Радиоэлектронная разведка

Для маскировки от средств радиолокационной разведки объектам разведки придают специальные малоотражающие формы, а также используют конструкционные материалы и покрытия с хорошими поглощающими свойствами. Отражающая способность этих материалов и покрытий должна быть очень низкой, в отличие от материалов экранов. Одним из способов радиомаскировки является управление отражением радиоволн.

Форма тел с малой ЭПР:

Теоретически и практически установлено, что резкое уменьшение эффективной площади рассеивания характерно для тел с малыми радиусами кривизны и без резких изломов поверхности. Чем лучше аэродинамическая форма объекта, тем меньше его ЭПР. Однако у ряда объектов, несмотря на их хорошую аэродинамическую форму, ЭПР все же остается довольно высокой.

Радиопоглощающие покрытия:

Дальнейшее снижение ЭПР достигается применением радиолокационных покрытий. По принципу взаимодействия с электромагнитной волной поглощающие материалы противорадиолокационных покрытий разделяют на градиентные и интерференционные.

Поверхностное волновое сопротивление градиентного покрытия равно волновому сопротивлению свободного пространства: маскируемые от РЛР объекты всегда располагаются в дальней зоне излучения. Для покрытий подбираются или создаются такие материалы, диэлектрическая и магнитная проницаемость которых близка к единице. Поглощение энергии плоской волны улучшается с ростом проводимости и магнитной проницаемости. Поэтому в поглощающих материалах используют наполнители из графитового порошка и (или) из порошков феррита, карбонильного железа, частицы которых изолированы друг от друга изоляционным материалом. Однослойные покрытия, выполненные из таких материалов, эффективны для волн метрового и дециметрового диапазонов. Для поглощения волн сантиметрового диапазона применяют, созданные на основе материалов с такими наполнителями, многослойные покрытия, например из пенополистирола, с изменяющейся концентрацией поглотителя (отсюда термин «градиентные»). Здания и сооружения создают из материалов на основе бетонов с примесью графита. Материалы делаются пористыми и зернистыми с градиентом размера зерен, направленным наружу. Чтобы увеличить площадь соприкосновения покрытия с падающей волной, изготавливают покрытия с так называемыми «геометрическими неоднородностями». Для таких покрытий характерны периодически повторяющиеся неровности в виде пирамид или конусов. Используются покрытия, которые поглощают до 99% энергии падающей электромагнитной волны. В интерференционных радиопоглощающих покрытиях чередуются диэлектрические и проводящие пленки, способные хорошо отражать электромагнитные колебания. Свойства пленок подбираются так, чтобы в результате интерференции падающих и отраженных волн происходило их взаимное ослабление. Падающая волна многократно отражается от границы раздела двух сред «покрытие-объект» и частично поглощается в веществе покрытия (в состав интерференционных покрытий также входят ферромагнетики с примесями сажи в качестве поглотителя). Интерференционные покрытия являются не столь громоздкими как градиентные. Однако по своему принципу действия эффективны в узком диапазоне частот, что ограничивает их практическое применение. Характерная особенность интерференционных покрытий состоит в том, что коэффициент отражения существенно зависит от угла падения волны.

В связи с улучшением аэродинамической формы современных летательных аппаратов оказалось возможным наносить покрытие лишь на те части объекта («блестящие точки»), которые дают максимум отражения. На самолете это стыки и резкие переходы (действующие как уголковые отражатели), воздухозаборники и другие отверстия, значительные по площади участки поверхности малой кривизны, острые кромки. Для наземных объектов требования к снижению их ЭПР менее жесткие, так как целью снижения ЭПР в этом случае является маскировка важных объектов под фон окружающей среды.

Управление параметрами вторичного (рассеянного) поля:

Задачей такого управления является изменение свойств цели, как переизлучающего источника, в такой степени, чтобы в нужном направлении получить минимум переизлученной энергии. Один из способов управления сводится к подключению комплексной нагрузки к отражающему объекту. Этот способ имеет некоторое сходство со способом уменьшения ЭПР с помощью противорадиолокационных покрытий. Принципиальное его отличие заключается в том, что для изменения отражающих свойств цели используется подключение комплексной нагрузки к локальной области, размеры которой значительно меньше размеров всего отражающего объекта. Нагружаемая область в частном случае может представлять собой щель с сосредоточенной или распределенной комплексной нагрузкой. Изменение параметров комплексной нагрузки может достигаться подключением сосредоточенных или распределенных реактивностей, реализуемых в виде различных полостей (например, кольцевых щелей). Практическое управление характеристикой переизлучения самолета может быть достигнуто с помощью колебательного контура, создаваемого металлическими полосами, наклеенными или напыленными на обшивку. Поверхность самолета сначала покрывается изоляционным материалом, а потом на нее наносятся металлические полосы. Ориентируются и соединяются эти полосы различным образом, с тем, чтобы получить воздушный конденсатор, емкость которого мало зависит от поляризации падающей волны.

