CC BY
48Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2017, 10(2), 211-221
УДК 621.396
A Methodical Approach to Determine the Accuracy of Electronic Intelligence with a View to Ensuring the Required Effectiveness of Electronic Countermeasures and Radio Electronic Protection
Alexander A. Dontsov, Yuri L. Koziratsky and Daniil A. Nagalin*
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 12.02.2017, received in revised form 28.02.2017, accepted 10.03.2017
Based on the theory of radio engineering and probability theory the methods of determining the ac-curacy of electronic intelligence parameters of radio electronic means of the opponent, allowing to estimate the maximum error values determine the carrier frequency, in which their compensation at the expense of spread spectrum interference to holding the required efficiency ofjamming while en-suring the requirements of the radio electronic protection of their electronic means under the con-ditions, based on the minimum frequency separation.
Keywords: signals intelligence, detection errors of the carrier frequency, radio electronic suppression, electronic protection.
Citation: Dontsov A.A., Koziratsky Yu.L., Nagalin D.A. A methodical approach to determine the accuracy of electronic intelligence with a view to ensuring the required effectiveness of electronic countermeasures and radio electronic protection, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2017, 10(2), 211-221. DOI: 10.17516/1999-494X-2017-10-2-211-221.
© Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: [email protected]
*
Методический подход к определению точности радиоэлектронной разведки с учетом обеспечения требуемой эффективности радиоэлектронного подавления и радиоэлектронной защиты
А.А. Донцов, Ю.Л. Козирацкий, Д.А. Нагалин
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
На основе положений теории радиотехники и теории вероятностей разработана методика определения точности радиоэлектронной разведки параметров радиоэлектронных средств противника, позволяющая оценить предельные значения ошибок определения несущей частоты, при которых возможна их компенсация за счет расширения спектра помехи для поддержания требуемой эффективности радиоэлектронного подавления при одновременном обеспечении требований радиоэлектронной защиты своих радиоэлектронных средств в условиях минимального частотного разноса.
Ключевые слова: радиоэлектронная разведка, ошибки определения несущей частоты, радиоэлектронное подавление, радиоэлектронная защита.
Введение
В современных условиях радиоэлектронно-информационного конфликта [1, 2] основной проблемой является обеспечение требуемой точности радиоэлектронной разведки (РЭР) для достижения высокой эффективности радиоэлектронного подавления (РЭП). Однако стремление к повышению точности разведки неизменно приводит к возрастанию времени проводимых для ее осуществления мероприятий, что вызывает потерю оперативности действий по РЭП. Возможный способ компенсации недостаточной точности РЭР - расширение спектра помехо-вых сигналов, что неизменно влечет за собой обострение проблемы радиоэлектронной защиты (РЭЗ) своих радиоэлектронных средств (РЭС). Для обоснования рациональных способов повышения эффективности РЭПр с учетом обеспечения заданных требований по РЭЗ своих средств требуется разработка соответствующего методическогообеспечения.
Цель работы - даечееотка меооеикисденкчпчедельные ошибон опредблениинееущей частоты РЭС противника и возможности их компенсации для обеспечения требуемой эффективности РЭП с учетом требований по РЭЗ наших РЭС.
Постановка задачи
Считаем, что РЭС прочеекниа рабткае тмч екстоте оД. Нормирочанная АЧХ пмиемнкка РЭС имеет колоколообразную форму (рис. 1) и равна
_ 4(f ~/о)2 Ho(f) = e Щ0
где / - несущая частотасигналаРЭСпротивника; ДЮ0 - ширина полосы пропускания приемника РЭС противника по уровню 1/е.
Средство РЭБ осуществляет разведку сигнала, определение его параметров и формирование согласованной пн спектрн помнхи.При этоп тпредвнениа несущейчанпоты ситатлтпрв-исходитсошибкой ДН Нинмаровннпая епектральнпе плохносоь мощноопе оигнанп помехи в таком случае имеет аии
8( Р -/„- КР)2
^ (Р) = е ^ , (2)
где ДFП - ширина спектра помехи поуровню 1/е, ДРП >ДР0.
