CC BY
10
Евглевская Наталья Валерьевна, канд. техн. наук, преподаватель, n. evglevskaya@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М.Буденного,
Привалов Андрей Андреевич, д-р воен. наук, профессор, aprivalovainhox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
ESTIMATE OF PROTECTION LEVEL OF INFORMATION, PROCESSED BY A TELECOMMUNICATION NETWORK
N. V. Evglevskaya, A.A. Privalov
The algorithm for estimate of protection level of information, processed hy a telecommunication network, when an attacker realizes cyherattacks, is destined to specify the main trends of communication network security improvement and for discovery of noncompliance reasons with information security requirements. The estimate measures are probability and duration of the telecommunication network being in secure state. The algorithm allows to make the estimate of the communication network management cycle duration that functions when an attacker realizes cyherattacks.
Key words: telecommunication network, attacker, cyherattack, secure state.
Evglevskaya Natalya Valeryevna, candidate of technical sciences, lector, n. evglevskayaagmail.com, Russia, St. Petershurg, Military Telecommunication Academy named after the Soviet Union Marshal Budienny S.M.,
Privalov Andrey Andreevich, doctor of military sciences, professor, aprivalova inhox.ru, Russia, St. Petershurg, Emperor Alexander I St. Petershurg State Transport University
УДК 621.396.4
ЗАЩИЩЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ УСТРОЙСТВ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ
ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
О.Ю. Перфилов, Д. А. Антропов, В.Е. Фидельман
Обоснована актуальность разработки новых конструкций широкополосных пластинчатых антенн декаметрового и метрового диапазона длин волн, размещенных у границы раздела разнородных сред. Предложены технические решения, позволяющие улучшить электрические характеристики и защищенность перспективных пластинчатых антенн, размещенных в районах (зонах) с экстремальными условиями эксплуатации.
Ключевые слова: приграничная пластинчатая антенна, коэффициент усиления антенны, коэффициент бегущей волны, диапазонные свойства.
Руководством нашей страны уделяется значительное внимание социально-экономическому развитию труднодоступных районов в целях разведки и освоения полезных ископаемых, нефти, газа и биоресурсов,
192
освоения новых транспортных путей, решению других важнейших народнохозяйственных задач, а также вопросам развития оборонной инфраструктуры этих регионов.
Для обеспечения решения всего масштабного комплекса задач будут совершенствоваться и развертываться перспективные информационно-телекоммуникационные системы для управления удаленными объектами специального и гражданского назначения.
Очевидно, что в сложных природно-климатических условиях удаленных регионов страны значительная часть каналов связи систем управления объектами, размещенных на этих территориях, будут реализованы на основе комплексов, систем и средств радио- и радиорелейной связи различных диапазонов длин волн.
При этом актуальной задачей является обеспечение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) множества радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения, эффективного использования выделенного ограниченного радиочастотного ресурса, а также высокой степени физической защиты применяемых антенно-фидерных устройств в экстремальных условиях эксплуатации.
Основной целью статьи является разработка новых защищенных конструкций коротковолновых широкополосных пластинчатых дублет -антенн (ДА), размещенных у границы материальных сред «воздух -земля».
Общая задача синтеза новых видов антенн будет заключаться во взаимоувязанном решении двух частных задач:
разработка перспективных конструкций антенн У, обеспечивающих максимальное значение коэффициента усиления антенны Ga в требуемом интервале частотного диапазона ЛЯ, антенны;
разработка перспективных конструкций антенн У, обеспечивающих максимальное значение коэффициента бегущей волны антенны Ка в требуемом интервале частотного диапазона ДК, антенны.
Оптимизация первой частной задачи представлена в виде:
Л тах
ЧУ) = (Р) е.; _ (1)
& = №*; Рсс. Оа. щ
где Ф(У) - целевая функция; У - вектор внешних и внутренних параметров; Ша* - множество исследуемых вариантов конструкций антенн; Рсс - вероятностно - временные характеристики систем связи; 0а - множество электрических характеристик антенн; Ъа - множество вариантов применения антенн; - множество природно-климатических характеристик района эксплуатации.
