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

71

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры №201

кандидат технических наук

_______________________

“15“ декабря 2005 года

ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНУЮ РАБОТУ

курсанту 5 курса 454 учебной группы Баты Андрея Сергеевича

Руководитель: доцент (слушателей) кафедры № 201, кандидат технических наук, ________________________________

ТЕМА: Анализ эффективности комплексного применения мер помехозащиты для повышения устойчивости функционирования средств связи в условиях радиопротиводействия противника (утверждена приказом по академии № от « » декабря 2005 г.)

Исходные данные к работе (проекту, задаче):

- принципы построения и функционирования систем и средств связи тактического звена управления (ТЗУ);

- характеристики сигналов, используемых в системах и средствах связи ТЗУ;

- режимы работы средств связи;

- варианты применения систем и средств связи ТЗУ;

методики оценки помехоустойчивости средств радиосвязи.

3. Перечень подлежащих разработке вопросов (содержание пояснительной записки):

- введение;

- тактико-техническое обоснование;

- анализ назначения, состава, принципов построения и функционирования, основных ТТХ систем и средств, а также вариантов организации средств и систем ТЗУ;

- обоснование особенностей построения и функционирования систем и средств связи ТЗУ, существенных с точки зрения их радиоподавления (РП), оценка характера их влияния на процесс РП;

- анализ возможностей противника по радиоподавлению систем и средств связи ТЗУ;

- разработка алгоритма оценки помехоустойчивости средств связи, учитывающей возможности комплексного применения мер помехозащиты (ПЗ);

- анализ эффективности комплексного применения мер ПЗ для повышения устойчивости функционирования средств связи по результатам сравнительной оценки помехоустойчивости средств связи.

4. Перечень обязательного графического материала:

- схема организации системы связи ТЗУ;

- основные ТТХ систем и средств связи ТЗУ;

- блок - схема алгоритма оценки помехоустойчивости средств связи;

- результаты (графики, таблицы) оценки помехоустойчивости средств связи.

5. Литература:

Основы РЭБ в ракетных войсках. Учебное пособие, Минск, ВА РБ, 2000г.

Афинов В. Самолет-разведчик RC-135 V/W и система «Гардрейл коммон сенсор», ЗВО, № 6, 1995.

Стрелецкий А. Средства электронной войны СВ США. ЗВО, № 9, 2000.

Азов В. Батальоны разведки и РЭБ дивизий СВ США. ЗВО, № 2, 1998.

Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М., «Связь», 1972.

6. Консультанты (с указанием раздела):________________________ __________________________________________________________________

7. Дата выдачи задания «15» декабря 2005 г.

8. Сроки представления:

плана работы руководителю «30» декабря 2005 г.

законченного проекта (работы, задачи):

руководителю «23» мая 2006 г.

начальнику кафедры на допуск к защите «27» мая 2006 г.

рецензенту «30» мая 2006 г.

Руководитель: доцент (слушателей) кафедры 201 кандидат технических наук ___________________________________________________________

Задание принял к исполнению: _________________________________

Содержание

Введение

1. Тактико-техническое обоснование

2. Анализ состава и принципов организации военной системы связи, а также сил и средств РЭБ армий иностранных государств

2.1 Анализ назначения, состава, принципов построения и функционирования военной системы связи ТЗУ

2.2 Анализ принципов построения и функционирования средств радиосвязи ТЗУ, существенных с точки зрения радиоподавления

2.3 Состав сил и средств разведки и РЭБ армий иностранных государств

3. Анализ эффективности комплексного применения мер помехозащиты для повышения устойчивости функционирования средств радиосвязи

3.1 Описание алгоритма оценки помехоустойчивости средств связи, учитывающего возможности комплексного применения мер помехозащиты

3.2 Информационные показатели и критерии эффективности радиоподавления дискретных каналов связи

3.3 Информационные показатели и критерии эффективности радиоподавления непрерывных (аналоговых) каналов связи

3.4 Информационные показатели и критерии эффективности радиоподавления широкополосных систем связи

4. Анализ энергетической доступности средств связи при использовании мер помехозащиты

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

4.2 Описание алгоритма оценки энергетической доступности при радиоподавлении

Заключение

Список использованных источников

Введение

Как показывает опыт боевых действий последних лет, одним из ключевых элементов группировки войск являются средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Возрастание их роли и вклада в исход операции обусловлено расширением возможностей по разведке и радиоподавлению средств связи за счет комплексного применения наземных и воздушных средств РЭБ. По оценкам специалистов, вклад средств РЭБ в совокупный ущерб, наносимый противнику, будет постоянно возрастать. В этой ситуации актуальным является исследование возможностей противника по радиоподавлению средств связи с учетом способов их боевого применения и основных тактико-технических характеристик (ТТХ), а также анализ эффективности различных мер повышения помехоустойчивости средств связи. При этом представляется целесообразным решать эту задачу путем сравнительной оценки помехоустойчивости при раздельном и совместном (комплексном) применении мер помехозащиты.

