Лекции по Широкополосным сигналам и системам   

4. Преимущества систем с широкополосной передачей

4.2. Низкая вероятность обнаружения

            При радиоэлектронном противодействии эффективная помеха может быть организована только после обнаружения присутствия противостоящей системы в эфире и оценки таких ее параметров как несущая частота и ширина спектра. Поэтому широко распространен сценарий конфронтации двух систем, при котором первая (назовем ее защищаемой) старается действовать по возможности скрытно и предотвратить обнаружение своего сигнала, тогда как вторая (перехватчик) находится в постоянной готовности, предпринимая все меры для обнаружения активной работы первой. Принимая сторону защищаемой системы, исследуем возможности широкополосной передачи в плане обеспечения скрытности и низкой вероятности обнаружения присутствия сигнала в эфире.

            Предположим, что защищаемая система использует сигнал с некоторым замысловатым законом модуляции, детали которого неизвестны перехватчику, не давая последнему шанса применить согласованный фильтр или коррелятор для обнаружения сигнала. При этом естественно полагать, что у перехватчика нет иного выбора, как считать перехватываемый сигнал случайным и пытаться обнаруживать его только по признаку появления или отсутствия некоторого избытка энергии в сканируемом участке частотного диапазона.         Таким образом, энергетический приемник (радиометр), являющийся оптимальным при обнаружении ограниченного по полосе шумового сигнала на фоне АБГШ, принимается в качестве рабочего инструмента перехватчика. На нижеприведенном рисунке показана структура энергетического приемника.

Полосовой фильтр с полосой , пропускающей весь спектр сигнала или только его часть, фильтрует наблюдение с целью устранения внеполосного шума. Квадратичный амплитудный детектор осуществляет оценку мгновенной мощности, которая в дальнейшем интегрируется для выработки оценки энергии  в пределах интервала наблюдения . Полученная оценка энергии сравнивается затем с порогом , и при выполнении неравенства  принимается решение о наличии в наблюдении сигнала наряду с естественным шумом, тогда как непревышение порога трактуется как признак отсутствия сигнала. Качество работы приемника перехватчика будет главным образом зависеть от показателей энергетического приемника, настроенного на истинную частотно-временную зону перехватываемого сигнала. Это позволяет идеализировать априорную осведомленность перехватчика и предполагать, что ему известно, где в плоскости время-частота концентрируется энергия обнаруживаемого сигнала. Поскольку наблюдение вне длительности сигнала не содержит информации о его присутствии, можно положить .

         

   На рисунке справа представлена прямоугольная аппроксимация спектра сигнала вместе с равномерной спектральной плотностью мощности естественного АБГШ (a) и амплитудно-частотной характеристикой полосового фильтра радиометра (b). С точки зрения перехватчика указанием на присутствие сигнала служит избыточная (сигнальная) спектральная плотность мощности , добавляемая сигналом к спектральной плотности мощности теплового шума .

            Поскольку выходное напряжение  квадратичного детектора равняется мгновенной входной мощности, то отношение сигнал-шум по напряжению на его выходе определится как

,

где  и  – соответственно мощность сигнала и шума на выходе полосового фильтра.

            Для сглаживания случайных флюктуаций постоянной составляющей напряжения на выходе детектора на интервале наблюдения  производится накопление  статистически независимых отсчетов, так что результирующее отношение сигнал-шум на входе компаратора составит величину

.

            Очевидно, что перехватчик, заинтересованный в максимизации характеристики приемника, должен выбрать ширину полосы пропускания ПФ максимально возможной, т.е. равной полосе сигнала: , обеспечивая наибольшее отношение сигнал-шум

,

где , как и ранее, отношение сигнал-шум на выходе согласованного фильтра приемника защищаемой системы.

            Очевидно, что  должно быть достаточно большим, поскольку в противном случае защищаемая система не сможет нормально функционировать. Ясно также, что у защищаемой системы имеется единственная возможность снизить риск обнаружения своего сигнала потенциальным перехватчиком: использовать широкополосный сигнал с максимально возможным частотно-временным произведением , обеспечивая . Возвращение к ранее приведенному рисунку позволяет физически обосновать подобное заключение. Расширение спектра сигнала при постоянстве энергии и длительности снижает его спектральную плотность мощности , маскируя ее под спектром естественного теплового шума, так что

.

            В заключении еще раз подчеркнем, что действенным (фактически единственным) путем достижения высокой скрытности является использование широкополосной технологии.

            Пример 4.2.1. Для надежной передачи цифровых данных вполне адекватным является отношение сигнал-шум  (14 дБ). При использовании широкополосных сигналов с  отношение сигнал-шум для приемника перехватчика оказывается  (–8 дБ), что совершенно недостаточно для надежного обнаружения сигнала защищаемой системы. Не составляет труда убедиться, что если перехватчик готов мириться с вероятностью ложной тревоги , то вероятность правильного обнаружения составит , т.е. окажется чрезвычайно малой и не представляющей серьезной угрозы скрытности защищаемой системы.

            Завершая параграф, отметим, что выгоды, связанные со скрытностью распределенного спектра, в наши дни широко эксплуатируются не только военными потребителями и спецслужбами. То обстоятельство, что широкополосный сигнал практически незаметен для оборудования систем радиоконтроля, серьезным образом влияет на лицензионную политику. В частности, рынок коммерческих систем, имеющих право выхода в эфир без получения лицензии, постоянно расширяется, и во многих регионах выделены специальные частотные диапазоны для подобного безлицензионного использования.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.