Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния методов формирования и обработки сигналов и помех при испытаниях радиоэлектронных средств на радиоэлектронную защиту 22
1.1 Анализ методов формирования сигналов со случайно изменяемыми параметрами при испытаниях РЭС на радиоэлектронную защиту 23
1.2 Анализ методов формирования помех со случайно изменяемыми параметрами для оценки радиоэлектронной защиты РЭС 29
1.3 Анализ современных методов обработки сигналов и помех в измерительных приемных устройствах при испытаниях цифровых радиоэлектронных средств на радиоэлектронную защиту 41
1.4 Анализ информационных и информационно-вероятностных показателей радиоэлектронной защиты РЭС 47
1.5 Методика количественной оценки влияния числовых параметров плотности распределения вероятностей мгновенных значений напряжений (мощностей) радиопомех и сигнала РЭС на типовые информационные и информационно-вероятностные показатели РЭЗ. 65
1.6 Способ согласованной нелинейной корреляционно-вероятностной фильтрации сигналов и устройство для его реализации 68
2 Разработка и совершенствование методов генерирования и обработки сигналов и помех, применяемых для испытаний радиоэлектронных средств на радиоэлектронную защиту 81
2.1 Способ формирования испытательных сигналов и помех с заданной плотностью распределения вероятностей мгновенных амплитуд 82
2.2 Адаптивный алгоритм корреляционно-фильтровой обработки сложных испытательных сигналов на фоне гауссовых помех 89
2.3 Расчетно-инструментальный метод анализа прохождения случайного сигнального процесса через нелинейный приемный тракт 97
2.4 Экспериментально-расчетный метод определения двухсигнальной избирательности цифровых радиоприемных устройств 106
Выводы по главе 2 114
3 Экспериментальные исследования усовершенствованных методов формирования и обработки сигналов и помех при испытаниях радиоэлектронных средств на радиоэлектронную защиту 116
3.1 Методика формирования и обработки сигналов и помех с учетом их статистических свойств на основе технологий векторной генерации и анализа радиосигналов 117
3.2 Способ измерения многосигнальной избирательности приемника прямого преобразования 125
3.3 Алгоритм реализации способа измерения частотной избирательности приемника прямого преобразования 127
3.4 Практическая реализация моделей и алгоритмов измерения частотной избирательности приемника прямого преобразования 131
Выводы по главе 3 136
4 Программно-аппаратная реализация методики учета влияния радиопомех на точность и достоверность измерений параметров РЭЗ РЭС 138
4.1 Назначение, общая характеристика и область применения методики учета влияния радиопомех на точность измерений параметров РЭЗ РЭС 139
4.2 Программная реализация модели формирования имитационно маскирующих сигналов и помех в интересах испытания РЭС на РЭЗ 141
4.3 Расчетные соотношения и справочные данные учета влияния радиопомех на точность измерений параметров РЭЗ РЭС 149
4.4 Алгоритм расчета влияния радиопомех на точность измерений параметров РЭЗ РЭС 150
4.5 Экспериментальная оценка точности измерений параметров РЭЗ РЭС, эффективности защиты РЭС от воздействия средств РЭП с использованием имитационно-маскирующих помех 156
Выводы по главе 4 176
Заключение 178
Список литературы 181
Приложения 191
- Анализ методов формирования сигналов со случайно изменяемыми параметрами при испытаниях РЭС на радиоэлектронную защиту
- Способ согласованной нелинейной корреляционно-вероятностной фильтрации сигналов и устройство для его реализации
- Методика формирования и обработки сигналов и помех с учетом их статистических свойств на основе технологий векторной генерации и анализа радиосигналов
- Экспериментальная оценка точности измерений параметров РЭЗ РЭС, эффективности защиты РЭС от воздействия средств РЭП с использованием имитационно-маскирующих помех
Анализ методов формирования сигналов со случайно изменяемыми параметрами при испытаниях РЭС на радиоэлектронную защиту
Испытания радиоэлектронных средств (РЭС) на радиоэлектронную защиту (РЭЗ) сопряжены с необходимостью формирования испытательных сигналов и помех. Как показано в работах [1 - 3, 11], значение основного показателя помехоустойчивости РЭС (энергетическое отношение помеха-сигнал) существенным образом зависит от вида закона распределения мгновенных амплитуд испытательного сигнала. В указанной работе показано, что учет законов распределения амплитуд и других информативных параметров реальных и испытательных сигналов позволяет более адекватно оценивать помехозащищенность РЭС в процессе их испытаний на РЭЗ. Так, например, при испытаниях РЭС, а также аппаратуры и технических средств, входящих в состав РЭС (компьютерных и других средств) на внешнюю помехозащищенность от воздействия индустриальных радиопомех целесообразно формировать испытательные сигналы, имитирующие помехи с гауссовым и логарифмически-нормальным законами распределения мгновенных амплитуд [15]. Современные средства и методы формирования испытательных сигналов для анализа качества радиоэлектронной защиты РЭС ориентированы на генерацию и излучение детерминированных регулярных сигналов, поэтому задача поиска и совершенствования методов формирования испытательных сигналов с заданными вероятностными характеристиками является актуальной.
