Air Academy Named After Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» 54а Starykh Bolshevikov Str., Voronezh, 394064, Russia
Received 15.03.2016, received in revised form 01.02.2017, accepted 10.02.2018
The reasons of emergence of the individual technical unmasking signs of radio-electronic means are considered. Estimates of dependence of informational content of the individual technical unmasking sign on a total error of measurement at various fixed values of a mean square deviation are carried out. It is shown that for reduction of informational content of a sign possibly application of unification of parameters of transmitters and deliberate change of parameters of a signal.
Keywords: per copy recognition, the technical unmasking sign, informational content.
Citation: Koziratsky Ju.L., Ivantsov A.V., Ivantsov V.V., Mamadganyan E.A. Assessment of methods of decrease in efficiency per copy recognition of means of a radio communication, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2019, 12(1), 88-96. DOI: 10.17516/1999-494X-0030.
© Siberian Federal University. All rights reserved
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0). Corresponding author E-mail address: [email protected]
Оценка методов снижения эффективности поэкземплярного распознавания средств радиосвязи
Ю.Л. Козирацкий, А.В. Иванцов, В.В. Иванцов, Е.А. Мамаджанян
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» Россия, 394064, Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а
Рассмотрены причины возникновения индивидуальных технических демаскирующих признаков радиоэлектронных средств. Проведены оценки зависимости информативности индивидуального технического демаскирующего признака от суммарной погрешности измерения при различных фиксированных значениях среднеквадратичного отклонения. Показано, что для уменьшения информативности признака возможно применение унификации параметров передатчиков и умышленное изменение параметров сигнала.
Ключевые слова: поэкземплярное распознавание, технический демаскирующий признак, информативность.
Функционирование средств радиосвязи в составе современных систем управления характеризуется большим количеством и разнообразием типов мобильных связных радиоэлектронных средств (РЭС), функционирующих как автономно, так и в составе сложных объектов. Современные связные РЭС способны излучать различные виды сигналов в широком частном диапазоне. Кроме того, излучения гражданских РЭС имеют большую степень подобия с излучениями РЭС военного назначения [1].
При отсутствии достоверной априорной информации это приводит к снижению вероятности распознавания типов РЭС, ошибкам в определении их принадлежности и, как следствие, к неверной количественной и качественной оценке радиоэлектронной обстановки (РЭО). Исключить указанные ошибки или существенно уменьшить их влияние на оценку РЭО позволяет поэкземплярное распознавание РЭС, под которым понимается распознавание сигналов отдельного экземпляра РЭС среди совокупности однотипных средств независимо от изменения режимов их работы и местоположения [2].
Очевидно, что наиболее сложна задача выделения экземпляров именно среди однотипных средств, имеющих одинаковые структуру, элементную базу, конструкцию, диапазоны изменения параметров сигналов и принципы применения. Поэкземплярное распознавание РЭС основано на выявлении и измерении присущих каждому отдельному экземпляру РЭС индивидуальных технических демаскирующих признаков (ТДП). Эти признаки обусловлены наличием индивидуальных для каждого экземпляра РЭС конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на процессы формирования и излучения радиосигналов.
Цель стать - разработка методического подхода для оценки информативности индивидуальных ТДП РЭС и методов снижения эффективности поэкземплярного распознавания.
Для поэкземплярного распознавания РЭС могут быть использованы как основные, так и неосновные излучения передатчиков. К неосновным излучениям относятся побочные (излуче-
ния на гармониках и субгармониках, комбинационные и паразитные излучения) и внеполосные излучения [3].
Кроме технических параметров сигналов, индивидуальную информацию о РЭС содержат так называемые структурные характеристики, среди которых можно выделить две группы:
параметры внутриимпульсной модуляции;
характеристики «тонкой» структуры сигнала.
