Лекции СОИБвСПД. Конспект лекций для студентов специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникаци и Астана 2012

• Название: Конспект лекций для студентов специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникаци и Астана 2012
• Дата: 17.02.2018
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: Лекции СОИБвСПД.docx
• Тип: Конспект лекций; #36665
• страница: 2 из 9

Лекция 3. Помехозащищенность радиоэлектронных средств

 

Зоны действий передатчиков помех

Помеха подавляет приемное устройство РЭС только в том случае, когда отношение мощности помехи, попадающей в его полосу пропускания, к мощности сигнала превышает величину, характерную для данного вида помех и параметров приемника.

Минимально необходимое отношение мощностей помехи и сигнала на входе приемника (в пределах полосы пропускания его линейной части), при котором достигается требуемая степень подавления, называют коэффициентом подавления по мощности:

.

В практике используется и коэффициент подавления по напряжению, равный отношению электродвижущей силы (ЭДС) помехи и сигнала на входе приемника:

 . 

Обычно коэффициент подавления для импульсных и непрерывных сигналов и помех определяют как отношение их соответствующих мощностей.

Помеху считают эффективной, если отношение К мощностей помехи и сигнала на входе приемника больше коэффициента подавления: К  К_п.

Зоны подавления (ЗП) линий (каналов) радиосвязи будут различными в зависимости от энергетических показателей и форм диаграмм направленности антенн (ДНА) станций радиосвязи и помех и их взаимного расположения. В общем случае ЗП радиосвязи представляет собой фигуру, по форме совпадающую с ДНА приемника и с границей Д_п, проведенной из точки расположения подавляемого приемника. При применении всенаправленных антенн в линии радиосвязи и на станции помех (G = 1) ЗП будет представлять круг (см. рисунок 3.1). В целях снижения эффективности помехи (ухода от помехи) путем применения станциями радиосвязи направленных антенн форма ЗП РЭС определяется видом ДН приемной антенны.

1 - подавляемый приемник; 2 - передатчик помех; 3 - передатчик полезного сигнала; Д_св - дистанция связи, Д_{п макс} - дистанция помехи.

Рисунок 3.1- Зона подавления радиосвязи при применении в приемнике

всенаправленных антенн

 

Если, в горизонтальной плоскости ДНА имеет вид «петли», т.е. описывается выражением G_прп() = G_пр cos² (см. рисунок 3.2), то форма ЗП будет определяться выражением:

 

где Р_пп, Р_пс - мощности передатчика помех и средства связи;

G_пп, G_пс - коэффициенты усиления антенн передатчика помех (сигнала в направлении на подавляемый приемник связи, G_пп = G_пс, если помехи приходят по основному лепестку ДН приемной антенны);

f_пр, f_п - полоса пропускания приемника (ширина спектра помехи);

_п - коэффициент, учитывающий различие поляризации помехи и сигнала (от 1 до 0).

 

Рисунок 3.2- Зона подавления радиосвязи при применении в приемнике остронаправленной антенны (1-3 - то же, что и на рисунке 3.1)

 

Максимально допустимое удаление передатчика помех от подавляемого приемника, при котором обеспечивается эффективное нарушение радиосвязи:

.

В рассмотренных случаях помехозащищенность средств радиосвязи (СРС) может обеспечиваться оптимальным выбором дистанции связи (меньше, чем дистанция помехи), выбором направленных антенн, обеспечением превышения отношения мощности сигнала к мощности помехи и др. Кроме того, эффективность подавляющей помехи может быть значительно снижена организацией приема и передачи на разнесенных частотах (дуплексный режим работы СРС), а также применением СРС с перестройкой частоты по псевдослучайному закону. Борьбу с ЗПП осуществляют их поиском с последующим уничтожением.

В литературе отмечается, что в части защиты РЭС от преднамеренных помех сегодня хорошо изучена и описана на уровне методов количественных оценок только узкая область помехозащиты отдельно взятого РЭС и только для одного из трех классов радиопомех (маскирующих).

 

Лекция 4. Помехозащита радиоприемников

 При действии на РЭС интенсивных помех возникает перегрузка, вследствие которой приемник перестает реагировать на изменения входного сигнала. Разумеется, при этом приемник не может воспроизводить сообщения. Перегрузки могут возникать в любой части приемника: во входных и выходных усилительных каскадах, в усилителях промежуточной частоты (УПЧ), в демодуляторах.

Один из самых распространенных способов борьбы с перегрузками — автоматическая регулировка усиления (АРУ).

