CC BY
94
УДК 519.724
ПРИМЕНЕНИЕ РЕТРАНСЛИРОВАННЫХ ПОМЕХ В ЦЕЛЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫМИ ШИРОКОПОЛОСНЫМИ СИГНАЛАМИ
С.Н. Агиевич, С. А. Луценко
Известные типы помеховых сигналов, к которым можно отнести стационарные (заградительная (широкополосная), сосредоточенная по полосе и узкополосная помехи) и нестационарные (импульсные) помехи, не позволяют эффективно воздействовать на спутниковые системы радиосвязи (ССРС), в которых используются фазома-нипулированные широкополосные сигналы (ФМШПС) с большим коэффициентом расширения спектра. Это требует создания новых подходов к вопросам противодействия ССРС с широкополосными сигналами. В статье предлагается использование ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП), в целях воздействия на ССРС с ФМШПС.
Ключевые слова: ФМШПС, DSSS, расширение спектра, ЦРЧП, ретранслированная помеха.
Проблема обеспечения надежной спутниковой связи в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех, а также многостанционного доступа при работе в пакетных радиосетях наилучшим образом может быть решена при использовании в средствах радиосвязи сигналов с расширением спектра [1]. На сегодняшний день одним из базовых методов расширения спектра является метод непосредственной модуляции несущей псевдослучайной последовательностью (ПСП), который также имеет название «прямое расширение спектра сигналов с помощью ПСП» (от англ. DSSS - Direct sequence spread spectrum). При данном методе расширение спектра достигается непосредственной модуляцией несущей частоты (двоичной ПСП), или за счет последовательной перестройки рабочей фазы передаваемого сигнала. В последнем случае сигналы называются фазоманипулированными широкополосными сигналами (ФМШПС). Принцип их формирования состоит в умножении сигнала несущей на ПСП с тактовой частотой, намного превышающей ширину полосы частот информационного сигнала. Эффект кратного расширения спектра позволяет добиваться требуемой надёжности передачи информации даже при малых соотношениях сигнал/шум, что обуславливает применение ФМШПС для передачи критичной для пользователя информации (например, команды управления и служебные данные) в сложной помеховой обстановке. На рис. 1 представлена упрощённая модель системы связи с ФМШПС.
Рис. 1. Упрощённая модель системы связи с ФМШПС
На передающей части информационная последовательность ё(7) умножается на двоичную ПСП рф и передатчик излучает полезный сигнал т(7) в спутниковый канал связи. При передаче по спутниковым линиям связи полезный сигнал т(7) суммируется как с непреднамеренными п(7), так и с преднамеренными помехами после чего смешанный сигнал г@) поступает на вход приемника. На приемной части широкополосный сигнал гф умножается на точную копию ПСП р^), используемой в передатчике. В результате дальнейшей демодуляции сигнала 2(7) решающее устройство выдает оценку информационной последовательности ё(7).
В работах [2-5] описываются общие способы постановки помеховых сигналов спутниковым каналам связи, однако вопросы непосредственного выбора оптимальной помехи для подавления СРС с ФМШПС освящены недостаточно. Стоит отметить, что использование основных типов помех (заградительной, сосредоточенной по полосе, узкополосной, импульсной) не всегда эффективно при воздействии на ФМШПС с большим коэффициентом расширения спектра (от 20 дБ и выше). В данной работе предлагается использование ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП). Данная технология и устройства нашли широкое применение в системах радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с радиолокационными станциями (РЛС), но в целях воздействия на системы радиосвязи ее использование достаточно ограничено. В системе с ЦРЧП нет необходимости формировать помеховый сигнал с нуля. Для этой цели используется принимаемый сигнал, который обрабатывается соответствующим образом. Обратный сигнал, передаваемый системой с ЦРПЧ в сторону приемника радиосвязи воспринимается им не как посторонний мешающий сигнал, а как полезный сигнал, подлежащий обработке.
На рис. 2 представлена структурная схема генератора ретранслированных помех ССРС с ФМШПС, основанного на технологии ЦРЧП.
Рис. 2. Структурная схема генератора ретранслированных помех ССРС с ФМШПС, основанного на технологии ЦРПЧ
Как видно из схемы, полезный сигнал поступает на вход приемной антенны генератора ретранслированных помех (ГРП), усиливается, фильтруется и повторно излучается через передающую антенну ГРП. Для ФМШПС форма ретранслированной помехи представляет собой задержанную копию полезного сигнала. Таким образом, на входе приемника ретранслированная помеха воспринимается как полезный сигнал, что может приводит к ошибкам на выходе решающего устройства. В ССРС чаще всего оценка помехозащищенности производиться по критерию средней вероятности ошибки (СВО) на бит информации. Однако в системах с ФМШПС наиболее критичным моментом помимо вышеуказанного является процедура синхронизации.
