Міністерство освіти і науки України
Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

БАКУМЕНКО Борис Володимирович

УДК 621.396.967.2

АДРЕСНІ МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЗАВАДОЗАХИЩЕНОСТІ

СИСТЕМ РАДІОЛОКАЦІЙНОГО ВПІЗНАВАННЯ

НА ОСНОВІ КОДУВАННЯ СИГНАЛАМИ ЗАПИТУ ТА ВІДПОВІДІ КООРДИНАТ ПОВІТРЯНИХ ОБ’ЄКТІВ

05.12.17 – радіотехнічні та телевізійні системи

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському університеті Повітряних Сил імені Івана Кожедуба Міністерства оборони України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Обод Іван Іванович,

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,

професор кафедри системи інформації.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Леховицький Давід Ісаакович,

Харківський національний університет радіоелектроніки, головний науковий співробітник Наукового-дослідного центру інтегрованих інформаційних радіоелектронних систем і технологій;

кандидат технічних наук, доцент

Батурін Микола Гаврилович,

відкрите акціонерне товариство «Акціонерне товариство науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань», вчений секретар.

Захист відбудеться «04» липня 2008 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .062.07 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, буд. 17.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, буд. 17.

Автореферат розісланий «03» липня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Лукін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Досвід сучасних війн та воєнних конфліктів свідчить про постійне зростання ролі повітряного простору у збройній боротьбі, що призводить до стрімкого збільшення кількості літальних апаратів, призначених для ведення (забезпечення) бойових дій, та інтенсивності їх використання. Тому в усіх ланках військового управління для прийняття обґрунтованих рішень необхідно мати повну та достовірну інформацію про повітряну обстановку, що склалася, включно з визначенням державної належності повітряних об’єктів. Основними засобами визначення державної належності є системи радіолокаційного впізнавання (РЛВ). Існуючі системи РЛВ («Пароль», Mk XII) характеризуються низькими прихованістю та завадостійкістю, що дозволяє противнику виявляти повітряні об’єкти за сигналами відповіді відповідачів засобами радіотехнічної розвідки (РТР) та не дозволяє вважати їх надійним джерелом інформації про державну належність об’єктів, особливо у складних умовах повітряної обстановки. Наприклад, під час бойових дій в Іраку війська союзників 17 разів застосовували зброю по своїх літаках та військах через неправильне визначення державної належності. Відомі методи (імітостійкий режим роботи, безадресний метод, метод на основі синхронізації елементів системи РЛВ за часом) дозволяють частково підвищити окремо завадостійкість або прихованість систем РЛВ, але не дають змогу підвищити завадозахищеність систем РЛВ у цілому. Тому тема дисертаційної роботи, присвяченої підвищенню завадозахищеності систем РЛВ, є актуальною та визначає необхідність рішення відповідної науково-технічної задачі.

Науковим завданням роботи є підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання шляхом розробки адресних методів радіолокаційного впізнавання на основі кодування сигналами запиту та відповіді координат повітряних об’єктів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у рамках НДР «Розробка методів підвищення перешкодозахищеності систем вторинної радіолокації» ДР № 0101U000683, НДР «Розробка вимог до засобів відображення, документації та реєстрації даних про радіолокаційну інформацію», ДР № 0101U000599.

Мета і задачі дисертаційного дослідження. Метою досліджень є розробка методів підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання в умовах дії навмисних корельованих і некорельованих завад.

Для досягнення мети досліджень вирішені такі часткові завдання:

проведено аналіз принципів побудови існуючих систем радіолокаційного впізнавання і особливостей їх функціонування в умовах дії завад;

розроблено модель системи радіолокаційного впізнавання з урахуванням впливу некорельованих завад у каналі відповіді та можливості кодування сигналами запиту та відповіді координат об’єкту впізнавання;

удосконалено методику розрахунку коефіцієнту готовності систем радіолокаційного впізнавання з урахуванням дії хаотичних імпульсних завад у каналі відповіді та двоетапного порядку впізнавання повітряних об’єктів та проведена оцінка коефіцієнту готовності систем РЛВ;

проведено оцінку енергетичної прихованості літакових відповідачів систем радіолокаційного впізнавання та точності визначення координат повітряних об’єктів за сигналами відповідача пасивними та активно-пасивними системами РТР;

розроблено адресні методи підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання;

розроблено рекомендації щодо реалізації адресних методів підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання.

Об'єктом дослідження є процес радіолокаційного впізнавання повітряних об’єктів.

Предметом досліджень є завадозахищеність систем радіолокаційного впізнавання.

У ході вирішення завдань дисертаційного дослідження використані такі методи досліджень: методи теорії ймовірностей і випадкових процесів для розробки методики оцінки завадостійкості систем РЛВ; методи теорії виявлення радіолокаційних сигналів для оцінки прихованості систем РЛВ; методи теорії вимірювання параметрів сигналів та координат об’єктів для порівняльної оцінки точності вимірювання координат повітряних об’єктів системами РТР.

