Размещено на http://allbest.ru

1ВУНЦ ВВС «ВВА»

2АО «Концерн «Созвездие»

3Филиал ВУНЦ ВВС «ВВА»

Повышение эффективности функционирования комплексов бортового радиоэлектронного оборудования при решении задач разведки и создания помех системам опознавания с имитостойкими режимами работы

А.В. Леньшин1, Н.М. Тихомиров2, В.В. Лебедев3

Воронеж, Сызрань

Введение

Информация систем опознавания, как часть информационного обеспечения единого информационного пространства сетецентрической информационно-управляющей системы, необходима для решения большинства задач современной армии [1]. В ведущих экономически развитых странах применяются системы опознавания (СО) нового поколения, которые используют принципы радиолокации с активным кодовым ответом и характеризуются увеличением структурной избыточности, автоматизацией процессов управления системой опознавания в ходе боевых действий и повышением помехозащищенности на основе использования средств опознавания с расширением спектра сигналов [2, 3].

Радиоэлектронное подавление (РЭП) средств СО противника приведет к снижению достоверности информации о принадлежности объектов вооружения и военной техники (ВВТ) и к увеличению огневого воздействия на его войска из-за возможных ошибочных ударов своей авиации. Также снизится эффективность самих авиационных комплексов противника, поскольку ошибочное огневое воздействие по своим войскам наносит двойной ущерб: облегчает задачи другой стороне конфликта и ведет к потерям личного состава, непроизводительному расходу летного ресурса и боекомплекта авиационных комплексов.

Для расширения функциональных возможностей станций предупреждения об облучении (СПО) и исполнительной радиотехнической разведки (РТР) комплексов бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) в интересах сигнализации об использовании средств имитостойкого опознавания и подготовки применения противником средств огневого поражения, целесообразна реализация в аппаратуре комплексов БРЭО функций по приему и излучению сигналов СО.

Реализация в СПО приема и селекции сигналов имитостойкого опознавания позволит предупредить экипаж об обнаружении и взятии летательного аппарата на сопровождение РЛС, а также о возможном применении противником средств огневого поражения. На основе разведанной информации о действующей структуре сигналов возможна реализация станциями активных помех (САП) провоцирующих запросов ответчиков СО и имитация ответных сигналов [4].

Провоцирующие запросы ответчиков СО противника позволят обнаруживать его объекты без включения специальных средств обнаружения. Имитация нашим объектом ответных сигналов СО противника будет способствовать тому, чтобы этот объект был признан своим. Быстродействие аппаратуры СПО и исполнительной РТР влияет на скорость принятия решений по стратегии противодействия СО средствами комплекса БРЭО и действиям экипажа.

Получение вышеперечисленных преимуществ обуславливает необходимость решения актуальной научной задачи по разработке совокупности взаимосвязанных моделей и методики исследования эффективности функционирования аппаратуры комплексов БРЭО в интересах предупреждения об облучении и исполнительной РТР при противодействии СО нового поколения.

Алгоритмы обнаружения

Анализ принципов построения и алгоритмов функционирования современных систем и средств опознавания показал, что к основным особенностями запросных сигналов (ЗС) системы опознавания нового поколения Mk-12A с ИРО Mode 5 (M5) относятся: наличие опорной группы (ОГ), включающей четыре импульса преамбулы с времяимпульсной модуляцией, определяющей подрежим опознавания, и импульс подавления боковых лепестков (ПБЛ); использование частотной модуляции с непрерывной фазой (ЧМНФ, MSK) импульсов преамбулы и ПБЛ 16-разрядной последовательностью Уолша для расширения спектра сигналов информационной группы (ИГ) и повышения помехоустойчивости [2, 5].

