Системи радіозв’язку з ППРЧ
СИСТЕМИ РАДІОЗВ’ЯЗКУ З ПСЕВДОВИПАДКОВИМ ПЕРЕНАЛАШТУВАННЯМ РОБОЧОЇ ЧАСТОТИ
У процесі функціонування радіоелектронні засоби (РЕЗ) піддаються різного роду впливам, що порушують їх нормальну роботу. Оскільки система радіозв’язку (СРЗ), як підсистема управління військами, є першочерговим об’єктом радіоелектронної боротьби (РЕБ), то вона потребує відповідного рівня захисту. Для протидії системам радіотехнічної розвідки (РТР) та радіоелектронного придушення (РЕП)
противника сучасні РЕЗ широко застосовують сигнали з розширеним спектром.
Основними перевагами даних сигналів відносно вузькосмугових є підвищена завадозахищеність та прихованість.
Розширення спектра сигналів СРЗ здійснюється за однією з технологій:
– псевдовипадкове переналаштування робочої частоти (ППРЧ), що передбачає дискретну зміну несуча в межах заданої смуги частот;
– пряме розширення спектра сигналів, що передбачає кодування кожного біта інформаційного потоку швидкою псевдовипадковою послідовністю (ПВП) або застосування лінійної частотної модуляції.
Тобто одним з перспективних напрямків досліджень в галузі завадозахисту СРЗ спеціального призначення (СРЗ СП) є використання широкосмугових сигналів з ППРЧ. Дані системи вже знайшли своє використання у великій кількості вітчизняних (Р-002, Р-005, Р-030, Р-1150) та закордонних (Акведук, Абзац, Motorola, Marconi,
Thomson, Harris та інші) радіостанцій.
Аналіз публікацій та досліджень показав, що переваги широкосмугових СРЗ з
ППРЧ [2] роблять їх необхідними для використання у спеціальних телекомунікаційних системах силових структур, надійне функціонування яких має забезпечуватись в
умовах складної радіоелектронної обстановки.
Метою статті є огляд технології розширення спектра СРЗ з ППРЧ та визначення
можливості їх застосування в перспективних СРЗ СП.
Головною особливістю СРЗ з ППРЧ є використання методу стрибкоподібної зміни несучої частоти у виділеному робочому діапазоні частот
(ΔFFH).
Під стрибкоподібною зміною частоти слід розуміти періодичне узгоджене переналаштування однієї або декількох робочих частот передавача та приймача. У загальному випадку сигнал з ППРЧ розглядається як послідовність модульованих радіоімпульсів, несучі частоти яких переналаштовуються в робочому діапазоні. Число таких частот і порядок їх чергування задається генераторами псевдовипадкових чисел (псевдовипадковими кодами) відповідно до вимог та тактико-технічних характеристик СРЗ.
Головною умовою використання даних сигналів є детермінування псевдовипадкової послідовності радіоімпульсів, точніше їх несучих частот і часового положення, що дозволяє забезпечити частотну та часову синхронізацію сигналів. Для постановника завад закон переналаштування несучої частоти в СРЗ з ППРЧ вважається невідомим, що виключає можливість створення ефективних способів придушення. Це
перешкоджає системі РЕП досягти ефективного впливу на СРЗ і змушує постановника завад розподіляти спектральну щільність потужності завади по всьому частотному діапазону СРЗ.
Залежно від співвідношення часу роботи приймача на одній частоті
Th
(тривалість частотного елементу) та тривалості інформаційних символів
Tb
ППРЧ класифікують на: міжсимвольне, посимвольне, внутрішньосимвольне; а при двійковій ЧМ без кодування на: міжбітове, побітове та внутрішньо бітове [2]. Приклади відповідних частотно-часових матриць (ЧЧМ) представлені на рис. 1.
Важливим параметром, з погляду завадостійкості СРЗ з ППРЧ є фактичний частроботи СРЗ на одній частоті (в одній частотній позиції). Даний параметр дозволяє СРЗ з ППРЧ «втекти» від завадопостановника.