Достовірність результатів та висновків, що отримані у дисертаційній роботі, підтверджується використанням відомих методів досліджень, несуперечливістю відомим результатам, а також їх збіжністю у граничних випадках з відомими результатами, у тому числі експериментальних досліджень, апробацією результатів роботи на науково-технічних семінарах і конференціях та реалізацією результатів роботи в алгоритмах функціонування вторинної РЛС.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

одержала подальший розвиток модель системи РЛВ, яка, на відміну від відомих, враховує вплив некорельованих завад у каналі відповіді та можливість кодування сигналами запиту та відповіді координатної інформації;

вперше розроблений метод радіолокаційного впізнавання з адресними запитом та відповіддю на основі кодування складними псевдохаотичними сигналами запиту і відповіді просторових координат повітряних об’єктів, що дозволяє перейти від безадресних відкритих до адресних закритих систем радіолокаційного впізнавання та підвищити завадозахищеність систем РЛВ;

одержав подальший розвиток метод радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю, який, на відміну від відомих, оснований на кодуванні складними псевдохаотичними сигналами відповіді просторових координат повітряних об’єктів, що дозволяє перейти від обслуговування окремих систем РЛВ до обслуговування мережі систем РЛВ та підвищити завадозахищеність систем радіолокаційного впізнавання.

Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості їх використання:

методики розрахунку коефіцієнту готовності систем радіолокаційного впізнавання – для оцінки показників завадостійкості існуючих та перспективних систем радіолокаційного впізнавання у реальних умовах завадової обстановки;

пропозицій щодо можливості застосування активно-пасивних систем радіотехнічної розвідки для виявлення повітряних об’єктів за сигналами відповіді літакових відповідачів та оцінки точності визначення координат повітряних об’єктів – для модернізації існуючих систем радіотехнічної розвідки;

адресних методів радіолокаційного впізнавання – для модернізації існуючих систем радіолокаційного впізнавання та (або) спадкоємного переходу до завадозахищених систем радіолокаційного впізнавання;

пропозицій щодо координатно-сигнального забезпечення адресних систем радіолокаційного впізнавання – для практичної реалізації адресних систем радіолокаційного впізнавання.

Результати дисертаційної роботи реалізовані в Казенному підприємстві «Науково-виробничий комплекс «Іскра» при розробці алгоритмів функціонування дослідного зразка вторинного рухомого радіолокатора, акт реалізації від 21.03.07 № 117/86.

Особистий внесок здобувача. У роботах, опублікованих у співавторстві, автору належать: у [1] – методика оцінки завадостійкості систем РЛВ, результати оцінки завадостійкості та прихованості існуючих систем РЛВ; у [2] – оцінка впливу методів обробки сигналів запиту і відповіді на завадостійкість систем РЛВ; у [3] – аналіз оптимальних пристроїв виявлення сигналів запиту в літакових відповідачах; у [4] – пропозиція щодо використання єдиного координатного забезпечення систем РЛВ; у [5] – метод радіолокаційного впізнавання з адресним запитом і відповіддю, оцінка завадозахищеності систем РЛВ з адресним запитом і відповіддю; у [6, 9] – рекомендації щодо кодування просторових координат повітряних об’єктів сигналами з дискретною псевдохаотичною фазовою маніпуляцією; у [7] – метод радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю, оцінка завадостійкості систем РЛВ з адресною відповіддю, у [10] – модель системи РЛВ з урахуванням дії некорельованих завад у каналі відповіді та можливістю кодування сигналами запиту і відповіді координатної інформації.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи апробовані на 6-ій МНТК «Проблемы информатики и моделирования» [9], науковому семінарі загальноінститутських кафедр Одеського інституту Сухопутних військ [10], третій науковій конференції ХУПС [11].

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані у 8 статтях у періодичних журналах [1, 2, 8] і науково-технічних збірниках [3–7], що входять до переліку ВАК України, 3 тезах наукових конференцій і наукового семінару [9–11].

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, трьох додатків. Повний обсяг дисертації складає 176 сторінок, з них 14 рисунків на 6 окремих сторінках, три додатки на 19 сторінках, 93 найменування використаних джерел на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, визначені мета та основні завдання дисертаційного дослідження, сформульовані нові наукові положення, що виносяться на захист, визначене практичне значення одержаних результатів та наведені дані про їх реалізацію, наведені дані про публікації автора та його особистий внесок.

У першому розділі проведений порівняльний аналіз існуючих систем РЛВ «Пароль» та Mk XII та аналіз існуючих методів підвищення їх завадозахищеності.

Існуючі системи РЛВ «Пароль» та Mkпобудовані за однаковими принципами та мають схожі технічні характеристики. Відповідачі та запитувачі систем РЛВ побудовані за принципом відкритих одноканальних систем масового обслуговування з відмовами з обслуговуванням першого прийнятого сигналу. Системи РЛВ утворюють асинхронні безадресні мережі. Особливостями технічної реалізації систем РЛВ є використання в літакових відповідачах (ЛВ) антен з широкими діаграмами спрямованості (ДС) та кодування сигналів запиту і відповіді простими неімітостійкими інтервально-часовими кодами, утвореними немодульованими радіоімпульсами на трьох фіксованих частотах. Такі принципи побудови систем РЛВ та їх мереж, особливості їх технічної реалізації апріорі зумовлюють низьку завадостійкість та прихованість систем РЛВ.