Задачей РЭП является обеспечение максимальной мощности помехи РП на выгоде согла-сованитро приекника РЭС ьроаивнойс.Ойевирйо,что, имея априорную информациюо слаоьт сьрческяххояактерсстйкох ошиИорхпределениа оерущей частоты сигнала РЭС противника, можно компенсировать снижение мощности помехового сигнала на выходе согласованного фильтра за счет расширенияспектрапомехи КИП. Однако ири этом вазникант задачасирноро-магнитной совместимости (ЭМС) со своими средствами радиосвязи(ео торые тоже будут подвержены воздействию помехи. е
Будемрассмаортвтьь слхйнк рсСюты дешеь РЭС ха рееоше°- чaетoоe, отсмпящей ттнеьу-щейсаооотыроботы ЛИX оррр]явнепг нанекоторую саимоту >ЛДрт0. НСорэироманруно
АЧХ приемника нашего РЭС представим в виде
4(/-ер-/д)2
/ ) = е ^ , (3)
где ДFl - ширина полосыпропусканияприемниканашегоРЭС поуровню1/е.
То гдх задтче оцтн ки предельных ошибок определения несущей частоты РЭС противника и возможности их компенсации с учетом условий ЭМС можем сформулировать следующим об-раззм. Для зхданных АЧХ приемников РЭС противника Н0(/) и нашего РЭС Н1(/), разнесенных ма частоту разноса^, а также спектральной плотности мощности помехи GП(f) рассчитать пре-
Рис. 1. АЧХ приеиниковРЭС и А^К спектрнпомехи
дельные значения СКО ошибок определения несущей частоты РЭС противника с/ и возможности их компенсации за счет расшире ния спектра помехи ЛРП, при которых обеспечивается требуемое ограничен ис поснижению мощностипомехи навыходе приемникаРЭС противника и выполняется условие ЭМС со своим РЭС - ограничение по мощности мешающего помехово-го сигнала на выходе приемника нашего РЭС.
Определение предельных абсолютных ошибок разведки несущейчастот ысигнала РЭС
В общем случае мощность помехового сигнала на выходе линейной цепи с учетом формирования согласованной по спектру помехи равна [3]
8(Н-Но -АН )2 8( Н-Но )2
<Х) <Х)--^---^-
p =\ GB (f)Hf)df =\ e ^ AF» df. (4)
—да —да
После интегрированиявырпения (4) о выполнения преобразований поучим зависимость нормированноймощносвипомехи на выход- пвиемпика РЭСпрвяприятаот ошибки определения несущей частоты:
8Af2
7:2 Л с-2 J
Р(/ = ^ ^ е (AF» +^п2). (5)
4(AF02 + AF2)
Введем в рассмотрение коэффициент перекрытия помехой сигнала РЭС противника, равный отношению ширины спектрапомехик ширинеполосыпропусканияРЭСпротивника:
Кп . (6)
А^о
Тогда выражение (5) приметвид
Рп (ДГ) = ~щ2(1+К.1). (7)
4 (1 + К~2)
При нулевой ошибке определения несущей частоты приемника РЭС противника нормированная мощность помехи максимальнаи равна
О = (8)
4(1 + КП2)
Тогда доля нормированной мощности помехи при возникновении ошибок определения несущей частоты приемника РЭСпротивникабудет определятьсяотношением
8Д/2
8Д/2
рп(AT) _„ AFo2(1+r2). (9)
po " = «
1 п
Из выражения (9) видно, чтоснижениемощностипомехипри увеличенииошибок определения несущей частоты приенниеа ЛЭС пропнтнкоиможет быть компенсировшнн унелтчением коэффициента пересытим помехой сигна ларЭСпротивпиир,т.е.уьеличением шнриьы спектра помехи.
