Анализ эффективности комплексного применения мер помехозащиты для повышения устойчивости функционирования средств связи в условиях радиопротиводействия противника

Как известно высокой помехоустойчивостью обладают m-ичные СС с ШПС.

Вероятность ошибки при некогерентном приеме ШПС определяется формулой (3.11), а при когерентном - формулой (3.12), где m определяется согласно выражению:

(3.17)

где х- это формируемые х-ичные символы последовательности, к0 - блоки, в которые формируются х-ичные символы последовательности; S2вых определяется согласно (3.9).

Учитывая, что длительность х-ичного символа на выходе декодера или иными словами длительность ШПС на выходе модулятора равна:

(3.18)

где R - скорость передачи информации ШПС, равная

, (3.19)

где в свою очередь Rх - скорость поступления х-ичных символов на вход кодера.

В итоге, получим

(3.20)

Информационная последовательность длиной k принята правильно тогда, когда безошибочно приняты все k0k х-ичных символов. Тогда выражение для Рош2 [7]:

(3.21)

где k=1.

Вероятность ошибки декодирования:

(3.22)

где Рm(с2 ) определяется по формуле (3.13);

;

- число исправляемых кодом ошибок; - число проверочных символов; - число информационных символов.

Зависимости Рош2 от Квх для m-ичных сигналов (m=32) и помехоустойчивого кодирования кодом РС (n,k) при n=31 при различных k приведены на рис. 3.5.

Значения коэффициента подавления Кп при наличии помехоустойчивого кодирования и ШПС при Рош2=0.1 приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5 Значения коэффициента подавления Кп при наличии помехоустойчивого кодирования и ШПС при Рош2=0.1

*) В знаменателе приведены значения базы сигнала

Рисунок 3.5 Зависимости вероятности ошибки на бит информации Рош2 от отношения помеха-сигнал на входе при использовании m-ичных сигналов (m=32) и помехоустойчивого кодирования кодом РС (n,k) при n=31 для различных k

Зависимости вероятности ошибки на бит информации при использовании m-ичных сигналов (m=16 и 8) и помехоустойчивого кодирования кодом РС (n,k) при n=15 (сплошная линия) и 7 (пунктирная линия) приведены на рис.3.6.

Для полноты анализа также рассмотрено применение корректирующих РС-кодов в бинарных дискретных СС (m=2).

По соотношениям, приведенным в [7], несложно получить зависимости вероятности ошибочного приема символа Рош2 для случая бинарных СС, приведенные на рис 3.7.

Рисунок 3.6. Зависимость вероятности ошибки на бит информации Рош2 при использовании помехоустойчивого кодирования кодом РС (n,k) при n=31 для различных k.

Рисунок 3.7. Зависимость вероятности ошибки на бит информации Рош2 от отношения помеха-сигнал на входе при использовании помехоустойчивого кодирования кодом РС (n,k) при n=15 (сплошная линия) и 7 (пунктирная линия) для различных k

В таблице 3.6 указаны значения коэффициента подавления Кп для бинарных СС с применением корректирующего кодирования кодами РС различной конфигурации параметров (n,k,r).

Таблица 3.6 Значения коэффициента подавления Кп при наличии помехоустойчивого кодирования без ШПС при Рош2=0.1

Таким образом, применение m-ичных ШПС и помехоустойчивого кодирования позволяет существенно увеличить ПУ. Вместе с тем можно отметить следующее:

- уровень ПУ по величине Кп = 0.5-1.55 достигается при использовании m-ичных сигналов при m=4,8,16,32 и при использовании кодов РС для малых значений числа избыточных символов (РС (7,3),(7,5)); ((15,9),(15,11),(15,13)); ((31,23),(31,25),(31,27),(31,29));

- дальнейшее увеличение ПУ (т.е. Кп>2) достигается только при использовании кодов РС с количеством информационных символов k не более 7 для n=15 и не более 19 при n=31;

- максимальные значения Кп при использовании корректирующих кодов составляют 1.56, 3.4 и 5.3 при n равном 7, 15 и 31 соответственно;

- минимальные значения Кп при совместном использовании m-ичных сигналов и корректирующих кодов составляют 1.36-1.8, что выше значений Кп для случая раздельного применения m-ичных сигналов и корректирующих кодов;

- максимальные значения Кп при совместном использовании m-ичных сигналов и корректирующих кодов составляют 2.55-21.4 при n равном 7, 15 и 31. Однако следует отметить, что это сопровождается существенным снижением скорости передачи информации в число раз, соответствующему базе сигнала, которая в этом случае составляет 6.2-66.

В связи с последним замечанием, при планировании использования мер ПЗ обязательно необходимо учитывать существенное снижение скорости передаваемой информации.

Оптимальным подбором параметров (n,k,r) корректирующих кодов можно добиться необходимых показателей ПУ при заданной величине пропускной способности. Верно и обратное.

3. М-ичные (ШПС) каналы для передачи непрерывных сообщений.

Передача и прием непрерывных сообщений (телефония) с помощью ШПС возможны путем применения дискретных и аналоговых методов модуляции.

Из всех возможных типов дискретной модуляции в основном используется ШИМ-ШПС, а из всех аналоговых методов модуляции ШПС чаще всего используется аналоговая частотная модуляция ЧМ-ШПС.

Поэтому, рассмотрим помехоустойчивость ЛРС, основанных на ШИМ-ШПС и ЧМ-ШПС. Вывод соотношений, касающихся оценки помехоустойчивости данных методов модуляции можно найти в [7], приведем конечные математические соотношения, позволяющие оценить ПУ ЛРС, построенных по методу ШИМ-ШПС и ЧМ-ШПС.

Вследствие того, что ШИМ-демодулятор является линейным устройством, то ОСП на его выходе будет иметь следующий вид:

где Sвх - ОСП на входе приемника; В - база ШПС; В0=2В=Дf/R - коэффициент расширения спектра.