Так, асинхронність мереж РЛВ та широка діаграма спрямованості антен (ДСА) відповідачів виключають часову та просторову вибірковість відповідачів, а відкритість відповідачів та їх паралізація на час обслуговування прийнятих сигналів запиту зумовлює низьку завадостійкість систем РЛВ в умовах дії корельованих з сигналами запиту завад, у тому числі внутрішньосистемних. Кодування сигналів відповіді простими інтервально-часовими кодами, позбавленими структурної прихованості, та використання в відповідачах слабоспрямованих антен обумовлює низьку енергетичну прихованість систем РЛВ та дозволяє виявляти повітряні об’єкти за сигналами відповіді літакових відповідачів системами РТР.

Аналіз літератури показав, що відомі методи спрямовані на підвищення окремо завадостійкості або прихованості систем РЛВ, але жоден з них не дозволяє підвищити одночасно завадостійкість і прихованість систем РЛВ. Відомим методом підвищення прихованості систем РЛВ є кодування сигналів відповіді складними кодами з великою часовою базою та невідомою для противника структурою, але він призводить до збільшення часу паралізації відповідачів, а відповідно, до зниження завадостійкості систем РЛВ.

У другому розділі проведене дослідження систем РЛВ як об’єктів радіоелектронної боротьби та джерел розвідувальної інформації для систем РТР. У результаті аналізу розроблена модель систем РЛВ з урахуванням дії завад (рис. ), яка, на відміну від відомих, враховує вплив некорельованих завад у каналі відповіді та можливість кодування у сигналах запиту та відповіді координатної інформації.

З надходженням імпульсу запуску від РЛС (власного запуску) передавальний пристрій (ПрдПр) кодує у сигналі запиту ознаку коду відповіді і формує сигнал запиту , який випромінюється антеною у напрямку запитувача. Вектор параметрів характеризує склад параметрів, які кодуються у сигналі запиту, та спосіб кодування. Характеристики передавального пристрою запитувача визначаються оператором . На сигнал запиту впливають активні хаотичні імпульсні завади (ХІЗ) у каналі запиту та мультиплікативні завади середовища розповсюдження. Сукупність постановників ХІЗ характеризується оператором . На відповідач находять також корельовані завади: внутрішньосистемні - сигнали запиту від сусідніх запитувачів та сигнали запиту, імітовані противником . Сукупність усіх сусідніх запитувачів характеризується оператором , запитувачів противника – . Внутрішні шуми приймального пристрою відповідача, перераховані на його вхід, позначимо . Тоді сигнал запиту на вході відповідача визначається співвідношенням

, (1)

де – оператор каналу запиту.

Приймальний пристрій (ПрмПр) відповідача підсилює прийнятий сигнал, декодує ознаку запитуваної інформації і передає її на передавальний пристрій, у якому кодується, формується і випромінюється сигнал відповіді , де вектор характеризує склад параметрів сигналу відповіді та спосіб кодування. Характеристики приймального і передавального пристроїв відповідача визначаються оператором , .

У каналі відповіді на сигнал впливають мультиплікативні завади середовища розповсюдження та хаотичні імпульсні завади . Внутрішні шуми приймального пристрою запитувача, приведені до його входу, позначимо .

Прийнятий сигнал відповіді підсилюється та декодується у приймальному пристрої запитувача (оператор ) відповідно до ознаки коду відповіді . У результаті декодування із сигналу відповіді вилучається запитувана інформація та формується сигнал загального впізнавання . Рішення про державну належність об’єкта приймається за результатами прив’язки сигналу загального впізнавання до координатної відмітки цілі.

Математична модель системи РЛВ в операторній формі представляється співвідношенням

| (2)

де – оператор каналу відповіді.

Узагальнена модель системи РЛВ в операторній формі враховує основні особливості функціонування системи, вплив внутрішньосистемних і навмисних корельованих завад у каналі запиту, некорельованих завад у каналі запиту та відповіді, середовища розповсюдження та власних шумів трактів прийому та обробки сигналів. Особливістю моделі є врахування можливості кодування у сигналах запиту та відповіді координатної та іншої інформації, складу параметрів, які передаються у сигналах запиту і відповіді, та способу кодування.

На основі моделі системи радіолокаційного впізнавання удосконалена методика розрахунку коефіцієнта готовності системи РЛВ, яка, на відміну від відомих, враховує діючий двоетапний порядок впізнавання повітряних об’єктів (спочатку у неімітостійкому режимі, потім, у разі отримання сигналу відповіді, – у імітостійкому) та дію хаотичних імпульсних завад у каналі відповіді. Потоки корельованих завад та хаотичних імпульсних завад формуються великою кількістю незалежних джерел, що дозволяє вважати їх пуасонівськими. Коефіцієнт готовності ЛВ, який за визначенням є відносною пропускною здатністю відповідача, розраховується як імовірність того, що сигнал запиту досліджуваного запитувача не буде спотворений у результаті взаємодії з корельованими та хаотичними імпульсними завадами та надійде на вхід відповідача у час, коли він не буде паралізований. Урахування всіх несприятливих ситуацій дозволяє оцінити КГ відповідача за формулою

(3)

де , і=1…7 – часткові імовірності пропуску сигналу запиту відповідачем, які залежать від інтенсивності потоків корельованих завад по основних та бічних пелюстках ДС антен запитувачів, частки сигналів запиту неімітостійкого режиму у загальному потоці корельованих завад, інтенсивності потоку ХІЗ, часу паралізації відповідача, інерційності схем обробки сигналів у відповідачі;

– імовірність випромінювання відповідачем сигналу відповіді на прийнятий сигнал запиту у разі перевищення інтенсивності потоку сигналів запиту припустимої величини завантаження відповідача ;

– інтенсивність потоку корельованих завад відповідно по основних і бічних пелюстках ДСА запитувачів у каналі запиту.

