Главная | Научная деятельность | Издания | Избранные вопросы радиоэлектронного подавления цифровых сигналов систем радиосвязи. Владимиров В.И., Владимиров И.В., Наметкин В.В. / 2010

Научная деятельность

Избранные вопросы радиоэлектронного подавления цифровых сигналов систем радиосвязи. Владимиров В.И., Владимиров И.В., Наметкин В.В. / 2010
Избранные вопросы радиоэлектронного подавления цифровых сигналов систем радиосвязи УДК 621.396.96
ББК 32.811.7
B11

Владимиров В.И., Владимиров И.В., Наметкин В.В. Избранные вопросы радиоэлектронного подавления цифровых сигналов систем радиосвязи. Монография. – Воронеж: ВАИУ, 2010. – 119 с.: ил. 38. IBSN 978-5-903100-65-1

В монографии на основе разработанной авторами инфологической модели информационного конфликта организационно-технических систем в доступной форме с позиции вероятностно-временного подхода цифровые радиоканалы систем связи рассмотрены как объекты радиоподавления. Предложены модели оценки состояния цифровых каналов передачи информации с учетом их изменяющихся во времени параметров. Рассмотрены модели оценки удельной пропускной способности цифрового канала передачи информации при наличии радиопомех. Предложены типовые модели конфликтных ситуаций цифровых систем радиосвязи со средствами радиопоодавления. Получены характеристики конфликтно-устойчивых состояний средств радиоподавления и подавляемых радиоканалов при различных потоках элементов информационного сообщения.

Монография расcчитана на адъюнктов, инженеров, деятельность которых связана с разработкой и эксплуатации радиоэлектронных систем и комплексов, а также предназначена для курсантов старших курсов, обучающихся по радиотехническим специальностям.

Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Б.В. Илларионов,
д-р техн. наук, профессор З.Б. Федукович.

Предисловие

С последнего десятилетия 20-го века наблюдается бурное развитие и внедрение цифровых систем связи в системы управления войсками. Создана методология и найдены технические решения для применения цифровых радиоканалов (ЦРК), обеспечивающих в интегрированных информационно-управляющих системах формирование и обработку радиосигналов с M-ичной модуляцией для повышения их пропускной способности, помехозащищенности и скрытности. Эти изменения в развитии и совершенствовании радиоканалов систем радиосвязи как целей радиоподавления безусловно оказывают влияние на развитие и совершенствование средств РЭП и методологию оценки эффективности радиоподавления ЦРК. При этом следует выделить еще одну особенность развития основ радиоподавления в 21-м веке: на этапе принятия решения о подавлении ЦРК должны учитываться не только контрмеры по снижению эффективности помех, но и неопределенность информации об изменении отношения помеха/сигнал на входах приемников подавляемых линий радиосвязи. Эта неопределенность в любой момент времени должна быть задана (известна) посредством вероятностного распределения на множестве его возможных значений. Только в этом случае можно оценить риск (вероятность) неподавления ЦРК, а следовательно, и надежность оценки эффективности принятого решения.

Развиваемые авторами направления на основе системного подхода к анализу конфликта радиоэлектронных систем цифровой радиосвязи и средств радиоподавления позволяют выявить специфические особенности и некоторые закономерности радиоподавления как процесса управления потерями информации в цифровых каналах радиосвязи. В настоящее время оценка эффективности средств радиоподавления проводится как без учета контрмер, предпринимаемых от этапа к этапу в динамике конфликта со стороны подавляемого объекта, так и без учета неопределенности изменения отношения помеха/сигнал на входе ПРМ подавляемого ЦРК. В монографии учитывается характер влияния динамики реализации тактик нападения и защиты на протяжении длительности конфликтного взаимодействия сторон. Кроме того, разработана математическая модель канала радиоподавления цифровых линий радиосвязи для оценки влияния на показатели эффективности радиоподавления законов распределения мощностей помеховой и сигнальной составляющих на входе приемника подавляемого канала, различие которых позволит более адекватно оценить уровень риска неподавления линий радиосвязи при заданном значении коэффициента подавления. Данная модель позволяет определить зависимость порогового отношения помеха/сигнал на входе приемника цифровой линии радиосвязи от уровня требуемого значения относительных информационных потерь при воздействии помех средств радиоподавления с учетом показателя, характеризующего уровень помехозащищенности подавляемых линий радиосвязи.