Учитывая, что на приеме ЧМ-ШПС используется синхронный частотный детектор (СЧД), ОСП на его выходе будет определяться соотношением:

(3.24)

Зависимость Квых от Квх для ЧМ-ШПС и ШИМ-ШПС приведена на рис. 3.8.

71

Рисунок 3.8 Зависимость Квых от Квх для ЧМ-ШПС и ШИМ-ШПС.

Как указывалось ранее для обеспечения срыва связи необходимо достичь Квых>3.5.

Значения Кп для аналоговых ШСС приведены в Таблица 3.7.

Таблица 3.7 Значения Кп для аналоговых ШСС.

Сравнение между собой ШИМ-ШПС и ЧМ-ШПС по ПУ позволяет сделать вывод, что ШИМ-ШПС дает существенный выигрыш в ПУ по сравнению с ЧМ-ШПС при одинаковой ширине спектра канального сигнала. Вместе с тем, прием ЧМ-ШПС сопровождается также как и прием обычной ЧМ наличием порогового уровнях [6,7].

Обобщение полученных в разделе 3 результатов расчета коэффициента подавления позволяет свести значения Кп для различных типов модуляции в табл.3.8.

Таблица 3.8 Значения Кп для различных типов модуляции.

Выводы по разделу

На основании сравнительной оценки эффективности РП ЛРС разных типов (дискретные, аналоговые и ШСС) по показателю коэффициента подавления можно сделать следующие выводы:

1. для дискретных ЛРС без применения кодирования: полученные данные показали, что коэффициент подавления Кп изменяется в пределах (0.12-0.54). Из всех рассмотренных систем радиосвязи данного типа наибольшей ПУ обладает ФТ (Кп=0.54) и ОФТ (Кп=1.25). Однако в силу ряда обстоятельств наибольшее применение на данном этапе развития ВСС ТЗУ получила ЧТ с Кп=0.52.

2. для дискретных ЛРС с применением помехоустойчивого кодирования расчеты показали, что такие СС обладают более высокими показателями ПУ (0.82-5.32) при различных сочетаниях параметров корректирующих кодов РС (n,k), чем дискретные ЛРС без применения кодирования. Следует отметить, что наибольших значений Кп достигает при значениях n=31 и малых k, причем с возрастанием последнего ПУ снижается.

Таким образом, применение помехоустойчивого кодирования говорит о повышении помехоустойчивости ЛРС с использованием в качестве одной из мер ПЗ сигнального характера помехоустойчивых кодов РС. Этот факт находит применение в реальной аппаратуре радиосвязи.

2. для аналоговых ЛРС: результаты проведенных расчетов Кп изменяются в пределах (0.75-3.22). Значения Кп показали что наибольшей ПУ обладают системы ФМ (Кп=1.94) и ОМ (Кп=3.22). В связи с этим, данные виды модуляции получили наибольшее распространение в РЭС для передачи телефонной информации, т.к. они позволяют получить наибольшую ПУ и осуществить сопряжение с уже имеющимися радиостанциями.

3. для дискретных ШСС: сравнительная оценка расчета ПУ ШСС без кодирования и с применением такового показала, что характеристики ПУ систем с кодированием (Кп=1.36-21.50) превышают аналогичные показатели для ШСС без кодирования (0.50-1.50), а применение в качестве помехоустойчивых кодов оптимальных корректирующих кодов Рида-Соломона позволяют при заданной степени ПУ обеспечить максимальное значение скорости передачи информации.

4. для аналоговых ШСС: сравнительная оценка показала, что такие системы имеют показатели ПУ (Кп=0.03-0.98) меньшие, чем соответствующие им узкополосные аналоговые ЛРС. Однако использование ШПС позволяет функционировать данным ЛРС в условиях значительного превышения уровня преднамеренных помех, навязываемых противником, т.е. при больших значениях Квх, в отличие от узкополосных ЛРС. В связи с чем, происходит процесс постепенного внедрения радиостанций, работающих по указанному принципу.

5. таким образом, наибольшими коэффициентами подавления Кп из всех представленных систем модуляции обладают ШСС с применением помехоустойчивого кодирования кодами РС (т.е. ЛРС с комплексным применением мер ПЗ сигнального характера), что говорит о наибольшей степени ПУ ЛРС построенных в соответствии с этим принципом. Вследствие этого, целесообразным является внедрение РЭС на наиболее приоритетных ЛРС, построенных на основании комплексного применения мер ПЗ.

4. Анализ энергетической доступности средств связи при использовании мер помехозащиты

4.1 Расчет параметров распространения радиоволн, существенно влияющих на процесс ведения радиоподавления линий радиосвязи

В условиях радиопротиводействия первоочередной задачей является оценка энергетической доступности средств радиосвязи. Применительно к существующим радиосредствам УКВ диапазона, получившим наибольшее распространение в ТЗУ, использование существующих мер помехозащиты (ПЗ), показало свою крайне низкую эффективность при обеспечении требуемой помехоустойчивости (ПУ).

Линию распространения радиоволн (РРВ) вдоль земной поверхности принято разбивать на три участка: зону освещенности, зону тени и зону полутени.

В зоне освещенности действуют интерференционные. В области тени расчет поля может быть произведен по так называемым «упрощенным одночленным дифракционным формулам». В зоне тени - по строгим дифракционным формулам. Границы зоны полутени определяются следующим образом: внутренняя граница - дальностью применимости интерференционных формул (Rвн=0.7-0.8Dпр.вид), а внешняя - областью применимости дифракционных формул (Rвнеш=1.2Dпр.вид).[8,9]

Расчет интерференционного множителя

Результат интерференции прямой и отраженной волн определяется интерференционным множителем. Смысл его введения наряду с введением коэффициентов отражения для горизонтально и вертикально поляризованных волн в формулы для расчета возможности РП состоит в том, что с их помощью можно весьма просто определить поля поднятых излучателей, если известно поле этих излучателей в свободном пространстве.