Задача формирования случайных сигналов для различных радиотехнических приложений в методическом аспекте решалась с 40-х годов прошлого столетия. Наиболее значимыми теоретическими работами в этой области являются труды [4 - 7, 12,13]. Однако во всех работах, посвященных применению случайных аналоговых радиосигналов в радиотехнике, очень явно просматривается «обработочный» аспект и значительно меньшее внимание уделяется методам формирования сигнальных процессов с заданными законами распределения информационных параметров. Исключение составляют методы формирования шумовых сигналов со свойствами, приближенными к белому гауссову шуму. Для этой цели используют усиленные в широкой частотной полосе шумы резисторов и других радиокомпонентов, а также шумы тиратрона (помещенного в магнитное поле), газоразрядных ламп, ламп бегущей волны и магнетронов. Для формирования сигналов с логарифмически-нормальным законом распределения мгновенных амплитуд применяют нерегулярную последовательность импульсных сигналов (хаотическую импульсную последовательность).
Одним из универсальных и широко применяемых в аналоговой системотехнике методов является формирование узкополосных стационарных случайных процессов. Линейные радиотехнические системы, работающие на высоких или промежуточных частотах (например, УВЧ или УПЧ), как правило, являются узкополосными. Если на входе такой цепи действует в общем случае неслучайный процесс, спектр которого гораздо шире полосы пропускания, то на выход пройдет только та часть энергии, которая расположена в полосе пропускания цепи. Следовательно, случайный процесс на выходе окажется узкополосным. При прохождении через узкополосную линейную цепь широкополосного случайного процесса с распределением, отличным от нормального, на выходе такой цепи формируется место узкополосный случайный процесс также с нормальным законом распределения, но с другими параметрами. Эффект нормализации проявляется пропорционально отношению полосы пропускания цепи и ширины спектра входного случайного процесса, или чем больше отношение ц к, где ц является постоянной времени цепи, а тк - время корреляции входного случайного процесса.
При линейных преобразованиях интегрального типа происходит нормализация случайных процессов является (центральная предельная теорема А.М. Ляпунова). При формировании данным методом требуемых статистических характеристик огибающей и фазы узкополосного случайного процесса сам процесс можно считать нормальным с нулевым средним и дисперсией az . Плотность вероятности случайного процесса $( ) имеет вид (1.1), представленный ниже: то есть мгновенные значения узкополосного случайного процесса имеют нормальный закон распределения. Важно, что выборки огибающей напряжения этого узкополосного случайного процесса E,(i) распределены по закону распределения Релея
При этом фаза p(t) сформированного этим методом узкополосного случайного процесса имеет равномерное распределение в пределах от 0 до 2 л-радиан.
Рассмотрим сущность более сложного метода получения сигнала с заданным законом распределения из входного нормализованного случайного процесса с помощью формирующего фильтра. Для синтеза алгоритма фильтрации надо располагать априорными сведениями о статистической модели формируемого сигнала Л(). На практике с этой целью применяют марковскую модель Маркова, поскольку она адекватна реальным потребностям в формировании сигналов и помех с заданными вероятностными свойствами. Частным случаем марковского процесса является случайный процесс с нормированной корреляционной функцией [16] где а - некоторый постоянный коэффициент.
Формирователь случайного сигнала с требуемыми вероятностными свойствами представляет собой фильтр, на вход которого подают белый шум тіл(t) с заданной спектральной плотностью NA. На выходе формирующего фильтра создается случайный процесс с заданными вероятностными характеристиками.
Простейшим формирующим фильтром является интегрирующая цепь (рисунок 1.1).
