РТР (Радиотехническая разведка)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 01:52, 18 мая 2017.

Материалы раздела содержат сведения об устройствах, а также о методах обнаружения и распознавания сигналов, носителем которых является электромагнитное излучение радиодиапазона.
Рассматриваются способы проникновения в канал передачи сообщений (КПС), содержащий радиоэлектронные системы (РЭС) различного назначения. При этом рассматриваются системы и средства, обеспечивающие решение следующих задач:

  • передачи сообщений в беспроводных каналах связи;
  • управления различными техническими объектами (воздушными и космическими летательными аппаратами, морскими судами и соединениями).


К техническим проблемам, возникающим при создании и использовании средств разведки, вплотную примыкают проблемы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных средств, систем экологического мониторинга и исследования ресурсов Земли, средств контроля за выполнением международных договоров.

Радиотехническая разведка (РТР)[1]

Состав аппаратуры средств РТР

При всем многообразии методов и средств РТР можно привести следующую типичную схему станции РТР (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема станции РТР

Антенно-фидерное устройство средства (станции) РТР должно быть широкополосным, чтобы работать во всем разведываемом диапазоне частот, а также обеспечивать пеленгование разведываемоrо источника излучения с необходимой точностью. Кроме тoгo, антенны станции РТР разведки должны иметь минимальные боковые лепестки, чтобы исключить ложное определение направления на пеленгyемый источник. Удовлетворить всем требованиям с помощью одной антенны просто невозможно, поэтому обычно применяют несколько антенн, перекрывающих весь разведываемый частотный диапазон.
Приемные устройства станций радио- и радиотехнической разведки характеризуются: разведываемым диапазоном частот ; временем перестройки , которое характеризует оперативность разведки в диапазоне ; чувствительностью; разрешающей способностью ; способом поиска сигнала объекта разведки по несущей частоте и вероятностью eгo обнаружения.
Наиболее важной технической характеристикой разведывательного приемника является полный диапазон частот, в котором осуществляется поиск и обнаружение разведываемых сигналов, Желательно, чтобы один разведывательный приемник перекрывал по возможности более широкий диапазон частот.
Многообразие задач, решаемых при помощи средств РТР, определяет многообразие типов используемых приемных устройств. Так, нeкоторые системы непосредственной поддержки радиоэлектронного противодействия (РЭП) работают в таких ycловиях. когда от РТР требуется только обнаружение работающих РЭС противника (например, для оповещения экипажа самолета о радиолокационном облучении). При этом мoгут использоваться одноканальные широкополосные приемники. Полоса пропускания таких приемников перекрывает весь частотный диапазон, в котором мoгут работать РЭС объектов разведки. Для более детальной разведки применяют устройства с узкополосными приемными каналами - сканирующие и многоканальные приемники.

Рис. 2. Сканирующий приемник РТР:
fвх - частота принятого сигнала;
fгет - частота гетеродина;
fвых - ;
УПЧ - усилитель промежуточной частоты (фильтр)

Такие приемники (рис. 2) настраиваются по прогpамме на все частоты в диапазоне разведки. Чаще вceгo прогpамма перестройки сводится к последовательному просмотру всех частот разведываемого диапазона (панорамный последовательный частотный анализ). Но возможны и дpyгие алгоритмы работы. Например, перестройка с пропуском участков диапазона, в которых работают неинформативные для разведки РЭС. Портативные сканирующие приемники, применяемые при внедрении в каналы систем связи (например, в системы мобильной связи), способны вести разведку в полосе частот от (100 кГц...2 ГГц). Для приемников РТР этот диапазон шире, так как он перекрывает все возможные рабочие частоты РЭС, т. е. простирается до 30 ГГц и выше, в диапазон миллиметровых волн.
Разрешающая способность приемника определяется полосой пропускания УПЧ и может изменяться в зависимости от сигнальной обстановки в разведываемом диапазоне, требуемой точности измерения частоты, от ширины спектра разведываемого сигнала, которая, в свою очередь, определяется видом и индексом модуляции, от времени анализа. Связь и иллюстрируется диагpаммой (рис. 3), где принято, что сканирование разведываемоrо диапазона происходит по линейному закону.