Поле в свободном пространстве выражается формулой

E=(4.1)

где P- мощность передатчика;

Gm и F()- коэффициент усиления и характеристика направленности антенны.

Поле излучателя, поднятого над поверхностью земли, которую будем считать плоской, можно найти как результат наложения поля прямой и отраженной волны

Е=Еп+Еr(4.2)

Где поле прямой волны равно

Eп=,(4.3)

а поле отраженной волны

Er=Rв,г,(4.4)

Таким образом:

,(4.5)

Множитель в квадратных скобках называется интерференционным множителем; этот множитель определяет собой результат интерференции прямого и отраженного лучей.

(4.6)

-модуль интерференционного множителя.

Зачастую на практике, например в РР, отношение 4h/ значительно больше единицы [7]. Поэтому можно считать, что максимумы интерференционного множителя равны

,(4.7)

а минимумы

, (4.8)

Полагая, что при этих углах cosи ?1, для амплитуд вертикальной и горизонтальной составляющей поля ЭМВ получим:

(4.8)

- квадратичная формула Введенского.

Пределы применимости квадратичной формулы Введенского определяются пределами применимости интерференционных формул.

Расчет коэффициента отражения

Рассмотрим сначала отражение при горизонтальной поляризации. Полное выражение для Rг и rг полученное в [8] на практике редко используется, для инженерных расчетов применяется упрощенная формула:

где

-- относительная комплексная диэлектрическая проницаемость.

Коэффициент отражения при вертикальной поляризации будет

определяться соотношением аналогичным для случая горизонтальной поляризации.

Ввиду аналогии в постановке задачи отражения радиоволн при вертикальной и горизонтальной поляризациях можно сразу написать упрощенное выражение для коэффициента отражения R в,

Rв =

График зависимости интерференционного множителя от расстояния представлен на рис 4.1.

Рисунок 4.1 Зависимость интерференционного множителя от расстояния.

Расчет расстояния прямой видимости и приведенных высот

При отсутствии рефракции и в случае, когда антенны расположены на высотах, много меньше радиуса Земли справедлива формула:

(4.10)

при нормальной атмосферной рефракции следует вместо истинного радиуса Земли a использовать эквивалентный радиус Земли aэ=8.5•106.

(4.11)

где hПРС и hСП - высоты поднятия антенн.

Таким образом, для того чтобы учесть сферичность земной поверхности, нужно во всех интерференционных формулах ввести в рассмотрение вместо истинных высот ЛРС и СП hлрс, hСП так называемые приведенные высоты h*лрс, h*СП:

Интерференционные формулы верны при любых положениях корреспондирующих пунктов только для идеально проводящей Земли.

Расчет множителя дифракционного ослабления

Строгая теория расчета множителя дифракционных потерь приведена в [7,8]. Для инженерных расчетов применяют упрощенную формулу Фока в случае если обе антенны находятся на уровне земли (переносные радиостанции ЛРС).

«Одночленная (упрощенная) формула множителя дифракционного ослабления (множителя земли)» в теории Фока представляется выражением:

где q - параметр, который учитывает полупроводящие свойства поверхности Земли. Он определяется формулой:

(при этом параметр q=? для УКВ - волн горизонтальной поляризации, а значение параметра q=0 - соответствует диапазону УКВ-волн вертикальной поляризации).

Для q=?:

Для q=0:

t1 - представляют собой корень уравнения функции Эйри.

Поле, как всегда, вычисляется по формуле

Отметим, что формулы Фока справедливы для двух предельных значений параметра q=? и q=0. Для произвольных q расчет по этим формулам не производят, а используют одночленную формулу Введенского [8,9].

В данном случае приведенные соотношения не учитывают различия в электрических параметрах почв различного вида.

Расчет множителя ослабления, учитывающего потери в подстилающей поверхности

Так как земля не является идеальным проводником, поле, наводимое в земле, отлично от нуля, а это означает, что часть ЭМЭ из атмосферы просачивается в землю, т.е. поле ЭМЭ будет дополнительно убывать по мере удаления ЭМВ от излучателя.

Функция, показывающая, как ослабляется поле при РРВ над реальной Землей по сравнению с полем волн, распространяющихся над идеально проводящей поверхностью, называется множителем ослабления W. Эта величина является комплексной функцией параметров трассы (ЛРС или ЛРП) оказывающих существенное влияние на РРВ:

(4.14)

Множитель ослабления W можно найти, если электрические параметры подстилающей поверхности удовлетворяют условию:

(4.15)

Для вертикально расположенного диполя минуя решение ряда интегральных уравнений, получим пригодную для инженерных расчетов формулу модуля множителя ослабления W, впервые полученную М.В. Шулейкиным. [7]

(4.16)

где с - определенная комбинация параметров , называемая численным расстоянием (безразмерная величина) и равна

R - расстояние между антенной РЭС и точкой наблюдения; е* - относительная диэлектрическая проницаемость среды; к - постоянная распространения в воздухе; щ - круговая частота.

4.2 Описание алгоритма оценки энергетической доступности при радиоподавлении

Предположим, что противнику заранее известны:

ТТХ разведываемых РЭС ЛРС;

Характеристики ЛРС и ЛРП существенные с точки зрения РРВ.

Оценка энергетической доступности при радиоподавлении проводится в соответствии с пространственным и энергетическим условиями радиоподавления (РП), приведенными в [2,8,9].

Учитывая, что радиоподавление ЛРС будет вестись в пределах зоны прямой видимости для УКВ диапазона, противник при оценке возможности радиоподавления будет действовать в соответствии с приведенным алгоритмом (рис.4.3).

Этап радиоразведки.

Для зоны прямой видимости:

1.определяется мощность ЭМП в точке местоположения СР, создаваемая РЭС:

Определяется зона РРВ в пределах расстояния между СП и подавляемыми РЭС ЛРС (освещенности, полутени или тени) по п.4.1.