Аналогичным орптзом ощэедепмп мощносяь мешающяго помеховояосигналанасяисспе приемника ношего РЛС:
Ym =
J G?u(/)Hi(/-df
4( f -f0-Af )2 4( f - - f )2
ao-
AFi
df
(10)
Зависимость нормированной мощности помехи на выходе приемника нашей РЭС от ошиб-киопредлленияооспщсй частоола опрседтьяетсяеыражснпем
Afp - A )2
_ aAF{AF0 ~ ПЩ1 +а^ -M(A д ■ - ■ -2 , * °2-
PM (Af) _-^ o
4( AF2 + AF2)
(11)
Введм врассмотронис коэффициент перекррггия мешающе; помехой сиг нала нашей РЭМ-
дх;
Ка =—;, получи м:
дх
802, - AK )2
РмЮ_-i+K-To AF'2(1+KM). 4(1 + KM2)
(12)
Тогда доля нормированноймощностимешающей помехи,попадающей в полосу пропускания приемника нашого РЭС, равна
_ 8(/-Af )к Рм (А/) = AF[2(1+K0)
P0
(13)
На рис. 2 представлены графики зависимостей относительной мощности помехи в при-
P P
омнике РЭС противника -О- (спьошные отинош) и в приимнике нешего РЭС —Су (пунктирные
п0
* п 1 м
лааи н) отонноше^ик сшибно опредеаемия несу щей частрты си^гнаг^к РЭС проаивника к часто-
с
те ризяоса —, рассчитанные для различных значений коэффициента перекрытия К = КП = КМ /р
приД^0 = 2Д^; ^ = 2ДР0.
Зависимости на рис. 2 позволяют оценить предельные значения абсолютных ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника для обеспечения заданных требований ЭМС. Так, например, для того чтобы мощность мешающего помехового сигнала в приемнике
- гае-
нашего РЭС не превышала 10 % (штрих-пунктирная линия на рис. 2), необходимо обеспечить определение несущей частоты с ошибкой не более 45 % от разноса частот работающих РЭС и станции помех для значения коэффициента перекрытия, равного 2. При увеличении коэффициента перекрытия до 3 ошибкаопределениянесущейчастоты недолжнапревышаоь 20 % от разноса частот.
Определение законовраспределенияотносительных уровней мощности помех
и мотающих сигоаллв
Считаем, что ош ибки определен ия не сущей частоты сигнала РЭС противника распределены по нормальном}^ закону c нулевым математическим ожиданием:
f
9,(40 =-=L— e , (14)
V Intjf
где су - СКО определения неиящео частоты ли гнило. РиС орояивн ило.
Применяя прависа преоСлоеоооаия зсоснте распределения еоеяаЛаоехяетлиил [4], найдем
плотность распределсниявероятности относительного уровнямощности помехи РпЯ^УР = РЯ:
Р
1 п
,-е KF0 ln(Он' Н^Л+кН
, кКиРОл/л+ке лбо2
g(H) е-7 н е Лб° . (15)
4ofV-nln( ОН)
На рис. 3 предстарлены графики плотнолти распределения вероятности етлчийной чели-чины ПП. рассчитанные для ¡различных значенийосношения СКОошибокопречечения чесу-
af
щей частоты сигнала НЭС противника к ширине полосы пропуикания егн щоиеннина:-. На
О0
8 (РП)
8 (РП)
0.2 0.4 0.6 0.8
Р'
П 0.1
1 0
РП
1 ТТ
а) Кп=1 б) Кп =2
Роа. 3. Псотнхпти дарпшеурлеипя вероятсостт отнаситеуьуого дрерня мошухаси помехи РЯ
0
рис;. Згв представлены результаты расчетов для значения коэффициента перекрытия помехой сигналаРЭСпротивника ЫЛ а 1, ка рис. ЗС -и двд ЛИ = 2.