На основе разработанной типовой модели конфликтных ситуаций цифровых систем радиосвязи со средствами радиоподавления определены условия и получены рабочие характеристики конфликтно-устойчивых состояний, которые позволяют на количественной основе оценить соответствующие состояния каждой из названных противоборствующих систем на длительности конфликтного взаимодействия. Такой подход к оценке эффективности радиоэлектронного подавления цифровых каналов передачи информации позволит получать более адекватные результаты для многоэтапного информационного конфликта. Предлагаемая монография не претендует на полноту рассмотрения всех задач основ радиоподавления, в ней рассмотрены отдельные избранные вопросы.

Основное внимание при изложении вопросов РЭП цифровых каналов передачи информации направлено на рассмотрение особенностей одноэтапных и многоэтапных радиоэлектронных конфликтов, которые необходимо учитывать при прогнозировании направлений развития средств и систем радиоэлектронного подавления перспективных цифровых линий радиосвязи.

Оценивая содержание монографии в целом, можно отметить грамотный стиль изложения, непротиворечивость используемой терминологии, хороший подбор иллюстративного материала. Монография содержит достаточно полное систематизированное описание основных составляющих и закономерностей многоэтапного информационного конфликта радиоэлектронных систем применительно к радиоэлектронному подавлению цифровых каналов передачи информации и будет полезной для преподавателей соответствующих специальностей, адъюнктов и курсантов старших курсов при курсовом и дипломном проектировании.

Введение

Бурное развитие цифровой передачи сигналов в радиоэлектронных системах объясняется сложностью или невозможностью решения ряда практических задач с помощью аналоговой обработки сигналов, а также прогрессом дискретной микроэлектроники и расширением функциональных возможностей цифровой вычислительной техники. В настоящее время многие системы передачи информации (линии радиосвязи) переводятся на стандарты цифровых сетей с широким применением новых информационных технологий, реализация которых позволит повысить помехозащищенность, устойчивость, скрытность в работе цифровых систем радиосвязи и, как следствие, снижение эффективности средств их радиоэлектронного подавления (РП).

Целью данной монографии является систематизированное изложение некоторых вопросов радиоэлектронного подавления цифровых каналов передачи информации, учитывающих не только энергетические возможности средств РП и помехозащищенность цифровых линий радиосвязи, но и динамику их функционирования в условиях радиоэлектронного конфликта. Существующие разрозненные подходы к оценке эффективности радиоэлектронного подавления цифровых каналов передачи информации удалось обобщить и изложить с единых позиций на основе разработанной авторами инфологической модели информационного конфликта организационно-технических систем в виде совокупности фрагментарных ситуаций, которые согласованы по времени, месту и частоте на длительности всего конфликта.

Показано, что при оценке эффективности конфликтного взаимодействия средств радиоподавления с цифровыми линиями радиосвязи необходимо учитывать не только энергетические, пространственно-частотно-временные характеристики, но и длительности реакций подсистем управления противоборствующих сторон по восстановлению эффективности создаваемых помех и пропускной способности цифровых радиоканалов в динамике многоэтапного информационного конфликта с учетом их возможных ресурсов.

Учитывая изменение под влиянием преднамеренных помех параметров цифрового радиоканала (ЦРК) передачи информации (пропускной способности) установлена взаимозависимость коэффициента подавления ЦРК с показателями эффективности РП более высокого уровня в иерархической системе показателей: с относительным уровнем информационных потерь и показателями качества управления (оперативности и достоверности). Показана возможность аппроксимации сложных типовых аналитических моделей сигналов, используемых при моделировании для оценки удельной пропускной способности цифрового канала радиосвязи, семейством упорядоченных зависимостей показательно-экспоненциального типа, что позволило существенно сократить длительность оценки пропускной способности цифровых линий радиосвязи и их показателей качества при точности, необходимой для решения практических задач, включая задачу целераспределения средств РП в случае радиоблокады определенных пунктов управления при ведении боевых действий. При организации информационной блокады пунктов управления в интересах решения задачи целераспределения средств РП предлагается использовать показатель в виде относительных информационных потерь на выходе цифровых линий радиосвязи при конфликте со средствами радиоподавления. Эти потери определяются на основе модели оценки удельной пропускной способности цифрового канала передачи информации при наличии преднамеренных радиопомех, учитывая особенности его радиоподавления. Существенной особенностью информационного конфликта средств РП и многоканальных цифровых ЛРС является то обстоятельство, что по способу распространения радиоволн каналы передачи информации многоканальных ЛРС и средств РП относятся к каналам с открытым распространением электромагнитной энергии, в которых свойства среды распространения существенным образом влияют на вид законов распределения средней мощности как сигнальной, так и помеховой составляющих на входе приемников подавляемых РЛС, а, следовательно, вид закона распределения влияет на рабочее отношение помеха/сигнал. Однако результаты этого влияния в существующих методиках оценки эффективности радиоподавления цифровых линий радиосвязи не учитываются. Показано, что учет законов распределения названных мощностей позволит более адекватно оценить эффективность средств РП в динамике информационного конфликта. С этой целью в данной монографии рассмотрены варианты конфликта, в которых трассы распространения сигнала и помехи на длительности передачи (приема) информации характеризуются постоянными и переменными параметрами, а средние мощности сигнала и помехи на выходе передающих систем поддерживаются на постоянном уровне. Получены результаты радиоподавления цифровых радиоканалов при отношении помеха/сигнал на входе приемника, распределенном по законам логнормальному и гамма распределению.