В зависимости от зоны РРВ проводятся расчеты множителей ослабления вдоль ЛРС и ЛРП по п.4.1 (для УКВ производится дополнительно проверка условия на РРВ в ближней или дальней зоне от излучателя РЭС).

Рассчитываются с учетом всех допущений указанных в п.4.1 напряженности поля СП и РЭС в точках РП.

Рассчитывается ОСП Квхр.

2. производится сравнение Квхр с пороговой чувствительностью станции РР Кпр, т.е. - проверяется энергетическое условие РР.

3. производится расчет предельной дистанции РР УКВ радиосвязи Rпр:

определяется максимальная дальность РР Rпmax при Кпр.

определяется радиус зоны разведки Rпр для рассчитанного Квхр п.1.5)

рассчитывается дальность прямой видимости Dпр.в в соответствии с п.4.1 и учетом рельефа местности [1]

производиться сравнение Rпmax с Dпр.в

с учетом п.3.4) производится сравнение Rпр с Rпmax или Dпр.в - проверяется пространственное условие РП. По меньшему из показателей определяется Dэмд.

производится сравнение реального удаления станции РР от ЛРС R= Dплсв+ Dслсв с результатом, полученным в п.6.5).

производится построение зон РР.

Полагают, что Рпрм=Рпрм.мин и R=Rм для определения максимальной дальности РР в свободном пространстве:

получим

где Рпрм.мин - минимальный уровень сигнала на входе станции РР, необходимый для ведения РР, т.е. предельная чувствительность приемника.

F(и,ц) и F»(и»,ц»)- КНД , Аэфф - эффективная площадь приемной антенны СР.

В случае, если выполняются оба условия, делается вывод о том, что заданная ЛРС с присущими ей параметрами будет вскрыта. Говорить о вероятностно-временных показателях в данном случае не представляется возможным - энергетический расчет возможности РР такого ответа не дает.

4. На основании проведенных энергетических расчетов Dэмд проводятся расчеты зоны ЭМД, которая будет определятся из соотношения:

На основании полученных сведений о разведанной ЛРС противник примет решение о начале процесса радиоподавления.

Этап радиоразведки при оценке энергетической доступности ЛРС приведен на рис.4.2.

Этап радиоподавления.

На основе полученных данных в результате РР противник предпримет следующие действия при оценке возможности РП вскрытой ЛРС:

1. Определяется тип ЛРС.

Прямая задача:

1. Рассчитывается ОПС на входе приемного устройства подавляемого канала связи Квх по формуле:

(4.18)

где Рпс, Рпп - мощности передатчиков сигнала и помехи; Gпс, Gпп - коэффициенты направленности (по мощности) антенн передатчика линии радиосвязи (ЛРС) и передатчика станции помех (СП) в сторону приемника ЛРС (рис. 3); Gпрс, Gпрп - коэффициенты направленности антенны приемника ЛРС в сторону передатчика ЛРС и в сторону передатчика СП; л - длина волны; г - коэффициент поляризационных потерь вследствие различий в поляризации излучения помехи и антенны приемника ЛРС; Dс, Dп - дистанции связи и подавления; (Dс), (Dп) - коэффициенты ослабления радиоволн на трассах распространения от передатчиков связи и помех до подавляемого приемника.

1) определяется зона РРВ в пределах расстояния между СП и подавляемыми РЭС ЛРС (освещенности, полутени или тени) по п.4.1.

в зависимости от зоны РРВ проводятся расчеты множителей ослабления вдоль ЛРС и ЛРП по п.4.1 (Для УКВ производится дополнительно проверка условия на РРВ в ближней или дальней зоне от излучателя РЭС).

3) учет затухания в подстилающей поверхности производится также в соответствии с п.4.1.

4) рассчитываются с учетом всех допущений указанных в п.4.1 напряженности поля СП и РЭС в точках РП.

5) Рассчитывается ОСП Квх.

для заданной ЛРС

определяется ПЭ из ансамбля возможных.

Задается требуемое значение ПЭтреб при котором будет достигнута необходимая степень эффективности РП

Определяется коэффициент подавления Кп соответствующий ПЭтреб.

по найденному Квх определяется значение показателя эффективности (ПЭквх).

определяется зависимость Квых=f(Квх).

Определяется зависимость ПЭКвх =f(Квых[Квх]).

производится сравнение Квх с Кп, т.е. ПЭКвх с ПЭтреб - проверяется энергетическое условие РП - делается вывод о степени эффективности РП.

Обратная задача:

5. по заданному ПЭтреб, т.е. ПЭ(Кп) рассчитывается требуемое ОПС на входе подавляемого РЭС Квхтреб=(Кп).

6. производится расчет предельной дистанции радиоподавления УКВ радиосвязи Rп:

(4.19)

Формула (4.19) позволяет вести расчет Rп только для случая дальней зоны, границы которой для УКВ диапазона определяются соотношением исходя из условия [3]:

(4.20)

По соотношению (4.20) можно построить график зависимости ц(Dп) и ц(Dc) от Dп и Dс соответственно (рис 4.2).

Рисунок 4.2. Зависимость коэффициента ослабления от дальности.

Таким образом, для дальней зоны, в случае если параметры РРВ вдоль линии радиосвязи и радиоподавления приближенно сопоставимы (ц(Dп) = ц(Dc)), формула (4.19) преобразуется к виду:

(4.21)

где h*пп, h*пс - приведенные высоты антенн (рассчитываются согласно п.4.1)

Для случая ближней зоны пользоваться формулой (4.19), строго говоря, нельзя. В этом случае расчет зоны РП производится по формуле (4.18), при этом необходимо учесть, что на границе зоны подавления Rп=Dп, а коэффициент Квх становится равным коэффициенту подавления Кп. Тогда

. (4.22)

Коэффициенты ослабления сигнала и помехи ц(Dп) и ц(Dc) в этом случае на трассах распространения будут равны:

. (4.23)

определяется максимальная дальность РП Rпmax при Кп.