В соответствии с [1] синхронной ССРС называется такая система, в которой для приема дискретного сообщения с неизвестными синхропараметрами применяется оптимальный приемник в совокупности с системой синхронизации, осуществляющей в общем случае оценку неизвестных синхропараметров сигнала и подстройку приемника для достижения наилучшего соответствия между принимаемыми сигналами и алгоритмом работы приемника ССРС. При этом оценка момента начала кодовой последовательности должна определяться с точностью не меньшей, чем длительность двоичного кодового символа (символа ПСП), а центральная частота сигнала с точностью, при которой полезный сигнал после смесителя оказался бы в полосе пропускания фильтра коррелятора (согласованного фильтра).
В зависимости от того, каким образом формируется информация о синхропа-раметрах сигналов различают несколько методов, которые можно использовать для обеспечения синхронной работы передатчика и приемника СРС с общей псевдослучайной последовательностью. В общем виде структурная схема системы синхронизации для ССРС с ФМШПС имеет вид, представленный на рис. 3.
Пр ин имае мый сигнал
Полосовой Энергетический Пороговое
фильтр детектор устройство
ССРС с ФМШПС синхронизирована
Нет
Генератор оперной ПСП
Да
Рис. 3. Структурная схема системы синхронизации для ССРС с ФМШПС
Предположим, что на вход приемного устройства поступает сумма переданного ССРС полезного сигнала m(t) и шумовой компоненты n(t). В этом случае сигнал имеет вид
r(t) = *J~Rm(t -S) + n(t), (1)
где n(t) - аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ), R - средняя мощность принятого сигнала, S - временная задержка. Вероятность обнаружения сигнала
Pä=l~Pm =ß(Ä,V"21ni%), (2)
где Q() - Q-функция Маркума, Pd - вероятность обнаружения, Рт - вероятность пропуска, Pfa - вероятность ложной тревоги.
При воздействии ретранслированной помехи, сигнал на входе приемного устройства приобретает вид
r(t) = 4Rm(t - S)+ пj (0 - ^Jp~m(t -S') + n2 (t)
Перехваченный сигнал Ретрансляционная помеха ' -, (3)
= -jRm(t -S)- JP~m(t -S*) + n (t)
где Pj - средняя мощность ретранслированной помехи (при рассмотрении в данной работе полагаемой равной мощности принятого сигнала R), S - S' - величина задержки между сигналом ретранслированной помехи и полезным сигналом на входе приемника, n(t) = ni(t) + ri2(t) - АБГШ. Статистика решения на выходе интегратора равна
Z =
2 Ть2
jr(t)m(t-S)
7 • (S-S)-Rmm (ô'-ô)) + -¡L-\n(t)m(t - S)d(t)
(4)
г\ ^ тт V ' тт V '' Г~\Т
2 V11Ь Т„
где Ртт(т) - автокорреляционная функция т(1). Если используется М-последовательность с периодом Ы, то
|т| < Т
п ГТЛ -) N ТС С
в противном случае.
1
N'
(5)
Из уравнения (4) следуют две гипотезы:
2
Я0: z=' Нг\ z =
-i— f n(t)m(t - ô)d(t) л/2Tb Jть
фазы не совпадают, фазы совпадают. (6)
Предполагается, что Тс «Т, у означает порог принятия решения. Тогда вероятность ложного обнаружения
Обозначим т' = S-S'< Тс, тогда вероятность пропуска
413
1
Иж 7
I N о и
иехр(--
+ 2и
и\
С
2«п
(8)
где и' - модифицированное соотношение сигнал/шум, /о() - модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка.
Если относительное время задержки ? равно половине длительности кодового символа ПСП, входное соотношение сигнал/шум на входе энергетического детектора при воздействии ретранслированной помехи уменьшается на 9 дБ. Графики сравнения рабочих характеристик приемника при воздействии заградительной и ретранслированной помех представлены на рис. 4.
Рис. 4. Сравнение рабочих характеристик приемника при воздействии заградительной и ретранслированной помех
Как следует из сравнения графиков, изображенных на рис. 4 воздействие ретранслированной помехи на процессы синхронизации в ССРС с ФМШПС более эффективно, чем применение заградительной помехи. Этот факт можно объяснить высокой степенью корреляции сигнала ретранслированной помехи с полезным ФМШПС.
Заградительная помеха
•О" Помеха, сосредоточенная
по полосе
—к— Ретранслированная помеха
Рис. 5. СВО на бит при постановке заградительной, сосредоточенной по полосе
и ретранслированной помех
Что касается СВО на бит информации, то значение данного показателя при воздействии ретранслированной помехи выше вследствие уменьшения соотношения сигнал/шум на входе приемного устройства ССРС. Из уравнения (8) при условии, что
мощность ретранслированной помехи сравнима с мощностью сигнала на входе приемного устройства, входное соотношение сигнал/шум уменьшается на т'2/2Г2. Таким образом, СВО равна
Рис. 5 показывает зависимости СВО на бит Ре , как функции отношения сигнал/шум при заданном значении сигнал/помеха.