В монографии основное внимание уделено методам и моделям оценки конфликтно-устойчивого состояния на различных уровнях описания типовых конфликтных ситуаций. Это позволило раскрыть внутреннюю логику процесса конфликтного взаимодействия цифровых каналов передачи информации и средств их радиоподавления, а также предложить основные принципы и методы анализа влияния технико-эксплуатационных характеристик конфликтующих систем на их конфликтно-устойчивые и конфликтно-неустойчивые состояния. Устойчивость к преднамеренным помехам цифровых радиоканалов в -этапном конфликте с учетом реакции контрмер конфликтующих систем оценивается интегральной (обобщенной) характеристикой, учитывающей результаты восстановления пропускной способности радиоканала в отдельных миниконфликтах. Предлагается в качестве обобщенной характеристики принять отношение правдоподобия, которое позволяет построить рабочие характеристики конфликтно-устойчивых состояний для участников конфликта и количественно определить важность проводимых мероприятий при оценке исхода различных конфликтных ситуаций. Монография состоит из четырех глав.

Первая глава посвящена описанию инфологической модели информационного конфликта цифровых каналов передачи информации со средствами их радиоподавления. В ней рассмотрены типовые инфраструктуры информационно-коммуникационных систем, обслуживающих иерархические управляющие системы. Также поставлена и решена задача разработки модели оценки удельной пропускной способности цифрового канала передачи информации при наличии преднамеренных помех. Показано, что при воздействии средств РП на ЦРК в динамике информационного конфликта снижение пропускной способности канала передачи информации приводит к информационным потерям, влияющим на показатели качества и объема информации, циркулирующей в линиях радиосвязи. Показана взаимосвязь между энергетическим показателем качества подавления линий радиосвязи и информационным показателям в виде информационного ущерба, наносимого средствами радиоподавления цифровым линиям радиосвязи. Необходимость такой взаимосвязи вызвана согласованием пространственно-энергетических возможностей средств радиоподавления с целевой функцией радиоподавления цифровых каналов радиосвязи – нанесением информационных потерь, при которых управление становится невозможным.

Во второй главе изложен информационный подход к определению коэффициентов подавления и пространственно-энергетических условий радиоподавления цифровой радиосвязи. Предложена рабочая модель взаимосвязи на информационном уровне описания конфликта подавления с относительными информационными потерями. Показано, что при наличии на информационном уровне описания особенностей конфликта можно рассчитать коэффициенты подавления для каждого цифрового радиоканала, обслуживающего пункт управления по известным канальным характеристикам информационных потерь (с учетом требований к уровню информационных потерь на выходе подавляемого канала радиосвязи).

В третьей главе изложены вопросы касающиеся процедуры оценки влияния параметров закона распределения отношения помеха/сигнал на входе приемника подавляемой цифровой линии радиосвязи на вероятность подавления данной линии радиосвязи. Приведена модель радиоподавления цифровых каналов радиосвязи, учитывающая различные законы распределения сигнальной и помеховой составляющих. Показано, что особенности среды распространения электромагнитной энергии существенным образом влияют на вид законов распределения средней мощности как сигнальной, так и помеховой составляющих на входе приемника подавляемой линии радиосвязи, учет которых позволит более адекватно оценить эффективность средств радиоподавления.

Четвертая глава посвящена описанию типовых моделей конфликтных ситуаций цифровых линий радиосвязи со средствами радиоподавления, которые позволяют определить рабочие характеристики их конфликтно-устойчивых либо конфликтно-неустойчивых состояний в зависимости от условий конфликта. Такие модели необходимы не только в целях прогнозирования исхода информационного конфликта, но и для выбора и обоснования стратегий (тактик «нападения» либо «защиты») для обеспечения информационно-устойчивого управления в организационно-техтической системе как объекте защиты, учитывая контрмеры, предпринимаемые противоборствующей стороной, с учетом наличия ресурсных возможностей каждой из сторон.