определяется радиус зоны подавления Rп для рассчитанного Квх п.1.5)

рассчитывается дальность прямой видимости Dпр.в в соответствии с п.4.1 и учетом рельефа местности [РЭБ]

производиться сравнение Rпmax с Dпр.в

с учетом п.6.4) производится сравнение Rп с Rпmax или Dпр.в - проверяется пространственное условие РП.

производится сравнение реального удаления СП от ЛРС R= Dплсв+ Dслсв с результатом, полученным в п.6.5).

производится построение зон РП.

проверяются оба условия энергетической доступности (пространственное и энергетическое) при РП заданной ЛРС. Если они выполняются одновременно - ЛРС будет гарантированно подавлена при заданных параметрах ЛРС и ЛРП.

Согласно вышеприведенного алгоритма, можно рассчитать Квх для разных систем модуляции для варианта комплексов РЭБ наземного и воздушного варианта базирования, на основании этого построить зависимости радиуса зон подавления от разных значений Квх для различных ЛРС.

Учтем, что распространение радиоволн для наземных комплексов РЭБ происходит в дальней зоне, границы которой расположены в 240 м от антенны комплекса РЭБ (для заданных исходных данных: высота антенны станции помех - 20 м, РЭС связи - 3 м). Можно принять, что множители ослабления вдоль линии радиоподавления и радиосвязи в этом случае соответственно равны ц(Dп)=ц(Dc), т.е. имеет место РРВ в дальней зоне

Для воздушных комплексов РЭБ распространение радиоволн происходит также в дальней зоне, границы которой расположены в пределах 24 км от антенны комплекса РЭБ (для заданных исходных данных: высота полета носителя комплекса РЭБ - 2000 м, высота подъема антенны РЭС связи - 3 м), однако, удаление носителя от ЛСВ не должно превышать 15 км. Множители ослабления вдоль линии радиоподавления и радиосвязи в этом случае будут соответственно равны ц(Dп)=ц(Dc), в противном случае (при приближении носителя РЭБ ближе 15 км от ЛСВ) РРВ будет проходить в ближней зоне и множители ослабления ц(Dп) и ц(Dc) с учетом этого строго говоря не будут равными.

Дальность прямой видимости будет определяться соотношением (4.12).

При расчетах были приняты следующие допущения (наихудшие с точки зрения РЭС) указанные в табл. 1. Приняты 3 группы ЛРС, используемых в ТЗУ: 1) ЛРС в интересах командования; 2) ЛРС в интересах подчиненных; 3) ЛРС оперативного взаимодействия. Исходя из предназначения ЛРС, будут меняться их характеристики.

Таблица 4.1 Исходные данные при расчетах энергетической доступности.

/) - для воздушных комплексов РЭБ.

где Dс - дальность связи, Dлсвс - удаление от ЛСВ подавляемого приемника ЛРС, Dлсвр - удаление от ЛСВ средств РЭБ, Pсп и Pлрс - мощности СП и передатчиков ЛРС.

Так на рис.4.4-4.6 приведена зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (наземный вариант базирования средств РЭБ) для каждой из ЛРС, а на рис.4.7-4.9 приведена зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (воздушный вариант базирования средств РЭБ) для варианта РРВ в дальней зоне. Зависимости приведены для типичных мощностей передатчиков (Рлрс=100, 50 и 10 Вт) и высот поднятия антенн РЭС связи (hлрс=1.5, 3 и 20 м).

Рисунок 4.4. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (наземный вариант базирования средств РЭБ). Исходные данные (ЛРС-1): hлрс=20, 3, 1.5 м; Pлрс=100 Вт; Dс=10км; Dлсвп=13 км, hсп=0.02 км.

Рисунок 4.5. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (наземный вариант базирования средств РЭБ). Исходные данные (ЛРС-2): hлрс=1.5, 3 20 м, Pлрс=10 Вт, Dс=3км, Dлсвп=3 км, hсп=0.02 км.

Рисунок 4.6. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (наземный вариант базирования средств РЭБ). Исходные данные (ЛРС-3): hлрс=1.5, 3, 20 м, Pлрс=50 Вт, Dс=6 км, Dлсвп=3 км, hсп=0.02 км.

Рисунок 4.7. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (воздушный вариант базирования средств РЭБ). Исходные данные (ЛРС-1): hлрс=1.5, 3, 20 м, Pлрс=100 Вт, Dс=10км, Dлсвп=25 км, hсп=0.02 км.

Рисунок 4.8. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (воздушный вариант базирования средств РЭБ). Исходные данные (ЛРС-2): hлрс=1.5, 3 20 м, Pлрс=10 Вт, Dс=3км, Dлсвп=15 км, hсп=2 км.

Рисунок 4.9. Зависимость радиусов зон подавления от величины отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника (наземный вариант базирования средств РЭБ).

Исходные данные (ЛРС-3): hлрс=1.5, 3, 20 м, Pлрс=50 Вт, Dс=6 км, Dлсвп=17 км, hсп=2 км.

Произведем расчет для варианта воздушного средства РЭБ барражирующего на удалении от ЛСВ менее 5 км, т.е. произведем расчет для ближней зоны по формулам (4.22-4.23). В этом случае построена зависимость Квх от дальности подавления Dп, при фиксированной дальности связи Dс. Для расчетов были приняты дальности связи и подавления, характерные для каждого из типа ЛРС и системы IEWCS (см. табл.4.1).

Полученные зависимости Квх от Dп приведены на рис. 4.10 - 4.11.

Рисунок 4.10. Зависимость отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника от дальности радиоподавления Dп (воздушный вариант базирования средств РЭБ) для ближней зоны РРВ.