При работе АРУ амплитуда напряжения на выходе УПЧ определяется при помощи детектора АРУ, на который подается еще и напряжение задержки U_з, усиливается и усредняется фильтром нижних частот (ФНЧ). Выходное регулирующее напряжение U_pуправляет коэффициентом усиления УПЧ приемника K_упч =K(U_p) с тем, чтобы поддерживать сигнал на выходе демодулятора на постоянном приемлемом уровне

 

U_вых=K(U_p)U_вх  при U_выхU_з.

 

Таким образом, задержка срабатывания U_з — это пороговый уровень входного сигнала, при превышении которого амплитудой входного сигнала срабатывает система АРУ.

АРУ «вперед». Это эффективный метод защиты от помех, имеющих большую длительность, чем импульсы сигнала (_п >_с). Структурная схема такой системы АРУ показана на рисунке 4.1. Здесь постоянная времени  В тот момент времени, когда приходит импульс сигнала длительностью _с, коэффициент усиления видеоусилителя K(E₂)=max, а при приходе длинного импульса помехи _п > резко уменьшается и помеха на выходе ослабляется.

АРУ «по ближним шумам». Это быстрая автоматическая регулировка усиления (БАРУ) по шумовой помехе, предшествующей появлению сигнала. Работа БАРУ иллюстрируется осциллограммой рисунка 4.2.

 

Рисунок 4.1- АРУ «вперед»

 

Здесь, если принят сильный сигнал , а усиление K_pпм(P_ш) установилось по шумовой помехе относительно более низкого уровня, сигнальный импульс пройдет на выход. Если в аналогичной ситуации принят слабый сигнал (q < 1), этот импульс будет практически подавлен, т. е. за счет работы схемы АРУ отрезок шумовой помехи, предшествующий и последующий импульсу сигнала, вырезается, подчеркивая при этом полезный сигнал при q>1.

Рисунок 4.2- АРУ по «ближним шумам»

 

АРУ с поиском провала в спектре помехи. Если спектр помехи на входе радиоприемного устройства неравномерный, как на рисунке 4.3, а спектр сигнала сосредоточен недалеко от провала в спектре помехи, поиском по частоте (перестройкой частоты) гетеродина f_гпри постоянной полосе приемника f_пможно добиться максимального отношения сигнал/шум. Такая схема АРУ сочетает в себе как свойства системы регулировки усиления, так и системы автоматической подстройки частоты. Но подстройки не под какую-то спектральную составляющую сигнала, а под частоту, на которой помеха имеет минимальную спектральную плотность. Подстройка под провал в спектре помехи адаптирует РПМ к помеховой обстановке.

 

Рисунок 4.3- АРУ с поиском провала в спектре помехи

 

Медленная АРУ (МАРУ) имеет постоянную времени _АРУ _с. При таком условии импульс сигнала с меняющейся за время _с амплитудой E_c(t_c), t [0, _с] поддерживается на выходе постоянным. Это защищает приемник от мощных импульсных помех. Схема работает и при _пх  _с, т. е. защищает приемник от длинных помеховых импульсов (например, создаваемых облаками дипольных отражателей).

АРУ с многократными стробами обеспечивает получение постоянного уровня выходного сигнала приемника Е_свых = const в широком диапазоне амплитуд входных сигналов от Е_{свых min} до Е_{свых max} Для этого управляющий сигнал выбирают ступенчатым U_АРУ= kU_АРУ,k= var, и регулировки усиления проводятся либо до прихода импульса сигнала, либо во время действия этого импульса, а также на максимальной дальности работы РЛС.

Детектор с обратным смешением — это такой вариант АРУ, который обеспечивает постоянство амплитуды выходного сигнала приемника Е_свых = const при любом входном амплитудно-модулированном сигнале. Схема ослабляет импульсные помехи с большой длительностью, когда _п >> _с (помехи от облаков дипольных отражателей), вплоть до непрерывных шумовых помех.

Другой способ снижения риска перегрузок помехами — применение ограничителей.

Ограничители сигнала — весьма специфические нелинейные устройства. Они почти не дают подавления сигнала шумом, но при этом позволяют успешно бороться с импульсными помехами. Известно очень много разновидностей схем, использующих ограничители для уменьшения влияния помех. Ниже очень кратко и без детального анализа рассматриваются лишь некоторые схемы из этого класса.

Ограничение сверху. Для борьбы с мощными импульсными помехами, когда амплитуда помехи значительно превосходят амплитуду сигнала, Е_п >>E_сприменяют ограничение сверху по уровню Е_с. Вследствие такого преобразования суммы сигнала с помехой мощные импульсы помехи на выход схемы ограничителя не проходят.