При этом должен выполняться ряд ограничений и допущений:
193
(2)
где 1/14*- множество предлагаемых вариантов конструкций антенн, соответствующее допустимым Ша доп; Рсс - множество вероятностно-временных характеристик систем связи, соответствующее допустимым Рсс доп; йа -множество электрических характеристик антенн, соответствующее допустимым Я ; АРа - диапазонные свойства антенн, соответствующие требуемым АРа доп; Рс - мощность сигналов; РП - мощность одиночных (групповых) радиопомех; <230, (2ЗОТр - реальное и требуемое защитное отношение сигнал/помеха в условиях воздействия радиопомех; Сс, Ссдоп - реальная и допустимая стоимости образцов антенн; Эа, Эадоп - реальная и допустимая стоимость конструкций антенн.
Оптимизация второй частной задачи имеет вид:
Ограничения и допущения в целом также аналогичны требованиям, указанных в (2).
Новая конструкция ДА относится к приземным антенно-фидерным устройствам декаметрового и метрового диапазонов длин волн, размещаемых у границы раздела материальных сред «земля-воздух», и может быть использована для повышения устойчивости функционирования средств радиосвязи стационарных объектов связи.
На практике известны ДА (рис. 1), именуемые иногда шлейф-вибраторами, состоящие из активной части шлейф-вибратора - левой и правой секций 1, симметрично расположенных относительно условной центральной оси антенны, и пассивной части П-образной формы того же шлейф-вибратора 2, выполняемых из пластинчатых металлических проводов, либо заменяющих их плоских металлических сеток, симметричного радиочастотного фидера питания, центральные жилы которого 3 подключены к секциям 1 в точках А и В, а металлические оплетки 4 соединены вместе в точке 5 [1,2].
Недостатками таких конструкций ДА являются неравномерность распределения тока вдоль секций активной части шлейф-вибратора и низкая согласованность входного сопротивления шлейф-вибратора с питающим радиочастотным фидером в рабочем диапазоне частот. Отмеченные
(3)
недостатки не обеспечивают высокие значения коэффициентов усиления антенны (КУА) и бегущей волны (КБВ), что приводит к снижению уровней излучаемой (принимаемой) мощности радиосигналов используемых участков рабочего частотного диапазона, отрицательно влияет на дальность радиосвязи, уменьшает устойчивость работы средств радиосвязи.
Рис. 1. Исходная конструкция дублет-антенны: 1 - активные левая
и правая секции; 2 - пассивная часть шлейф-вибратора; 3 - центральные жилы фидера; 4 - металлические оплетки фидера; 5 - точка соединения металлических оплеток фидера
Поставленной задачей является разработка новой конструкции ДА, позволяющей обеспечить высокие эксплуатационно-технические характеристики, увеличить устойчивость функционирования средств радиосвязи (рис. 2).
2 2
Рис. 2. Дублет-антенна с измененной активной частью: 1 - левая и правая секции; 2 - шлейф-вибратор; 3 - фидер питания;
4 - центральная секция
195
Новая конструкция ДА (рис. 2) включает активную часть, состоящую из симметрично расположенных относительно условной центральной оси антенны левой и правой боковых секций 1 и центральной секции 4, отстоящей на одинаковом расстоянии от боковых секций, причем в целом общие геометрические размеры активной части прототипа антенны и изобретения остаются прежними, пассивную часть шлейф-вибратора П-образной формы 2 и питающий симметричный радиочастотный фидер 3. Активная и пассивная части ДА выполнены из пластинчатых металлических проводов, либо плоских металлических сеток. Центральные жилы кабелей питающего антенну радиочастотного симметричного фидера электрически подключаются к боковым секциям активной части шлейф-вибратора в точках А и В, находящихся на продольной оси активной части шлейф-вибратора, а экранные оболочки кабелей электрически подключаются к центральной секции в точках Ао и Во, лежащих на той же продольной оси и являющихся ближайшими к точкам подключения к боковым секциям центральных жил кабелей питания.
Новая конструкция ДА отличается от исходной наличием центральной секции в ее активной части и изменением порядка подключения питающего симметричного кабеля к боковым и центральной секциям активной части дублет-антенны.
Наличие двух боковых и центральной секции в активной части ДА, П-образной пассивной части, питающего симметричного радиочастотного фидера и изменение порядка его подключения к центральной и боковым секциям активной части ДА приводят к снижению неравномерности распределения тока вдоль проводников дуплет-антенны в рабочем диапазоне частот, улучшает согласованность с питающим фидером, что позволяет получить технические результаты: увеличение КУА и КБВ.