Исследование эффективности РЭП СО проводится с использованием математической модели, воспроизводящей последовательность этапов функционирования постановщика помех (ПП) [6], приведенной на рисунке 1, где введены обозначения: С0 - постановка и введение приоритетов задач ПП; С1 - выбор критериев эффективности и принятия решений; С2 - выбор для носителя комплекса радиоэлектронного подавления (КРЭП) маршрута и следование по нему в заданную точку; С3 - ведение РТР; С4 - провоцирующий опрос по каталогу ЗС выбранной области пространства; С5 - анализ тактической ситуации; С6 - оценка энергетических, пространственно-временных возможностей КРЭП и контрмер противника при подавлении средств СО; С7 - принятие решения по подавлению и выбор объекта РЭП; С8 - выбор стратегии (способа) РЭП; С9 - распределение ресурсов КРЭП; С10 - маневрирование (при необходимости); С11 - реализация решения о РЭП (постановка помех); С12 - принятие решения об эффективности выполнения задачи КРЭП по противодействию СО.

Рис. 1. Последовательность действий постановщика помех в процессе РЭП СО

Последовательность действий КРЭП при противодействии СО содержит несколько этапов, включающих обнаружение сигналов СО, выбор способа и постановку помех радиоэлектронным средствам (запросчикам и ответчикам) СО, и характеризуется выполнением задачи подавления СО за определенное время, достаточное для нарушения информационного обмена [7].

Основу алгоритма обнаружения сигналов М5 составляет методологический подход к обнаружению сигналов с модуляцией с непрерывной фазой в системах с кодовым разделением каналов. В интересах сигнализации об облучении и исполнительной РТР дополнительно введена процедура селекции сигналов М5 из внутрисистемного потока сигналов систем радиолокации с активным ответом по факту приема преамбулы для принятия решения о противодействии на основе усовершенствованного корреляционного приема импульсов преамбулы имитостойких ЗС с использованием ортонормированного базиса 16-ти разрядных функций Уолша, и применена процедура анализа кодовой расстановки импульсов преамбулы имитостойких ЗС для определения подрежима опознавания.

В алгоритме функционирования средств РТР [4, 8] предложено осуществлять обнаружение имитостойких ЗС СО (типа Mk-12a) путем согласованной фильтрации каждого импульса преамбулы запросного сигнала с использованием 16 корреляторов с опорными сигналами в виде частотно-модулированных последовательностей с минимальным частотным сдвигом на базе ортогональных функций Уолша с последующей проверкой принадлежности кода принятых на заданном временном интервале импульсов одной и той же функции Уолша, и определять подрежимы опознавания за счет анализа временного положения импульсов преамбулы [9, 10]. Это позволит селектировать ЗС типа М5 из общего потока сигналов на входе аппаратуры РТР и обеспечивать возможность создания ответных согласованных по времени помех на информационную группу запросного сигнала.

Вероятности распознавания модулирующей функции Уолша ОГ в подрежимах M5L1, M5L2 с учетом (3) и запросного сигнала могут быть определены по выражениям:

(1)

(2)

(3)

где - вероятность обнаружения кода импульса ОГ в одном из двух каналов;

- вероятность, обусловленная обработкой импульсов ОГ на трех тайм-слотах при определении подрежима опознавания и компенсацией потерь при детектировании фазового перехода за счет дополнительной корреляционной обработки на смежных временных позициях чипа (элемента) кодовой последовательности;

- вероятность обнаружения символа преамбулы (кода Уолша) в зависимости от отношения сигнал/шум по числу ячеек коррелятора из банка корреляторов Уолша, построенных по схеме совпадений «», для идентификации одного из 16 наборов данных в выборке реализации входного сигнала;

- вероятность правильного решения о текущем знаке бита;

- параметр обнаружения бита (элемента) сигнала (импульса преамбулы);

- энергия сигнала на бит; - односторонняя спектральная плотность шума;

- интеграл вероятности; вероятность ложной тревоги (ВЛТ) ;

- вероятности обнаружения преамбулы и ИГ;

; ; .

Характеристики обнаружения синтезированного приемника запросных сигналов типа М5 приведены на рисунке 2.