Исходные данные (ЛРС-1,2,3): hлрс=3м, Pлрс=10 Вт, Dс=10, 6, 3 км, Dлсвп=5 км, hсп=2 км.

Для проверки пространственного условия РП на основании полученных зависимостей Rп от Квх (рис.4.4-4.9) получены их числовые значения для различных линий радиосвязи (ЛРС), значения коэффициента подавления Кп которых приведены в табл. 4.2 [3]. Предельные значения Rп рассчитаны в соответствии со значениями параметра Кп каждой конкретной ЛРС. Для случая ближней зоны при воздушном комплексе РЭБ получены обратные зависимости Квх от Dп. Предельные значения Rп в последнем случае рассчитывались графически при условии равенства Квх и Кп.

Рисунок 4.11. Зависимость отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника от дальности радиоподавления Dп (воздушный вариант базирования средств РЭБ) для ближней зоны РРВ. Исходные данные (ЛРС-1,2,3): hлрс=3м, Pлрс=100, 50 и 10 Вт, Dс=10 км, Dлсвп=5 км, hсп=2 км.

Таблица 4.2. Значения Кп и Rп для различных типов ЛРС.

Для проверки энергетического условия РП необходимо рассчитать значения отношения помеха-сигнал на входе подавляемого РЭС связи для каждой конкретной ЛРС.

Таблица 4.3. Значения Квх для ЛРС различных типов

На основании полученных результатов расчета Rп можно сделать следующие выводы.

Для случая наземного варианта базирования станции помех.

Целесообразно полученные результаты расчета Rп проанализировать раздельно для каждого конкретного типа ЛРС.

Так, для ЛРС 1 типа значения Rп изменяются в пределах (12-25 км). Для ЛРС 2 типа значения Rп изменяются в пределах (32-105 км). Для ЛРС 3 типа значения Rп изменяются в пределах (10-36 км). Как видно, наименьшие значения радиуса зон РП характерны для ЛРС 1 типа (связь в интересах командования), что объясняется, прежде всего, относительно большими мощностями передатчиков и высотами подъема антенн. Наибольшие значения Rп имеет для ЛРС 2 типа (связь в интересах подчиненных), что, в свою очередь, обусловлено малыми мощностями передатчиков РЭС и малыми высотами подъема антенн. Rп для ЛРС 3 типа имеет средние значения. Необходимо добавить, что все 3 типа ЛРС, организуемых в ТЗУ, будут входить в зоны РП противника, поэтому необходимо проводить дальнейший анализ применительно уже к конкретным мерам ПЗ, как основному средству повышения величины Кп.

Как можно заметить, наибольшие зоны РП будут характерны для аналоговых ЛРС (21-105 км). Для дискретных ЛРС без применения кодирования эти величины составят (14 - 70 км), а с применением помехоустойчивого кодирования кодами РС эти показатели будут несколько меньшими и составят (12 - 68 км). Для ШСС без применения помехоустойчивого кодирования величина зон РП находится в пределах (15 - 78 км). Наименьшие зоны РП (10 - 62 км) характерны для ШСС с комплексным применением мер помехозащиты.

Сравнительная оценка результатов расчета зон радиоподавления Rп показывает, что в пределах глубины построения боевых порядков войск в ТЗУ, для всех ЛРС, организуемых в соответствии с тем или иным видом модуляции, пространственное условие РП будет выполняться для указанных исходных данных в исследовании. Как можно заметить, применение мер ПЗ существенно снижает величину зон РП. Так, при комплексном применении мер ПЗ величина зон РП не в полной мере перекрывает глубину ТЗУ

Для случая воздушного варианта базирования станции помех.

Целесообразно полученные результаты расчета Rп также как и для случая наземного варианта базирования станции помех проанализировать раздельно для каждого конкретного типа ЛРС.

Так, для ЛРС 1 типа значения Rп изменяются в пределах (60-220 км). Для ЛРС 2 типа значения Rп изменяются в пределах (150-500 км). Для ЛРС 3 типа значения Rп изменяются в пределах (150-510 км). Как видно, наименьшие значения радиуса зон РП характерны для ЛРС 1 типа (связь в интересах командования), что объясняется, прежде всего, относительно большими мощностями передатчиков и высотами подъема антенн. Наибольшие значения Rп имеет для ЛРС 2 типа (связь в интересах подчиненных), что, в свою очередь, обусловлено относительно малыми мощностями передатчиков РЭС и малыми высотами подъема антенн. Зоны РП для ЛРС 3 типа имеют средние значения.

Необходимо добавить, что все 3 типа ЛРС, организуемых в ТЗУ, будут входить в зоны РП противника, поэтому необходимо проводить дальнейший анализ применительно уже к конкретным мерам ПЗ, как основному средству повышения величины Кп.

Как можно заметить, наибольшие зоны РП будут характерны для аналоговых ЛРС (180 - 510 км). Для дискретных ЛРС без применения кодирования эти величины составят (100 - 400 км), а с применением помехоустойчивого кодирования кодами РС эти показатели будут несколько меньшими и составят (85 - 360 км). Для ШСС без применения помехоустойчивого кодирования величина зон РП находится в пределах (120 - 400 км). Наименьшие зоны РП (60 - 280 км) характерны для ШСС с комплексным применением мер.

Для всех трех типов ЛРС пространственное условие РП (Rп>Dп) в заданных условиях выполнено в пределах всей глубины построения боевых порядков войск ТЗУ.

На основании полученных результатов Квх можно сделать следующие выводы:

Для случая наземного варианта базирования станции помех.