Рис. 3. Связь δf, Δf и T при последовательном анализе

Сигналы на рис. 3 представляются своими диагpаммами неопределенности (ДН). ДН - это проекции функции неопределенности сигнала на частотно-временную плоскость. Протяженность ДН вдоль оси абсцисс равна длительности импульса сигнала, а вдоль оси ординат - ширине ero спектра. У непрерывноrо сигнала продолжительность больше приведенной на рис. 3 длины отрезка оси абсцисс. Непрерывный сигнал, как видно, наблюдается приемником в течение вceгo времени . Импульсный сиrнал может быть пропущен приемником, если период повторения импульсов больше . Это случай быстрой перестройки частоты. Разумеется, скорость частотного анализа определяется по сравнению с периодом (и длительностью) сигнала.
Для панорамных приемников с быстрой перестройкой частоты существует взаимосвязь между полосой пропускания резонансной системы и скоростью перестройки. Увеличение скорости перестройки ведет к ухудшению разрешающей способности и снижению чувствительности. Действительно, полоса пропускания и длительность отклика приемника на сигнал связаны примерным соотношением . При скорости перестройки частоты длительность отклика приемника будет примерно равна

Следовательно,

а время анализа, т. е. перестройки по диапазону шириной ,

Таким образом, каждой скорости перестройки соответствует своя оптимальная полоса (разрешающая способность по частоте). Сокращая время поиска, можно проиграть в разрешающей способности и, наоборот, увеличивая , одновременно нужно увеличивать время разведки. Если скорость перестройки такова, что мощность импульса на выходе приемника будет меньше мощности входноrо сигнала, т. е. приемник потеряет чувствительность. Потеря может оцениваться в соответствии с соотношением:

где а, [дБ] - коэффициент потери чувствительности по сравнению с приемником, не перестраиваемым по частоте (имеющим нулевую cкорость перестройки).

Используемые для РТР сканирующие панорамные приемники перестраиваются со скоростью 20...30 частотных каналов в секунду при полосе каждого канала в пределах от 50...500 Гц до 50...1000 кГц.
Противоречие между скоростью перестройки по частоте, которую для повышения оперативности разведки нужно выбирать как можно большей, и разрешающей способностью устраняется в многоканальном приемнике РТР (рис. 4).

Рис. 4. Многоканальный приемник РТР

Параллельные узкополосные фильтры (УПЧ) на выходе смесителя перекрьшают своими полосами пропускания весь частотный диапазон, как на рис. 5.

Рис. 5. Настройки УПЧ в многоканальном приемнике РТР

При такой схеме построения приемник позволяет раздельно наблюдать (разрешать по частоте) сиrналы РЭС, если только разнос рабочих частот этих РЭС не меньше . В разведываемом диапазоне шириной нужно разместить

параллельных фильтров.
Время разведки не может быть меньше времени установления переходных процессов в каждом фильтре. Для N-канальноrо приемника (рис. 6) это время составит

Сравнивая с , можно установить, что при одинаковой разрешаюшей способности время анализа многоканальным приемником оказывается примерно в N раз меньше времени обзора полосы сканирующим одноканальным приемником. Платой за увеличение оперативности является пропорциональное (тоже в N раз) усложнение аппаратуры.
Возможны и применяются схемы, соединяющие преимущества сканирующих и многоканальных приемников. Это матричные приемники. Блок-схема матричного приемника изображена на рис. 6.
Матричный приемник содержит набор элементарных ячеек, состоящих из фильтров , индикаторов , гeтеродинов и смесителей. Ячейки располагаются по строкам : и столбцам Фильтры первoгo столбца разбивают разведываемый диапазон частот на равных полос :

Все сигналы с выходов этих фильтров rетеродинируются на одну и ту же промежyточную частоту Таким образом входной диапазон шириной сворачивается в m раз более узкую полосу Второй столбец трансформирует проuесс из полосы В полосу :

И так далее. В последнем n-м столбuе сигнал наблюдается в полосе фильтра :

При таком построении приемник обеспечивает разрешение по частоте при использовании mn фильтров, тогда как чисто мноrоканальный приемник для тaкoгo же разрешения потребовал бы фильтров.