Рис. 3. Характеристики обнаружения преамбул и запросных сигналов M5L1 и M5L2

На рис. 2 (а, б) кривые 2 и 4 - характеристики обнаружения преамбулы ЗС для подрежимов M5L1 и M5L2; 1 и 3 - характеристики обнаружения оптимального приемника для полностью известного сигнала; 5 и 6 - характеристики энергетического обнаружителя при известной полосе частот, занимаемой сигналом.

Кривые 1, 2, 5 построены при вероятности ложной тревоги (ВЛТ) , кривые 3, 4, 6 - при ВЛТ .

На рис. 2в кривые 1 и 4 - характеристики обнаружения преамбулы и ЗС M5L2; кривые 2 и 3 - характеристики обнаружения преамбулы и ЗС M5L1 при .

Анализ характеристик обнаружения показывает, что синтезированный приемник ЗС M5 для подсистемы РТР, реализующий алгоритм обнаружения [4], незначительно (около 2 дБ) уступает оптимальному приемнику для полностью известных сигналов и имеет следующие свойства:

- позволяет обнаруживать ЗС с вероятностью при соотношении сигнал/шум меньшем на 3 дБ, по сравнению с энергетическим обнаружителем с известной полосой частот, занимаемой сигналом;

- обеспечивает увеличение вероятности обнаружения ЗС по сравнению с энергетическим обнаружителем не менее чем на 0,1...0,2 при соотношении сигнал/шум q=12...20 дБ;

- время обработки ЗС для принятия решения о РЭП (формирования помехи) уменьшается на 26 мкс за счет приема синтезированным приемником только преамбулы.

Математические модели

При разработке математических моделей процесса воздействия преднамеренных помех [11] на средства СО с ИРО в энергетическом уравнении подавления [2] учтены процессы радиопротиводействия СО (типа Mk-12a) с учетом структуры их имитостойких сигналов и неограниченного количества пространственно-разнесенных носителей комплексов БРЭО. В коэффициенте перекрытия помехи и сигнала во временной области на входе приемника средств опознавания [12] учтено наличие преамбулы и информационной группы импульсов имитостойких сигналов.

В математических моделях процесса воздействия преднамеренных помех на приемники СО [13] воспроизводятся процессы обнаружения преамбул ЗС ИРО в аппаратуре РТР комплексов БРЭО различных носителей, задержки начала создания помех каждым комплексом БРЭО, на основе чего с учетом времени распространения от носителей комплексов БРЭО до приемников ответчика и запросчика определяется распределение спектральной плотности мощности помех на импульсы запросного (ответного) сигнала [14].

Рис. 3. Блок-схема методики оценки эффективности РЭП СО

В методике исследования эффективности противодействия СО с ИРО (рисунок 3) [15], базирующейся на моделях процесса воздействия преднамеренных помех [3, 11, 13], за счет воспроизведения логики функционирования комплекса БРЭО при формировании провоцирующих запросов, разведке и создании помех, путем последовательного расчета вероятностей разведки запросных сигналов и подавления средств опознавания для заданной пространственной ситуации [14] определяется численное значение показателя выполнения задачи противодействия СО за определенное время, при этом вероятность подавления запросных (ответных) сигналов оценивается путем проверки выполнения условий подавления для каждого импульса с последующей проверкой для всех импульсов и статистического усреднения [15].

Это позволило адекватно учесть пространственный разнос носителей комплексов БРЭО и энергетические характеристики элементов CО для оценки эффективности противодействия. С учетом логики функционирования комплекса БРЭО введен показатель эффективности выполнения задачи противодействия СО (типа Mk-12a) за определенное время с применением нескольких действующих совместно комплексов БРЭО на различных носителях, представляющий собой среднюю долю успешно реализованных попыток противодействия относительно их общего количества, при условиях обнаружения имитостойких запросных сигналов c вероятностью () не ниже требуемой при заданной вероятности ложной тревоги; выполнения энергетического критерия радиоподавления средств опознавания по показателю коэффициента подавления ; выполнения пространственно-временных условий эффективного воздействия помех ():

(4)

где - количество ПП (ЛА, БЛА), каждый из которых осуществляет попыток подавления за контрольное время ; - среднее время цикла радиопротиводействия при j-ой попытке.