Наименьшие значения Квх получены для ЛРС 1 типа (Квх=1.7). Сравнительная оценка Квх и Кп для ЛРС 1 типа показывает, что условие РП гарантированно выполняется для аналоговых СС и ШСС с кодированием, для остальных СС условие выполняется частично. Для ЛРС 2 типа (Квх=10) энергетическое условие в полном объеме выполняется для аналоговых, дискретных (как с кодированием так и без него) и для ШСС без применения кодирования. Для ШСС с применением ШПС и помехоустойчивого кодирования условие выполняется частично. Для ЛРС 3 типа (Квх=3) энергетическое условие выполняется полностью для аналоговых, дискретных без кодирования и ШСС без кодирования; для всех остальных СС условие выполняется полностью.

Для случая воздушного варианта базирования станции помех. Показатели Квх для всех рассмотренных ЛРС имеют величину, позволяющую говорить о выполнимости энергетического условия РП для всех типов модуляции, за исключением ШСС с применением помехоустойчивого кодирования (в этом случае энергетическое условие выполняется только частично).

Так, сравнительная оценка энергетической доступности средств радиосвязи показывает, что пространственное условие РП выполняется для всех рассмотренных ЛРС. Энергетическое условие РП выполняется гарантированно только для ЛРС, организованных на основе аналоговых, дискретных и широкополосных систем модуляции без применения ПК. Для дискретных систем модуляции и ШСС с применением ПК это условие выполняется частично.

Таким образом, сравнительная оценка результатов расчета энергетической доступности ЛРС основанных на разных принципах модуляции показала, что характеристики помехоустойчивости систем с комплексным применением мер ПЗ превышают аналогичные показатели для систем, не использующих эти меры. Вследствие чего, предпочтительно организовывать ЛРС на основе принципов применения ШСС с комплексным применением мер ПЗ сигнального характера.

Заключение

1. В результате проведенного в настоящей дипломной работе исследования была оценена эффективность применения комплексных мер помехозащиты сигнального характера на основании сравнительной оценки показателей эффективности радиоподавления и энергетической доступности средств радиосвязи тактического звена управления. Для чего произведен анализ:

- назначения, состава, принципов построения и функционирования, основных ТТХ средств радиосвязи ТЗУ, а также различных вариантов организации линий радиосвязи;

- особенностей построения и функционирования средств связи, существенных с точки зрения их радиоподавления;

- анализ возможностей противника по радиоподавлению линий радиосвязи ТЗУ;

Разработаны в среде математического моделирования MATHCAD алгоритмы оценки помехоустойчивости и энергетической доступности средств связи, учитывающие комплексное применение мер ПЗ сигнального характера.

По результатам сравнительной оценки комплексного применения мер помехозащиты для повышения помехоустойчивости средств радиосвязи можно сделать следующие выводы:

1. Сравнительная оценка результатов расчетов показателей эффективности радиоподавления рассмотренных типов систем радиосвязи по показателю коэффициента подавления показали, что наиболее перспективные системы, построенные на основе ШПС, обладают самой высокой степенью ПУ. А использование вдобавок к ШПС в ШСС различных способов помехоустойчивого кодирования, как основной из мер повышения ПЗ сигнального характера, делают их несравненно более помехоустойчивыми средствами связи, обладающими требуемыми показателями разведзащищенности, скрытности и пропускной способности.

Так для аналоговых ЛРС: результаты проведенных расчетов Кп изменяются в пределах (0.75-3.22). Значения Кп показали что наибольшей ПУ обладают системы ФМ (Кп=1.94) и ОМ (Кп=3.22).

Для дискретных ЛРС без применения кодирования: полученные данные показали, что коэффициент подавления Кп изменяется в пределах (0.12-0.54). Из всех рассмотренных систем радиосвязи данного типа наибольшей ПУ обладает ФТ (Кп=0.54) и ОФТ (Кп=1.25).

Для дискретных ЛРС с применением помехоустойчивого кодирования расчеты показали, что такие СС обладают более высокими показателями ПУ (0.82-5.32) при различных сочетаниях параметров корректирующих кодов РС (n,k), чем дискретные ЛРС без применения кодирования.

Для дискретных ШСС: сравнительная оценка расчета ПУ ШСС без кодирования и с применением такового показала, что характеристики ПУ систем с кодированием (Кп=1.36-21.50) превышают аналогичные показатели для ШСС без кодирования (0.50-1.50), а применение в качестве помехоустойчивых кодов оптимальных корректирующих кодов Рида-Соломона позволяют при заданной степени ПУ обеспечить максимальное значение скорости передачи информации.

Для аналоговых ШСС: сравнительная оценка показала, что такие системы имеют показатели ПУ (Кп=0.03-0.98) меньшие, чем соответствующие им узкополосные аналоговые ЛРС.

Таким образом, применение m-ичных ШПС и помехоустойчивого кодирования позволяет существенно увеличить ПУ. Вместе с тем можно отметить следующее:

- уровень ПУ по величине Кп = 0.5-1.55 достигается при использовании m-ичных сигналов при m=4,8,16,32 и при использовании кодов РС для малых значений числа избыточных символов (РС (7,3),(7,5)); ((15,9),(15,11),(15,13)); ((31,23),(31,25),(31,27),(31,29));

- дальнейшее увеличение ПУ (т.е. Кп>2) достигается только при использовании кодов РС с количеством информационных символов k не более 7 для n=15 и не более 19 при n=31;

- максимальные значения Кп при использовании корректирующих кодов составляют 1.56, 3.4 и 5.3 при n равном 7, 15 и 31 соответственно;

- минимальные значения Кп при совместном использовании m-ичных сигналов и корректирующих кодов составляют 1.36-1.8, что выше значений Кп для случая раздельного применения m-ичных сигналов и корректирующих кодов;

- максимальные значения Кп при совместном использовании m-ичных сигналов и корректирующих кодов составляют 2.55-21.4 при n равном 7, 15 и 31. Однако следует отметить, что это сопровождается существенным снижением скорости передачи информации в число раз, соответствующему базе сигнала, которая в этом случае составляет 6.2-66.

В связи с последним замечанием, при планировании использования мер ПЗ обязательно необходимо учитывать существенное снижение скорости передаваемой информации.