Пассивные радиопомехи:

Для создания пассивных помех используются переизлучатели типа дипольных отражателей, применяемые в массовых количествах. Как правило дипольные отражатели образуют облако, которое, однако, не меняет электрических свойств среды, поскольку расстояние между диполями в облаке существенно больше длины волны. В таких условиях действие пассивных помех сводится к образованию маскирующего фона и в этом смысле они аналогичны шумовым помехам.

Основу дипольного отражателя (диполя) с наносимым на нее проводящим слоем составляет бумага, стекловолокно или капрон. Возможно также изготовление диполей из металлической фольги. Длина диполей и их толщина выбираются так, чтобы обеспечивалось эффективное рассеивание радиоволн в широком диапазоне частот. Обычно длина диполя равна половине длины волны подавляемой РЛС. Вместе с тем применяют диполи с длиной существенно превышающей длину волны РЛС. Дипольные отражатели обычно комплектуются в пачки. Облако, получающееся после раскрытия сбрасываемой, например, с самолета пачки, создает отраженный сигнал, наблюдаемый на экране индикатора кругового обзора в виде яркого пятна. Если сбросить достаточно большое количество пачек, то на индикаторе образуются полосы значительной протяженности. Для создания пассивных помех со стороны земной поверхности также используются элементарные цели с большой ЭОП и широкой диаграммой обратного рассеяния. Диаграммой обратного рассеяния называют зависимость ЭОП от направления на облучающую РЛС у которой передатчик и приемник совмещены. Изготавливаться элементарные цели могут в форме полуволновых вибраторов, уголковых отражателей, металлических шаров, пластин, конусов и т.п. Наиболее полно предъявляемым к искусственным целям требованиям отвечают уголковые и линзовые отражатели. Уголковые отражатели имеют наибольшее значение ЭОП при относительно малых размерах и малую зависимость ЭОП от направления облучения. Эти свойства определяются ходом лучей в уголке, отражаются почти строго в обратном направлении при изменении угла падения в широких пределах.

Рисунок 7. Уголковые отражатели: а-с треугольными, б-с квадратными гранями

Отражатель с треугольными гранями дает в 9 раз меньшее значение ЭОП при равных условиях по сравнению с уголком, имеющим квадратные грани. Однако он обладает почти вдвое более широкой диаграммой обратного рассеяния. Кроме того указанные свойства уголков реализуются при соблюдении точной перпендикулярности граней, что легче обеспечивается в уголке с треугольными краями, имеющем более жесткую конструкцию. Все это определяет преимущественное применение именно этого типа уголков. Один уголоковый отражатель переизлучает энергию в пределах только одного квадранта. Объединяя уголки в октеты, можно получить искуственную цель, переизлучающую энергию в любых направлениях

Широко применяются также линзовые отражатели, имеющие большое значение ЭОП и широкую диаграмму обратного рассеяния.

Рисунок 8. Линзовый отражатель

Линза представляет собой сплошной шар, выполненный из диэлектрического материала с проницаемостью, увеличивающейся к центру шара. Закон изменения диэлектрической проницаемости выбирается таким, чтобы обеспечивалясь фокусировка пучка падающих параллельных лучей в точке, которая находится на поверхности, противоположной стороне входа лучей. На этой поверхности располагается экран, отражающий падающий луч в строго обратном направлении. Размер экрана влияет на ширину диаграммы обратного рассеяния: с увеличением угла, охватываемого экраном, растет и ширина диаграммы, однако этот рост замедляется при увеличении угла свыше 90?.

2.1.2 Активная радиомаскировка

2.1.2.1 Помехи

Достаточные показатели незаметности РЭС не обеспечиваются и выбором географического расположения объекта: в любом случае маскируемые средства доступны разведке из космоса, а зачастую и разведке при помощи портативных технических средств. В таких случаях, как альтернатива пассивным видам маскировки, и как возможное их дополнение, применяется активная радиотехническая маскировка (АРТМ).

Термин АРТМ, как он понимается в настоящее время, означает противодействие радио- и радиотехническим разведкам путем создания специальных полей помех, затрудняющих несанкционированный прием сигнала средством радиотехнической разведки и выделение сообщений средством радиоразведки. Определение не полно без существенно важного ограничения: помехи при активной радиотехнической маскировке не должны мешать работе маскируемых систем, т.е. не должны снижать показатели их эффективности и качества ниже некоторого приемлемого уровня. Активные помехи средствам радиоперехвата формируются передатчиками, устанавливаемыми на земле или на летательных аппаратах и кораблях. С целью защиты кабельных линий связи и объектов применяется электромагнитное зашумление окружающего их пространства в требуемом частотном диапазоне с использованием специальных генераторов шума.