Коефіцієнт готовності системи РЛВ (за визначенням, відносна пропускна здатність системи РЛВ) розраховується як імовірність виявлення сигналів відповіді відповідача за логікою «k із m»:

(4)

де – інтенсивність потоку ХІЗ у каналі відповіді,

,

– імовірність придушення сигналу відповіді у результаті взаємодії з ХІЗ або інерційності схем обробки сигналів відповіді у запитувачі.

Аналіз залежності коефіцієнтів готовності відповідачів (рис. 2, а) та систем РЛВ (рис. 2, б) від інтенсивності потоку сигналів запиту (ПСЗ) по основних пелюстках ДСА запитувачів (для умов , ) показав, що:

збільшення інтенсивності потоку сигналів запиту призводить до різкого зниження КГ відповідача та системи РЛВ, що вказує на їх низьку завадостійкість в умовах дії корельованих завад і свідчить про можливість їх повної паралізації шляхом несанкціонованого випромінювання сигналів запиту. Так, для коефіцієнта неімітостійкості (частки неімітостійкого режиму у загальному потоці сигналів запиту) та відсутності ХІЗ у каналі запиту збільшення інтенсивності ПСЗ по основних пелюстках ДСА з 2000 до 4000 призводить до зниження КГ відповідача з 0,51 до 0,33 (у 1,7 разів), КГ системи РЛВ – з 0,87 до 0,31 (у 2,8 разів);

некорельовані ХІЗ у каналі запиту порівняно слабко впливають на КГ відповідача. Так, за і інтенсивності ПСЗ дія у каналі запиту потоку ХІЗ з інтенсивністю призводить до порівняно незначного зниження КГ відповідача з 0,51 до 0,44, КГ системи РЛВ – з 0,87 до 0,69. Отриманий результат означає, що найбільш небезпечними для системи РЛВ є навмисні корельовані завади;

збільшення частки імітостійкого режиму у загальному ПСЗ призводить до суттєвого зниження КГ відповідача і системи РЛВ. Так, за умов та збільшення частки імітостійкого режима з 0,5 () до 0,9 () призводить до зменшення КГ відповідача майже вдвічі – з 0,51 до 0,28, КГ системи РЛВ – майже в п’ять разів – з 0,86 до 0,18, що пояснюєтьсявтричі більшим часом паралізації відповідача у імітостійкому режимі.

Таким чином, існуючі системи РЛВ мають низьку завадостійкість в умовах дії навмисних корельованих завад, що зумовлено принципами побудови систем РЛВ та їх мережі та особливостями технічної реалізації систем РЛВ та їх елементів.

Енергетична прихованість систем РЛВ оцінювалась дальністю виявлення повітряних об’єктів (ПО) системами РТР за сигналами відповіді відповідачів систем РЛВ. Оцінки показали, що дальність виявлення ПО за одним імпульсом коду відповіді типового відповідача з імовірністю правильного виявлення D=0,5 становить 470 км, що відповідає дальності прямої видимості об’єкту на висоті 12,4 км при висоті підйому антени 10 м, і свідчить про повну відсутність енергетичної прихованості ЛВ. Врахування можливості несанкціонованого запиту відповідачів дозволяє перейти до активно-пасивних систем РТР, а отже: розширити кількість методів вирішення координатної задачі засобами РТР; визначати координати виявлених повітряних об’єктів однопозиційним і багатопозиційними методами, з включенням і без включення запитувача системи РЛВ до складу системи РТР; підвищити точність визначення місцеположення повітряних об’єктів у десятки разів порівняно з пасивними системами РТР.

У результаті дослідження систем РЛВ як об’єктів радіоелектронної боротьби та джерел розвідувальної інформації для систем РТР отримала подальший розвиток модель системи РЛВ, удосконалена методика розрахунку коефіцієнту готовності системи РЛВ, отримані чисельні оцінки показників завадостійкості та прихованості існуючих систем РЛВ, визначені головні причини низької завадозахищеності існуючих систем РЛВ, сформульовані пропозиції щодо можливості застосування активно-пасивних систем РТР для виявлення ПО за сигналами відповіді ЛВ та проведена чисельна оцінка точності визначення площинних координат ПО за сигналами відповіді ЛВ пасивними та активно-пасивними системами РТР.

У третьому розділі розроблені адресні методи радіолокаційного впізнавання та проведена оцінка завадостійкості та прихованості адресних систем РЛВ.

Відомим методом збільшення енергетичної прихованості систем РЛВ є кодування сигналів відповіді складними сигналами з великою часовою базою B та невідомою для противника структурою, що підтверджується результатами розрахунків (рис. , а). Так, кодування сигналів відповіді складними сигналами з часовою базою В=500 дозволяє знизити дальність виявлення відповідача системами РТР за сигналами відповіді у 18 разів (з 400 км до 22 км) порівняно з існуючими сигналами відповіді (для імовірності правильного виявлення ).