Оптимальным подбором параметров (n,k,r) корректирующих кодов можно добиться необходимых показателей ПУ при заданной величине пропускной способности. Верно и обратное.

2. Сравнительная оценка энергетической доступности средств радиосвязи показала, что пространственное условие РП выполняется для всех рассмотренных ЛРС. Энергетическое условие РП выполняется гарантированно только для ЛРС, организованных на основе аналоговых, дискретных и широкополосных систем модуляции без применения ПК. Для дискретных систем модуляции и ШСС с применением ПК это условие выполняется частично.

Для случая наземного варианта базирования станции помех.

Как можно заметить, наибольшие зоны РП будут характерны для аналоговых ЛРС (21-105 км). Для дискретных ЛРС без применения кодирования эти величины составят (14 - 70 км), а с применением помехоустойчивого кодирования кодами РС эти показатели будут несколько меньшими и составят (12 - 68 км). Для ШСС без применения помехоустойчивого кодирования величина зон РП находится в пределах (15 - 78 км). Наименьшие зоны подавления (10 - 62 км) характерны для ШШС с комплексным применением мер помехозащиты.

Наименьшие значения Квх получены для ЛРС 1 типа (Квх=1.7). Сравнительная оценка Квх и Кп для ЛРС 1 типа показывает, что условие РП гарантированно выполняется для аналоговых СС и ШСС с кодированием, для остальных СС условие выполняется частично. Для ЛРС 2 типа (Квх=10) энергетическое условие в полном объеме выполняется для аналоговых, дискретных (как с кодированием так и без него) и для ШСС без применения кодирования. Для ШСС с применением ШПС и помехоустойчивого кодирования условие выполняется частично. Для ЛРС 3 типа (Квх=3) энергетическое условие выполняется полностью для аналоговых, дискретных без кодирования и ШСС без кодирования; для всех остальных СС условие выполняется полностью.

Для случая воздушного варианта базирования станции помех.

Как можно заметить, наибольшие зоны РП будут характерны для аналоговых ЛРС (180 - 510 км). Для дискретных ЛРС без применения кодирования эти величины составят (100 - 400 км), а с применением помехоустойчивого кодирования кодами РС эти показатели будут несколько меньшими и составят (85 - 360 км). Для ШСС без применения помехоустойчивого кодирования величина зон РП находится в пределах (120 - 400 км). Наименьшие зоны РП (60 - 280 км) характерны для ШШС с комплексным применением мер.

Показатели Квх для всех рассмотренных ЛРС имеют величину, позволяющую говорить о выполнимости энергетического условия РП для всех типов модуляции, за исключением ШСС с применением помехоустойчивого кодирования (в этом случае энергетическое условие выполняется только частично).

Таким образом, сравнительная оценка результатов расчета энергетической доступности ЛРС основанных на разных принципах модуляции показала, что характеристики помехоустойчивости систем с комплексным применением мер ПЗ превышают аналогичные показатели для систем не использующих эти меры.

3. На основании выводов 1 и 2. целесообразно планирование развития ВСС ТЗУ осуществлять с внедрением помехоустойчивых средств радиосвязи пятого поколения, построенных в соответствии с рассмотренными принципами ШСС с применением мер ПЗ преимущественно сигнального характера, как наиболее эффективно повышающих показатели ПУ.

4. В процессе исследования проводились расчеты показателей ПУ и энергетической доступности в соответствии с разработанными алгоритмами на основании анализа как оперативно-боевых показателей построения группировок противоборствующих войск, так и тактико-технических характеристик рассматриваемых средств связи и РЭБ.

Поставленной цели по оценке возможности эффективного функционирования рассмотренных систем радиосвязи в условиях активного полномасштабного массированного радиопротиводействия комплексов и средств РЭБ противника с учетом всех применяемых мер ПЗ настоящая дипломная работа достигла в полном объеме.

5. Разработанные алгоритмы в случае их программной реализации могут использоваться в качестве конечного продукта для повышения степени автоматизации и оперативности при расчетах эффективности функционирования средств радиосвязи в условиях радиопротиводействия противника.

Полученные в ходе исследования результаты могут в настоящее время использоваться для оценке помехоустойчивости и энергетической доступности существующих и перспективных средств радиосвязи ТЗУ.

6. На основании всего вышесказанного, всестороннее изучение рассмотренных вопросов, их глубокий анализ поможет отечественным специалистам в области организации военной связи осуществлять построение линий радиосвязи тактического звена управления Вооружённых сил Республики Беларусь в строгом соответствии с принципом необходимой достаточности с учетом приведенных в работе выводов.

Список использованных источников

1. В. Азов., - Батальоны разведки и РЭБ дивизий СВ США.- ЗВО, № 2, 1998 год, с.20-24.

2. Бабуль В.А., Быков И.М., Гордей В.В., Лукашевич А.Г., Ржевусский В.Л. Основы радиоэлектронной борьбы в ракетных войсках. Учебное пособие. - Минск: ВА РБ, 2000 год.

3. Гордей В.В., Ржевусский В.Л. Основы энергетических расчетов радиоподавления радиосвязи. Учебно-методическое пособие. - Минск, 2001 год.

4. Семашко Ю.А., Бобовик А.Н., Голубцов С.Г. Основы организации связи. - Учебное пособие. - Минск: УО ВОРБ, 2004 год.

5. Олейников О.А. Основы теории связи. - Учебное пособие. - Минск.: Издание академии, 2000 год.

6. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность связи. - Учебное пособие. - Москва: «Связь», 1972 год.

7. Варакин Л.Е. Системы с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985 год.

8. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. - М.: Сов. радио, 1972 год.

9. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М.: Связь, 1965 год.

10. Курс лекций по дисциплине «Связь в бою», кафедра № 42.

11. Курс лекций по дисциплине «Основы радиоэлектронной борьбы», кафедра № 201.

Страницы: 1, 2