Так, при распознавании РЭС, излучающих ЧМ-сигналы, в качестве экземплярных признаков могут быть выбраны величина девиации частоты, величина базы сигнала, форма огибающей радиоимпульса, а также вид и параметры закона изменения частоты внутри импульса. Основными признаками поэкземплярного распознавания для фазоманипулированных сигналов могут являться величина длительности элементарной посылки, величина скачка фазы и параметры закона модуляции (вид кодовой последовательности, основание и значность кода, структура кодообразующего полинома, начальная фаза кода и т.п.). Кроме того, для средств радиосвязи в качестве индивидуальных признаков могут служить структурные признаки: наличие синхрогруппы и служебных комбинаций, наличие и состав адресной части сообщения, наличие и вид закрытия сообщения, вид передаваемой информации.
К характеристикам «тонкой» структуры импульсных радиосигналов обычно относят параметры формы переходных процессов установления амплитуды, частоты и фазы высокочастотных колебаний на участках фронта и среза импульсов, а также флюктуации амплитуды, частоты и фазы высокочастотных колебаний на участке вершины импульса. Важное место наряду с рассмотренными выше признаками, непосредственно связанными с характеристиками излучений передатчиков РЭС, при поэкземплярном распознавании занимают косвенные признаки, не связанные с параметрами сигналов, но определяемые конструктивными и технологическими особенностями каждого экземпляра РЭС. Некоторые косвенные признаки могут быть получены путем измерения параметров сигналов.
К ним, например, относятся характеристики диаграммы направленности антенны (ширина основного лепестка диаграммы направленности антенны, наличие, количество, уровень, ширина боковых лепестков диаграммы направленности).
Таким образом, даже сравнительно небольшой обзор индивидуальных особенностей излучений передатчиков РЭС и косвенных признаков показывает, что многие из рассмотренных выше характеристик сигналов могут быть положены в основу создания системы поэкземпляр-ного распознавания РЭС [4]. Но окончательный отбор признаков осуществляется путем оценивания их информативности с обязательным учетом устойчивости значений признаков в процессе функционирования РЭС.
Под информативностью признака понимают характеристику его разделяющей способности. Устойчивость (стабильность) признака - его способность сохранять неизменным свое среднее значение при различных изменениях режима работы РЭС, перерывах в работе, а также при передислокации РЭС.
Требование устойчивости признаков распознавания обусловлено тем, что практически все современные типы РЭС имеют возможность изменения режимов работы по несущей частоте, длительности и периоду повторения импульсов. Использование подобных параметров сигналов в качестве признаков поэкземплярного распознавания неизбежно приведет к потере инфор-
мации об экземплярах РЭС, особенно если эти средства подвижные или транспортируемые. ДляиепдрНЭС сменд зомчений параметрсосигнола,являющиход призоамемн распоздтвояая, и передислокация в перерыве между наблюдениями приводят к полной потере информации об экземплярах.
Оцоякм ииформаеивсости признаков мяжет осущедявеяться не яясвкз^ч; критерия IPайеео соо с; испосьзсванием теории информации. Оджтио о оссм случьо пирбхддимо балное ессние дпоо^млс^лбя^н формации о параметрах признаков, что в реальных условиях затруднительно. По-этомм дло оцонкн ннформаоидяоснд прв поскзимпсносом распознавании необходимо исполь-зоваео более нвблядвзш оопизателт, чумотвитсксврш ic сттрнлонасои панямьудов иоредающих усаройств, твчоистиьснфтфний ссостеихдюстедырастрсстранения.
О] яочеттве такого поовздттлявыетуитет отношение
ИытвПД- ТТ>
гдеДЛо -е оредне евтрдатичиое ооолонцрпв едвтзния ВООН РЭН ео^^тооеси t^biti; ДНю я- оиорнеява-дм>ат ианоммосоонвеиердмрмншастбнзмерения.
Теореоиоеаси покаистелы янфихататею нос;!.,! мджет иомематьсо л лыень широкыо преде лах, ?д^]се.1-те]и:озе^з одеяльи.— ншОормюядиптотд пвовнант. П{еи выесиот отопено идептионости пат рвкееров пеосдктнйяое ДТ0 чВ Ни стьдотаояоьне, инМодкикволоятс J —c 0. ТИТтт^т выеопой tokoo о ст т измеренла сТХЛд др От ныилесрой пос онявноР мобо ндфомвыдиирмоеть С р-сдс ых ввовсных ноло -момхфaрхичгcкнб индотмеривпо сть осены нтыт нмледодлиа воиетия тровсе рсс;пет ет°ане нсс[ помдп и з^ело-цццттоввотст ти вризкека зо игемони.