Разом з тим збільшення часової бази СВ призводить до відповідного збільшення часу паралізації ЛВ і, як наслідок, до зниження завадостійкості систем РЛВ, що підтверджується результатами чисельних оцінок (рис. 3, б). Лише у разі незначної інтенсивності ПСЗ () збільшення часової бази СВ майже не впливає на КГ системи РЛВ: відповідач встигає обслуговувати майже всі сигнали запиту, а запитувач – усі сигнали відповіді. Збільшення інтенсивності ПСЗ призводить до збільшення чутливості КГ системи РЛВ до часової бази СВ, наприклад, в умовах , застосування СВ з В=500 призводить до зменшення КГ системи РЛВ у 1,55 разів (з 0,96 до 0,62). Наявність ХІЗ призводить до зменшення КГ системи РЛВ.

Таким чином, для кодування сигналів відповіді складними сигналами без зменшення завадостійкості систем РЛВ необхідно зменшити інтенсивність потоку сигналів відповіді. Принципово можливі два шляхи зменшення інтенсивності потоку сигналів відповіді, випромінюваних ЛВ.

Перший передбачає перехід до обслуговування окремих абонентів мережі систем РЛВ, що дозволяє виключити внутрішньосистемні завади та несанкціоновані сигнали запиту. Для цього необхідно використовувати адресні сигнали запиту, які містять ознаку суб’єкта впізнавання, якому вони адресовані. Для виключення несанкціонованих запитів адресні сигнали запиту необхідно кодувати складними сигналами з прихованою структурою. Разом з кодуванням сигналів відповіді складними сигналами з прихованою структурою це означає реалізацію мережі систем РЛВ за принципом закритої за відповіддю та запитом СМО. Даний підхід реалізований у методі радіолокаційного впізнавання з адресними запитом і відповіддю.

Другий шлях зменшення інтенсивності сигналів відповіді полягає в одночасному обслуговуванні всіх запитувачів мережі систем РЛВ за наявності хоча б одного сигналу запиту. У цьому разі у сигналі відповіді необхідно кодувати адрес об’єкта впізнавання – будь-яку ознаку, яка дозволяє однозначно ототожнити сигнал відповіді з повітряним об’єктом. Можливість запиту відповідача будь-яким запитувачем та кодування сигналів відповіді складними сигналами з прихованою структурою означає реалізацію мережі систем РЛВ за принципом відкритої за запитом і закритої за відповіддю СМО. Такий підхід реалізований у методі радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю. В обох розроблених методах радіолокаційного впізнавання в якості адреса використовуються просторові координати об’єкта впізнавання.

Сутність методу радіолокаційного впізнавання з адресним запитом і відповіддю полягає у наступному (рис. 4). Наземні радіолокаційні запитувачі (НРЗ) систем РЛВ, як правило, суміщені з первинними РЛС і працюють в одній і тій же системі координат. Первинна РЛС визначає координати об’єкту впізнавання і передає їх наземному запитувачу, в якому вони кодуються складним сигналом. Таким чином, сигнал запиту містить просторові координати (адрес) об’єкту впізнавання.

На борту ПО просторові координати визначаються навігаційною апаратурою з точністю, яка перевищує точність первинної РЛС. Дешифратор відповідача кодує визначені навігаційною апаратурою координати та видає код на пристрій узгодженої фільтрації, де відповідно до коду координат (адресу повітряного об’єкту) здійснюється оптимальна обробка прийнятих сигналів. Тому відповідач буде виявляти тільки ті коди запиту, які відповідають дійсним координатам ПО (адресовані лише йому). У сигналі відповіді кодується уточнення просторових координат повітряного об’єкту відносно даних, які містяться у сигналі запиту, за даними бортової навігаційної апаратури.

Зміна принципу побудови відповідачів (з відкритої до закритої СМО) та принципу обслуговування СЗ (з безадресного з обслуговуванням усіх прийнятих сигналів на адресний з обслуговуванням сигналів, адресованих лише конкретному відповідачу) призводить до суттєвого зниження інтенсивності потоків сигналів запиту та відповіді, що дозволяє кодувати їх складними кодами з великою часовою базою. Крім того, адресні запити дозволяють виключити несанкціоновані запити відповідача: за умови структурної прихованості кодів запиту: імітовані противником запити просто не будуть виявлені відповідачем.

Сутність методу радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю (рис. 5) полягає в одночасному обслуговуванні всіх сигналів запиту, прийнятих протягом фіксованого інтервалу часу, з кодуванням сигналом відповіді координат повітряного об’єкту. Сигнали запиту залишаються незмінними, а алгоритм їх обслуговування у відповідачах змінюється таким чином: сигнали запиту приймаються та декодуються протягом часу аналізу . У разі виявлення хоча б одного сигналу запиту за час аналізу після його закінчення формується і випромінюється складний сигнал відповіді, в якому кодуються просторові координати повітряного об’єкту.

Тривалість інтервалу аналізу визначається співвідношенням

, (5)

де – період огляду простору наземним радіолокаційним запитувачем,

– ширина ДС антени запитувача системи РЛВ,

– постійний коефіцієнт, який враховує кількість сигналів відповіді у пачці, необхідну для виявлення сигналу відповіді і визначення координат ПО. Оскільки координати ПО кодуються у сигналі відповіді, коефіцієнт є незначним.