Двухпороговое ограничение применяется для помехозашиты канала обнаружения (см. рисунок 4.4).

Рисунок 4.4- Двухпороговое ограничение

 

Сначала работает каскад ограничения с первым пороговым уровнем h₁. Такой селектор пропускает сигнал с амплитудой Е_си отсекает импульсы с Е_С<h₁и E_c>h₁ + h₂.

Ограничение снизу может применяться для подавления слабых помех. У ограничителей снизу (см. рисунок 4.5) на выход проходят сигналы с Е_с> h₀, а более слабые шумовые импульсные помехи х< h₀ подавляются.

 

Рисунок 4.5- Ограничение снизу

 

Амплитудно-частотная селекция с помощью схем ФОФ или ШОУ. Схемы ФОФ (фильтр—ограничитель—фильтр) или ШОУ (широкополосная— ограничитель — узкополосная) (см. рисунок 4.6).

 

Рисунок 4.6- Амплитудно-частотная селекция с помощью схем ФОФ (ШОУ)

 

Первое назначение ФОФ — помехозащита приемников от мощных коротких импульсных помех. Полосы усилителей выбираются так, чтобы  f_у f_с; f_ш=kf_с; k>>1. Если на вход схемы ФОФ действует импульс сигнала длительности _с и помехи с длительностью _п <<_с при разных уровнях х_п >>х_с, то через входной усилитель с широкой полосой оба импульса пройдут без искажений (см. рисунок 4.6, а). После ограничения (уровень ограничения у₀) импульсная помеха будет уменьшена по амплитуде до уровня у_п = у₀(см. рисунок 4.6, б). Фильтр с узкой полосой, согласованной с шириной спектра сигнала, импульс сигнала не исказит, а импульс помехи расширит, уменьшив при этом его по амплитуде примерно в kраз (см. рисунок 4.6, в). Таким образом, отношение сигнал/шум на выходе станет

 

q_вых(k)^-2 = (f_у/(f_ш)² >>q_вх.

 Второе назначение ФОФ — помехозащита приемников сигналов с угловой модуляцией от шумовых и других широкополосных помех. Третье — стабилизация вероятности ложных тревог Р_лтна выходе.

Ограничение — не единственный способ нелинейного преобразования, защищающего от перегрузок. Среди нелинейных устройств подавления радиопомех широко распространены различные модификации приемников с логарифмическими амплитудными характеристиками усилителей промежуточной частоты (см. рисунок 4.7). Поскольку в области U_вх< 1 характеристика вида у = log_аx при любом а > 1 нереализуема (при х  0, у -), для логарифмических усилителей выбирают характеристику, аппроксимируемую функцией log₁₀(l +x). Точке х=0на такой характеристике соответствует выходной сигнал у=0.

 

Рисунок 4.7- Логарифмическая характеристика приемника

Логарифмический приемник с малой постоянной времени стабилизирует вероятности ложных тревог Р_лти ограничивает по протяженности длинные помехи _п >> _с. Структурная схема такого приемника показана на рисунке 4.8. Особенностью схемы рисунка 4.8 является применение на выходе логарифмического усилителя дифференцирующей цепочки, укорачивающей выходной импульс сигнала и длинной помехи, когда _п >> _с. Практически не измененные дифференцирующей цепочкой импульсы сигнала и сильно укороченные ею импульсы помехи усиливаются выходным видеоусилителем (ВУ).

 

Рисунок 4.8- Логарифмический приемник с малой постоянной времени

 

Лекция 5. Маскировка и незаметность радиоэлектронных средств

 Радиоэлектронная маскировка — это комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на снижение эффективности средств радио-, радиотехнической и радиолокационной разведки противника. Объекты разведки заметны постольку, поскольку приемникам средств разведки доступна информация, содержащаяся в их (объектов) электромагнитных излучениях. Иначе говоря, заметность имеет место благодаря тому, что приемники средств разведки могут обнаружить и выделить на фоне помех сигналы объектов разведки, а мера заметности — это мера качества несанкционированного приема сигналов, переносимых электромагнитным излучением объектов разведки в разных частотных диапазонах.