Принимая во внимание, что в ТЗУ, как правило, используются средства связи УКВ диапазона, имеющие ненаправленные или слабонаправленные антенны, такие меры повышения помехоустойчивости, как изменение ориентации антенн, в работе не рассматриваются. Поэтому в дальнейшем основной анализ проводился применительно к так называемым сигнальным мерам помехоустойчивости, к числу которых относятся расширение спектра (использование широкополосных сигналов (ШПС) или программной перестройки рабочих частот (ППРЧ)), а также помехоустойчивое кодирование (ПК). Особенность ее решения заключается в том, что сравнительный анализ проводился в области больших значений вероятности ошибочного приема 1 бита информации (Рош2=0.1), гарантирующих максимальный эффект радиоподавления. В известной литературе, как правило, анализ ПУ средств связи обычно проводится для малых отношений сигнал/шум, когда Рош2 существенно меньше (Рош2<10-3).

1. Тактико-техническое обоснование

В современных условиях ведения боевых действий управление войсками является таким же решающим фактором успеха, как количество и качество самих войск и оружия, и в значительной степени определяет успех в решении боевой задачи. Соотношение возможностей управления сторон сейчас - не менее важный показатель, чем соотношение боевых сил и средств. [2]

Техническую основу системы связи, а, следовательно, и системы управления войсками (СУВ) составляют РЭС связи. С учетом этого каждая из воюющих сторон будет использовать разнообразные способы, применять различные силы и средства для дезорганизации управления противника и обеспечения устойчивого управления своими войсками.

В тактическом плане целью данной работы является определение возможностей вероятного противника по радиоподавлению военной системы связи (ВСС) тактического звена управления ТЗУ (в частности конкретных типов линий радиосвязи (ЛРС)).

Для достижения указанной цели работы необходимо выполнить следующий объем работ:

- определить состав сил и средств разведки и РЭБ.

- определить назначение, состав и особенности построения ВСС ТЗУ существенных с точки зрения их радиоподавления (РП). Оценить степень их влияние на процесс РП.

- обобщить полученные результаты боевых возможностей подразделений и комплексов разведки и РЭБ противника как в совокупности имеющихся на вооружении в армиях иностранных государств (АИГ), так и по отдельности с соответствующими показателями нашей ЛРС ТЗУ как первоочередного объекта РП.

Основная цель в техническом плане данной работы - это оценка возможности эффективного функционирования рассматриваемой системы радиосвязи в условиях активного полномасштабного массированного воздействия комплексов и средств РЭБ противника с учетом всех применяемых мер ПЗ.

Будет произведен анализ эффективности комплексного применения мер помехозащиты (ПЗ) для повышения устойчивости функционирования средств связи по результатам сравнительной оценки помехоустойчивости рассматриваемых средств связи ТЗУ.

Достижение этой цели будет осуществлено выполнением ряда мероприятий, которые в полном объеме интегрированы в разработанные алгоритмы оценки эффективности комплексного применения существующих мер ПЗ для повышения устойчивости функционирования средств связи по результатам сравнительной оценки помехоустойчивости средств связи разных поколений, а также алгоритма оценки энергетической доступности средств связи ТЗУ с учетом применяемых мер ПЗ. Указанные алгоритмы разработаны в программе, позволяющей выполнять автоматизированное вычисление математических данных Mathcad. Графическая часть работы разработана в среде MS VISIO-2003.

Все аналитические выкладки и конечные результаты проведенного исследования (как тактического, так и технического характера) изложены в последующих разделах данной работы с соответствующими выводами.

2. Анализ состава и принципов организации военной системы связи, а также сил и средств РЭБ армий иностранных государств

2.1 Анализ назначения, состава, принципов построения и функционирования военной системы вязи ТЗУ

Военная система связи - часть системы управления войсками, представляющая собой совокупность согласованных по задачам, месту и времени действий средств связи, развертываемых по единому плану для решения задач обеспечения управления войсками.

Являясь динамичной системой, ВСС объективно доступна для радио- и радиотехнической разведки, подвержена воздействию радиопомех и вводу ложной информации, огневому воздействию противника на ее элементы, а в самой системе идут непрерывные количественные изменения из-за отказа и восстановления каналов, средств и комплексов связи.

Состав и структура ВСС определяется составом ЗУ, решаемыми задачами, условиями размещения боевых порядков на местности, системой ПУ, принятой СУВ.

Организационно ВСС любого ЗУ можно разделить на подсистемы связи:- общевойсковая;- специальных войск;- ракетных войск и артиллерии (РВиА);- ВВС и войск ПВО; - тыла;- и др.[4]

Функционально ВСС включает в себя следующие элементы: 1. Узлы связи пунктов управления (УС ПУ). 2. Опорная сеть связи (ОСС). 3. Линии прямой связи между пунктами управления и линии привязки узлов связи пунктов управления к опорной сети связи. 4. Сеть фельдъегерско-почтовой связи. 5. Система технического обеспечения связи и АСУ. 6. Резерв сил и средств связи. 7. Система управления связью.

Следует подчеркнуть, что в отдельных системах связи ряд элементов может отсутствовать вовсе, а некоторые элементы объединяться функционально. [4]

В работе будет детально рассмотрен такой элемент ВСС ТЗУ как линии прямой радиосвязи (далее ЛРС) между ПУ. В последующем, говоря о ВСС, будут подразумеваться, без особых на то оговорок, только конкретные ЛРС, тип, состав, структура и способ построения которых будут обусловлены, т.к. эти сведения являются первичными как при организации связи, так и при организации ее РП. Для упрощения расчетов примем, что в ТЗУ организуется 3 группы ЛРС по их функциональному предназначению, и далее ограничимся расчетами только для представленных групп:

1 группа - ЛРС, организуемые в интересах старшего начальника (-ов), старшего штаба(-ов) средствами каждого - ЛРС в интересах командования (вышестоящего штаба);

2 группа - ЛРС, организуемые в интересах подчиненных и приданных подразделений средствами самих подразделений и подразделений связи - ЛРС в интересах подчиненных;

3 группа - дополнительно создаваемые радиосети оперативного взаимодействия штаба подразделения с другими подразделениями боевого порядка соединения, других соединений родов войск и служб ТЗУ. Организуются силами и средствами каждого. ЛРС оперативного взаимодействия.

Приведенная классификация ЛРС по функциональному предназначению будет использована при оценке энергетической доступности ЛРС при ведении радиоподавления.

По типу передаваемой информации и типу модуляции можно ЛРС, организуемые в ТЗУ разделить на:

- аналоговые (при передаче семантической и несемантической информации);

- дискретные (без применения помехоустойчивого кодирования и с применением помехоустойчивого кодирования);

- широкополосные системы связи ШСС для передачи дискретных сообщений (без применения помехоустойчивого кодирования и с применением помехоустойчивого кодирования);

- ШСС для передачи непрерывных сообщений (с дискретной или аналоговой вторичной модуляцией).

Приведенная классификация ЛРС по типу модуляции и передаваемой информации будет использована при оценке помехоустойчивости ЛРС с учетом комплексного применения мер помехозащиты при ведении радиоподавления.

2.2 Анализ принципов построения и функционирования средств радиосвязи тактического звена управления, существенных с точки зрения радиоподавления

Широкое распространение в частях и подразделениях ТЗУ в различных видах боя для управления подразделениями получили средства радиосвязи малой мощности УКВ и КВ диапазонов, а также средства проводной связи малой канальной емкости. Для обеспечения радиосвязи в бою используются как штатные средства подразделений связи ТЗУ, так и радиостанции бронеобъектов.

Следует отметить, что в ТЗУ создана достаточно обширная номенклатура радиосредств, удовлетворяющая потребностям системы тактической радиосвязи.

В интересах выполнения работы примем несколько классификационных групп средств радиосвязи ТЗУ, не рассматривая конкретные образцы. Радиостанции всех групп имеют возможность встречной работы, что определяет наличие соответствующих одинаковых характеристик и режимов работы. Вследствие этого, задача сравнительной оценки функционирования средств связи разных классификационных групп в условиях радиопротиводействия противника несколько упрощается. Исходя из вышесказанного примем 2 группы радиосредств:

- существующие радиосредства состоящие на вооружении (радиостанции без применения комплексных мер ПЗ сигнального характера);

- перспективные радиосредства с комплексным применением мер ПЗ сигнального характера.

Для радиостанций первой группы характерны наличие простых аналоговых или дискретных видов модуляции, преимущественная ориентация для передачи телефонной и слуховой телеграфной информации, симплексные режимы работы, слабонаправленные антенны, слабая способность к передаче и ретрансляции данных, простые виды сигналов и т.д. Указанные особенности построения существующих радиосредств обуславливают их слабую разведзащищенность и живучесть, а отсутствие каких-либо мер ПЗ сигнального характера, вдобавок обуславливают их малую помехоустойчивость.

Для радиостанций второй группы основным отличительным признаком от радиостанции первой группы в соответствии с тематикой данной работы является наличие комплексного применения мер ПЗ сигнального характера.

Многочисленные исследования показывают, что традиционные меры ПЗ, применяемые в настоящее время на практике, имеют крайне низкую эффективность и не оправдывают себя при защите РЭС от РП противником. Поэтому рассмотрение таких мер не имеет практического интереса. Напротив, исследование показателей помехоустойчивости и энергетической доступности средств радиосвязи с комплексным применением мер ПЗ сигнального характера, представляет научный интерес.

2.3 Состав сил и средств разведки и РЭБ армий иностранных государств

Учитывая уровень технического оснащения, анализ сил и средств РЭБ будет проводиться для батальона разведки и РЭБ (Р и РЭБ) механизированной дивизии (мд) СВ.

Батальон разведки и РЭБ мд США имеет в своем составе[1,2]:

- наземные мобильные станции радиоразведки AN/TRQ-32 “Timmeit”, переносные станции радиоразведки AN/PRD-10, -11, -12, наземные мобильные станции РЭП AN/TLQ-17A ”Traffic Gam” - в роте сбора разведсведений и РЭП

- наземный мобильный автоматизированный комплекс радиоразведки AN/TSQ-114B «Treil Blaser» КВ и УКВ диапазонов, станции РЭП AN/MLQ-34 - в роте разведки и РЭБ

- переносные РЛС разведки наземных движущихся целей AN/PPS-5B системы "Rembass" - в ротах радиолокационной разведки, контрразведки и допроса военнопленных;

- комбинированная авиационная система радио и РТР «IEWCS» - входит в роту авиаразведки.

- авиационные комплексы РР и РП радиосвязи AN/ALQ-151 «Quick Fix-2», станции РТР и РЭП РЛС разведки поля боя, ПВО и ПА AN/ALQ-143 «Mult Use», роту БЛА воздушной видовой разведки средней дальности действия "Pioneer" - в придаваемом вертолетном взводе разведки и РЭБ армейской авиации.

Радиоподавление ведется наземными мобильными станциями помех на глубину до 15 (40) км в диапазоне частот 1,5 - 150 (20 - 300) МГц, а также воздушными средствами типа IEWCS, «Quick Fix-2» или «Mult Use» [1].

Схема построения боевых порядков батальона разведки и РЭБ при ведении РЭБ в наступательной операции показана на рис.2.1.

Рисунок 2.1 Боевые порядки батальона Р и РЭБ мд.

ТТХ комплексов, находящихся на вооружении батальона представлены в табл.2.1.

Анализ возможностей противника по радиоподавлению средств радиосвязи.

Анализ возможностей противника по РП линий радиосвязи в ТЗУ будет проводиться применительно к рассмотренным средствам разведки и РЭБ противника путем усреднения их основных тактико-технических характеристик, наиболее существенно влияющих на процесс РП.

Как видно из табл. 2.1 ТТХ средств РП батальона разведки и РЭБ позволяют говорить об их соответствии ТТХ средств связи ТЗУ. Это говорит о том, что данные комплексы проектировались исключительно для подавления существующих средств радиосвязи.

Таблица 2.1 ТТХ комплексов РиРЭБ батальона Р и РЭБ

Целесообразно разделить комплексы РЭБ по варианту базирования на наземные и воздушные, т.к. условия РП в значительной степени зависят от высоты подъема антенн станций помех. Поэтому энергетические расчеты возможности радиоподавления проведены для двух указанных случаев варианта базирования средств РЭБ.

Таким образом, в этом разделе дипломной работы обобщены исходные данные, содержащиеся в задании на дипломную работу. Рассмотрены существенные с точки зрения возможности радиоподавления характеристики средств связи ТЗУ и комплексов разведки и РЭБ. Проведена классификация ЛРС ТЗУ и РЭС связи, а также комплексов разведки и РЭБ батальона разведки и РЭБ механизированной дивизии СВ США в соответствии с указанными выше целями исследования, проводимого в настоящей работе.

3. Анализ эффективности комплексного применения мер помехозащиты для повышения устойчивости функционирования средств радиосвязи

Выбор показателей и критериев эффективности радиоподавления

Степень дезорганизации управления войсками напрямую зависит от эффективности действий подразделений разведки и РЭБ, с одной стороны, и от содержания принимаемых мер повышения помехоустойчивости системы радиосвязи, с другой [4].

Целесообразно выбрать из всего многообразия ПЭ ПУ только те, которые наиболее полно характеризуют в данных условиях возможности противника по РП

В ВСС (ЛРС) ПУ будет определяться допустимой величиной вероятности ошибки приема сообщения для различных каналов связи, которая, строго говоря, различна и зависит от многих факторов. Таким образом, требования по достоверности приема сигнала варьируют в следующих пределах, указанных в таблице 3.1 [4].

Таблица 3.1 Требования по достоверности

3.1 Описание алгоритма оценки помехоустойчивости средств связи, учитывающего возможности комплексного применения мер помехозащиты

Оценка помехоустойчивости средств связи с учетом возможности комплексного применения мер помехозащиты проводится в несколько этапов.

1. Определяется тип анализируемой ЛРС. Каждой ЛРС будут соответствовать собственные характеристики (в частности ансамбль показателей эффективности радиоподавления), существенно влияющие на процесс оценки помехоустойчивости. Ранее было отмечено, что рассмотрению подлежат ЛРС следующего типа:

- аналоговые (при передаче семантической и несемантической информации);

- дискретные (без применения помехоустойчивого кодирования и с применением помехоустойчивого кодирования);

- широкополосные системы связи ШСС для передачи дискретных сообщений (без применения помехоустойчивого кодирования и с применением помехоустойчивого кодирования);

- ШСС для передачи непрерывных сообщений (с дискретной или аналоговой вторичной модуляцией).

Следует отметить, что при оценке помехоустойчивости средств связи (ЛРС) не учитывается функциональное предназначение ЛРС, которое рассматривается при оценке энергетической доступности ЛРС.

2. Для рассматриваемого типа ЛРС выбирается из всего ансамбля показателей эффективности (ПЭ), ПЭ оптимально учитывающий условия РП, которому будет соответствовать коэффициент подавления Кп. В работе используются следующие ПЭ, характерные для соответствующих ЛРС:

аналоговые - разборчивость речи W;

дискретные - вероятность ошибки приема на бит информации Рош2;

ШСС дискретные - вероятность ошибки приема на бит информации Рош2;

ШСС непрерывные - разборчивость речи W.

Значение ПЭ для дискретных и аналоговых ЛРС взяты для случая гарантированного подавления ЛРС.

3. Определение по найденному значению отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника ЛРС Квх величины принятого ПЭ согласно алгоритма оценки энергетической доступности ЛРС, приведенному на рис.4.2:

а) определение зависимости Квых от Квх;

б) определение зависимости ПЭ от Квых, т.е. ПЭ от Квх;

4. Сравнение полученного значения ПЭ РП с требуемым значением ПЭтреб. для данной ЛРС (или сравнение Квх с Кп).

5. Указанная последовательность действий (1 - 4) проводится для каждой анализируемой ЛРС. По полученным в результате проведенных расчетов значениям Кп или ПЭтреб ЛРС делается сравнительная оценка эффективности РП (т.е. сравнение числовых значения Кп каждой из анализируемых ЛРС), а также вывод об эффективности применения тех или иных мер помехозащиты (для ЛРС, в которых такие меры предусматриваются). Чем оценочный показатель Кп будет выше, тем более помехоустойчивой будет рассматриваемая ЛРС.

Как видно, сравнительная оценка эффективности комплексного применения мер ПЗ сводится к сравнению коэффициентов подавления Кп (при ПЭтреб) разных ЛРС.

Однако для более полной оценки эффективности применяемых мер ПЗ на конкретной ЛРС необходимо рассчитанный коэффициент подавления Кп сравнить с полученными Квх в результате энергетических расчетов. Результатом такого сравнения будет служить вывод о выполнимости энергетического условия радиоподавления в данных условиях для конкретно рассмотренной ЛРС.

Рисунок 3.9 Алгоритм оценки ПУ средств связи

На основании действий, проводимых в соответствии с вышеуказанным алгоритмом оценки помехоустойчивости средств связи с учетом возможности комплексного применения мер помехозащиты, осуществляется сравнительная оценка эффективности применения тех или иных мер ПЗ, а полученные значения ПЭ РП используются при оценке энергетической доступности ЛРС, разделенных в этом случае по своему функциональному предназначению.

Таким образом, при оценке ПУ и энергетической доступности ЛРС одинаково важна классификация ЛРС как по типу обмена информацией, так и по функциональному предназначению.

Блок-схема алгоритма оценки помехоустойчивости средств связи с учетом раздельного и комплексного применения мер ПЗ приведена на рис.3.9.

3.2 Информационные показатели и критерии эффективности радиоподавления дискретных каналов связи

Из всего разнообразия возможных ПЭ РП для дискретных каналов связи, приводимых в специальной литературе, чаще всего предпочтение отдается в качестве ИПЭ вероятность искажения элементов (битов) сигнала Р и вероятность искажения кодовых комбинаций Ркк.

Критерием эффективности для каналов данного типа будет следующее неравенство: Р0<Р0max [2,3]. Примем в качестве порогового значения Р0мах (Р0мах=0.1) - как наихудший вариант с точки зрения обеспечения связи, при котором ЛРС будет гарантированно подавлена.

Условимся, что способ передачи (т.е. способ кодирования и модуляции) априорно задан, и нужно определить, какую помехоустойчивость обеспечивают различные способы приема.

На основании полученных выражений с учетом введенных допущений в [4,5] рассмотрим частные случаи, соответствующие различным типам манипуляции сигналов и типам каналов связи. Поскольку точное описание реального канала связи - это весьма сложная многопараметрическая задача, то в теории связи и РЭБ пользуются их упрощенными моделями. Такие модели устанавливают основные закономерности передачи сигналов по реальному каналу связи. В дальнейшем будут рассматриваться модели каналов связи, наиболее простые с математической точки зрения, но в тоже время в достаточной мере описывающие все необходимые характеристики радиосвязи:

1. Амплитудная манипуляция (АТ).

При когерентном детектировании и интегрировании сигнала и помехи обеспечивается реализация потенциальной помехоустойчивости.

, (3.1)

где S0вх - отношение сигнал-помеха на входе подавляемого приемника ЛРС, Ф(х) - интеграл вероятности. Это выражение характерно для канала связи с БГШ.

(3.2)

- для Гауссовского канала со случайной начальной фазой ( при ). Что характерно и для Гауссовского канала со случайной начальной фазой и амплитудой.

2. Частотная манипуляция (ЧТ).

Вероятность ошибки в системе ЧТ при одинаковых априорных вероятностях передаваемых сигналов будет [6]:

(3.3)

- для Гауссовского канала со случайной начальной фазой. Таким же будет выражение и при Гауссовском канале связи со случайной начальной фазой и амплитудой.

3. Фазовая манипуляция (ФТ).

В соответствии с [6] вероятность ошибочного приема в системе ФТ будет иметь следующее значение:

(3.4)

Для системы двухканальной ФТ (ДФТ) выражение (*) примет вид:

(3.5)

Из чего следует, что переход от ФТ к ДФТ эквивалентен в отношении помехоустойчивости двукратному проигрышу по мощности.

Заметим, что при достаточно больших аргументах интеграл вероятности Ф(х) допускает приблизительную замену:

.

где аргумент

Относительная фазовая манипуляция (ОФТ).

Не приводя строгих математических вычислений, примем расчетные соотношения, приведенные в [5,6].

Выражение для вероятности ошибки приема:

(3.6)

- для Гауссовского канала со случайной начальной фазой. Это же выражение подходит и для Гауссовского канала со случайной начальной фазой и амплитудой.

Значения Кп для дискретных СС при Р0=0.1 приведены в табл. 3.2. На рисунке 3.1 приведены зависимости Р0 от Квх для разных видов манипуляции (АТ, ЧТ, ФТ).

Таблица 3.2 Значения Кп для дискретных СС при Р0=0.1.

