Применение ретранслированных помех в целях воздействия на спутниковые системы радиосвязи с фазоманипулированными широкополосными сигналами

Агиевич Сергей Николаевич; Луценко Сергей Александрович

УДК 519.724

ПРИМЕНЕНИЕ РЕТРАНСЛИРОВАННЫХ ПОМЕХ В ЦЕЛЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫМИ ШИРОКОПОЛОСНЫМИ

СИГНАЛАМИ

С.Н. Агиевич, С.А. Луценко

Известные типы помеховых сигналов, к которым можно отнести стационарные (заградительная (широкополосная), сосредоточенная по полосе и узкополосная помехи) и нестационарные (импульсные) помехи не позволяют эффективно воздействовать на спутниковые системы радиосвязи (ССРС) в которых используются фазома-нипулированные широкополосные сигналы (ФМШПС) с большим коэффициентом расширения спектра. Это требует создания новых подходов к вопросам противодействия ССРС с широкополосными сигналами. В статье предлагается использование ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП), в целях воздействия на ССРС с ФМШПС.

Ключевые слова: ФМШПС, DSSS, расширение спектра, ЦРЧП, ретранслированная помеха

Проблема обеспечения надежной спутниковой связи в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех, а также многостанционного доступа при работе в пакетных радиосетях наилучшим образом может быть решена при использовании в средствах радиосвязи сигналов с расширением спектра [1]. На сегодняшний день одним из базовых методов расширения спектра является метод непосредственной модуляции несущей псевдослучайной последовательностью (ПСП), который также имеет название «прямое расширение спектра сигналов с помощью ПСП» (от англ. DSSS - Direct sequence spread spectrum). При данном методе расширение спектра достигается непосредственной модуляцией несущей частоты (двоичной ПСП), или за счет последовательной перестройки рабочей фазы передаваемого сигнала. В последнем случае сигналы называются фа-зоманипулированными широкополосными сигналами (ФМШПС). Принцип их формирования состоит в умножении сигнала несущей на ПСП с тактовой частотой, намного превышающей ширину полосы частот информационного сигнала. Эффект кратного расширения спектра позволяет добиваться требуемой надёжности передачи информации даже при малых соотношениях сигнал/шум, что обуславливает применение ФМШПС для передачи критичной для пользователя информации (например, команды управления и служебные данные) в сложной помеховой обстановке. На рис. 1 представлена упрощённая модель системы связи с ФМШПС.

На передающей части информационная последовательность d(t) умножается на двоичную ПСП p(t) и передатчик излучает полезный сигнал m(t) в спутниковый канал связи. При передаче по спутниковым линиям

413

связи полезный сигнал ш(1) суммируется как с непреднамеренными п(1), так и с преднамеренными помехами после чего смешанный сигнал тф поступает на вход приемника. На приемной части широкополосный сигнал тф умножается на точную копию ПСПрф, используемой в передатчике. В результате дальнейшей демодуляции сигнала 2(1) решающее устройство

выдает оценку информационной последовательности ^).

Рис. 1. Упрощённая модель системы связи с ФМШПС

В работах [2-5] описываются общие способы постановки помехо-вых сигналов спутниковым каналам связи, однако вопросы непосредственного выбора оптимальной помехи для подавления СРС с ФМШПС освящены недостаточно. Стоит отметить, что использование основных типов помех (заградительной, сосредоточенной по полосе, узкополосной, импульсной) не всегда эффективно при воздействии на ФМШПС с большим коэффициентом расширения спектра (от 20 дБ и выше). В данной работе предлагается использование ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП). Данная технология и устройства нашли широкое применение в системах радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с радиолокационными станциями (РЛС), но в целях воздействия на системы радиосвязи ее использование достаточно ограничено. В системе с ЦРЧП нет необходимости формировать помехо-вый сигнал с нуля. Для этой цели используется принимаемый сигнал, который обрабатывается соответствующим образом. Обратный сигнал, передаваемый системой с ЦРПЧ в сторону приемника радиосвязи воспринимается им не как посторонний мешающий сигнал, а как полезный сигнал, подлежащий обработке.

На рис. 2 представлена структурная схема генератора ретранслированных помех ССРС с ФМШПС, основанного на технологии ЦРЧП.

Как видно из схемы, полезный сигнал поступает на вход приемной антенны генератора ретранслированных помех (ГРП), усиливается, фильтруется и повторно излучается через передающую антенну ГРП. Для ФМШПС форма ретранслированной помехи представляет собой задержанную копию полезного сигнала. Таким образом, на входе приемника ретранслированная помеха воспринимается как полезный сигнал, что может приводит к ошибкам на выходе решающего устройства. В ССРС чаще все-

414

го оценка помехозащищенности производиться по критерию средней вероятности ошибки (СВО) на бит информации. Однако в системах с ФМШПС наиболее критичным моментом помимо вышеуказанного является процедура синхронизации.

