5. Скрытность ртс

   1. Общие положения. Виды скрытности.

Скрытность РТС– совокупность свойств системы, затрудняющих ведение радиотехнической разведки. Проблема скрытности остается одной из актуальных в современной радиотехнике.

Очень важно оценивать скрытность количественно, устанавливать системные связи такой оценки с электромагнитной обстановкой и другими показателями РТС. Неумение оценивать скрытность ведет к необъективным оценкам эффективности РТС, отсутствию взаимопонимания между разработчиком и эксплуатационником радиоаппаратуры.

Оценка скрытности возможна только с помощью системного подхода – условия работы РТС должны оцениваться с учетом технических возможностей разведки, т.е. надо хорошо знать методы разведки и принципы построения соответствующей аппаратуры

Скрытность РТС можно подразделить на энергетическую, временную, структурную.

Энергетическая скрытностьпредполагает создание условий, при которых противник встречает затруднения энергетического характера. Для работы РТС обеспечивается нормальный уровень сигнала, при этом стремятся по возможности уменьшить его для вероятных средств разведки.

К мерам по обеспечению энергетической скрытности относятся:

• Применение остронаправленных антенн;

• Высокочувствительных приемников;

• Работа с минимальным уровнем сигнала;

• Кодирование сигналов, позволяющее производить обработку принятых сигналов по правилам, неизвестным противнику, и т.п.

Временная скрытность– совокупность мер, затрудняющих обнаружение излучений в силу их кратковременности.

Меры по обеспечению временной скрытности:

• Применение импульсных сигналов или других видов кратковременных излучений, особенно моноимпульсных сигналов;

• Смена параметров сигнала во время работы.

Структурная скрытность– совокупность свойств радиосигнала, затрудняющих извлечение из него информации. При оценке скрытности сигнал считается обнаруженным, принятым без искажений. Преодоление скрытности в данном случае состоит только в расшифровке содержания сообщения.

Виды скрытности оцениваются по-разному:

1. Энергетическую скрытность удобно определять по размерам того пространства, в котором создается достаточный для разведки уровень сигнала;

2. Временную скрытность характеризуют вероятностью обнаружения сигнала;

3. Структурную скрытность оценивают временем, необходимым для расшифровки принятого сигналас целью извлечения из него передаваемой информации.

Обычно средства радиотехнической разведки должны обеспечивать обнаружение и измерение параметров радиосигнала Обнаружение является первым и самым важным шагом радиотехнической разведки. После обнаружения определяют значение несущей частоты сигнала, направление в точку излучения и местоположение передатчика, параметры модуляции, временную структуру сигнала.

Для обнаружения сигнала может применяться последовательный поискилипараллельный(беспоисковые устройства). Центральным элементом вероятной разведывательной аппаратуры при обнаружении сигнала и измерении частоты является специальное радиоприемное устройство.

2. Панорамный радиоприемник и его свойства.

Приемник, обеспечивающий обнаружение сигнала и измерение его несущей частоты с применением последовательной перестройки по диапазону частот, получил наименование панорамного. Это наиболее распространенный вид разведывательного приемника с последовательным поиском сигнала.

Функциональная схема панорамного приемника (рис 4.1) представляет собой схему обычного супергетеродинного приемника, дополненную генератором развертки и электронно-лучевым индикатором (показаны отклоняющие пластины).

А – антенна; УВЧ – усилитель высокой частоты; СМ – смеситель; УПЧ – усилитель промежуточной частоты; Д – детектор; ВУ – видеоусилитель; Г – гетеродин; ГР – генератор развертки; ЭЛИ – электронно-лучевой индикатор

Рисунок 15.21 – Структурная схема панорамного приемника

Генератором развертки может быть генератор пилообразного напряжения, под воздействием которого происходят отклонение по оси луча ЭЛИ и синхронная перестройка приемника по диапазону.

Принцип действия приемника удобно пояснить с помощью временных диаграмм (рис. 15.2) На рисунке 15.2, а дана диаграмма напряжения ГР, под действием которого происходит периодическая перестройка приемника, схематически представленная в виде частотно-временной диаграммы на рисунке 5.2,б.