Новая конструкция ДА работает следующим образом. При подключении радиопередатчика к входу симметричного фидера высокочастотная энергия распространяется по питающим кабелям в левую и правую секции активной части антенны через соответствующие точки подключения центральных жил и экранных оболочек к боковым секциям и к средней секции в виде вытекающих в секции вибраторов токов. Эти токи секций активных частей ДА и ее прототипа имеют одинаковое направление. А вот распределение тока вдоль секций активных частей антенн различается. В новой ДА по сравнению с ее прототипом распределение увеличенных амплитуд тока более равномерное, обеспечивающее увеличение КУА и КБВ.
Для подтверждения технических результатов были изготовлены макеты новой ДА и ее прототипа с одинаковыми геометрическими размерами: шириной 3 м и длиной 1о,2 м, расположенные в воздушной среде параллельно дневной поверхности земли, но выше ее на 3 см.
В ходе проведенного эксперимента на макете новой антенны было установлено, что коэффициент усиления дублет-антенны О0 на выбранном частотном участке 3.. .12 МГц, особенно в его длинноволновой части 3.. .6 МГц, на 1.6 дБ выше, чем у прототипа. Полученные данные входных со-
196
противлений Ъ показывают, что высокие эксплуатационные значения КБВ>0,5 при волновом сопротивлении питающего фидера Ш=150 Ом у дублет-антенны обеспечиваются с рабочей частоты 1,7 МГц и выше, а у ее прототипа - с частоты 2,3 МГц. Таким образом, в новой ДА расширены диапазонные свойства в длинноволновой области рабочего частотного участка на 0,5 МГц.
Полученные результаты позволили перейти к практическим конструкциям новой ДА и ее прототипа, в которых, в отличие от макетов, пространство между антенной и дневной поверхностью земли заполнялось слоем асфальтобетона толщиной 1 м для защиты от климатических изменений окружающей среды.
В ходе испытаний на выбранном частотном участке 3.. .12 МГц коэффициент усиления антенны О0 превысил коэффициент усиления ее прототипа в среднем в 1,3 раза. Полученные данные входных сопротивлений показали, что значения КБВ>0,5 при волновом сопротивлении фидера Ш=150 Ом у новой ДА обеспечиваются с рабочей частоты 2,7 МГц и выше, а у ее прототипа начинаются с частоты 4,5 МГц. Таким образом, на 1,8 МГц улучшаются диапазонные свойства новой ДА и ее согласованность с питающим фидером. Проведенные трассовые испытания ДА на радиолиниях с радиопередатчиком мощностью 1 кВт показали практическую возможность увеличения дальности связи с 600 км до 700.750 км.
Таким образом, экспериментально было доказано получение технических результатов в новой конструкции ДА: увеличение в среднем коэффициентов усиления антенны на 25. 30% и бегущей волны на 15. 20%.
На предложенное техническое решение получен патент Российской Федерации [3].
Рассмотрим следующую новую конструкцию ДА.
Зачастую для развертывания ДА на отдельных узких площадках, например, на металлических крышах автомобильных кузовов, в узких защищенных подземных антенных излучателях узлов связи возникает необходимость значительного уменьшения геометрических размеров антенн при допустимых значениях электрических характеристик антенн.
Для устранения указанного недостатка в конструкции ДА (рис. 2), состоящей из активной части - левой и правой боковых секций 1 и центральной секции 2, симметрично расположенных относительно условной центральной оси антенны, и пассивной части П-образной формы - длинного шлейфа 3 и левой и правой боковых секций 4, размещенных в одной плоскости, выполненных из пластинчатых металлических проводов, либо заменяющих их плоских металлических сеток, симметричного радиочастотного фидера питания 5, центральные жилы кабелей питающего антенну симметричного радиочастотного фидера электрически подключаются к боковым секциям активной части антенны в точках, находящихся на продольной оси активной части антенны, а экранные оболочки кабелей электрически подключаются к центральной секции в точках, лежащих на той же продольной оси и являющихся ближайшими к точкам подключения к
боковым секциям центральных жил кабелей питания, изменен порядок расположения всех секций активной и пассивной частей антенны, внесен новый конструктивный элемент центральной секции активной части антенны 6 (рис. 3).