РЛС, работающим в режиме обзора, создаются непрерывные активные шумовые и импульсные помехи. Результатом действия активных шумовых помех является маскировка полезных сигналов в некотором телесном угле и определенном интервале дальностей. Вследствие этого существенно ухудшаются характеристики обнаружения РЛС, их разрешающая способность и точность определения координат и параметров движения цели. Источниками пассивных помех для РЛС могут быть радиолокационные ловушки и ложные цели (например, выбрасываемые металлические полоски), которые имитируют или маскируют цели (радиоконтрастные объекты).

По характеру воздействия на разведывательные РЭС различают маскирующие и имитирующие пассивные и активные помехи. Маскирующие помехи затрудняют обнаружение и опознавание полезного сигнала. Имитирующие помехи предназначаются для внесения ложной информации в подавляемое РЭС. Эти помехи являются подделкой под полезный сигнал. Иногда имитирующими помехами осуществляется перегрузка разведываемых информационных каналов РЭС, вследствие чего снижается аппаратурная пропускная способность приемников разведки, и часть полезной информации теряется.

Поскольку структурные признаки (или более длинно, признаки, определяющие структуру сигнала) измеряются приемником средств разведки на фоне помех, неизбежны случайные ошибки измерения и, как следствие, ошибки идентификации разведываемого сигнала. Условная вероятность правильного вскрытия структуры сигнала, при условии, что он обнаружен, обратно пропорциональна структурной сложности применяемого сигнала помехи.

Приемник разведки запрограммирован (ассоциирован) к действию по заранее составленной программе (шаблону). Программа задается с учетом данных полученных в процессе РЭБ, либо агентурным путем. Так как заведомое знание параметров разведываемого сигнала (для радиоразведки - частотно-временных характеристик передатчиков, для разведки ПЭМИН - структуры излучений разведываемых средств, географического расположения и т.д.) значительно упрощает задачу перехвата, задачей противодействия является также скрытие этих параметров от всех направлений разведывательной деятельности, а также применением сигналов с изменяющейся в процессе работы структурой и значением параметров.

Рисунок 9. Схема реализации попытки восстановления полезного сигнала скрытого за помехой

Процесс распознавания (идентификации) сигнала состоит в следующем. Прежде всего, на основе априорного описания множества сигналов, с которыми может работать разведывательный приемник, вводится упорядоченное множество (система) их признаков. В пространстве возможных значений каждого признака строятся границы, разделяющие области возможных значений признаков различных сигналов. Затем устанавливается решающее правило распознавания (идентификации) сигнала. Более сложная ситуация возникает тогда, когда области значений признаков разных сигналов пересекаются, а сами признаки определяются с ошибками.

Задача радиоэлектронного противодействия, в случае использования активных помех, увеличить процент ошибки в процессе идентификации защищаемого сигнала разведывательным приемником. Чтобы исключить возможность фильтрации, имитирующий сигнал помехи незначительно отличается от полезного по несущественным (неинформативным) имитируемым параметрам. В то же время информационный параметр искажается значительно. Под информационным здесь понимается параметр, который измеряется в подавляемом РЭС.

2.1.2.2 Активное подавление РЛС

Маскирование шумовыми помехами:

Эффективность подавления РЛС по энергетическому критерию оценивается коэффициентом подавления. При действии на РЛС шумовых помех уменьшается вероятность правильного обнаружения и возрастает вероятность ложной тревоги.

Под коэффициентом подавления шумовым сигналом РЛС, работающей в режиме обзора, понимается минимальное необходимое отношение мощности сигнала помехи к мощности полезного сигнала на входе приемника РЛС, в пределах полосы пропускания его линейной части, при котором вероятность правильного обнаружения сигнала и ложной тревоги принимают критические значения, задаваемые с учетом необходимой степени подавления РЛС.

При наличии макета РЛС определение коэффициента подавления и рациональных параметров помехи (ширина спектра, уровень ограничения, коэффициент модуляции, индекс частотной модуляции и др.) проводится опытным путем. Для выполнения эксперимента, кроме макета РЛС, необходимо иметь источник полезных сигналов, измерители мощности и набор передатчиков помех. На вход приемного устройства РЛС подается полезный сигнал и фиксируется его мощность. Затем туда же подводится помеха, мощность которой увеличивается до тех пор, пока на экране РЛС отметка цели не скроется в шумовом фоне. Пороговое значение мощности помех замеряется. Изменением параметров помехи добиваются минимального значения коэффициента подавления.

Когда по условиям эксперимента нет возможности изменять мощность помехи, варьируют мощностью полезного сигнала.

Применение имитирующих помех:

В некоторых случаях, для дезориентации радиолокационных систем применяются имитирующие помехи, которые создают на экране РЛС ложные отметки.