Рис. 2. Структурная схема генератора ретранслированных помех ССРС с ФМШПС, основанного на технологии ЦРПЧ

В соответствии с [1] синхронной ССРС называется такая система, в которой для приема дискретного сообщения с неизвестными синхропара-метрами применяется оптимальный приемник в совокупности с системой синхронизации, осуществляющей в общем случае оценку неизвестных синхропараметров сигнала и подстройку приемника для достижения наилучшего соответствия между принимаемыми сигналами и алгоритмом работы приемника ССРС. При этом оценка момента начала кодовой последовательности должна определяться с точностью не меньшей, чем длительность двоичного кодового символа (символа ПСП), а центральная частота сигнала с точностью, при которой полезный сигнал после смесителя оказался бы в полосе пропускания фильтра коррелятора (согласованного фильтра).

В зависимости от того, каким образом формируется информация о синхропараметрах сигналов различают несколько методов, которые можно использовать для обеспечения синхронной работы передатчика и приемника СРС с общей псевдослучайной последовательностью. В общем виде структурная схема системы синхронизации для ССРС с ФМШПС имеет вид, представленный на рис. 3.

Предположим, что на вход приемного устройства поступает сумма переданного ССРС полезного сигнала m(t) и шумовой компоненты n(t). В этом случае сигнал имеет вид

r (t) = VRm(t -d) + n(t), (1)

где n(t) - аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ), R - средняя мощность принятого сигнала, S - временная задержка. Вероятность обнаружения сигнала равна

р,=1 - рт = есл/и^рър;), (2)

где Q(.) - Q-функция Маркума; Р, - вероятность обнаружения; Рт - вероятность пропуска; Р/а - вероятность ложной тревоги.

Принимаемый ССРС с ФМШПС

Рис. 3. Структурная схема системы синхронизации для ССРС

с ФМШПС

При воздействии ретранслированной помехи, сигнал на входе приемного устройства приобретает вид

г(г) = 1Ят(г -5) + ^ (г) - -5') + п2(г)

4 V ' \_ _/

Пеерехваченный сигнал Ретрансляционная помеха, (3)

= 4Ят(г-5)-5') + п (г)

где Р]- - средняя мощность ретранслированной помехи (при рассмотрении в данной работе полагаемой равной мощности принятого сигнала Я); 3 - 3' -величина задержки между сигналом ретранслированной помехи и полезным сигналом на входе приемника, п(г) = п1(г) + п2(г) - АБГШ. Статистика решения на выходе интегратора равна

1

г

277

I 2 ' (Ятт'

| г (г )т(г -5)

ть

1

(4)

(5-5) - Ятт (5'-5)) + -г=- \п(г)т(г - 5),(г)

^21ъ тъ

где Ятт(т) - автокорреляционная функция т(г). Если используется М-последовательность с периодом И, то

Ятт

1

N +1 N

N Тс

1

N

Ы < Тс

в противном случае

(5)

2

Из уравнения (4) следуют две гипотезы:

Н

0 ■

Н

1 ■

г =

—1— Г п( / )т( / ■

42Тъ1

■ 8Щг)

Я т'

--+ -

2 Т

—1— Г п(Х)т(Х-

V2Ть т

■ 8)й(г)

фазы не совпадают

фазы совпадают

(6)

Предполагается, что Тс << Т, у означает порог принятия решения. Тогда вероятность ложного обнаружения равна

Ра = ехр(-УТ^)..

2 N

(7)

Обозначим Т = д - д < Тс , тогда вероятность пропуска равна

V "0

Рт = I и ехр(-

и2 + 2и 2

)10 (л/2й'и )йи

и = (

(8)

Я Т

--)2 Ть /(2 N о)

где и' - модифицированное соотношение сигнал/шум; /0() - модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка.

Если относительное время задержки Т равно половине длительности кодового символа ПСП, входное соотношение сигнал/шум на входе энергетического детектора при воздействии ретранслированной помехи уменьшается на 9 дБ. Графики сравнения рабочих характеристик приемника при воздействии заградительной и ретранслированной помехи представлены на рис. 4.

Рис. 4. Сравнение рабочих характеристик приемника при воздействии заградительной и ретранслированной помехи

2

0

Как следует из сравнения графиков, изображенных на рис. 4 воздействие ретранслированной помехи на процессы синхронизации в ССРС с ФМШПС более эффективно, чем применение заградительной помехи. Этот факт можно объяснить высокой степенью корреляции сигнала ретранслированной помехи с полезным ФМШПС.

Что касается СВО на бит информации, то значение данного показателя при воздействии ретранслированной помехи выше вследствие уменьшения соотношения сигнал/шум на входе приемного устройства ССРС. Из уравнения (8) при условии, что мощность ретранслированной помехи сравнима с мощностью сигнала на входе приемного устройства, входное соотношение сигнал/шум уменьшается на г'2 / 2Г2. Таким образом, СВО равна

р,=в

' гЛ 2

(9)

Рис. 5 показывает зависимости СВО на бит р, , как функции отношения сигнал/шум при заданном значении сигнал/помеха.

