CC BY
36
ББК 32.841
А.Ф. Чипига
канд. техн. наук, профессор, кафедра информационной безопасности
автоматизированных систем, директор института информационных технологий и телекоммуникаций, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Д.П. Киселев
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
В.В. Меденец
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
М.В. Песков
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА НИЗКОЧАСТОТНЫХ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ПО ЗАДАННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
Аннотация. Представлена методика выбора технических характеристик скорости передачи, системного запаса и несущей частоты в системах спутниковой связи, работающих на пониженных частотах ( f0 = 30 -100 МГц) по заданным требованиям их энергетической скрытности и помехоустойчивости.
Ключевые слова: системы спутниковой связи, энергетическая скрытность, системный запас, скорость передачи, несущая частота, многолучевое распространение радиоволн, быстрое замирание.
A. Chipiga, North-Caucasus federal university
D. Kiselev, North-Caucasus federal university
V. Medenets, North-Caucasus federal university
M. Peskov, North-Caucasus federal university
FORMULATION OF A PARAMETRIC SYNTHESIS METHOD FOR LOW-FREQUENCY
SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS CONSISTENT WITH SPECIFIC REQUIREMENTS
Abstract. This article describes transmission speed, link margin and low-frequency carrier choice procedure for satellite communication systems according to energetic concealment and noise immunity requirements.
Keywords: satellite communications systems, energetic concealment, link margin, transmission speed, carrier frequency, multipath wave propagation, fast fading.
Известен способ повышения энергетической скрытности (ЭСк) систем спутниковой связи (ССС) при близком размещении приемника (ПРМ) радиоперехвата (РПХ) от
ПРМ ССС за счет понижения частоты до /0 = 60...80 МГц (что приводит к многолучевому распространению радиоволн и глубоким быстрым замираниям (БЗ) принимаемых сигналов) и разнесенного приема сигналов на 4 и более (п > 4) антенн [1].
Однако увеличение числа приемных антенн более двух (п > 2) приводит к снижению эффективности разнесенного приема сигналов. Поэтому в ССС с пониженными частотами целесообразно использовать сдвоенный (п = 2) прием сигналов. С другой стороны понижение несущей частоты ССС сопровождается повышением ЭСк и снижением помехоустойчивости (ПУ) вследствие роста глубины БЗ и уровня помех.
Анализ условия обеспечения ПУ ССС при понижении несущей частоты до /0 « 30МГц и сдвоенном приеме (п = 2) указывает на необходимость увеличения мощности бортового ПРД до значений р « 0,5...50 кВт , что практически нереализуемо.
Отсюда следует практическая проблема: при использовании в ССС пониженной несущей частоты (/0 « 30...100МГц) и пространственно-разнесенного приема сигналов на п = 2 антенны условие обеспечения ПУ ССС может не выполняться при реализуемых технических характеристиках радиосредств (мощности передатчика Р < 102...103 Вт, размерах передающих и приемных антенн ¿Мг < 10 м, скорости передачи RТ = 105...106 бит/с, энергетическом запасе Г = 1...10 дБ).
Поставленная выше практическая проблема относится к классу слабоструктурированных проблем. Поэтому для ее разрешения необходимо разработать методику системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к ЭСк и ПУ (характеризуемых допустимыми значениями коэффициента ЭСк уЭС доп и вероятности ошибочного приема Рош доп) при использовании пониженных частот
и сдвоенного приема.
Она состоит из 6 этапов:
1 этап. Выявление слабоструктурированной проблемы.
2 этап. Постановка цели: выбор параметров радиосредств ССС (Р1, LMr, RТ, Г)
по требованиям ЭСк и ПУ при использовании пониженных частот и сдвоенного приема.
3 этап. Выбор критериев: уЭС > хЭСдоп, ^ = ^оп 2Г (где допустимое значение коэффициента ЭСк Хэсдоп>1, Г > 1).
4 этап. Генерирование альтернатив:
1) выбор характеристик технических средств: мощности передатчика р и размеров антенн ¿м ХАг (при ограничениях р < 103 Вт, ¿Мг < 10 м);
2) выбор скорости передачи: RТ = 1/Т3 (при ограничениях RТ = 103...106 бит/с);
3) выбор энергетического запаса (Г = 1...10 дБ);
4) выбор пониженной частоты /0, определяющей допустимые значения следующих частотно - зависимых параметров: ¿П(/0); ТЭ(/0); ^оп 2(/0).
5 этап. Оценка альтернатив и выбор решения.
Основу 5 этапа составляет разработанный способ выбора пониженной частоты и параметров технических средств по требованиям к ЭСк и ПУ ССС.