Рисунок 3.1 Зависимости Р0 от Квх для различных видов манипуляции

3.3 Информационные показатели и критерии эффективности радиоподавления непрерывных (аналоговых) каналов связи

Для каналов передачи речевых сообщений такие ПЭ РП е2 , g* , а также Не(о) и соответствующие им критерии эффективности для непрерывных каналов связи с несемантической информацией хотя и могут служить объективной оценкой качества речевого радиоканала, но не будут в полной мере отражать цель РП - снижение качества передачи информации (в данном случае речевых сообщений) ниже требуемого порогового уровня. Поэтому, при регистрации аналоговой семантической информации оператором, основным ПЭ РП является разборчивость принимаемого речевого сообщения:

G - общее количество переданных элементов речи принятых для анализа.

Учитывая специфику предназначения военных каналов связи в дальнейшем для их сравнительной характеристики с точки зрения их РП будем рассматривать только словесную разборчивость.

1. Амплитудная модуляция (АМ) и система двух боковых полос (ДБП).

Для приемника АМ сигналов может быть записано[1,2]:

Квых=0.5Квх(1+0.5Квх)(1+Пс2/Мс2). (3.7)

где Квх,, Квых - отношение помеха-сигнал на входе (выходе) подавляемого приемника; Пс, Мс - параметры модуляции: пик-фактор и глубина модуляции соответственно.

Доказано, что сигналы АМ обладают низкой помехозащищенностью.

Однополосная модуляция (ОМ или ОБП).

Для ОМ приемника в условиях шумовой помехи

Квых=Рпвых/Рсвых=Квх=Рпвх/Рсвх. (3.8)

Значение Квх при ОМ значительно превосходит требуемое значение Квх для АМ и ЧМ сигнала, что подтверждает высокую помехозащищенность ОМ приема.

Фазовая модуляция (ФМ).

При рассмотрение ФМ ограничимся формулами для определения выигрыша и обобщенного выигрыша в ОСП системы модуляции.

В [5,6] приводятся соотношения, характерные для интересующих нас ИПЭ РП аналоговых каналов.

Частотная модуляция (ЧМ).

В результате исследований получены следующие зависимости отношений Квых и Квх:

Выражение (3.8) не может быть использовано для значений 0.5<Квх<2, что обусловлено известным эффектом, свойственным аналитическому анализу частотной модуляции.

Для слабой интенсивности помех (Квх<0.5) ЧМ выигрывает перед АМ по помехозащищенности. Но при возрастании уровня помех (Квх>2) имеет место уже проигрыш ЧМ.

Расчеты показывают, что реальный приемник ЧМ обеспечивает потенциальную помехоустойчивость.

По результатам расчетов построены зависимости Квых от Квх на рис.3.2 для разных видов аналоговых модуляций.

Рисунок 3.2 Зависимость Квых от Квх для разных систем аналоговой модуляции.

По результатам многочисленных экспериментальных исследований [2,3] получены зависимости слоговой разборчивости W от Квых. Там же приводятся данные, что для обеспечения срыва связи необходимо достижение W<0.6, т.е. Квых>3.5 для русской речи. Значения Кп для рассмотренных систем модуляции приведены в таблице 3.2. при прицельной по частоте помехе с неравномерным спектром [2].

Таблица 3.3 Значения Кп для аналоговых СС.

Как уже указывалось все рассмотренные системы модуляции обеспечивают высокую помехоустойчивость при условии, что ОСП на входе приемника Sвх больше некоторого порогового значения Sвх.пор. Наибольшими показателями ПУ обладает ОМ.

3.4 Информационные показатели и критерии эффективности РП ШСС с ШПС

Системы связи с ШПС (ШCС) занимают особое место среди различных СС военного назначения что объясняется их свойствами. Общепринятой терминологии ШПС пока не существует.

ШПС могут применяться одинаково эффективно для передачи непрерывных (телефония) и дискретных (телеграфия, передача данных) сообщений в качестве основной меры повышения помехозащищенности ЛРС сигнального характера.

Помехоустойчивость военных ШСС определяется широко известным соотношением:

(3.10)

или иначе

S20вх=S2вых/2=BS2вх (3.11)

ОСП на выходе S2вых - определяет рабочие характеристики приема ШПС, а ОСП на входе приемника S2вх - энергетику сигнала и помехи, S20вх - ОСП на выходе коррелятора.