Сигнальный процесс А(і) на выходе фильтра также является гауссовым процессом, однако, в отличие от (1.3), его корреляционная функция описывается формулой [16]
«Использование (1.2) для нахождения структурной схемы оптимального формирующего фильтра сопряжено со значительными математическими трудностями» [16]. В работе показано, что для преодоления этих трудностей можно составить дифференциальное уравнение, описывающее прохождение сигнала в цепи (рисунок 1.1) во временной области:
Это уравнение может быть решено непосредственно, либо смоделировано методом классической автоматики с помощью аналогового вычислителя (рисунок 1.2):
Таким образом, уравнение (1.5) позволяет сформировать случайный сигнальный процесс A(t) с заданными свойствами из белого шума A (t). Однако недостатком этого метода является то обстоятельство, что выходной сигнальный процесс A(t) имеет вероятностные характеристики, выраженные неявно.
Анализ методов формирования сигналов с заданными статистическими свойствами позволяет сформулировать вывод: при относительной простоте процедуры формирования сигналов с заданными вероятностными свойствами сами процессы синтеза сигналов с требуемой формой закона распределения оказываются сложными. Отметим также, что вследствие стремительного развития цифровых методов формирования случайных процессов и сигналов аналоговые методы в настоящее время находят все более ограниченное применение.
Способ согласованной нелинейной корреляционно-вероятностной фильтрации сигналов и устройство для его реализации
Известен способ приема полезного сигнала известного точно на фоне «белых» шумов (Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. -М.: Госэнергоиздат, 1956 г.). Способ обнаружения сигнала известного точно по Котельникову заключается в том, что смесь сигнала и шума подается на последовательно соединенные оптимальный линейный фильтр и пороговое устройство. Оптимальный линейный фильтр, согласованный со спектром принимаемого сигнала, обеспечивает максимальное отношение сигнал/шум на входе порогового устройства. Пороговое устройство выдает решение о наличие полезного сигнала на входе приемного устройства в случае, когда амплитуда процесса на выходе оптимального линейного фильтра превышает заданное пороговое напряжение. Уровень порогового напряжения выбирается по одному из известных критериев оптимального приема сигналов. Известно также устройство приема сигнала на фоне «белых» шумов. Устройство состоит из оптимального линейного фильтра, согласованного с параметрами сигнала известного точно, и порогового устройства.
Теория потенциальной помехоустойчивости Котельникова имеет огромное значение и является хорошо развитой и обоснованной теорией приема сигналов на фоне «белых» шумов. Поскольку высокочастотный тракт современных приемных устройств по своей сути является оптимальным или квазиоптимальным линейным фильтром, то характеристики реальных приемных устройств оказываются близкими к характеристикам, вытекающим из теории потенциальной помехоустойчивости, но никогда их не превышают.
Поэтому принято считать, что характеристики линейного оптимального приемника являются предельно достижимыми для всех без исключения классов приемных систем и дальнейшее развитие теории Котельникова невозможно.
Однако следует отметить, что в теории Котельникова приняты ограничения, связанные с применением принципа суперпозиции в описании аддитивной смеси сигнала и шума, которые распространяют действие теории только на линейные приемные системы.
Из теории Котельникова вытекают практически следующие важные выводы:
- достоверность приема полезного сигнала известного точно на фоне «белых» шумов не зависит от формы сигнала, а зависит только от его энергии;
- оптимальный линейный фильтр, согласованный со спектром полезного сигнала, обеспечивает на входе решающего устройства максимально возможное отношение сигнал/шум.
При обнаружении сигнала, известного точно, на фоне «белых» шумов решающее устройство принимает решение о наличие сигнала в случае, когда уровень сигнала на выходе оптимального линейного фильтра превышает некоторый пороговый уровень (который выбирается по одному из критериев оптимальности, в зависимости от типа и назначения приемного устройства), (Чистяков Н.И., Сидоров М.В., Мельников B.C. Радиоприемные устройства. - М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. 1959. - 895 с.).
На основе теории потенциальной помехоустойчивости было показано, что спектральная плотность шумов и спектральная плотность смеси сигнала и шума на выходе согласованного фильтра совпадают. И, следовательно, предел отношения спектральной плотности смеси сигнала и шума и просто шума тождественно равен 1. Таким образом, в классе линейных систем оптимальный линейный приемник В.А. Котельникова обладает наилучшей потенциальной помехоустойчивостью.