Наиболее простой и наглядный показатель качества скрытности сигнала РЭС, это Р_р— вероятность, характеризующая доступность РЭС средству разведки :

Р_р = Р_эн Р_стр Р_инф,

 где Р_р— условная вероятность успешного решения разведкой своих задач при условии, что сигнал может быть принят (что он излучается объектом разведки);

Р_эн— показатель энергетической скрытности, то есть условная вероятность обнаружения сигнала, при условии, что он излучается;

Р_стр — показатель структурной скрытности, то есть условная вероятность определения (вскрытия) разведкой структуры сигнала и идентификации излучающего его РЭС; поскольку структура определяется на основании знания параметров сигнала объекта разведки, эта вероятность, по сути, является вероятностью определения параметров при условии, что сигнал обнаружен;

Р_инф— показатель информационной скрытности, то есть условная вероятность определения (перехвата и расшифровки) разведкой сообщений, содержащихся в сигнале маскируемого РЭС, при условии, что сигнал излучен, обнаружен и идентифицирован.

Поскольку вероятность правильного обнаружения P_обн сигнала, принимаемого на фоне помех, является монотонной функцией его энергии (точнее — соотношения энергии наблюдаемой реализации сигнала и спектральной плотности помехи), в литературе такой показатель называется характеристикой энергетической скрытности P_эн= Р_обн.Факторы, влияющие на заметность объекта разведки в радиодиапазоне (радиоэлектронную заметность — РЭЗ), т. е. на энергетическую скрытность излучения, создаваемого этим объектом, можно структурировать следующим образом (см. рисунок 5.1).

 

Рисунок 5.1- Проблема снижения заметности

 

Большинство радиоэлектронных систем и средств работают с излучением сигналов. Разумеется, такое полезное для работы (основное) излучение нарушает их незаметность, демаскирует объект, использующий РЭС. Для повышения скрытности всемерно снижают мощность основного излучения. Понижать мощность сигнала можно как за счет рационального выбора структуры основного излучаемого сигнала маскируемых РЭС, так и за счет организации его обработки на приемной стороне. Следовательно, необходим поиск и обоснование таких алгоритмов кодирования и декодирования сообщений и таких способов модуляции и демодуляции несущих колебаний, при которых на выходе радиоканала обеспечивается наилучшее воспроизведение сообщений при заданной мощности передаваемого сигнала или требуется сигнал минимальной мощности для обеспечения заданного качества передачи или воспроизведения сообщений. Методы выбора оптимальной структуры сигнала и способа его обработки известны и разработаны теорией потенциальной помехоустойчивости и теорией кодирования.

Энергетическая скрытность основного излучения РЭС улучшается при использовании широкополосных сигналов (сигналов с большой базой, обладающих очень большим значением произведения ширины спектра на длительность В = fT >> 1). За счет увеличения базы можно создавать сигналы с очень малой спектральной плотностью мощности и тем самым затруднять их обнаружение при некогерентной обработке в приемнике средства разведки. Также можно создавать сигналы с большой априорной для разведки неопределенностью параметров.

Но основное излучение маскируемых РЭС отнюдь не всегда доступно для приема средствами радиоэлектронных разведок. Почти все радиолокационные системы и системы радиоуправления, а также многие системы передачи информации концентрируют мощность основного излучения в относительно узкой области пространства, т. е. используют направленное излучение. Но и в этом случае РЭС демаскируется своими побочными и непреднамеренными электромагнитными излучениями (ПЭМИ). Побочные и непреднамеренные излучения распределены по частотам вне основной полосы спектра сигнала и вне сектора пространства, где локализован главный лепесток ДНА. Эти излучения создаются устройствами формирования и преобразования сигналов, боковыми лепестками диаграмм направленности антенн, неоднородностями, нарушающими непрерывность экранов и фидерных трактов. Для снижения уровня побочных и непреднамеренных излучений применяют специальные конструктивные меры и прежде всего экранирование элементов РЭС.

Важное направление в технике снижения заметности РЭС — уменьшение вторичного (отраженного, рассеянного) излучения радиолокационных целей. Это излучение не связано с работой собственных РЭС маскируемых объектов и возникает за счет взаимодействия объектов с радиолокационными полями. Коэффициент пропорциональности между мощностью волны, падающей на поверхность маскируемого объекта, и мощностью сигнала, излучаемого в направлении на антенны приемных устройств средств радиолокационной разведки, имеет размерность площади и называется эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР). Поэтому методы снижения интенсивности отраженного сигнала иначе называются методами уменьшения ЭПР. Для уменьшения ЭПР существуют два основных способа, применяемых как порознь, так и совместно, в комплексе. Первый способ — выбор малоотражающей формы радиолокационной цели. Второй способ — применение специальных противорадиолокационных покрытий, уменьшающих энергию отраженного целью радиолокационного сигнала.