На графиках рис;. 3 видно, что при чалых но отношению ь полосе кропрскания РЭТ противни ка ошибкои опресооенр^я песупцео частота лпонапл и при увелчвонии поэффириенто пе-1?^ол]ио1с:ио[ оероятновто ныптносо дне1чздиез итноеииертноцг уровло моецнолтл помехи тотк ас-талц. При тоорастонии СЫН) (оы^^бо^ы^т^е^^д^^т^^ь^т^я невущей чаототысигналт РЭС противника нонДо лее вероятно тнижфноеотносительного уровня мощности помехи на выходе приемника. Аналогыино нзИдемплатцегаь лееиьедтигниц караоктитьтк ттноедсатотьнтге) уровни инщ-
ности мешж>щоН нлоаемр ЮС помехи н ^^ = РН:
Р
1 н
* . (16)
Бст^—я 1п( Рф)
На рте. 4 сфлдввокэлпо1 графикк плотьоцди распредеиения неснотностт вели-
чопог Рр. ртсздоталныи дли резличоы>1р ьилоаклй отношуния ^КИ ошийок опредаепнил несу-щсй очсодлы зитоеоа РЭС прснртнцот 1С иротускания притмника напыли РЭС:
ни/
На рис. 4а представлены результаты расчетов для значения коэффициента перекрытия ме-шающейпомехойсигналанашейРЭС КМ =1, на рис. 46 - для КМ = 3.
Видно, что при увеличении ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника и увеличении значения коэффициента перекрытия мешающей помехой сигнала нашей РЭС, т.е. при увеличении ширины спектра помехи, возрастает вероятность повышения уровня мешающей помехи в приемнике нашей РЭС. Именно поэтому возникают ограничения на уве- 2Н7-
и 2
[ / —Д^—(1+Тп2)1п( Рк')/8 ]2
g (К)
g (PM)
0 0.2 0.4 0.6 0.8
P'
м 0.01 1 0
a) Кш=1 б) Км=3 Рис.4. Плотности ссоеппесепения втроятности ттносителыюгоуротня мощности мешающей помехи р
0.1
личение ширины спектра помехи при заданных параметрах частотного разноса РЭС и значениях СКО ошибок определения несущей частоты РЭС противника.
Оценка влиянияошибок определениянесущей частоты РЭС навероятностныепоказатели эффективност иРЭП и Р ЭЗ
(ЗЕ^ен^им ркияние сшкНои эпредеиения некущей иаотоеы РЭС щюкивниканавероятность вкю^^^]^«еотаотктек1^нк^о ^ркь^нн мощностипомехина выходе прнемкока РЭС противника (не менее 0,8 от максимально возможного), а также на вероятность превышения относительного уровиямешающей помехи вприемн ике нашего Р ЭС(более ОД отмиквималено возможного). На рис. 5 изобретены завиимвюстм енрертлестм Р(РИ > 0,8) (жирные линии) и Р(Р^ ^ 0,1) (тонкие итиии)от отношения СКО епфедеаетим несущей етнокон сигттат РЭС противника к ширине
полосы его пфепопвтним ——, рассчитанные при различных значениях коэффициента передо
крытия К = КП = КМ дляслучаяА^0 = А^; ^ = 2ДF0.
Анализ графиков показывает, что для обеспечения высокой (более 0,8) вероятности снижения мощности помехи не более чем на 20 % необходимо, чтобы значение СКО ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника не превышало 15-20 % от ширины полосы пропускания приемника подавляемой РЭС. Если значение СКО ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника достигает 30 % от ширины полосы пропускания приемника подавляемой РЭС, необходимо в 2 раза увеличивать ширину спектра помехи. Максимально возможное значение коэффициента перекрытия не должно превышать 2,5. В этом случае максимальное значение СКО ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника может достигать 40 % от ширины полосы пропускания приемника подавляемой РЭС и вероятность того, что мощность мешающей помехи будет более 10 % от максимально возможного значения, не превысит значения0,1.