Сигнал/шум (дБ)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 5. СВО на бит при постановке заградительной, сосредоточенной по полосе и ретранслированной помехи

В данной статье представлен вариант формирования ретранслированных помех, созданных с применением технологии цифровой радиочастотной памяти (ЦРЧП), в целях воздействия на ССРС с ФМШПС. Рассмотренная ретранслированная помеха обладает свойством высокой корреляции с оригинальным ФМШПС, что позволяет эффективно воздействовать на процесс синхронизации и повышать СВО. Результаты моделирования в среде Матлаб подтверждают корректность использованных теорети-

ческих выражений. Таким образом, на низких уровнях сигнал/шум применение корреляционных ретранслированных помех имеет большую эффективность по сравнению с известным типам помех.

Список литературы

1. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью// В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин, Г.С. Нах-мансон; Под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003. 640 с.

2. Луценко С. А. Методический аппарат деструктивного воздействия на спутниковые командно-программные радиолинии // Инновационные технологии и технические средства специального назначения. Труды X Общероссийской научно-практической конференции. СПб.: Военмех, 2017. С. 233 - 241.

3. Агиевич С.Н., Гулидов А.А., Луценко С.А. и др. Способ радиоподавления каналов связи. Патент РФ № 2637799 по заявке № 2017106110 от 22.02.2017.

4. Иванов А.А., Козлов С.Ю., Кудрявцев А.М. и др. Способ обработки результатов радиомониторинга. Патент РФ № 2659486 по заявке № 2017128046 от 04.08.2017.

5. Гудков А.А., Клецков Д.А., Кузьмин В.В., Удальцов Н.П. Модель распознавания объектов радиомониторинга в иерархических системах управления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 1. С. 283-291.

Агиевич Сергей Николаевич, д-р техн. наук, старший научный сотрудник, agievich a ramhler.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого,

Луценко Сергей Александрович, адъюнкт, sergei lutsenkoa inhox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Будённого

APPLICA TION OF REPEA TER JAMMING FOR EFFECTS ON SA TELLITE RADIOCOMMUNICA TION SYSTEMS WITH DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM

S.N. Agievich, S.A. Lutsenko

Known jamming types, including broadband noise, partial-hand noise and so on do not effectively affect satellite radiocommunication systems (SRS) in which direct sequence spread spectrum (DSSS) are used with a large coefficient of spreading. This requires the creation of new approaches to the issues of countering the SRS with broadband signals. The article proposes the use of repeater jamming, created using digital radio frequency memory (DRFM) technology, in order to influence the SRS with DSSS.

Key words: DSSS, spread spectrum, DRFM, repeater jamming.

419

Agievich Sergei Nicolaevich, doctor of technical sciences, senior researcher, agievicharamhler.ru, Russia, St. Petersburg, Military academy of communication of S.M. Budyonny,

Lutsenko Sergey Aleksandrovich, postgraduate, sergei lutsenkoa inhox. ru, Russia, St. Petersburg, Military academy of communication of S.M. Budyonny

УДК 621.398

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ЧАСТОТНО - МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ ФАЗОЙ

А.В. Аношкин, А.И. Азаров

В статье представлены результаты исследования потенциальной помехоустойчивости сигналов ЧМНФ с различными индексами модуляции. В результате исследования был получен алгоритм, осуществляющий расчет зависимостей минимальных евклидовых расстояний от индекса модуляции в двоичных радиолиниях при различных количествах символьных интервалах, участвующих в решении относительно значения первого символа последовательности. В качестве частотного импульса использованы прямоугольный импульс с полным откликом, частотный импульс класса «косинус квадрат».

Ключевые слова: частотно-модулированные сигналы с непрерывной фазой, индекс модуляции, евклидово расстояние, частотный импульс, фазовый импульс.

ЧМНФ сигналы являются наиболее привлекательными с точки зрения спектральной эффективности. Высокая спектральная эффективность ЧМНФ сигналов обусловлена постоянством их огибающей. Благодаря этому обеспечивается более высокая скорость убывания спектральной плотности мощности этих сигналов с увеличением расстройки частоты.

При этом множество различных символов ЧМНФ сигналов отличаются не только значениями частоты, но и значениями начальной фазы, вследствие чего соседние символы ЧМНФ сигналов обладают межсимвольной фазовой связью, т.к. начальная фаза любого символа зависит от значений нескольких предыдущих информационных символов.

Важным параметром ЧМНФ сигналов, определяющим их спектральные свойства и энергетическую эффективность, является индекс модуляции:

И = Д^ = 2 (1)

где - девиация частоты; Т - длительность символа

APPLICA TION OF REPEA TER JAMMING FOR EFFECTS ON SA TELLITE RADIOCOMMUNICATION SYSTEMS WITH DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM