ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ К ИМИТАЦИОННЫМ ПОМЕХАМ

Полный текст

Системы радиосвязи подвержены негативному воздействию со стороны различного типа помех, в то же время существуют способы обнаружения каналов связи и методы несанкционированного доступа для добывания информации или навязывания имитационных помех с целью их радиоподавления. В связи с этим актуальной является проблема организации безопасной связи, обеспечивающей конфиденциальность и имитостойкость. Задачи обеспечения конфиденциальности решаются применением современных способов криптографии. В настоящее время активно развивается направление обеспечения имитостойкости радиоканалов. Возможности воздействия имитопомех (имитонапа-дения) значительно расширились. Процесс воздействия значительно изменился на канальном, сервисном и аппаратном уровнях. В статье [1] приводится следующее определение имитационной помехи и имитационной стойкости: «Согласно принятому определению, под имитационной помехой понимают активное воздействие радиоэлектронных средств, регистрируемое средством радиосвязи как полезный сигнал. Более полно сущность и возможности имитационных помех раскрыты в определении имитостойкости, под которой понимают способность системы связи противостоять вводу ложной информации, несанкционированному доступу к передаваемой или принимаемой информации и навязыванию ложных режимов средствам связи». Исходя из этого определения, выделяют два типа имитационных помех для воздействия на автоматизированный радиоканал: - первый тип - имитопомехи, воздействующие на радиоканалы дежурного приема; - второй тип - имитопомехи, воздействующие в момент передачи сообщения (во время сеанса связи). Возможность применения имитопомех того или иного типа определяется длительностью передачи сигнала и инерционностью систем радионаблюдения (РН) и радиоэлектронного воздействия (РЭВ). В связи с этим выделяют понятие «имитационная стойкость системы связи». Система является стойкой к воздействию имитационных помех, если задача подбора имитационной помехи требует больше времени, чем продолжительность передачи сигнала в канале связи. Проблема имитостойкости радиоканалов частично решается применением методов (средств) повышения скрытности работы СРС, направленных на затруднение обнаружения радиосигналов подсистемой радио 81 Вестник СибГАУ. № 4(50). 2013 разведки и, следовательно, на затруднение создания помех [2]. Одним из таких методов является применение в системах радиосвязи широкополосных сигналов. Широкополосными (сложными, шумоподобными) сигналами (ШПС) являются такие сигналы, у которых произведение ширины спектра F на длительность T много больше единицы. Это произведение называется базой сигнала B. Для ШПС B = F х T >> 1. (1) В системах связи с ШПС ширина спектра излучаемого сигнала F всегда много больше ширины спектра информационного сообщения. Одними из основных преимуществ, за счет которых ШПС получили применение в широкополосных системах связи (ШПСС), являются: - обеспечение высокой помехоустойчивости связи; - создание системы связи с повышенной скрытностью; - обеспечение электромагнитной совместимости ШПСС с узкополосными системами радиосвязи и радиовещания, системами телевизионного вещания. В случае формирования сигналов в системах связи при помощи вейвлет-модуляции и применения псевдослучайных последовательностей задача формирования имитационной помехи сводится к двум подзадачам: 1) обнаружение передаваемого сигнала; 2) формирование имитационной помехи с использованием информации, полученной при обнаружении передаваемого сигнала. В рамках данной статьи произведена оценка устойчивости следующих сигналов к имитационным помехам: - узкополосный, фазомодулированный сигнал; - широкополосный фазомодулированный сигнал; - широкополосный вейвлет-модулированный сигнал с фиксированными значениями формирующих параметров Fb, Fe, Алгоритмы формирования сигналов, приведенных выше, отображены на рис. 1-3. На рис. 1 представлен алгоритм формирования узкополосного фазомодулированного сигнала. Информационный сигнал поступает на вход модулятора, где умножается на сигнал с несущей частотой и передается абонентам. Информационная последовательность Излучаемый сигнал Генератор несущей Sin(i»t + Θ) Рис. 1. Формирование узкополосного фазомодулированного сигнала. Рис. 3. Формирование вейвлет-модулированного широкополосного сигнала с фиксированными значениями параметров модулирующей функции 82 Математика, механика, информатика На рис. 2 представлен алгоритм формирования широкополосного фазомодулированного сигнала. Информационный сигнал расширяется при помощи псевдослучайной последовательности (ПСП). После чего сигнал поступает на вход модулятора, где умножается на сигнал с несущей частотой и передается