Монография рассчитана на читателей, связанных с решением прикладных задач в области обеспечения информационно-устойчивого управления или дезорганизации систем управления. Для обеспечения понимания излагаемого материала монография иллюстрирована большим числом графического материала.

Разделы монографии требуют определенной подготовки и знания основ теории вероятностей, теории случайных процессов, статистической связи, радиолокации и навигации, прикладной статистики и основ управления в больших (сложных, эргатических) системах. Список литературы не претендует на полноту и является перечнем материалов, используемых авторами и рекомендуемых курсантам для более глубокого изучения.

Монография рассчитана на адъюнктов, инженеров, деятельность которых связана с разработкой и эксплуатацией систем и комплексов РЭБ, а также предназначена для курсантов старший курсов, обучающихся по специальности «Средства радиоэлектронной борьбы».

Авторы признательны сотрудникам Военного авиационного инженерного университета за помощь в подготовке рукописи. Лично выражают благодарность адъюнкту Б. Амруш, выполнившему численные расчеты графических зависимостей в разделах 2, 3 монографии.

Пользуясь случаем, авторы выражают свою признательность рецензенту доктору военных наук, профессору Федуковичу З.Б., взявшему на себя труд по рецензированию рукописи, за ценные советы, способствующие улучшению ее содержания и стиля изложения.

Авторы также выражают благодарность Матюхиной В.Н. за подготовку иллюстративных материалов и компьютерный набор настоящего издания.

Оглавление

Список основных сокращений и обозначений 5
Предисловие 7
Введение 9
1. Общая характеристика РЭП как процесса управления информационными потерями в информационно-управляющих системах (на пунктах управления) 13
1.1. Инфологическая модель информационного конфликта оргтехсистем 13
1.2. Типовые инфраструктуры информационно-коммуникационных систем, обслуживающих иерархические управляющие системы 19
1.3. Цифровые радиоканалы как объекты радиоподавления 23
1.4. Общая характеристика радиоподавления как процесса управления потерями информации на выходе ЦРК 27
1.5. Оценка удельной пропускной способности цифрового канала передачи информации при наличии помех 34
1.6. Зависимость относительных информационных потерь от отношения сигнал/помеха как характеристика цифрового радиоканала в конфликте со средствами радиоподавления 44
2. Информационный подход к определению коэффициентов подавления и пространственно-энергетических условий радиоподавления каналов цифровой радиосвязи 51
2.1. Пространственно - энергетические условия радиоподавления 51
2.2. Взаимосвязь коэффициента подавления с относительными информационными потерями на информационном уровне описания конфликта 53
3. Влияние параметров закона распределения отношения помеха/сигнал на входе приемника на вероятность подавления линии радиосвязи 61
3.1. Влияние среды распространения на выбор типовой модели каналов передачи и радиоподавления при оценке эффективности радиоподавления 61
3.2. Каналы передачи информации и радиоподавления с постоянными параметрами 63
3.3. Радиоподавление ЦРК при отношении помеха/сигнал на входе ПРМ, распределенном по логнормальному закону 65
3.4. Радиоподавление ЦРК при сигнальной и помеховой составляющих, распределенных по гамма–распределению 68
3.5. Оценка риска неподавления при помеховой составляющей, распределенной по гамма-распределению, для ЦРК передачи информации с постоянными параметрами 74
4. Оценка вероятности конфликтно-устойчивых состояний в конфликтных ситуациях цифровых систем радиосвязи со средствами радиоподавления 78
4.1. Общие положения оценки конфликтно-устойчивых состояний ЦРК и АСП 78
4.2. Информационный конфликт по схеме Бернулли. Рабочая характеристика конфликтно-устойчивых состояний 89
4.3. Оценка вероятности конфликтно-устойчивого состояния при приеме (передаче) в последовательности информационных сообщений 94
4.4. Оценка конфликтно-устойчивого состояния цифрового радиоканала с обратной информационной связью в конфликте со средствами радиоподавления 100
4.5. Оценка конфликтно-устойчивого состояния при пуассоновском потоке элементов информационного сообщения в ЦРК 107
4.5.1. Оценка вероятности КУС при пуассоновском распределении элементов(сообщений) на выходе ЦРК 110
4.5.2. Оценка времени достижения r-го успеха в конфликтной ситуации АСП с ЦРК 113
Литература 118