Предложения по совершенствованию аппаратуры и программно-алгоритмического обеспечения комплекса БРЭО включают:

- применение в составе средств предупреждения об облучении и исполнительной РТР приемника имитостойких запросных сигналов систем опознавания (типа Mark-12a), состоящего из квадратурного смесителя, демодуляторов, банка корреляторов Уолша и решающего устройства, обеспечивающего определение подрежима опознавания на основе анализа выходных значений корреляторов Уолша;

- реализацию нового способа снижения побочных спектральных составляющих в малошумящих синтезаторах частот путем введения дополнительного канала управления, сохраняющего широкий диапазон перестройки частот выбором коммутируемых конденсаторов [16, 17], что позволит уменьшить крутизну характеристики управления управляемого генератора и снизить уровень фазовых шумов [18];

- добавление в цифровое устройство запоминания и воспроизведения сигналов блок памяти для хранения каталога имитостойких запросных сигналов для последующего формирования провоцирующих запросов; реализация процедуры формирования сигнала искаженной информационной группы; реализация в алгоритме функционирования БРЭО программы расчета взаимного расположения для распределения мощностей по носителям комплексов БРЭО при постановке помех из нескольких точек пространства. радиолокация авиационный опознавание

Заключение

Таким образом, проведена модернизация существующих алгоритмов обнаружения, математических моделей и методик исследования функционирования аппаратуры комплексов бортового радиоэлектронного оборудования, обеспечивающая повышение их эффективности при разведке и создании помех современным системам опознавания с имитостойкими режимами работы.

Литература

1. Панков В.А., Манежкин А.С., Мытиль В.К. Эволюция авиационных средств опознавания / под ред. В.А. Панкова. Черноголовка: РИО ИПХВФ РАН, 2016. 160 с.

2. Леньшин А.В. Бортовые системы и комплексы радиоэлектронного подавления. Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2014. 590 с.

3. Леньшин А.В., Тихомиров Н.М., Лебедев В.В. Эффективность подавления РЛС с активным ответом маскирующими и имитирующими помехами // Материалы XX Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (15-17 апреля 2014 г.). Том 2. Воронеж: ОАО «Концерн «Созвездие». С. 1323-1331.

4. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Алгоритм обнаружения сигналов имитостойких режимов опознавания // Телекоммуникации. 2016. № 7. С. 32-35.

5. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Характеристики обнаружения сигналов имитостойких режимов систем идентификации // Динамика сложных систем - XXI век. 2015. Том 9. № 1. С. 41-47.

6. Леньшин А.В., Маевский Ю.И., Лебедев В.В. Оценка эффективности функционирования средств радиоэлектронного подавления в условиях конфликтного взаимодействия с РЛС с активным ответом // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. № 2 (18). С. 34-42.

7. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Выбор показателей для оценки эффективности противодействия системам опознавания // Радиотехника. 2015. № 12. С. 18-21.

8. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Архитектура приемника сигналов бортовых систем идентификации // Охрана, безопасность, связь - 2016: материалы Международной научно-технической конференции. Ч. 3. Воронеж: ВИ МВД России, 2017. С. 209-215.

9. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Характеристики приёмника имитостойких сигналов радиолокационных систем с активным ответом // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2017. № 1 (25). С. 31-38.

10. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Синтез квазиоптимального приемника запросных сигналов имитостойких систем опознавания // Фундаментально-прикладные проблемы безопасности, живучести, надежности, устойчивости и эффективности систем: материалы международной НПК, посвящённой 95-летию со дня рождения выдающегося ученого академика АН СССР (РАН) В.С. Авдуевского. Елец: Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2017. С. 110-113.

11. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Построение математической модели процесса воздействия маскирующих помех на системы опознавания // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2014. № 2. С. 13-19.

12. Лебедев В.В., Леньшин А.В. Моделирование пространственно-временных условий подавления систем идентификации // Фундаментальные проблемы системной безопасности: материалы Международной научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения выдающегося ученого, Генерального конструктора ракетно-космических систем академика В.Ф. Уткина - Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, 2014. - С. 226-230.

13. Лебедев В.В., Леньшин А.В., Тихомиров Н.М. Эффективность подавления систем радиолокации с активным кодовым ответом преднамеренными помехами // Вестник Воронежского института МВД России. 2015. № 4. С. 114-121.

14. Лебедев В.В., Леньшин А.В. Автоматизированное построение зон эффективного действия помех при моделировании радиоэлектронного подавления РЛС с активным ответом // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015619863 (РФ). - Заявка № 2015616611; дата поступления 20.07.2015; дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 15.09.2015.

15. Леньшин А.В., Лебедев В.В. Комплексная методика оценки эффективности функционирования радиолокационных систем с активным ответом // Динамика сложных систем - XXI век. 2017. Т. 11. № 2. С. 60-64.

16. Леньшин А.В., Тихомиров М.Н., Лебедев В.В., Строев А.С. Методика параметрического синтеза системы фазовой автоподстройки высокого порядка // Вестник Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. Серия Естественные и технические науки. 2013. № 2. С. 39-43.

17. Леньшин А.В., Лебедев В.В., Тихомиров Н.М., Тихомиров В.Н. Исследование широкодиапазонного синтезатора частот с низким уровнем фазовых шумов // Охрана, безопасность, связь - 2014: материалы Международной НПК. Ч. 1. Воронеж: ВИ МВД России, 2015. С. 261-264.

18. Леньшин А.В., Лебедев В.В., Тихомиров В.Н. Экспериментальное исследование малошумящего широкодиапазонного синтезатора частот // Вестник Воронежского института МВД России. 2015. № 1. С. 105-110.

References

1. Pankov VA, Manezhkin AS, Mytil VK Evolution of aviation means of identification / Ed. V.A. Pankov. Chernogolovka: RIO IPHVF RAS, 2016. 160 p.

2. Lenshin A.V. On-board systems and electronic suppression systems. Voronezh: The Scientific Book "Scientific Book", 2014. 590 p.

3. Lenshin AV, Tikhomirov NM, Lebedev VV Efficiency of suppressing radar with an active response by masking and imitating interference // Proceedings of the XX International Scientific and Technical Conference "Radiolocation, navigation, communication" (April 15-17, 2014). Volume 2. Voronezh: JSC Concern Sozvezdie. Pp. 1323-1331.

4. Lenshin AV, Lebedev VV Algorithm for detecting signals of imitostable modes of identification // Telecommunications. 2016. No. 7. P. 32-35.

5. Lenshin AV, Lebedev VV Characteristics of Detection of Signals of Imitostable Regimes of Identification Systems // Dynamics of Complex Systems - XXI Century. 2015. Volume 9. № 1. P. 41-47.

6. Lenshin AV, Maevsky Yu.I., Lebedev VV Estimation of the effectiveness of the functioning of radio electronic suppression in conditions of conflict interaction with the radar with an active response // Radio-technical and telecommunication systems. 2015. № 2 (18). Pp. 34-42.

7. Lenshin AV, Lebedev VV The choice of indicators for assessing the effectiveness of counteraction to identification systems / / Radiotechnika. 2015. № 12. P. 18-21.

8. Lenshin AV, Lebedev VV Architecture of the receiver of signals of onboard identification systems // Protection, safety, communication - 2016: materials of the International scientific and technical conference. Part 3. Voronezh: The Ministry of Internal Affairs of Russia, 2017. P. 209-215.

9. Lenshin AV, Lebedev VV Characteristics of the Receiver of Simulated Resistant Signals of Radar Systems with an Active Response // Radiotechnical and Telecommunication Systems. 2017. No. 1 (25). Pp. 31-38.

10. Lenshin AV, Lebedev VV Synthesis of quasioptimal receiver of interrogation signals of imitostable identification systems. Fundamental-applied problems of safety, survivability, reliability, stability and efficiency of systems: materials of the international NPK dedicated to the 95th anniversary of the birth of the outstanding scientist Academician of the USSR Academy of Sciences (RAS). Avduevsky. Yelets: Eletsky State University. IA Bunina, 2017. P. 110-113.

11. Lenshin AV, Lebedev VV Construction of a mathematical model of the process of the effect of masking interference on the identification systems // Radio-technical and telecommunication systems. 2014. № 2. P. 13-19.

12. Lebedev VV, Lenshin AV Modeling of space-time conditions for suppression of identification systems // Fundamental problems of system security: materials of the International Scientific Conference dedicated to the 90th anniversary of the birth of the outstanding scientist, General Designer of Rocket-Space Systems, Academician V.F. Utkin - Yelets: YSU them. I.A. Bunina, 2014. - P. 226-230.

13. Lebedev VV, Lenshin AV, Tikhomirov NM Efficiency of Suppression of Radar Systems with an Active Code Response by Intentional Interference // Bulletin of the Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2015. № 4. P. 114-121.

14. Lebedev VV, Lenshin AV Automated construction of effective interference interference zones in the simulation of radio-electronic suppression of radar with an active response. / / Certificate of state registration of the computer program № 2015619863 (RF). - Application No. 2015616611; date of receipt on 20.07.2015; date of state. registration in the Register of Computer Programs 15.09.2015.

15. Lenshin AV, Lebedev VV Comprehensive methodology for assessing the effectiveness of radar systems with an active response // Dynamics of complex systems - XXI century. 2017. P. 11. No. 2. P. 60-64.

16. Lenshin AV, Tikhomirov MN, Lebedev VV, Stroev AS Methodology of parametric synthesis of a high-order phase locking system // Vestnik Yaroslavl State University. P.G. Demidov. Series of Natural and Technical Sciences. 2013. № 2. P. 39-43.

17. Lenshin AV, Lebedev VV, Tikhomirov NM, Tikhomirov VN Study of a wide-range frequency synthesizer with low phase noise level // Protection, security, communications - 2014: materials of the International NPK. Part 1. Voronezh: The Ministry of Internal Affairs of Russia, 2015. P. 261-264.

18. Lenshin AV, Lebedev VV, Tikhomirov VN Experimental study of low-noise wideband frequency synthesizer // Bulletin of the Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2015. No. 1. P. 105-110.

Аннотация

В работе разработаны алгоритм обнаружения, математические модели и методика исследования функционирования аппаратуры комплексов бортового радиоэлектронного оборудования для повышения эффективности при решении задач разведки и создании помех современным системам опознавания с имитостойкими режимами работы.

Ключевые слова: система опознавания, радиотехническая разведка, радиоэлектронное подавление, повышение эффективности, комплексы бортового радиоэлектронного оборудования.

Abstract

Ncrease of efficiency of functioning of complexes of on-board radioelectronic equipment while solving the problem of exploration and creation of interference to identification systems with imitostatic operating modes. A.V. Lenshin 1, N.M. Tikhomirov 2, V.V. Lebedev 3

1 VUNTS VVS "VVA", Voronezh, andrey-lenshin@yandex.ru,

2 JSC "Concern" Sozvezdie ", Voronezh, tikhomir@sozvezdie.su,

3 The branch of the VUNC VVS "VVA", Syzran, vic078@yandex.ru

The algorithm of detection, mathematical models and methods for studying the functioning of the instrumentation of on-board radioelectronic equipment complexes for improving efficiency in solving reconnaissance tasks and creating interference to modern identification systems with imitating-resistant operation modes have been developed.

Key words: identification system; radio technical intelligence; electronic suppression; increased efficiency; complexes of on-board radio-electronic equipment.

Размещено на Allbest.ru