Розглянувши типову структурну схему СРЗ з ППРЧ з частотною модуляцією (ЧМ) без розриву фази (рис. 2), можна побачити, що для виділення сигналу приймач проводить відстеження стрибків частоти (так звану згортку ППРЧ) і демодуляцію, а у випадку кодування сигналу – ще й декодування. Згортка сигналу з ППРЧ виконується шляхом перемноження прийнятого сигналу на опорний сигнал приймача. В результаті формується функція кореляції двох сигналів (функція невизначеності). Але оскільки момент приходу сигналу на вхід приймача точно невідомий, то утворена на виході корелятора сигналів з ППРЧ взаємокореляційна функція (ВКФ) може бути замалою, що ускладнює її ідентифікацію.
Рис. 1. Фрагменти частотно-часової матриці (ЧЧМ) сигналів:
а) з міжбітовим ППРЧ і двійковою ЧМ;
б) з побітовим ППРЧ і невипадковою двійковою ЧМ;
в) з побітовим ППРЧ і випадковою двійковою ЧМ;
г) з внутрішньобітовим ППРЧ і невипадковою двійковою ЧМ.
Синхронізація СРЗ з ППРЧ
Загальною особливістю всіх СРЗ з ППРЧ є необхідність забезпечення синхронізації синтезаторів передавача та приймача в частотно-часовій області. Синхронізація досягається у випадку, коли прийнята та опорна послідовності ППРЧ співпадають у часі. Очевидним шляхом вирішення даної проблеми є виявлення сигналу з одночасним виміром часу його затримки (запізнення). При цьому апріорна невизначеність значення затримки може перевищувати ширину піка ВКФ.
На першому етапі синхронізації необхідно виявити сигнал (встановити положення головного піка ВКФ) та оцінити значення затримки
Th
(хоча б з точністю добільшої частини ширини піка ВКФ). Після закінчення пошуку сигналу та початку радіообміну постає питання у підтримці синхронізму. Отже, другим етапом процесу синхронізації є постійне підтримання синхронізму. Це досягається шляхом забезпечення максимального збігу опорної та прийнятої частот в часі. Узагальнена структурна схема підсистеми синхронізації представлена на рис. 3
У даній підсистемі вхідний сигнал за допомогою ланцюгів пошуку захоплюється опорним генератором псевдовипадкової послідовності (ПВП) та підтримується у синхронізмі за допомогою ланцюга стеження. Конкретизація блоків даної схеми в значній мірі залежить від обраного методу синхронізації (рис. 4).
Вищенаведені методи відрізняються своєю універсальністю, швидкістю та складністю реалізації. Вибір методу синхронізації обумовлений призначенням і тактикотехнічними вимогами до СРЗ. Найбільш поширеними методами пошуку та синхронізації у системах передачі інформації є універсальні методи.
Процес пошуку сигналів з ППРЧ здійснюється з використанням методів паралельного (рис. 5) чи послідовного (рис. 6) пошуку. Розглянемо кожен метод.
У випадку використання методу паралельного пошуку первинна обробка прийнятого сигналу здійснюється за допомогою некогерентних узгоджених смугових фільтрів (СФ), кожен із яких складається із змішувача частот, смугового фільтра та квадратурного детектора (КД). У даному випадку лінія затримки підбирається таким чином, щоб при появі шуканої послідовності система видавала вихідний сигнал значної потужності, що вказує на детектування потрібної послідовності.
Основним недоліком даного методу синхронізації є складність технічної реалізації на великих швидкостях. У цьому випадку на зміну вищенаведеної схеми (рис. 5) може бути використаний одиничний корелятор та узгоджуючий фільтр, що здійснює послідовний пошук (рис. 6). Послідовне повторення процедури дозволяє значно знизити складність і вартість системи, але тим самим збільшує час синхронізації.
Найбільш прийнятним видом синхронізації сучасних СРЗ з ППРЧ є синхронізація радіостанцій радіомережі за сигналами головної (ведучої) радіостанції. У цьому випадку радіостанція, що підлаштовується, називається веденою. Для цього в діапазоні робочих частот, виділених конкретній радіомережі, необхідно мати декілька частот, призначених для передачі кодограм синхронізації. Інформація про ці частоти і місця їх розташування у псевдовипадковій послідовності робочих частот записується в пам’ять радіостанції. На початковому етапі (до початкової синхронізації) кожна радіостанція радіомережі здійснює аналіз обраних частот та обирає найкращу, на якій знаходиться в режимі чергового прийому.
Радіостанція, яка першою виходить в ефір, здійснює початкову синхронізацію всіх радіостанцій мережі. Для цього вона запускає свою систему синхронізації і починає сканування частот у порядку, встановленому відповідною програмою переналаштування частот. У перші часові інтервали роботи дана радіостанція на частотах, призначених для передачі інформації, починає передавати псевдовипадкову двійкову послідовність, чим імітує передачу даних. У цей же час на частотах синхронізації передаються кодограми синхронізації. Інші радіостанції, прийнявши кодограми,
запускають свої програми переналаштування частоти з відповідної позиції, таким чином входячи в синхронізм.
Процес підсинхронізації проводиться за сигналами кожної радіостанції, що виходить на передачу. Дана процедура необхідна для того, щоб будь-яка радіостанція радіомережі при втраті синхронізму могла повторно ввійти в синхронізм.
Виділені частоти синхронізації жорстко прив’язуються до послідовності конкретної радіомережі. Це необхідно для того, щоб будь-яка радіостанція, що входить в синхронізм, «знала» з якого числа (номера) псевдовипадкової послідовності їй потрібно розпочинати переналаштування. Для цього на частотах синхронізації ведучої
радіостанції відбувається передача номера частотно-часової позиції в послідовності
переналаштування. Як показує аналіз публікацій, при середніх швидкостях
стрибків частоти (порядку 400 стрибків/с) часу достатньо для передачі не тільки номера частотного каналу у двійковій формі, а і внесення надлишковості для підвищення завадозахищеності синхрокодограм та їх маскування.
Завадозахищеність СРЗ з ППРЧ
У процесі роботи СРЗ з ППРЧ піддаються впливу різного роду навмисних завад (рис. 7) . Найбільш універсальною і стійкою до різних способів забезпечення завадостійкості СРЗ є шумова загороджувальна завада (рис. 7, а), модель якої представляє собою обмежений за смугою шум, схожий до адитивного білого гаусівського (АБГШ) зі спектральною щільністю потужності:
де
Pj – потужність завади;
Ws– діапазон частот завадопостановника.
Загороджувальна завада у цьому випадку перекриває частотний діапазон СРЗ і при відповідній потужності станції завад в змозі придушити весь частотний діапазон. Але у цьому випадку потужність передавача завад має бути досить великою.
При цьому сама система РЕП стає радіопомітною і, як наслідок, вразливою ціллю. Зазначені недоліки звужують можливості застосування завад загороджувального типу. Також система РЕП загороджувального типу представляє велику небезпеку з погляду забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) для інших РЕЗ, що працюють в тому ж діапазоні частот.
Потужність шумової завади може бути використана більш ефективно за рахунок її зосередження в обмеженій смузі частот, значно меншій, ніж діапазон частот СРЗ. Таку заваду прийнято називати шумовою в частині смуги (рис. 7, б). Спектральна щільність потужності такої завади може бути представлена у вигляді двох рівнів:
де Pjзаг – загальна потужність завади.
Оскільки полігармонічна завада є низкою вузькосмугових, то потребує доситьточного наведення її складових на центральні частоти каналів передавача з певнимспіввідношенням потужності завади Pj та потужності сигналу Ps:
де α – деяке позитивне число (параметр розподілу потужності), що обирається постановником завад відповідно до заданої стратегії.
Зауважимо, що ефективність гармонічної завади також залежить від різниці початкових фаз між завадою та сигналом. У випадку несприятливих фазових співвідношень та задоволення рівності
Pj =Ps
завада може повністю придушити корисний сигнал.
Для прикладу розглянемо ймовірність виявлення сигналу при заваді типу білого гаусівського шуму, відносній фазовій модуляції (ВФМ) та некогерентному прийомі. Ймовірність помилки в цьому прикладі визначається наступним виразом :
де
– відношення енергії сигналу до спектральної щільності потужності шуму.
У випадку, якщо завада уражає частину робочої смуги частот:
де
частина смуги, уражена навмисною завадою;
Nз– спектральна щільність навмисної завади в усій робочій смузі частот.
Зазвичай прийом сигналу, що здійснюється на фоні навмисної завади Nз [] N0, у цьому випадку:
Оптимальне значення P , що призводить до максимуму Pпом визначається як:
При цьому
З фізичних міркувань має сенс при
Отже при неадаптивних методах передачі та прийому інформації завадозахищеність СРЗ з ППРЧ (без кодування) відносно шумових завад, що уражають оптимальну частину робочої смуги, значно нижча за завадозахищеність відносно шумових завад (тієї ж потужності) з рівномірною спектральною щільністю в смузі сигналу. Висновок стосується і інших видів маніпуляції, а також регулярних (не шумових) завад та дискретної множини гармонічних завад, що уражають частину чи всі робочі частоти.
Висновки
Складна радіоелектронна обстановка та значний розвиток засобів РЕБ показує, що сучасні засоби СРЗ з ППРЧ не завжди здатні забезпечити відповідний рівень завадозахищеності. Найбільш вразливим елементом є підсистема синхронізації, а саме та її частина, що відповідає за входження в синхронізм.
У процесі роботи СРЗ з ППРЧ змушують систему РЕП противника з обмеженою потужністю передавача певним чином розподіляти спектральну щільність потужності завади по частотному діапазону, що значно зменшує ефективність радіопридушення.
Результати аналізу показують, що СРЗ з ППРЧ мають достатній рівень завадозахищеності в умовах впливу організованих навмисних завад противника та можуть бути використані у мережах СП.
Список літератури:
1. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В. М. Вишневский,
А. И. Ляхов, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. – М.: Техносфера, 2005. – 592 с.
2. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. Помехозащищенность систем радиосвязи с
расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты //
под ред. В.И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: РадиоСофт, 2008. – 512 с.
3. Лосев В.В., Бродская Е.Б., Коржик В.И. Поиск и декодирование сложных сигналов/
Под ред. В.И. Коржика. – М.: Радио и связь, 1988. – 224 с.
4. Макаренко С.И., Иванов М.С., Попов С.А. Помехозащищенность систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Монография. – СПб.: Свое издательство, 2013. –
166 с.
5. Осипов А.С. Военно-техническая подготовка. Военно-технические основы построения средств и комплексов РЭП : учебник / А.С. Осипов; под науч. ред. Е.Н. Гарина. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. – 344 с.
6. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. Изд. 2-е переработаное, дополненое. – М.: Изд-во «Советское радио», 1970. — 728 с.
7. Биленко А.П., Волков Л.Н. Сравнение помехозащищенности радиолиний с широкополосными сигналами // Радиотехника. —1986. —№4 — С. 19-21.
8. С.В. ВАСИЛЕНКО
Інститут спеціального зв’язку та захисту
інформації НТУУ «КПІ»
#Підготовка населення до ТрО #тероборона #ТериторіальнаОборона #НаціональнийСпротив #ЗСУ #ТрОЗСУя
ПРИЄДНАТИСЯ
Скориставшись даними, наведеними на цій сторінці, кожен з вас зможе з легкістю знайти контакти Сил територіальної оборони Збройних сил України у своєму регіоні. Відповідні дані відкриються при натисканні на конкретну область на карті. Так ви зможете дізнатися адресу, контактні телефони та електронну пошту ТрО свого міста.
Дані наведені для кожного міста області. Зверніть увагу: у зв’язку з нестабільною ситуацією в Україні, деякі дані можуть бути неактуальними. Для уточнення інформації рекомендуємо зв’язатися з представниками ТрО своєї області (району) за телефоном або звернутись на гарячу лінію Сил територіальної оборони Збройних Сил України.