В данной статье представлен вариант формирования ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП), в целях воздействия на ССРС с ФМШПС. Рассмотренная ретранслированная помеха обладает свойством высокой корреляции с оригинальным ФМШПС, что позволяет эффективно воздействовать на процесс синхронизации и повышать СВО. Результаты моделирования в среде Матлаб подтверждают корректность использованных теоретических выражений. Таким образом, на низких уровнях сигнал/шум применение корреляционных ретранслированных помех имеет большую эффективность по сравнению с известным типам помех.
1. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью// В.И. Борисов, В.М. Зин-чук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин, Г.С. Нахмансон; под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003. 640 с.
2. Луценко С.А. Методический аппарат деструктивного воздействия на спутниковые командно-программные радиолинии // Инновационные технологии и технические средства специального назначения. Труды X Общероссийской научно-практической конференции. СПб.: Военмех, 2017. С. 233 - 241
3. Агиевич С.Н., Гулидов А. А., Луценко С. А. и др. Способ радиоподавления каналов связи. Патент РФ № 2637799 по заявке № 2017106110 от 22.02.2017.
4. Иванов А.А., Козлов С.Ю., Кудрявцев А.М. и др. Способ обработки результатов радиомониторинга. Патент РФ № 2659486 по заявке № 2017128046 от 04.08.2017.
5. Гудков А. А., Клецков Д. А., Кузьмин В.В., Удальцов Н.П. Модель распознавания объектов радиомониторинга в иерархических системах управления // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 1. С. 283-
Агиевич Сергей Николаевич, д-р техн. наук, старший научный сотрудник, agievicharamhler.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Будённого,
Луценко Сергей Алекснадрович, адъюнкт, sergei lulsenkoainhox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Будённого
APPLICA TION OF REPEA TER JAMMING FOR EFFECTS ON SA TELLITE RADIOCOMMUNICA TION SYSTEMS WITH DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM
S.N. Agievich, S.A. Lutsenko
Known jamming types, including broadband noise, partial-hand noise and so on do not effectively affect satellite radiocommunication systems (SRS) in which direct sequence spread spectrum (DSSS) are used with a large coefficient of spreading. This requires the cre-
(9)
Список литературы
291.
ation of new approaches to the issues of countering the SRS with broadband signals. The article proposes the use of repeater jamming, created using digital radio frequency memory (DRFM) technology, in order to influence the SRS with DSSS.
Key words: DSSS, spread spectrum, DRFM, repeater jamming.
Agievich Sergei Nicolaevich, doctor of technical sciences, senior researcher, agievicharambler.ru, Russia, St. Petersburg, Military academy of communication of S.M. Budyonny,
Lutsenko Sergey Aleksandrovich, postgraduate, sergei lutsenkoainbox. ru, Russia, St. Petersburg, Military academy of communication of S.M. Budyonny
УДК 519.876
ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНИВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ПО ЧИСЛЕННОСТИ ПЕРСОНАЛА
Е.П. Минаков, С.Е. Шалдаев, Г.В. Дудалев, В.В. Кравцов
Рассматриваются постановка задачи количественного оценивания влияния изменения численности персонала организационно-технических систем на вероятность выполнения комплекса работ, моделируемых сетевыми графиками. Дано решение этой задачи и изложен соответствующий метод для нестационарных и стационарных процессов функционирования таких систем. Приведен пример, алгоритм и результаты оценивания влияния сокращения численности персонала организационно-технических системы, состоящей из двух подсистем (с заданными отношениями их входов и выходов, интенсивностями выполнения работ, количеством операций и вероятностями успешного выполнения в каждой из них и соответствующими продолжи-тельностями), на вероятность выполнения комплекса работ сетевого графика.
Ключевые слова: организационно-техническая система, сетевой график, численность персонала, вероятность выполнения работы.
Для многих организационно-технических систем (ОТС) [1] типичной в настоящее время является ситуация выполнения задач по предназначению при изменении численности персонала, выполняющего работы, что делает актуальным оценивание его влияния на вероятность выполнения соответствующих задач.
Постановка задачи и математическая модель.
Функционирование таких ОТС может моделироваться в рамках аксиоматики Колмогорова однородным Марковским процессом с дискретными п состояниями и непрерывным временем [2] при условии, что попадание процесса в каждое из них образует полную группу событий. Вероятности нахождения процесса их функционирования в каждом i-ом состоянии - р$) могут прогнозироваться на любой момент времени - t решением задачи Коши для системы дифференциальных уравнений, получаемой по правилу Колмогорова [2]:
dn (t) п п
р()- I р}(О-р}(0• I р}(0-1г),i = 1,...,п, (1)
dt j=1 j=1 j & J &