Основным недостатком известного и широко применяемого на практике способа, и устройства оптимальной линейной фильтрации сигналов на фоне гауссовых шумов является ограниченная область применения, а именно он применим только в ситуациях, когда сигнал и шум на входе приемника не коррелированы, то есть, связаны друг с другом аддитивно.
Вместе с тем, в ситуациях наличия при приеме сигналов мультипликативных помех, ответных коррелированных радиопомех, формируемых из самого полезного сигнала, линейные методы фильтрации перестают быть оптимальными. В этих ситуациях для оптимизации энергетического отношения сигнал/шум на выходе квазиоптимального фильтра необходимо применять методы нелинейной фильтрации. В настоящее время не существует единой общей теории нелинейной фильтрации сигналов на фоне коррелированных радиопомех. Существуют лишь различные способы и устройства - нелинейные фильтры для решения указанной задачи.
Еще одним недостатком указанного выше способа обнаружения сигнала на фоне некоррелированных гауссовых шумов и устройства для его реализации является недостаточная достоверность приема сигнала известного точно в области малых отношений сигнал/шум, т.е. при малой энергии сигнала.
Существуют способы и устройства обнаружения сигналов на фоне шумов при отношениях сигнал/шум менее единицы. Они пригодны для обнаружения сигналов негауссовых шумов и помех. Они основаны на применении корреляционного способа фильтрации сигналов с известными параметрами на фоне различных помех. По своим основным свойствам корреляционный фильтр соответствует рассмотренному выше оптимальному фильтру. Наиболее оправдано применение корреляционной фильтрации при применении широкополосных сигналов с большой базой. Увеличение энергетического отношения сигнал/шум на выходе оптимального фильтра достигается при этом за счет временного сжатия сигнала в фильтре. Теоретически коэффициент сжатия соответствует базе широкополосного сигнала. Основными элементами устройства для реализации такого фильтра являются перемножитель принятой приемником аддитивной смеси сигнала и шума с копией полезного сигнала, а также интегратор. В таком фильтре выполняется операция вычисления интеграла свертки входной смеси с импульсной передаточной характеристикой фильтра.
Итак, рассмотрение способов фильтрации сигналов на фоне помех позволяет различить два вида фильтрации: линейную и нелинейную.
При линейной фильтрации сигналы претерпевают только линейные преобразования: усиление, суммирование, дифференцирование, интегрирование. Процессы в линейной фильтрации описываются линейными дифференциальными уравнениями, имеется линейная связь между изменениями входного и выходного сигналов и справедливость принципа суперпозиции. Эти свойства присущи только линейным цепям, упрощают как реализацию, так и математическое описание линейных фильтров, что привело к выделению их в самостоятельный класс фильтров, получивших широкое применение.
Применение только линейных фильтров для обработки сигналов на фоне помех снижает возможности оптимальной фильтрации, т.к. в иных случаях нелинейная фильтрация может быть более оптимальной, и дать лучший результат.
При нелинейной фильтрации осуществляются нелинейные преобразования сигналов (перемножение, возведение в степень и др.). Выходной сигнал нелинейного фильтра, в общем случае, определяется нелинейным дифференциальным уравнением. Нелинейная обработка сигналов в ряде случаев позволяет получить более высокие показатели качества обработки, чем линейная, а иногда является единственно возможной формой обработки сигналов. Например, в случае, когда информационными параметрами являются фаза или частота сигнала, в силу нелинейной зависимости реализации сигнала от фильтруемого параметра может использоваться только нелинейная фильтрация. При этом оптимальными оказываются следящие фильтры (устройства фазовой или частотной автоподстройки частоты).
В отличие от линейной фильтрации по способу Котельникова, фильтрация сигналов корреляционным методом является нелинейной, поскольку она основана на выполнении операции свертки (перемножения с усреднением) смеси сигнала с помехами и аналога (копии) сигнала. В корреляционном приемнике делают допущение, что априорная плотность распределения вероятностей (ПРВ) оцениваемого параметра совпадает с функцией правдоподобия
Методика формирования и обработки сигналов и помех с учетом их статистических свойств на основе технологий векторной генерации и анализа радиосигналов
Идеальная шумовая помеха должна иметь равномерный энергетический спектр и нормальную плотность распределений мгновенных значений и в заданной полосе частот. Этим условиям, с точки зрения информационной эффективности, полностью удовлетворяет прямошумовая помеха, получаемая в результате прямого усиления шума первичного высокочастотного источника, либо в результате спектрального переноса в заданную высокочастотную область шума низкочастотного источника.
Указанным образом достигается радиоэлектронное подавление РЭС с применением радиосигналов любой структуры и формы. В известных подходах защитное отношение определяется только энергетическим отношением сигнал-шум и не зависит от формы сигнала. Требуемое отношение сигнал-шум также не зависит от способа обработки сигнала.
Главный недостаток спектральной заградительной шумовой помехи заключается в невысокой спектральной плотности мощности в узкой полосе пропускания приемника объекта подавления. Повышение эффективности помех достигается либо повышением спектральной плотности мощности во всем диапазоне излучения, либо формированием узкополосной прицельной помехи (по спектру) [19].
Узкополосная помеха, прицельная по частоте, отличается более высокой энергетической эффективностью, она применима для РЭП РЭС с любыми видами модуляции сигналов [19].
В современных телекоммуникационных и инфокоммуникационных системах широко применяются сложные широкополосные сигналы с большой базой. В таких системах современные приемники извлекают полезный сигнал из шумов и помех даже при отношении сигнал-шум меньше единицы за счет использования алгоритмов корреляционного приема и приема с накоплением. В этой ситуации снижается эффективность даже прицельных по частоте помех с высокой спектральной плотностью. По этой причине даже согласованная по спектру с шириной полосы пропускания приемника помеха не обеспечивает требуемой высокой вероятности РЭП таких приемных устройств [19].
Существуют алгоритмы оптимальной обработки, которые реализуются на базе процедур дифференцирования законов распределений мгновенных значений помехи и полезного сигнала; они могут быть аппаратурно реализованы с помощью векторных генераторов и анализаторов [19].
Из анализа условий радиоэлектронного подавления перспективных теле- и инфокоммуникационных систем следует, что актуальной с практической точки зрения является задача обоснования новых технологий формирования и обработки радиопомех, которые позволяют обеспечить и заданную вероятность обнаружения сигнала, и требуемую эффективность разрушения полезной информации в подавляемых РЭС при отношении сигнал-шум на входе приемника РЭС менее единицы.
Предложение заключается в формировании имитационной помехи, качество которой определяется не только ее спектральными характеристиками, но и ее статистическими и информационными свойствами.
Её эффективность обеспечивается путем приближения статистических свойств сигнала подавляемого радиосредства к свойствам формируемой помехи.
Данная реализация позволяет значительно уменьшить требуемый коэффициент подавления, следовательно, требуемая вероятность подавления радиосредства достигается помехой меньшей энергетики.
Новый алгоритм формирования оптимальной помехи отличается не только согласованием помехи и сигнала по спектральным свойствам, но и приближением ПРВ амплитуд помехи и сигнала, передаваемого в канале связи в цифровой форме. Формирователь создает имитационную помеху, соизмеримую со средней амплитудой полезного сигнала (соответствует динамическому диапазону приемника подавляемого устройства) [19]. «Качество имитационной помехи тем выше, чем в большей степени она приближается по своим статистическим свойствам к полезному сигналу» [19, 55].
Корреляционный показатель используется для количественной оценки совпадения статистических свойств сигнала и помехи (ПРВ мгновенных амплитуд), он определяется путем измерения соответствующих ПРВ амплитуд в цифровой форме:
При полном совпадении законов распределения сигнала и помехи, исходя из формулы (3.1), минимальный критерий качества имитационной помехи может быть принят в 50%.
Так, например, в [56] представлено формирование заданной ПРВ помехи методом частотной модуляции несущей со спектром помехи, пропорциональным ПРВ модулирующего процесса:
Если р{) - гауссовский процесс, то и спектр SЧМШ(f) - также гауссовский процесс с тем же значением энтропийного качества шума.
Также в [56] исследовано, что при индексе частотной модуляции превышающем единицу спектральные характеристики ЧМШ помехи не зависят от формы спектра модулирующего процесса.