Рис. 3. Дублет-антенна с измененными геометрическими размерами:
1 - левая и правая секции; 2 - центральная секция; 3 - шлейф-вибратор; 4 - секции шлейф-вибратора; 5 - фидер питания;
6 - перегородка
Теперь в новой конструкции ДА (рис. 3) все секции ее активной части и пассивный длинный шлейф размещаются в параллельных плоскостях, а боковые секции пассивной части антенны размещены при этом в плоскостях, к ним ортогональным, а ширина пассивного длинного шлейфа выбирается равной или несколько больше ширины активной части антенны. Кроме того, для улучшения равномерности протекания тока в новой ДА, повышения механической прочности в ее центральной секции активной части добавлена прямоугольная перегородка, размещенная в ортогональной плоскости, по геометрическим размерам равная боковым секциям пассивной части антенны, также выполненная из пластинчатых металлических проводов, либо заменяющих их плоских металлических сеток. На практике в качестве пассивного длинного шлейфа может использоваться другая металлическая поверхность: металлическая поверхность крыши автомобильного кузова, несколько превышающая ширину заявляемой дублет-антенны, металлическая крыша здания или другой объект.
Внесенные изменения позволяют получить технические результаты: уменьшение геометрических размеров (ширины) новых конструкций ДА до величины ширины площадок их возможного практического размещения на различных мобильных и стационарных объектах связи, снижение неравномерности распределения тока вдоль проводников дублет-антенны в рабочем диапазоне частот, улучшение согласования с питающим фидером, увеличение КУА и КБВ.
Предложенная новая ДА работает следующим образом. При подключении радиопередатчика к входу симметричного фидера высокочастотная энергия распространяется по питающим кабелям в левую и правую
198
секции активной части антенны через соответствующие точки подключения центральных жил и экранных оболочек к боковым активным секциям и к средней активной секции, соединенной с дополнительной перегородкой, создавая в элементах антенны, по другому расположенных, чем в прототипе, синфазные и противофазные токи возбуждения [4].
Проведенные исследования доказали полученные технические результаты - расширение возможностей организации радиолиний связи за счет применения ДА с меньшими геометрическими размерами на автомобильных кузовах нормальной и удлиненной базы, а также на ограниченных по размерам стационарных объектах более эффективных крышевых ДА, активные и шлейфовые длинные пассивные части которых лежат в параллельных плоскостях, снижение неравномерности распределения тока вдоль проводников ДА в рабочем диапазоне частот, улучшение согласования с питающим фидером, увеличение КУА и КБВ [5-10].
Так, например, применение крышевой дублет-антенны, имеющей длину, равную 0,9 длины кузова автомобиля марки «КамАЗ-4310» (4,5 м), ширину, равную 0,75 ширины кузова этого автомобиля (1,7 м) и высоту, равную 0,2 м при КБВ>0,4 обеспечивает устойчивую радиосвязь (70... 80%) в декаметровом диапазоне длин волн 3.12 МГц отраженной от ионосферы радиоволной на радиотрассах до 500.1000 км при используемых мощностях радиопередатчика 1.5 кВт как в режиме слухового приема, так и при цифровых способах передачи информации.
При работе на подземную дублет-антенну максимальная дальность работы соответственно уменьшится до 500.700 км. При уменьшении длины крышевой дублет-антенны в два раза обеспечивается устойчивая (70.80%) ультракоротковолновая (метровая) связь земной (поверхностной) волной на расстояние до 100 км.
Таким образом, поставленная цель - снижение геометрических размеров ширины новой конструкции ДА до величины ширины площадок их возможного практического размещения на мобильных и стационарных объектах связи, улучшение её основных электрических характеристик на 10.15% - достигнута. На предложенное решение получен патент Российской Федерации [11].
В целом, технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенных конструкций ДА, заключается в возможности повышения мобильности и надежности радиосвязи подвижных и стационарных узлов связи в условиях негативного воздействия различных факторов внешней среды. Количественная величина технико-экономического эффекта от новых конструкций новых антенн зависит от способов организации радиосвязи, условий ЭМС и внешних условий обстановки.
Список литературы
1. Керавенант Б. Приемная антенна. Заявка на патент № 2119901. Франция, 1972.
2. Заявка на патент № 2311422. Франция. Дублет-антенна, согнутая из пластин / Г. Дубост, Н. Хавот. Опубл. 05.01.1977.
3. Дублет-антенна: пат. РФ № 2568328. Опубл. 20.11.2015. Бюл.