Суть данного способа состоит в следующем:
1) условие обеспечения ЭСк ССС можно записать в децибелах как
УЭС (/0 )дБ = ^доп 1 (/0 )дБ _ ^доп 2 (f0 )дБ _ ГдБ — УЭСдоп(дБ) ; (1)
2) в соответствии с (1) можно построить график зависимости уЭС дБ = у (f0) коэффициента энергетической скрытности ССС от выбора несущей частоты;
3) по требованиям к ЭСк ССС (т.е. к допустимому значению коэффициента энергетической скрытности уЭС доп) можно определить максимально допустимое значение несущей частоты (f0 ДОП) и диапазон частот (f0 < f0 ДОП), в котором выполняются
требования к ЭСк (уэс — Уэс доп);
4) условие обеспечения ПУ ССС можно записать в децибелах как разность
h (дБ) _ ^доп 2(дБ) = ТдБ ~ П('0)дБ = Г дБ, (2)
технического (T) и частотно-зависимого (П) параметров:
T = PtLMLArZRkz; П(/0) = Ln(fo) ^3(f,) ^ 2(fo), (3)
где допустимое отношение С/Ш на входе ПРМ ССС с использованием сдвоенного (n = 2) приема сигналов зависит от требований к ПУ (Рош доп), коэффициента глубины
(уБЗ(/0)) БЗ и коэффициента их корреляции (Rra(f0,Ар)), определяемых выбором частоты (/0) и пространственного разноса антенн (Ар = АрА):
^д2оп 2(/о) = ^[Рош доп,У|2з(/о),n = 2,Ябз(/о, Ар)] ; (4)
5) построить график зависимости параметра П(/0)дБ) от выбора несущей частоты;
6) для найденного значения допустимой несущей частоты (f0 ДОП) и выбранного энергетического запаса (Г) определить величину допустимого частотно-зависимого параметра П(/0доп), а затем - технического параметра Т = PtLAtLAr /z^RTkE;
7) по величине технического параметра T выбираются параметры технических средств (р, LM, LAr, RT).
6 этап. Постановка задачи принятия решения (обоснование целевой функции): Р, LAt, LAr, Арл, Rt = 1/ Ts, Г ,f } = ^(Рош доп,УэС ДоЛ). (5)
Получение функциональной зависимости (5) технических характеристик радиосредств (PtLAtLAr), разноса антенн (АрА), скорости передачи (RT), энергетического запаса
(Г) и несущей частоты (f0) от требований к ЭСк (уЭС доп) и ПУ (Рош доп) ССС является требуемым научным результатам решения научной задачи, который позволит разрешить указанную выше практическую проблему. Данную научную задачу можно сформулировать как задачу разработки методики параметрического синтеза (выбора технических характеристик, скорости передачи, системного запаса, несущей частоты) низкочастотных ССС по заданным требованиям к их энергетической скрытности и помехоустойчивости.
Список литературы:
1. Сенокосова А.В., Солчатов М.Э., Стрекалов А.В., Чипига А.Ф. Математиче-
ская модель ионосферы для оценки поглощения радиоволн в системах космической связи // Инфокоммуникационные технологии. 2006. Т. 4, № 1. С. 77-82.
2. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В. Защита информации в системах космической связи за счёт изменения условий распространения радиоволн // Космические исследования. 2007. Т. 45, № 1. С. 59-66.
3. Чипига А.Ф., Шевченко В.А., Сенокосова А.В., Дагаев Э.Х. Математическая модель трансионосферного канала с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (25). С. 32-40.
4. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В. Системный анализ возможности построения новой математической модели космического канала связи // Материалы I-й междунар. НКТ «Инфотелекоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании». Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. С. 217-218.
5. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В., Алексеев Д.В., Бессмертный Ю.М., Барышев А.Н. Повышение помехозащищённости систем спутниковой связи за счёт понижения несущей частоты и разнесенного приема // Сб. трудов международной НПК «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». Серпухов, 2010. Ч. 2. С. 346-348.
6. Пашинцев В.П., Чипига А.Ф., Сенокосова А.В., Дагаев Э.Х. Метод оценки энергетической скрытности систем спутниковой связи с пониженной частотой // XVI Междунар. НТК. «Радиолокация, навигация связь». Воронеж, 2010. Т. 3. С. 2414-2421.
List of references:
1. Senokosova A.V., Solchatov M.E., Strekalov A.V., Chipiga A.F. Fields and waves in the tasks of intelligence security and radio electronic protection of communication systems // Info-communication technology. 2006. Vol. 4, № 1. P. 77-82.
2. Chipiga A.F., Senokosova A.V. Information protection in space communication systems using changes in radio wave propagation conditions // Cosmic Research. 2007. Vol. 45, № 1. P. 59-66.
3. Chipiga A.F., Shevchenko V.A., Senokosova A.V., Dagaev E.Kh. Mathematical model of trans-ionospheric channel in view of the absorption and multipath received signal // Bulletin of the North Caucasus State Technical University. 2011. № 1 (25). P. 32-40.
4. Chipiga A.F., Senokosova A.V. Systems analysis of the possibility of building a new mathematical model of the space link // Proceedings of the I-th Intern. NCP «infotelecommunication technology in science, business and education». Stavropol: NCSTU, 2004. P. 217-218.
5. Chipiga A.F., Senokosova A.V., Alekseev D.V., Bessmertnyy Yu.M., Baryshev A.N. Increased noise immunity of satellite communications systems by lowering the carrier frequency and diversity // Proc. Proceedings of the International SPC «Information technology in education, science and industry». Serpukhov, 2010. Part 2. P. 346-348.
6. Pashintsev V.P., Chipiga A.F., Senokosova A.V., Dagaev E.Kh. Method of estimating energy stealth satellite communications systems with low frequency // XVI Intern. NTC. «Radar, navigation link.» Voronezh, 2010. Vol. 3. P. 2414-2421.