Современные технологии квадратурного формирования сигналов и помех дают возможность синтеза имитационных помех высокого качества с целью РЭП цифровых средств связи. Стремительное развитие технологий с многоканальным формированием и приемом радиосигналов, а также наличие широкого спектра задач по формированию различного вида сигналов и помех приводит к необходимости применения современной техники их формирования. Перспективным направлением развития такой техники является векторный принцип формирования сигналов. Векторные генераторы сигналов предназначены для формирования и имитации сигналов со сложными видами модуляции, а также сигналов произвольной формы и различного рода помех в цифровом виде.
Основным показателем качества векторного генератора-формирователя
- помех является амплитудное значение вектора ошибки , равного разности идеального опорного положения формируемой сигнальной точки и фактически формируемого положения сигнальной точки на векторной плоскости при наличии помехи [55]: где вс среднеквадратичное значение вектора ошибки; МС - среднеквадратичное значение мощности формируемого сигнального символа.
Величина вектора ошибки Z чувствительна к любому ухудшению качества формируемого сигнала помехи, влияющему на величину и фазовую траекторию вектора сигнала.
Рассмотрим сущность способа формирования сигнала имитационной помехи с заданными вероятностными свойствами в векторном генераторе-формирователе. Сигнал помехи формируется непосредственно из исследуемого (принятого) сигнала подавляемого цифрового радиосредства.
Структурная схема устройства для реализации этого метода приведена на рисунке 3.1. Недостаток этого метода заключается в необходимости применения дополнительных устройств получения исходной символьной последовательности (демодулятор) и формирования опорного сигнала (модулятор).
В качестве источника первичного сигнала может применяться радиоприемное устройство либо векторный анализатор сигналов, адаптированный к приему сигналов с цифровыми методами модуляции. Модуляция принятого сигнала помехой с заданными статистическими свойствами осуществляется векторным генератором. Возможности современных векторных генераторов позволяют формировать помехи с заданными вероятностными свойствами, например, путем создания и передачи в генератор файлов Mатlab, содержащих заранее сформированные цифровые модели помех с заданными статистическими свойствами.
Векторные генераторы формируют сигналы в виде I/Q пар – ортогональных сигнальных компонент, что позволяет формировать сигналы имитационных помех с заданными свойствами, в том числе и статистическими. Структурная схема генератора приведена на рисунке 3.2.
Экспериментальная оценка точности измерений параметров РЭЗ РЭС, эффективности защиты РЭС от воздействия средств РЭП с использованием имитационно-маскирующих помех
В рамках исследования практической применимости вышеизложенных методик формирования и обработки сигналов и помех с заданными вероятностными свойствами, а также разработанного метода согласованной нелинейной корреляционно-вероятностной фильтрации, позволяющего обеспечить приближенную к расчетной вероятность обнаружения и обработки сигнала при воздействии помех, согласованных с подавляемым сигнала не только по спектральным свойствам, но и по статистическим, а также оценки эффективности защиты РЭС от воздействия средств применения различных видов помех радиоэлектронного подавления (искажения) истинных навигационно-временных определений (координат и времени) навигационного приемника спутниковой радионавигационной системы (СРНС) GPS, работающей по открытому дальномерному коду С/А на частоте L1, проведены полевые испытания на радиоэлектронную защиту путем радиоэлектронного подавления гражданских модели беспилотных летательного аппарата (БЛА) модели DJI Phantom 4 Pro в полете, приведен на рисунке 4.12.
Из анализа условий радиоэлектронного подавления перспективных теле- и инфокоммуникационных систем следует, что актуальной с практической точки зрения является задача обоснования новых технологий формирования и обработки радиопомех, которые позволяют обеспечить и заданную вероятность обнаружения сигнала, и требуемую эффективность разрушения полезной информации в подавляемых РЭС при отношении сигнал-шум на входе приемника РЭС менее единицы.
Предложение заключается в формировании имитационной помехи, качество которой определяется не только ее спектральными характеристиками, но и ее статистическими и информационными свойствами. Её эффективность должная обеспечиваться путем приближения статистических свойств сигнала подавляемого радиосредства к свойствам формируемой помехи. Данная реализация позволяет значительно уменьшить требуемый коэффициент подавления, следовательно, требуемая вероятность подавления радиосредства достигается помехой меньшей энергетики.
Новый алгоритм формирования оптимальной помехи отличается не только согласованием помехи и сигнала по спектральным свойствам, но и приближением ПРВ амплитуд помехи и сигнала, передаваемого в канале связи в цифровой форме.