Диепслеия еаммооном пиглсюнкски сдде тдсива иамстония смтнтеляеято аоирвженокм
oh) = тоИ ч имД -и иоП -у TO].ы (Т)
пде ВТН и деопотвип питпышноету ионпренвя признана; Д—й о дест-амив иогкешноотн оз-сноетия,вноснмтгт]ммортом pacIIрoтомнннбeя радиовтдн; TS) - дисперсия погрешности измерения, ной нимтнам п; СТN - дисперсия погрешновти измерения, обусловленной нестабильноиосю ывсзнаны но -илмеии [5].
Соответственно, поквелолвь pcTJc мнытииХюсэетивносыт
Jr= . ^ = ос-пн (3>
У дгрг + ПИ + /игр; + ПИр
где K -коэффициент е1^р^]ри инНодмотивности, оырeдeлпоpыш квк
И = - 1
1 -I- ( AST )2 + ( ASp )2 + ( ASn_)2
Коэффициент потери информативности указывает на степень влияния мешающих факторов на качество признаков. Для успешного распознавания существует определенное значение отношения (Д£„ / ДЗР). Оно зависит от длительности излучения, надежности распознавания, отношениясигнал/шумиможетбытьпредставленоввиде функционала
V ^
-<piN, ^> Pd, q),
где Д - число РЭ Д, подлежащие распознаванию; Дор - длительнорто излучения\Рп -надежность распознавзния; ь -соотношение ситнал/шум.
Успешность распознавания по некоторому признаку обеспечивается при выполнении соотношения
ASpr
\ рг
ASa
—-• (4)
as„
AS2
Отсюда ASp +AS2t + ASp +AS2N <-0
(aso/a^)
Преобразенавэто неравенсвао, получим
2 '
J е l,
J^ \ ^
. (5)
где а=| = а+ф + а+ф + аsфr - суммарная погрешность измерений, обусловленная мешающими факторами.
Признак может считаться информативным, если его информативность больше или равна некоторой н еобходнмей иаЦормцтивносоц
■/наи. (6)
Учитывая, что неравенства (4) и (6) эквивалентны, можно сказать, что признак является информативным, если оценка среднеквадратичной погрешности измерения удовлетворяет условию
ЮЦ0>Д£ J.
которое можно оаьдсоавиаь оак
М1)^ (8)
На рис. 1 изображены графики зависимости информативности индивидуального ТДП РЭС от суммарной погрешности измерения при различных фиксированных значениях среднеква-дратичногоотклоненияТДП.
Анализ зависимостей позволяет сделать вывод о том, что при равной суммарной погрешности измерения информативность признака определяется величиной среднеквадратичного отклонения ТДП, то есть степенью унификации РЭС. При этом с ростом ДSЦ значение информативности менее чувствительно к изменению ДSo.
Предположим, что все систематические погрешности измерений определены и результат скорректирован посредством введения поправок. Поскольку точность определения поправок не является абсолютной, вследствие их введения возникают дополнительные случайные погрешности, приводящие к увеличению общей дисперсии.
Л (ASu)
1 ; • : 1
i % 1 AS0=1
• t / ! / / AS0 / = 5
\ /\ /\ ^ AS0 = 10 /
\ V V
as;
Рис. 1. Гсофики заоисимости и^(|)0]:ис[ативиост:и индив1.дльа.ш1>]Е^01,0 технич^кого дедасдирующего признакаРЭСотсуммарной поврешности и вмккения
Fig. 1. Schedules of de;p^i^nden(;e of information content of individoal technical Temasking feature of the electronic meansof the total measurement etroc
Представим дрспе°>сию no грешностд т ниде суммв1
Psl = as 0 + aS. , (9)
где AS2 -дксаер дия с^]оп;ди(ге+о дриДметичпстоео рдтультате ивмененся; AS2 - диспе[си я по а правки системотвческой пдгрешносги тгмиотнио.