Имитирующие активные помехи создаются станциями ответных помех. Активные имитирующие помехи подразделяются на однократные и многократные.

Однократная ответная помеха - это радиоимпульс, излучаемый в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС с некоторой задержкой. Время задержки меняется так, чтобы создать на экране РЛС имитацию реально движущейся цели. При достаточно большой мощности передатчика помех за счет воздействия через боковые лепестки диаграмм направленности антенны на экране РЛС создается несколько ложных отметок, движущихся с определенной скоростью, что значительно затрудняет работу по обнаружению.

Многократная ответная помеха - это серия радиоимпульсов, излучаемых в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС. Радиоимпульсы помехи и полезного отраженного сигнала по форме, длительности и мощности идентичны

2.1.3 Радиомаскировка побочных излучений в речевом диапазоне частот

При защите от перехвата информации по ПЭМИН с кабельных линий связи и защищаемых технических средств, в которых защищаемая информация циркулирует в речевом (тональном) спектре частот, находит самое широкое применение, а иногда является единственно надежным способом защиты, электромагнитное зашумление.

Речевой сигнал-сигнал сложной структуры. В качестве иллюстрации ниже показана примерная его объемная модель.

Рисунок 10. Объемная модель речевого сигнала

Одной из важных характеристик речи является ее формантный спектр Энергия звуков (спектральная плотность) неравномерно распределена по частотным составляющим. По оси частот может быть несколько максимумов. Их называют формантами. Формантная структура звука мало зависит от особенностей голоса. Например для русского языка характерно наличие трех формантных областей, для английского двух и т.п. Наибольшая часть энергии речи заключена в довольно узкой полосе часто от 0 до 1000 Гц. Однако на разборчивость речи существенно влияют и те спектральные составляющие, энергия которых невелика. Установлено, что наиболее важным для разборчивости являются составляющие речевого спектра, которые лежат в полосе частот 400-800 Гц.

Рисунок 11. Статистическая спектральная характеристика русской речи

После акустоэлектрических преобразований полученный электрический сигнал полностью идентичен по своей структуре акустическому сигналу.

Основная задача, при использовании активной маскировки (электромагнитного зашумления), обеспечить структуру шумового сигнала со спектральной плотностью, соответствующий спектральной плотности аналогового речевого сигнала и, соответственно, с уровнем обеспечивающим надежное его перекрытие.

Следует также отметить, что речевой обмен в естественных условиях подвержен влиянию множества разнообразнейших помех, и в процессе эволюции речевой и слуховой аппараты человека сформировали прекрасно сопряженную и исключительно помехоустойчивую систему. При кратковременной оценке защитного эффекта шума на «слух» при отсутствии специальных навыков очень легко ошибиться, т.к. уже при длительном прослушивании шума и, тем более, при многократном прослушивании записи выявляются многие элементы речи, не воспринимаемые при кратковременной оценке.

Поэтому, если для технических систем отношение шум/сигнал, необходимое для подавления восприятия сигнала, составляет обычно десятки процентов, то для речи, подавление смыслового восприятия происходит при отношении шум/сигнал в несколько сотен процентов, а подавление признаков речи (невозможность фиксации факта разговора) достигается при отношении сигнал шум близком к 10.

В случае, когда применяемый «шумовой» сигнал содержит значительную детерминированную составляющую, которая может быть отфильтрована при перехвате, требуемое значение уровня шума еще более возрастает. Поэтому действительно стойкий защитный эффект оказывает лишь наложение шума, действительно являющегося случайным процессом и по диапазону частот полностью перекрывающим речевой сигнал.

Наиболее часто используются следующие виды шумовых помех:

Ш «белый» шум (шум с постоянной спектральной плотностью в речевом диапазоне частот);

Ш «розовый» шум (шум с тенденцией спада спектральной плотности 3 дБ на октаву в сторону высоких частот);

Ш «речеподобный» шум (шум с огибающей амплитудного спектра, подобной речевому сигналу).

Наиболее эффективными являются помехи типа «розовый шум» и «речеподобная» помеха. При их использовании для скрытия смыслового содержания разговоров из перехватываемых информативных излучений необходимо обеспечить превышения уровня излучения сигнала помехи над уровнем излучения информативного сигнала на 5 дБ, для скрытия тематики разговора на 10 дБ. Помеха типа «белого» шума, по сравнению с помехами типа «розовый» шум и «речеподобная», обладает несколько худшими маскирующими свойствами, проигрывая по энергетике на 1-1,5 дБ. (Примечание: вышеизложенные требования справедливы и для случаев маскировки помехой акустических сигналов).

Заключение

1.Лекции по технической защите информации;

2. Куприянов А.И., Сахаров А.В. «Теоретические основы радиоэлектронной борьбы», Вузовская книга, 2007

3. В.А .Вартанесян «Радиоэлектронная разведка», Воениздат, 1975