Основная задача эксперимента - оценка возможности подавления (искажения) истинных координат для подвижной бортовой навигационной аппаратуры беспилотных летательных аппаратов, оценка возможностей радиоэлектронного подавления оценка степени радиоэлектронной защиты от имитационно-маскирующих помех разного вида.
Квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro штатно получал НВО одновременно от двух СРНС (GPS, ГЛОНАСС), при этом GPS L1 C/A-код (объект РЭП) и второй канал ГЛОНАСС L1 (использовался для исключения утраты и хищения БЛА).
В момент воздействия имитационно-маскирующих GPS на квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro расстояние между ним и имитатором было не более 300 м в интересах безопасности и минимизации риска потери управления.
В качестве методической базы и справочных материалов использовались работы [94-97]
В качестве средства воздействия использовался имитатор сигналов GPS/ГЛОНАСС в составе ПАК «Пазл», подробно описанный в разделе 4.2 данной диссертационной работы.
Квадракоптер оборудован бортовым ГНСС- приемником диапазона GPS L1 (C/A-код) центральной частотой 1575,42 МГц, шириной полосы сигнала 2 МГц, передача данных навигационного приемника осуществляется в режиме реального времени на наземный пункт управления по радиоканалу (GSM-модем RFD-900)
Среднее значение мощности полезного сигнала на входе измерительного приемника, измеренной в точке полета БЛА, при высоте полета 3 метра над уровнем земной поверхности, по уровню -3 дБ, составляет -165 дБВт.
Оценивается эффективность воздействия на подвижный навигационный приемник квадрокоптера DJI Phantom 4 Pro полете следующими 3 типами помех:
1. Классическая маскирующая помеха, гауссов шум, ограниченный по частоте;
2. Корреляционная помеха с BPSK-модуляцией, прицельную по частоте (имитационная сигналоподобная помеха GPS L1, C/A-код);
3. Сформированный имитирующий сигнал, с заданными вероятностными свойствами, используется авторский способ формирования испытательных сигналов и помех с заданной плотностью распределения вероятностей мгновенных амплитуд, подробное описание способа приведено во второй главе данной диссертации (входной сигнал - гауссов шум в полосе сигнала, в качестве нелинейной передаточной характеристики использовалось отношение ПРВ мгновенных значений мощности выходного сигнала GPS L1 к отношению ПРВ мгновенных значений мощности гауссовского шума в полосе сигнала, за период 1 секунда).
Расчетное значение защитного отношения по мощности для данного типа приемника (для конкретного сигнала), составляет от 43 дБ, производился в соответствие с методикой, предложенной в [96] («Дятлов А. П., Дятлов П. А., Кульбикаян Б. Х. Радиоэлектронная борьба со спутниковыми радионавигационными системами»). Необходимо измерить реальное защитное отношение по каналам навигации при воздействии различными типами формируемых помех.
Алгоритм оценки эффективности состоит в следующей последовательности действий:
1. Оператор планирует траекторию полета БЛА по 6 близкорасположенным контрольным точкам на открытой местности, равноудаленным от имитатора помех, на расстоянии 500 метров, программно задает её в автопилот БЛА.
2. Модули радиоподавления визуально ориентируются в направлении траектории полета БЛА.
3. Начало полета находится в контрольной точке №1.
4. Оператор имитатора помех осуществляет начало радиоподавления каналов спутниковой радионавигации.
5. В точке 1 формируется имитационно-маскирующая помеха минимальной мощности (мощность на входе измерительного приемника составляет -160 дБвТ).
6. По каждой из 5 последующих точек дискретно увеличивается мощность формируемой помехи.
7. В ходе эксперимента проводится сравнительная оценка мощности на входе анализатора спектра, оператор имитатора визуально оценивает влияние воздействия помех на маршрут полета БЛА, а также возможность управления навигационными задачами БЛА, фиксируется наступление следующих событий в контрольных точках:
- появление траекторных нестабильностей (дрейф с СКО более 5 метров);
- прекращение решения навигационной задачи в автоматическом режиме (дрейф с СКО более 10 метров);
- потери навигации в ручном режиме (дрейф с СКО более 20 метров);
- принудительное прекращение полета (количество НС уменьшилось до нуля в течение 1 минуты, программная автоматическая посадка БЛА).
8. Осуществляется запись в ПЭВМ координат стационарного приемника GPS в условиях воздействия помех каждого типа (в течение равных промежутков времени).