Вешиины ASf и AS] iitajeoo^^jK.B^T'Cjr выражениями
mi
aSS =0Г aso.;
■=! ' (10)
л=2
es2 = V es 2
с m с' 1=1
оде ¡AS2 - дисперсия среднего арифмееичеспого, ойуслогдеиная г-й сл-чайной поетешиосоып ; TS*. - дисппрсия папядвит /яи поотошноити; дор - количество случайных по-
грешностей; яс2 - толисестоо срстоматиппстих погсешностейт
Дисперсие сроднего трифметическогт пол дтйсовитм /Т04 случайном погрешности опосдс-вяетсявыражониом
= -7-Ц^ £- J)2' (11)
гдт n = [/сзнДг( Л ~ число некорретидованныт иссетсний при /-й с^чайнгйпогрсшнооти; 4™-времяизмерения; Та и интерпал корраряции /-а слупайной погрешности; [...] ицсрап чость чип-
Соответственно,
=—т— Y (xj - x)2 ■ (12)
x /изл xn - ]) ji J
n
- лз -
Преобравуя (8) с учетом (9f, (10) и (12), получ им выражен ие услеви я инфддуатевности пр и -знака:
(к ое me mi a n
риз^Е-а-без)
V в и ,=i 8 8i w е jua ВыиеженоебИЗбсвязитвавт диспеязввс иреднихарифметичерких зоиченнй параметров передатчиков с необходвмойинформасивностью признака, длительностью излучения и оценкой дисперсии единичногоизмерения.
Анализ неравенства (13) позволяет сделать вывод, что при Jf = const признак является еивее инфорвеоивоымврибольшей дияперсии aS0, большем времени измерения /изм и меньших дисперсиях систематических погрешностей и единичных измерений. Следовательно, для уменьшения информативностипризнакавозможноприменение следующих способов: унификации параметров передатчиков; умышленногоизмененияпараметров сигнала.
При унификации передатчиков необходимо добиваться идентичности параметров сигналов на выходе РЭС, т.е. найти технические решения для уменьшения разброса математических ожиданий значений параметров передатчиков, т.е. для уменьшения ASp (левая часть неравенства (13)). Уменьшение ASq в первую очередь определяется точностью установки номинальных значений унифицируемых параметров и их стабильности во времени, что зависит от уровня развития технологической базы. Следует отметить, что необходимая идентичность должна быть не только достигнута при производстве РЭС, но и поддерживаться в ходе эксплуатации. Однако вследствие объективных причин достичь абсолютной идентичности нельзя. Выражение (13) позволяет произвести оценку степени целесообразной унификации параметров сигналов, показывающую, что если некоторый унифицированный параметр имеет дисперсию АИд и не ограничивает необходимое время измерения существенно больше, чем другие параметры, то степень его унификации может считаться удовлетворительной и информативным его считать нельзя.
Снижение информативности путем умышленного изменения параметров сигнала может существенно затруднить поэкземплярное распознавание, если параметр сигнала изменяется непрерывно таким образом, что мгновенные значения признаков для разных РЭС пересекаются, изменения одинаковы для всех РЭС данного типа и закон их распределения исключает появление вторичных признаков. При использовании этого способа определяющее значение имеют выбор закона распределения параметра, установление возможных пределов изменения параметра и скорости его изменения.
Очевидно, что для снижения информативности признаков необходимо изменять параметры по случайному закону, обладающему наибольшей неопределенностью. Из всех известных случайных законов максимальную энтропию имеет равновероятный закон распределения, однако он же наиболее труден в реализации, поэтому из соображений простоты реализации может быть выбран другой закон, например усеченный нормальный. При этом не следует ожидать за время включения РЭС четко выраженной периодичности изменения параметра и больших отклонений параметра от номинальных. Ограничение по отклонению от номинала определяется помехоустойчивостью приема, а исключение периодичности обусловлено возможностью
появления вторичныхпризнаков, которые могут быть установлены путематрреляционного анализа.