Метод дозволяє суттєво знизити інтенсивність потоку сигналів відповіді. Максимальна інтенсивність потоку сигналів відповіді становить , де – тривалість сигналу відповіді, і не залежить від інтенсивності потоку сигналів запиту. Випромінювання відповідачем сигналу відповіді у разі прийому протягом інтервалу аналізу будь-якого сигналу запиту, навіть імітованого противником, означає, що система РЛВ як СМО залишилась відкритою за запитом, але стала закритою за відповіддю.

Зміна принципу обслуговування повинна апріорно призвести до збільшення завадостійкості системи РЛВ. З одного боку, зростає коефіцієнт готовності відповідача через суттєве зменшення інтенсивності потоку сигналів відповіді, а отже, сумарного часу паралізації відповідачів. З іншого боку, зменшується імовірність придушення сигналів запиту імітованими завадами. Дійсно, відповідач формує сигнал відповіді у разі прийому хоча б одного сигналу запиту, навіть імітованого противником, за час аналізу . Тому для придушення санкціонованих запитів необхідно створити потужні завади з інтенсивністю, яка не дозволяє прийняти жодного сигналу запиту, що потребує значних енергетичних затрат.

Метод з адресною відповіддю, на відміну від методу з адресним запитом і відповіддю, не потребує апріорної інформації про просторові координати об’єкту впізнавання та може застосовуватись в автономних запитувачах.

Розрахунки показали, що адресні системи РЛВ забезпечують значно вищу завадостійкість порівняно з існуючими. Залежність коефіцієнту готовності системи РЛВ з адресною відповіддю від інтенсивності потоку СЗ, розрахована за удосконаленою методикою з урахуванням особливостей методу, наведена на рис. 6, а.

З наведених розрахунків видно, що КГ системи РЛВ з адресною відповіддю залежить від кількості сигналів відповіді N у пачці, відношення тривалості часу аналізу у відповідачах до стандартного періоду посилок сигналів відповіді () та правила прийняття рішення про виявлення сигналів відповіді у запитувачів. Обґрунтований вибір цих параметрів дозволяє досягти необхідної завадостійкості. Але навіть у разі вибору неоптимальних з точки зору завадостійкості параметрів (N=10, М=3) забезпечується КГ системи РЛВ при інтенсивності потоку сигналів запиту (для порівняння, в існуючих системах РЛВ для – при ).

З залежності КГ системи РЛВ з адресним запитом і відповіддю від часової бази СВ у разі знаходження у зоні дії відповідача J запитувачів (рис. 6, б) видно, що застосування сигналу з В=1000 зменшує до величини 0,97 для п’яти запитувачів, до 0,95 – для десяти, до 0,92 – для п’ятнадцяти запитувачів, що свідчить про достатньо високу завадостійкість систем РЛВ.

Таким чином, кодування сигналів відповіді складними сигналами з великою часовою базою та структурною прихованістю забезпечує енергетичну прихованість систем РЛВ, а перехід до адресних систем – завадостійкість.

У четвертому розділі розроблені рекомендації щодо реалізації адресних методів радіолокаційного впізнавання. Координатна система, у якій визначаються координати повітряних об’єктів в адресних системах РЛВ, повинна задовольняти таким вимогам: визначеність над територією країни дії мережі систем РЛВ та у прикордонній смузі шириною 100-150 км, роздільна здатність порядку 10 км та, бажано, спадкоємність з існуючими координатними системами. Усім висунутим вимогам задовольняє кодування місцеположення повітряних об’єктів у квадратах сітки ППО, що потребує використання 14-розрядних кодових послідовностей і може бути порівняно просто реалізовано. Налагоджена система періодичної зміни ключів до сітки ППО практично унеможливлює розкриття діючого коду та кодових послідовностей противником. Крім того, такий вибір забезпечує повну сумісність з координатною системою для повітряних об’єктів у Збройних Силах України.

Порівняльний аналіз характеристик складних сигналів з частотною та фазовою модуляцією показав доцільність кодування інформаційних сигналів адресних систем РЛВ сигналами з дискретною псевдохаотичною фазовою модуляцією на основі рекурентних послідовностей (М-кодами), що забезпечує відносну простоту технічної реалізації пристроїв узгодженої обробки, низький рівень бічних залишків автокореляційної функції сигналів і високу інформативну ємність системи сигналів.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв’язано актуальне завдання підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання шляхом розробки адресних методів радіолокаційного впізнавання на основі кодування сигналами запиту та відповіді координат повітряних об’єктів. Зокрема, отримано такі важливі наукові та практичні результати:

1. Проведено аналіз принципів побудови існуючих систем радіолокаційного впізнавання та особливостей їх функціонування в умовах дії завад і удосконалено модель системи РЛВ з урахуванням впливу некорельованих завад у каналі відповіді та можливості кодування сигналами запиту та відповіді координатної інформації.

2. Удосконалено методику розрахунку коефіцієнту готовності систем радіолокаційного впізнавання з урахуванням наявності хаотичних імпульсних завад у каналі відповіді та двоетапного порядку впізнавання повітряних об’єктів, яка дозволяє оцінити показники завадостійкості систем РЛВ у реальних умовах завадової обстановки. Встановлено, що найбільш небезпечними з точки зору придушення систем РЛВ є завади, корельовані з сигналами запиту, та визначено інтенсивність потоку корельованих завад, яка призводить до повного придушення систем РЛВ.