Р(Рф>0,8), P(PK> 0, 1)
f
1 щ
Оценка предельных зиачеиий СКО ошибок опчтделения несущой ч астотыРЭС
Оценидболее оочнопутдеоьпыебсаченип СКСУ ошпбок опрпдеоенпикосущей частоты сигнала РЭС про тивника и коэффициента перекрытип ооменр. На рис. 6 представлены залиси-мости вертятсостн P{PP 88)) (жирные линии) и PLL >0 ,1) (тоокнз линти) от значения ко -эффицпентс пепекрпытил К = Р0= = Км, рассчиоанныо для ]эоозлид::ис.1?ж; значннтЛ отношнния С КО чпределемчи начи^её =асеае=1 аееенала ЮР про тивника л аиненда позоеэо тго прллясяацил
п==др0 = дfefp с нито.
щ
P(РП> 0,8), P(PM >0,1)
0.8 0.(5 0.4 0.2
Рис. е. Зеаиаирооти внроятностей PPP — 0,8), ОфНЦ ее 0,1) от,Л
- 209 -о
P( PM > 0,1)
Расчеты показывают, что при равенстве полос пропускания приемников РЭС противника и нашего РЭС максимальное значение коэффициента перекрытия составляет 2,7. Это позволяет компенсировать ошибки определения несущей частоты сигнала РЭС противника, СКО которых составляет не более 37 % от ширины полосы пропускания подавляемого РЭС, и обеспечить заданные условия РЭП и ЭМС. Также в ходе исследований установлено, что при уменьшении полосы пропускания приемника нашего РЭС в 2 раза указанные предельные значения СКО ошибок определения несущей частоты сигнала РЭС противника и коэффициента перекрытия помехи увеличиваются незначительно.
Выводы
Таким образом, с использованием положений теории радиотехники и спектрального метода анализа прохождения сигналов через линейные цепи разработана методика оценки предельных ошибок определения несущей частоты РЭС противника и возможности их компенсации при условии обеспечения электромагнитной совместимости с соседним РЭС. На основе правил преобразования случайных величин получены аналитические выражения для расчета плотностей распределения вероятностей относительных уровней помехового сигнала на выходе приемника РЭС противника и мешающего помехового сигнала на выходе приемника нашего РЭС. При этом рассмотрен предельный случай минимального частотного разноса РЭС. Показано, что снижение мощности помехи при увеличении ошибок определения несущей частоты приемника РЭС противника может быть компенсировано увеличением коэффициента перекрытия помехой сигнала РЭС противника, т.е. увеличением ширины спектра помехи. Установлено, что при равенстве полос пропускания приемников РЭС противника и нашего РЭС максимальное значение коэффициента перекрытия равно 2,7. Это позволяет компенсировать ошибки определения несущей частоты сигнала РЭС противника, СКО которых составляет не более 35...40 % от ширины полосы пропускания подавляемого РЭС и обеспечить заданные условия радиоэлектронного подавления (снижение мощности помехи не более чем на 20 %) и радиоэлектронной защиты (уровень мешающей помехи не более 10 %).
Список литературы
[1] Иванцов А.В., Козирацкий А.Ю., Козирацкий Ю.Л., Кущев С.С. и др. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения. М.: Радиотехника, 2013. 232 с. [Ivantsov A.V., Koziratsky A. Yu., Koziratsky Yu.L., Kuschev S.S. Models of Information Conflict of Means of Search and Detection. Moscow, Radioengineering, 2013. 232 p. (in Russian)].
[2] Козирацкий Ю.Л., Донцов А.А., Иванцов А.В., Козирацкий А.Ю. и др. Модели пространственного и частотного поиска. М.: Радиотехника, 2014. 344 с. [Koziratsky Yu.L., Dontsov A.A., Ivantsov A.V., Koziratsky A. Yu. Models of Spatial and Frequency Search. Moscow, Radioengineering, 2014. 344 p. (in Russian)].
[3] Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2003. 462 с. [Baskakov S.I. Radio Engineering Circuits and Signals. Moscow, The Higher School, 2003, 462 p. (in Russian)].
[4] Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. М.: Радио и связь, 1983. 416 с. [Venttsel E.S., Ovcharov L.A. Application-oriented Tasks of Probability Theory. Moscow, Radio and Communication, 1983. 416 p. (in Russian)].