абонентам. На рис. 3 представлен алгоритм формирования вейвлет-модулированного широкополосного сигнала (W ШПС) с фиксированными значениями вейвлет-функции (Fb, Fe). Информационный сигнал расширяется при помощи псевдослучайной последовательности. После чего сигнал поступает на вход модулятора. При модуляции, полученной ПСП, каждый бит модулируется вейвлетом с фиксированным значением формирующих параметров. Затем сигнал, модулированный вейвлетом, умножается на сигнал с несущей частотой и передается абонентам. Для сигналов, сформированных каждым приведенным алгоритмом, посчитана вероятность навязывания и безопасное время. Расчет был произведен согласно методике, отображенной в статье [3]. Для вычислений были определены следующие параметры: 1) Мпсп - количество ПСП (в зависимости от длины); 2) Кв - количество вейвлетов; 3) m, n = 50 - число параметров Fb и Fe, используемых для формирования вейвлета. Полученные результаты отображены в табл. 1, 2. Для вычисления безопасного времени работы использовалась формула T = — опр R (3) опр > (2) где T6 - математическое ожидание времени статистического опробования всевозможных вариантов навязывания противником сигнала с использованием всего пространства {Z} сложных сигналов; T - время передачи имитационного сигнала. где R - скорость имитационного воздействия противника. Очевидно, что на скорость имитационного воздействия противника влияет множество параметров. Среди них: - инерционность систем РН и РЭВ; - время, затрачиваемое на обнаружение сигнала; - время, затрачиваемое на передачу сигнала. В данной статье для расчета безопасного времени во внимание принималось лишь время, затрачиваемое на передачу сигнала. Это позволило абстрагироваться от влияния параметров систем РН и РЭВ и сосредоточиться только на влиянии алгоритмов формирования сигналов на их способность противостоять имитационным помехам. Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод о том, что наибольшей имитостойкостью, а значит, наилучшей способностью противостоять имитационным помехам обладает вейвлет-модулированный широкополосный сигнал с фиксированными значениями параметров модулирующей функции. Например, применение данного алгоритма формирования сигнала позволяет увеличить безопасное время передачи информационной последовательности на 4,69 с для длинны ПСП 32 бита. Тогда как широкополосный фазомодулированный сигнал увеличивает безопасное время передачи всего лишь на 3,1E-4 с для аналогичной длины ПСП. А узкополосный фазомодулированный сигнал никак не влияет на изменение безопасного времени передачи, так как вероятность его навязывания 100 %. Стоит отметить, что исходные данные носят приблизительный характер, и для их уточнения следует провести более детальные исследования. Например, по результатам исследований для формирования широкополосных сигналов наиболее предпочтительным является вейвлет Шеннона, следовательно, можно сократить априорное значение до 1. То же самое касается и других параметров. Вероятность навязывания сигнала Таблица 1 Алгоритм формирования Вероятность навязывания Узкополосный фазомодулированный сигнал 1 широкополосный фазомодулированный сигнал 1,6E-1 W ШПС с фиксированными значениями параметров модулирующей функции 1, 1E-5 Таблица 2 Безопасное время работы Алгоритм формирования Длина ПСП 32 64 128 256 512 1024 Узкополосный фазомодулированный сигнал - - - - - - Широкополосный фазомодулированный сигнал 3,1 E-4 6,3E-4 1,3E-3 2,5E-3 5E-3 1E-2 W ШПС с фиксированными значениями параметров модулирующей функции 4,69 9,53 1,92E+1 3,86E+1 7,73E+1 1,55E+2 83 Вестник СибГАУ. № 4(50). 2013 Для определения влияния инерционности систем РН и РЭВ, времени, затрачиваемого на обнаружение сигнала, вероятности правильного априорного определения параметров формирующих функций необходимо более детальное исследование.

Об авторах

Алексей Владимирович Черноусов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева; ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Email: chernousovalexey@gmail.com
аспирант кафедры электронной техники и телекоммуникаций; инженер Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Александр Витальевич Кузовников

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева; ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Email: ujub@list.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры электронной техники и телекоммуникаций; начальник управления Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Виктор Григорьевич Сомов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: somov56@bk.ru
доктор технических наук, профессор кафедры электронной техники и телекоммуникаций Российская Федерация, 660014, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Список литературы

Дополнительные файлы