3. Розроблено пропозиції щодо можливості застосування активно-пасивних систем радіотехнічної розвідки для виявлення повітряних об’єктів за сигналами відповіді літакових відповідачів, що дозволяє збільшити точність визначення координат повітряних об’єктів у десятки разів за умови збереження прихованості систем РТР. Сформульовані пропозиції можуть бути використані для модернізації існуючих систем РТР.

4. Розроблено метод радіолокаційного впізнавання з адресним запитом та відповіддю на основі кодування складними псевдохаотичними сигналами запиту і відповіді просторових координат повітряних об’єктів, що дозволяє підвищити енергетичну прихованість систем РЛВ у десятки разів (залежно від часової бази сигналу відповіді) за рахунок використання складних сигналів відповіді з прихованою структурою та суттєво збільшити коефіцієнт готовності системи РЛВ (наприклад, до величини 0,92 у разі використання сигналу відповіді з часовою базою 1000 за наявності у зоні дії відповідача 15 запитувачів) за рахунок переходу від безадресних відкритих до адресних закритих систем РЛВ і виключення, таким чином, впливу корельованих з сигналами запиту завад на літакові відповідачі.

5. Удосконалено метод радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю, який, на відміну від відомих, оснований на кодуванні складними псевдохаотичними сигналами відповіді просторових координат повітряних об’єктів, що дозволяє підвищити енергетичну прихованість систем РЛВ за рахунок використання складних сигналів відповіді з прихованою структурою та суттєво збільшити завадостійкість систем РЛВ (забезпечити однаковий з існуючими системами РЛВ коефіцієнт готовності систем в умовах збільшення інтенсивності потоку корельованих завад у 10-20 разів) за рахунок переходу від обслуговування літаковими відповідачами окремих запитувачів до обслуговування мережі систем запитувачів.

6. Розроблені рекомендації щодо реалізації адресних методів радіолокаційного впізнавання:

кодування місцеположення повітряних об’єктів в адресних системах РЛВ в координатах сітки ППО, що забезпечує роздільну здатність порядку 10 км та потребує використання 14-розрядних кодових послідовностей;

кодування сигналів запиту і відповіді сигналами з дискретною псевдохаотичною фазовою модуляцією на основі рекурентних послідовностей (М-кодами), що забезпечує відносну просту технічну реалізацію пристроїв узгодженої обробки, низький рівень бічних залишків автокореляційної функції сигналів, високу інформативну ємність системи сигналів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бакуменко Б.В. Завадозахищеність запитувальних радіотехнічних систем / Б.В. Бакуменко, І.І. Обод // Системи озброєння і військова техніка. – 2006. – № 2 (6). – С. 26-28.

2. Бакуменко Б.В. Порівняльний аналіз методів обробки інтервально-часових кодів / Б.В. Бакуменко, А.М. Булай, І.І. Обод // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – 2006. – № 3. – С. 5-7.

3. Бакуменко Б.В. Синтез та аналіз оптимальних виявлювачів сигналів запиту у літакових відповідачах систем радіолокаційного опізнавання / Б.В. Бакуменко, А.М. Булай, І.І. Обод // Системи обробки інформації. – 2006. – Вип. 4 (53). – С. 12-19.

4. Бакуменко Б.В. Єдине координатно-часове забезпечення як основа розв’язання протиріч спільного функціонування систем первинної і вторинної радіолокації / Б.В. Бакуменко, А.М. Булай, І.І. Обод // Системи обробки інформації. – 2006. – Вип. 5 (54). – С. 3-9.

5. Бакуменко Б.В. Методи підвищення завадозахищеності запитувальних радіотехнічних систем / Б.В. Бакуменко, І.І. Обод // Системи обробки інформації. – 2006. – Вип. 9 (58). – С. 10-12.

6. Бакуменко Б.В. Порівняльний аналіз систем сигналів на базі фазової та частотної маніпуляцій / Б.В. Бакуменко, І.І. Обод, В.А. Таршин // Вісник Національного технічного університету „ХПІ”. – 2006. – № 40. – С. .

7. Бакуменко Б.В. Завадостійкість систем радіолокаційного опізнавання з адресною відповіддю / В.І. Ткаченко, Б.В. Бакуменко // Збірник наукових праць ХУПС. – 2007. – Вип. 1). – С. 50-53.

8. Бакуменко Б.В. Аналіз якості об’єднання інформації первинного радіолокатора та системи радіолокаційного опізнавання / Б.В. Бакуменко // Системи озброєння і військова техніка. – 2006. – № 4 (8). – С. 10-13.

9. Бакуменко Б.В. Сравнительный анализ систем сигналов на базе фазовой и частотной манипуляций / Б.В. Бакуменко, И.И. Обод, В.А. Таршин // Проблемы информатики и моделирования: 6 Міжнародна науково-технічна конференція, Харків, 2006 р. – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – С. .

10. Бакуменко Б.В. Модель системи радіолокаційного опізнавання державної належності / Б.В. Бакуменко, А.М. Булай, І.І. Обод // Науковий семінар загальноінститутських кафедр ОІСВ, Одеса, 2006 р. – Одеса: ОІСВ, 2006. – С. 5.