В дальнейшем разделим ШСС на ШСС с применением помехоустойчивого кодирования и без применения такового.

1. М-ичные (ШПС) каналы связи без применения кодирования.

В источнике [7] указывается, что при приеме ортогональных сигналов в m-ичных СС без кодирования вероятность ошибки определяется строгими соотношениями:

при когерентном приеме m ортогональных сигналов:

(3.12)

при некогерентном приеме m ортогональных сигналов

(3.13)

где I0 (х) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка. Следует отметить, что при больших m различие между когерентным и некогерентным приемом незначительно, - ОСП, приходящееся на один m-ичный (двоичный) сигнал, m= 2к - объем алфавита, т.е. m-ичный символ эквивалентен кодовой последовательности из k двоичных символов.

Однако формулы (3.11-3.12) не имеют достаточной точности при расчетах ПУ в условиях воздействия помех, поэтому на практике используют формулу (3.13), характерную для случая воздействия преднамеренных помех.

Иначе вероятность ошибки в общем случае определяется выражением:

(3.14)

где - отношение сигнал-помеха на выходе коррелятора ШПС-приемника; с2 - отношение помеха-сигнал на входе приемника

;

B - база сигнала, определяемая соотношением (2) для фазоманипулированных сигналов (ФМн) [7]:

(3.15)

где Дf - ширина полосы ШПС; T- его длительность, т.е. база ФМн равна числу импульсов в сигнале,N - число импульсов в сигнале, ф0 - длительность единичного импульса.

Для ШПС (ДСЧ-ФМн) база сигнала определяется выражением (3):

(3.16)

где

- число импульсов полного ФМн-сигнала, М - число импульсов в ДЧ - сигнале,

- число импульсов ФМн-сигнала в одном частотном элементе ДСЧ-ФМн-сигнала.

Подставляя значения базы сигнала применительно к конкретной ЛРС можно рассчитать вероятность ошибки приема ШПС. По приведенному соотношению (3.13), характерному для условий воздействия преднамеренных помех, построены графики зависимостей вероятности ошибки приема ШПС, приведенные на рис. 3.4 [7,8].

Рисунок 3.4 Зависимости вероятности ошибки на бит информации Рош2 от отношения помеха-сигнал на входе подавляемого приемника при использовании ШПС без помехоустойчивого кодирования

Значения коэффициента подавления Кп для ШПС без кодирования при Рош2=0.1 представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 Значения Кп для ШСС без применения кодирования

С увеличением объема алфавита m помехоустойчивость m-ичной СС растет, т.к. при Sвх=const вероятность ошибки уменьшается. Поскольку m-ичные системы обеспечивают большую помехоустойчивость при Sвх=const, то они дают возможность передавать информацию с заданной помехоустойчивостью (Рош=const) и при меньшем значении ОСП Sвх. Таким образом, m-ичные системы обеспечивают выигрыш в ОСП по сравнению с бинарными дискретными СС [6].

2. М-ичные (ШПС) каналы для передачи дискретных сообщений с применением кодирования.

Как было отмечено выше, помехоустойчивость ЛРС, в том числе и ШСС, определяется ОСП на выходе демодулятора (или коррелятора), т.е. выражениями (3.9-3.10).

Выбором базы ШПС можно получить значение S20вх при котором достигается заданная помехоустойчивость. Это особенно важно, когда вследствие воздействия преднамеренных помех противника S2вх мало, т.е. . Применение корректирующего кодирования позволяет повысить помехоустойчивость ШСС, поэтому используя корректирующие коды, можно обеспечить заданную помехоустойчивость при меньших ОСП по сравнению с ШСС без кодирования, не говоря уже об обычных СС.

В настоящее время известно большое число различных кодов. Одними из наиболее перспективных с точки зрения практического использования являются блоковые коды, к которым относятся коды Рида - Соломона (РС) . При одинаковых длине кода n, числе информационных символов k и максимальном числе исправляемых ошибок r эти коды обладают максимальными скоростями передачи информации С по сравнению с другими.

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

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

(3.17)

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

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

(3.18)

где R - скорость передачи информации ШПС, равная

, (3.19)

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

В итоге, получим

(3.20)

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

(3.21)

где k=1.

Вероятность ошибки декодирования:

(3.22)

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

;

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

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

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

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

*) В знаменателе приведены значения базы сигнала

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

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

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

По соотношениям, приведенным в [7], несложно получить зависимости вероятности ошиб ...........