Изменение значения параметра во времени и незнание его фактического отклонения от математическоут ожидания тмоментизморениаэутнтоаентгт уволтгению погрешностниз-мерения. То есть ьнышгсмкоеитменеоие параметря дтТаьяшет дополкителеное сластемоес правой частонзятгынсуто (ИЗ), что пpиьттрткcниженмюьгф0онттктыocтр кризнака, тгтотло уменьшается с увеличением интервала корреляции и ростом разброса его единичных измерений. Ограничение предела изменения параметра сверху определяется допустимой степенью уменьшения птмолoycтoйчивоити. Нижнуйпределыюжнолычискитоиз (оЗ).Пттожнм, что погрешности измзренку, нтсвяоанныеоихр мышленныы изменением, ттоyоcтапюи. Тоидаоыт ражение (13) поимслвид
Л- ■ /рож > - X)2, (14)
4 а п - р) £р
ДО2 1
или —20 > — • /2', где А/ - дисперсия по—ешности измеоения, вопванная гмышлевным ыы-
2п П
менениемпараметра.
Для того чтобы при умышленном изменении параметра выполнялось условие информативности признака, необходимо
ия2<и|« . (И)
Для равновероятно го закон а максимальное отклонение параметра от его математического ожидания определинпо формбле
И^^ИЯ,^^. (16)
Jп
Длянормального усыченноготатона
ИС„»(2-3) (17)
Из (17) и (18) следует, что признакне будет достаточноинформативным,е ели
де
Л*^ )(2 о 3) —^ (И)
г а
Информативность признакаобеспечитуспешное распознавание, если
Выбор скорости изменения параметра определяется тем, что уменьшение скорости ведет к увеличению интервала корреляции и, соответственно, к уменьшению числа независимых измерений п, что, в свою очередь, приводит к росту погрешности измерений и к
снижению информативности признака. С другой стороны, чрезмерно медленное изменение
значений параметров излучений может дать возможность прогнозирования значений параметров.
Таким образом, рассмотрение возможных методов снижения информативности признаков позволяет сделать выводы о том, что наиболее эффективно снижение информативности путем уменьшения среднеквадратичного отклонения значения ТДП РЭС данного типа AS0 , т.е. унификацией передатчиков РЭС. В ходе умышленного изменения параметров РЭС к уменьшению AS0 добавляется увеличение погрешности измерения AS2,.
Список литературы
[1] Козирацкий Ю.Л., Будников С.А., Иванцов А.В. и др. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения. М.: Радиотехника, 2013. 232 с. [Kozirazki Yu. L., Budnikov S. A., Ivantsov A.V., etc. Model of information conflict of means of search and discovery. Moscow, Radiotexnika, 2013. 232 p. (in Russian)]
[2] Куприянов А.И., Петренко П.Б., Сычев М.П. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 381 с. [Kupriyanov A. I., Petrenko P. B., Sychev M. P. Theoretical foundations of electronic intelligence. M., Izd-vo MGTU im. N.E. Bauman, 2010. 381 p. (in Russian)]
[3] Гавриленко И.И. Радиопередающие устройства. М.: Транспорт, 1983. 368 с. [Gavrilenko I. I. Radio Transmitting devices. Moscow, Transport, 1983. 368 p. (in Russian)]
[4] Козирацкий Ю.Л., Донцов А.А., Иванцов А.В. и др. Модели пространственного и частотного поиска. М.: Радиотехника, 2014. 344 с. [Kozirazki Y. L., Dontsov A. A., Ivantsov A.V., etc. Model spatial and frequency search. Monograph; ed. by L. Kozirazki. Moscow, Radiotexnika, 2014. 344 p. (in Russian)]
[5] Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения. М.: Радио и связь, 1993. 320 с. [Dvoryashin B. V. Fundamentals of metrology and radio measurement. M., Radio and communication, 1993. 320 p. (in Russian)]