11. Бакуменко Б.В. Методи підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного опізнавання / Б.В. Бакуменко // 3 Наукова конференція ХУПС, Харків, 2007 р. – Харків: ХУПС, 2007. – С. 113.

АНОТАЦІЯ

Бакуменко Б.В. Адресні методи підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання на основі кодування сигналами запиту та відповіді координат повітряних об’єктів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 – радіотехнічні та телевізійні системи. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2008.

У дисертації вирішено актуальне наукове завдання підвищення завадозахищеності систем радіолокаційного впізнавання шляхом розробки адресних методів радіолокаційного впізнавання на основі кодування просторових координат повітряних об’єктів сигналами запиту і відповіді. Метод радіолокаційного впізнавання з адресним запитом і адресною відповіддю полягає у кодуванні складними сигналами запиту просторових координат об’єктів впізнавання, складними сигналами відповіді – їх уточнення за даними бортової навігаційної апаратури. Метод радіолокаційного впізнавання з адресною відповіддю полягає у одночасному обслуговуванні відповідачем усіх прийнятих за час аналізу сигналів запиту з кодуванням складним сигналом відповіді координат повітряного об’єкту. Прихованість адресних систем РЛВ забезпечується кодуванням сигналів відповіді складними псевдохаотичними сигналами, завадостійкість – зменшенням інтенсивності потоку сигналів відповіді.

Ключові слова: адресний метод радіолокаційного впізнавання, завадостійкість, прихованість, завадозахищеність, система радіолокаційного впізнавання.

АННОТАЦИЯ

Бакуменко Б.В. Адресные методы повышения помехозащищенности систем радиолокационного опознавания на основе кодирования запросными и ответными сигналами координат воздушных объектов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 – радиотехнические и телевизионные системы. – Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт» Министерства образования и науки Украины, г. Харьков, 2008.

В диссертации решена актуальная научная задача повышения помехозащищенности систем радиолокационного опознавания путем разработки адресных методов радиолокационного опознавания на основе кодирования пространственных координат воздушных объектов запросными и ответными сигналами.

Анализ показал, что запросчики и ответчики существующих систем радиолокационного опознавания (РЛО) реализованы по принципу открытых систем массового обслуживания с отказами с обслуживанием первого принятой заявки, системы РЛО – по принципу асинхронных безадресных систем. Вместе с особенностями технической реализации систем РЛО (кодированием запросных и ответных сигналов неимитоустойчивыми интервально-часовыми кодами с известной структурой и слабой направленностью антенн самолетных ответчиков) это априорно предопределяет низкую помехоустойчивость и скрытность существующих систем РЛО. В ходе исследования существующих систем РЛО как объектов радиоэлектронной борьбы и источников разведывательной информации разработана модель функционирования систем РЛО и усовершенствована методика расчета коэффициента готовности (КГ) систем РЛВ. Численные оценки показали низкую помехоустойчивость систем РЛО в условиях действия коррелированных с запросными сигналами помех и отсутствие энергетической скрытности систем РЛВ. Известным методом повышения энергетической скрытности систем РЛО является кодирование ответных сигналов (ОС) сложными псевдохаотическими сигналами с большой временной базой, однако это приводит к снижению КГ системы РЛО. Противоречие устранено разработкой адресных методов радиолокационного опознавания.

Суть метода радиолокационного опознавания с адресными запросом и ответом заключается в кодировании сложным запросным сигналом пространственных координат объекта опознавания, сложным ответным сигналом – уточнения координат объекта опознавания по данным бортовой навигационной аппаратуры. Суть метода радиолокационного опознавания с адресным ответом заключается в одновременном обслуживании ответчиком всех принятых за время анализа запросных сигналов с кодированием сложным ответным сигналом координат воздушного объекта. Адресные методы радиолокационного опознавания позволяют резко снизить интенсивность потока ответных сигналов, что приводит к повышению помехоустойчивости систем РЛО.

Оценки показали, что адресные методы позволяют уменьшить дальность обнаружения воздушных объектов по ответным сигналам самолетных ответчиков системами радиотехнической разведки приблизительно в 18 раз и на порядок увеличить пропускную способность систем РЛВ.

Для реализации адресных методов радиолокационного опознавания предложено определять местоположение воздушных объектов в квадратах сетки ПВО, что обеспечивает точность порядка 12 км и требует использования 14-розрядных кодовых последовательностей; и кодировать запросные и ответные сигналы сигналами с дискретной псевдохаотической фазовой модуляцией на основе рекуррентных последовательностей (М-кодами), что позволяет обеспечить относительную простоту технической реализации устройств согласованной обработки, низкий уровень боковых лепестков и высокую информационную емкость системы сигналов.

Ключевые слова: адресный метод радиолокационного опознавания, помехоустойчивость, скрытность, помехозащищенность, система радиолокационного опознавания.

SUMMARY

Bakumenko B.V. Address methods of radar identification systems noise protected increase on the basis of coding by the interrogation and response signals of air objects co-ordinates. – Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.12.17 – Radio and television systems. – National Aerospace University named after N.Ye. Zhukovsky «Kharkiv Aviation Institute» of Ministry of education and science of Ukraine, Kharkiv, 2008.

At dissertation the actual scientific task of radar identification systems noise protected increase is decided by development of address methods of radar identification on the basis of air objects spatial co-ordinates coding by the interrogation and response signals. The radar identification method with the address