№ 32.
4. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. М.: Совесткое радио, 1961. 536 с.
5. Sukharevsky O.I., Zalevsky G.S., Sazonov A.Z. Electromagnetic wave scattering from a subsurface wirelines // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory - MMET-06. Kharkov, 2006. P. 245-247.
6. Антропов Д.А., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Приграничные пластинчатые антенны средств и комплексов радиорелейной связи дека-метрового и метрового диапазонов длин волн // Антенны. 2020. № 2 (264). С. 40-47.
7. Рудаков С.В., Богомолов А.В. Методика расчета напряженности электростатического поля в изоляции многожильных кабелей // Безопасность в техносфере, 2013. Т. 2. № 1. С. 39-43.
8. Sukharevsky O.I., Zalevsky G.S. Electromagnetic fields scattered by the system of the subsurface objects // International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory - MMET-20. Kharkov, 2000. P. 712714.
9. Перфилов О.Ю., Антропов Д.А. Перспективные конструкции приграничных пластинчатых антенн // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 2. С. 150-158.
10. Zalevsky G.S., Sukharevsky O.I., Vasilets V.A., Surgai M.V. Estimation of radar scattering characteristics of artillery shells in meter, decimeter and centimeter wavelength ranges // Radioelectronics and Communications Systems. 2019. Vol. 62. № 7. P. 356-367.
11. Дублет-антенна: пат. РФ № 2686856. Опубл. 06.05.2019. Бюл.
№ 13.
Перфилов Олег Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, vnkantropov@mail. ru, Россия, Мытищи, Академия военных наук Российской Федерации,
Антропов Дмитрий Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, vnkantropov@mail.ru, Россия, Мытищи, Академия военных наук Российской Федерации,
Фидельман Валерий Евгеньевич, старший научный сотрудник, заслуженный изобретатель Российской Федерации, vnkantropov@mail.ru, Россия, Мытищи, Академия военных наук Российской Федерации
PROTECTED ANTENNA STRUCTURES FEEDER DEVICES FOR RADIO RELAY COMMUNICATION DUAL PURPOSE
O.Y. Perfilov, D.A. Antropov, V.E. Fidelman 200
The urgency of development of new designs of broadband plate antennas of decameter and meter range of wavelengths placed at the interface of heterogeneous media is proved. The technical solutions allowing to improve electrical characteristics and protection of perspective plate antennas placed in areas (zones) with extreme operating conditions are offered.
Key words: border plate antenna, antenna gain, traveling wave coefficient, range properties.
Oleg Yur'evich Perfilov, doctor of technical sciences, professor, vnkantrop-ov@,mail.ru, Russia, Mytishchi, Academy of Military Sciences of the Russian Federation,
Dmitry Alekseevich Antropov, сandidat of technical sciences, docent, vnkantropovamail.ru, Russia, Mytishchi, Academy of Military Sciences of the Russian Federation,
Valery Evgenievich Fidelman, senior researcher, honored Inventor of the Russian Federation, vnkantropov@mail.ru, Russia, Mytishchi, Academy of Military Sciences of the Russian Federation
УДК 519.217.8
СТРУКТУРА И МОДЕЛЬ 2-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПОЛУМАРКОВСКОГО ПРОЦЕССА С АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ
МАРШРУТАМИ
Рассматриваются структура и модель 2-параллельного полумарковского процесса. Предлагается преобразование исходной модели в дискретную с определением параметров эстафеты с жестким расписанием по альтернативным маршрутам. Рассчитывается чистое время блуждания для 2-параллельного полумарковского процесса.
Ключевые слова: преобразование Фурье, полумарковский процесс, время блуждания, эстафета.
Структура 2-параллельного полумарковского процесса, описывающая эстафету с альтернативными маршрутами, приведена на рис. 1. При построении структуры быль приняты следующие обозначения: в эстафете принимают участие два субъекта, А и В; субъекта отрабатывают заданную программу независимо друг от друга; отработка программы заключается в поэтапном преодолении дистанции в реальном физическом времени; дистанция разделена на J этапов.
Преодоление у-го этапа возможно по К(А, у) маршрутам для субъекта А, и по К(В, у) маршрутам для субъекта В, К(А, у) Ф К(В, у); вершины
на дистанции, которую должен преодолеть субъект А; вершины
201
К.А. Гришин
обозначают точки передачи эстафеты