а) – диаграмма напряжения ГР; б) – частотно-временная диаграмма периодической перестройки панорамного приемника; в) – напряжение видеоусилителя при наличии сигнала;

– полоса пропускания панорамного приемника; – время перестройки панорамного приемника на ширину своей полосы пропускания

Рисунок 15.22 – Диаграммы, поясняющие принцип действия панорамного приемника (закон перестройки по частоте отображается штрихпунктирной линией)

Закон перестройки отображается штрихпунктирной линией. Две сплошные линии соответствуют изменению во времени границ полосы пропускания. Расстояние между ними по оси частот равно полосе пропускания приемника, а по оси времени –времени перестройки приемника на ширину своей полосы. Если период перестройки, то скорость перестройки для случая линейного закона перестройки:

. (15.69)

Если на некоторой частоте присутствует сигнал, то на выходе ВУ будут импульсы напряжения, которые создадут вертикальное отклонение луча ЭЛИ (рисунок15.2, в). Положение отметки индикатора на оси определяется частотой сигнала, так как в схеме обеспечено однозначное соответствие между частотой настройки приемника и перемещением луча. Ось проградуирована в частотах, и по положению отметки определяют частоту сигнала (рисунок15.2, г). На экране одновременно изображается несколько сигналов, и таким образом получают «панораму частот».

Динамический эффект. Поддинамическим эффектом понимают проявления переходных процессов в панорамном приемнике. Проявление динамического эффекта приводит к уменьшению отклика сигнала и «угону» максимума в сторону перестройки, отмечается относительное расширение изображения на экране ЭЛИ.

Подобные явления нежелательны. Поэтому устанавливают практическую границу скорости перестройки проявления динамического эффекта. Полагают, что приискажений нет.

а) – частотно-временная диаграмма для двух скоростей перестройки ; б) – выходное напряжение ВУ, возникши под влиянием гармонического сигнала на частотеи отображенное на экране ЭЛИ; в) – проявления динамического эффекта

Рисунок 15.23 – Диаграммы, поясняющие возникновение динамического эффекта

Тогда:

. (15.70)

Таким образом, если искажения за счет переходных процессов недопустимы, то следует выбирать . Это существенно для измерительных приборов типа спектроанализаторов, измерителей частотных характеристик и других приборов, принцип работы которых аналогичен панорамному приемнику. В разведывательных приемниках с учетом динамического эффекта могут применяться скорости выше, чем.

Если интенсивность сигнала достаточна, то он будет уверенно принят, в противном случае он может быть не обнаружен, т.е. его прием является случайным. Поэтому различают гарантированныйивероятностныйпоиск прерывистых сигналов

Чтобы обеспечить обнаружение с вероятностью единица, надо иметь априорные данные о сигнале, опираясь на которые возможно уверенное обнаружение.

Гарантированный поиск сигналов.

Медленный поиск отрезков сигналов.

Условие медленного поиска:

. (15.71)

Разделив выражение на получим выражение для скорости перестройки:

.(15.72)

С учетом выражения (15.1) из выражения (15.4) следует большое время перестройки, что часто недопустимо, поэтому применяют быстрый поиск.

а)	б)
а) – медленный поиск; б) – быстрый поиск Рисунок 15.24 – Частотно-временная диаграмма поиска прерывистых сигналов

Быстрый поиск отрезков сигналов.

Условие быстрого поиска:

.(15.73)

Второе условие необходимо, для предотвращения возникновения динамического эффекта. Если в (15.5) перейти к скоростям перестройки, то эти условия могут быть объединены в одно:

.(15.74)

Минимальное время определяется граничной скоростью перестройки (15.2).

Таким образом, необходимо перестраивать приемник настолько быстро, чтоб не пропустить отрезок, если он появиться, однако не настолько быстро, чтобы проявился динамический эффект.

Соотношение (15.6) отражает противоречие между увеличением диапазонаи повышением точности определения частоты, зависящей от полосы пропускания(чем уже полоса, тем точнее измерение). Для разрешения такого противоречия можно использовать двух- или многоступенчатый приемник. При двухступенчатом построении первая ступень обеспечивает большой диапазонс широкой полосой пропускания. Значениеопределяется при этом с большой погрешностью. Вторая ступень обеспечивает поиск в диапазоне с полосой пропускания. Тогда общий диапазонопределяется первой ступенью, а точность измерения – второй Устранение противоречия осуществлено за счет усложнения аппаратуры и увеличения времени обнаружения, которое практически удваивается.

Медленный поиск групп импульсов.

Для продолжительных последовательностей импульсов режимы гарантированного поиска сходны с режимами поиска последовательности отрезков непрерывных сигналов. Группы импульсов отличаются дополнительными параметрами, поэтому для них можно рассматривать три режима гарантированного поиска:

• медленный поиск групп импульсов,

• быстрый поиск групп импульсов,

• быстрый поиск импульсов.

Рисунок 15.25 – Частотно-временная диаграмма медленного поиска групп импульсов

Условие медленного поиска:

.(15.75)

Разделив выражение на получим выражение для скорости перестройки:

.(15.76)

Обычно такая скорость очень мала, что нередко недопустимо. Вместе с тем большая частота следования групп в ряде случаев встречается, и медленный поиск групп импульсов находит применение.

Быстрый поиск групп импульсов. Частотно-временная диаграмма для быстрого поиска групп импульсов представлена на рис.15.6. Условия быстрого поиска следующие:. Для скорости перестройки получим:.

Рисунок 15.26 – Частотно-временная диаграмма быстрого поиска групп импульсов

Требования к скорости противоречивы.

.(15.77)

Иначе говоря, скорость должна быть достаточно большой, чтобы за время существования группы пройти весь диапазон, вместе с тем скорость должна быть достаточно малой, чтобы при прохождении частоты сигнала f_c «не пройти» между импульсами, а обеспечить прием хотя быb импульсов. Целое числоb (см. (15.9)) выбирается из условий обеспечения работы последующих анализирующих устройств, измеряющих, например, частоту следования импульсов.

Противоречие между диапазоном Df и точностью измерения, задаваемой полосой ΔF, устраняется, как и в случае поиска отрезков непрерывных сигналов, за счет многоступенчатого построения приемника.

Быстрый поиск импульсов. Можно было бы воспользоваться частотно-временной диаграммой, показанной на рис.15.4,полагая, что вместофигурирует длительность импульса τ. Однако в реальных условиях. Поэтому возникают качественные отличия схем. Условия для скорости перестройки при быстром поиске импульсов запишутся в виде:.

Для обеспечения наилучших условий при работе часто задают такой режим, при котором полоса пропускания приемника оптимальна. Согласно формуле Сифорова . Тогда вместо перечисленных двух условий, исходя из требований наибольшего диапазона, получим:.

Реализация быстрого поиска встречает ряд трудностей, в основном технического характера. Так, трудно обеспечить прохождение широкого диапазона за время длительности импульса современных РТС.

Вероятностный поиск прерывистых сигналов

Вероятность обнаружения одиночного импульса. В общем случае при обнаружении сигналов априорных сведений нет, т.е. заранее трудно указать какой-либо параметр сигнала, с помощью которого можно обеспечить гарантированный поиск сигналов. Поэтому устанавливается вероятностный поиск, при этом вероятность обнаружения меньше единицы. Чтобы рассчитать вероятность обнаружения сигнала, надо условиться, как определять вероятность его элемента. Элементами прерывистых сигналов могут быть:

• отрезок непрерывного сигнала;

• импульс;

• группа импульсов.

Ограничимся изучением вероятности обнаружения, опираясь только на импульсные сигналы и принимая в качестве элементов импульс и группу импульсов. Для отрезков непрерывных сигналов гарантированный поиск обеспечивается легче, и вероятностный поиск представляет меньший интерес.

Примем геометрическое определение вероятности. Будем считать, что на интервале времени пТ_п, гдеп – целое число, одиночный импульс появляется с вероятностью, равной единице (в противном случае этого можно добиться, увеличив числоп). Положение импульса на отрезкепТ_п считаем равновероятным. Тогда под вероятностьюP₁ обнаружения одиночного импульса будем понимать отношение суммы всех благоприятных для обнаружения отрезковна интервалепТ_п к длине интервала, т е

.(15.78)

При этом считается, что в каждом интервале Т_псодержится по одному отрезку.

Данное геометрическое определение можно проиллюстрировать с помощью частотно-временной диаграммы (рис. 15.7). Для некоторой частотыf_cпоказаны благоприятные для обнаружения отрезки. Если считать, что условия обнаружения в каждом периоде перестройки одинаковы, то формулу (4.10) можно упростить.

В таком случае вероятность P₁находят для одиночного периода перестройки. При прямоугольной частотной характеристике приемникаи без учета длительности импульса:, т.е. вероятность обнаружения становится величиной, обратной скважности приемника. С учетом длительности импульса вероятностьP₁может быть больше, и достигает единицы, если будут выполнены условия быстрого поиска импульсов. Иными словами, ось времени в пределах данного периода перестройки становится благоприятной для обнаружения.

Рисунок 15.27 – Частотно-временная диаграмма

Вероятность обнаружения одиночной группы импульсов. Используем приведенное геометрическое определение вероятности. Следует учесть, что одиночная группа импульсов более протяженна во времени, и иногда достаточно принимать только ее часть. Построим рис. 4.8 и попытаемся с его помощью найти значение. Для этого «переместим» группу вдоль оси времени слева направо и зафиксируем те крайние положения, при которых еще возможен приемb импульсов, необходимых для срабатывания последующих устройств. Расстояние между крайними положениями принимаем за отрезок. Определимследующим образом:.

Рисунок 15.28 – Частотно-временная диаграмма

Тогда вероятность обнаружения одиночной группы .

При больших вероятностьможет достигнуть единицы (но не больше), т.е. будет осуществлен быстрый поиск групп импульсов.

Вероятность обнаружения импульсного сигнала. Пусть некоторый сигнал содержитiодиночных случайно расположенных импульсов. Вероятность обнаружения одиночного импульса равнаР₁. Вероятность обнаружения сигнала найдем известным из теории вероятностей приемом. Последовательно определим вероятность необнаружения одиночного импульсаQ₁= 1 –Р₁, вероятность необнаружения всехiимпульсови, наконец, вероятность

.(15.79)

которая является вероятностью обнаружения хотя бы одного импульса из сигнала, состоящего из i импульсов.

Как видно, высокой вероятности обнаружения можно достигнуть прежде всего за счет увеличения Р₁при малыхР₁требуются очень протяженные сигналы.

Рисунок 15.29 – Вероятность обнаружения импульсного сигнала

Для сигналов с регулярной структурой, в которых расстояние между импульсами постоянно, средний результат будет характеризоваться вероятностью обнаружения (как и для сигналов с нерегулярной структурой), т.е. можно пользоваться зависимостями, приведенными на рис. 15.9. Однако в отдельных случаях возникают явления полного или частичного синхронизма между сигналом, имеющим периодическую структуру, и перестройкой приемника. В результате вероятность обнаружения сигналов оказывается существенно ниже средней. Избежать таких явлений можно изменением периода перестройки в процессе работы, что, конечно, усложняет работу и ведет к дополнительным потерям в вероятности обнаружения.

Для сигнала, состоящего из iгрупп импульсов, формула (15.12) перепишется в виде.

Точность измерения несущей частоты панорамным приемником

Точность работы панорамного приемника в простейшем случае можно характеризовать среднеквадратичной ошибкой измерения несущей частоты при работе с непрерывным сигналом.

Рисунок 15.30 – Ошибка измерения частоты при изменении мощности сигнала

Панорамный приемник является измерительным прибором, поэтому оценка точности измерения несущей частоты – важнейший его показатель. Будем считать, что ошибки в панорамном приемнике возникают за счет работы самого приемника, обусловлены принципом его действия. Ошибки, связанные с нелинейностью развертки, неточностью шкалы, ошибки считывания не будем принимать во внимание.

Отсчет временного положения выходного сигнала производят или по максимуму сигнала, или по достижению сигналом определенного уровня. Первый способ в основном применяется при визуальной индикации и мало зависит от уровня сигнала. Второй способ чаще используется при электронной индикации, в системах автоматизированного считывания несущей частоты.

При неидеальной частотной характеристике приемника, отличающейся от П-образной, возрастание мощности влечет сдвиг точки отсчета, увеличение ошибки измерения. Условие приема на пороге отсчета Р₀запишем в видеPk(f₀± δf) =Р₀. Гдеk– АЧХ фильтра,P– мощность входного сигнала. Тогда ошибка измерения:

.(15.80)

Если Р₀– постоянная величина, то ошибка однозначно связана с мощностью сигнала. При этом считается, что порог отсчета выбран существенно выше уровня шумаР_ш, т.е. речь идет о приеме «сильных сигналов», не учитывается также динамический эффект.

Заключение о панорамном приемнике

Панорамный приемник позволяет перекрывать с помощью одного устройства широкий диапазон частот, обеспечивает высокую чувствительность, достаточную точность измерений.

Однако прием прерывистых сигналов затруднен. В большинстве случаев вероятность обнаружения сигналов, отличающихся временной скрытностью, низка, что вынуждает искать меры разведки с другими принципами построения аппаратуры, которые обеспечивали бы более высокую вероятность обнаружения кратковременных сигналов.