Рис. 6. Матричный приемник РТР

Для обнаружения сигнала и указания eгo частоты служат индикаторы Срабатывание индикатора означает обнаружение сигнала на частоте соответствующеrо фильтра в ero полосе.
Совершенствование элементной базы радиоэлектронной аппаратуры, а также методов и алгoритмов обработки сигнала позволяет в настоящее время решить мноrие задачи РТР при помощи цифровых приемников.
В цифровых приемниках сигналы в широкой полосе (в предельном случае - во всей полосе разведки ) с выхода УПЧ преобразуются в цифровую форму и дальше обрабатываются (фильтруются, обнаруживаются, демодулируются) с использованием алгоритмов, реализуемых специальными цифровыми сигнальными процессорами. Преимущества цифровых методов обработки общеизвестны. Это высокая точность и стабильность характеристик аппаратуры, возможность запоминания, хранения и воспроизведение сигнала, что очень важно для систем непосрсдственной РТР поддержки РЭП. Недостатки цифровых методов (зависимость ширины частотного диапазона разведки от быстродействия цифровых схем, дополнительные погрешности, обусловленные шумами вычислений, аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразованиями) с лихвой компенсируются преимуществами цифровых приемников.
Аналого-цифровое преобразование, необходимое при переходе к цифровой обработке, предусматривает дискретизацию сигнала по времени и квантование по уровню. Подвергающийся преобразованию входной сигнал - это аддитивная смесь сигналов разведываемых РЭС, сигналов неинформативных для разведки излучений и помех - собственных тепловых шумов приемника . Используя известное представление процесса в виде огибающей и фазы или через две квадратурные компоненты, можно получить[2]

где и - соответственно огибающая и фаза процесса а
и

- квадратурные копоненты, однозначно связанные с огибающей и фазой соотношениями

Из и следует, что процесс на выходе линейной части разведывательноrо приемника однозначно определяется парами процессов: огибающей и фазой и или квадратурными компонентами и . Поэтому для тaкoгo преобразования процесса в цифровую форму, которое сохраняет всю информацию о нем, достаточно сформировать цифровые выборки двух процессов: либо огибающей и фазы, либо квадратурных компонент.
Цифровая обработка сиrнала позволяет для реализации многоканальнoгo приемника применить процедуру вычисления дискретного преобразования Фурье. Действительно, для вычисления преобразования Фурье сигнала . наблюдаемоuо на интервале времени

нужно диапазон частот разбить на N интервалов шириной таких, что и в точках вычислить

где значение спектральной плотности амплитуд сигнала на частотах

Если сигнал представляет собой синусоиду с амплитудой и частотой из можно найти


Т.е. величина равна при и убывает с увеличением модуля расстройки как Зависиость

можно считать эквивалентом частотной характеристики некоторого фильтра, настроенного на частоту Поэтому процедура вычисления преобразования Фурье в N дискретных по частоте точках эквивалентна преобразованию сигнала в N параллельных фильтрах. Кстати, считая полосой пропускания каждогo фильтра частотный интервал между ближайшими точками обращения в нуль величины , из можно определить

Самая распространенная процедура вычисления - алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Анализатор параметров принимаемоrо сиrнала служит для обнаружения и опознавания образа разведываемоrо радиоэлектронного средства. Анализатор также демодулирует сигнал, определяет вид и индекс модуляции, характеристики модулирующей функции. Естественно, что исходная информация для опознавания сигнала содержится в значениях ero параметров.
Анализаторы характеризуются количеством учитываемых при обработке параметров сигнала, количеством обрабатываемых сигналов за едини цу времени (пропускной способностью).
Измеритель служит для оценивания параметров разведываемых сигналов. При этом различают временные, пространственные, поляризационные, спектральные и энергетические параметры принимаемых сиrналов.Временные параметры - это частоты и длительности сигналов и их элементов, временные интервалы между сигнальными импульсами: параметры модулирующей функции. К спектральным параметрам сигналов относятся высокочастотный спектр и спектр огибающей сигнала. Энергетические характеристики принимаемого сигнала - это мощность и спектральная плотность. Пространственные параметры сигнала - координаты точки излучения (координаты объекта разведки) и характеристики направленности излучения ero антенн. Поляризационные параметры характеризуют ориентацию вектора электрического поля излучения объекта разведки.
На основе оценок первичных параметров, определяемых при помощи измерителей и индикаторов, в дальнейшем находятся более сложные, обобщенные характеристики. Такими характеристиками мoгyт быть: тип и назначение РЭС, тип и образец объекта, использующеrо РЭС, и т. п.

Измерение и запоминание частоты сигнала средствами РТР

Измерение и запоминание несущей частоты разведываемого радиоэлектронноrо устройства являются одной из наиболее важных функций станции РТР. Специфичность методов определения и запоминания несущей частоты средствами радио- и радиотехнической разведки обусловлена, с одноЙ стороны, огpаниченностью времени разведки и, с дpyгой стороны, широким диапазоном частот, в котором ведется разведка.
Несушая частота - один из главных, весьма информативных для РТР параметров сигнала объекта разведки. Условно способы определения частоты можно разделить на фильтровые, дискриминаторные, корреляционные (интерференционные) и цифровые.
Определение частоты при помоши фильтров сводится к поиску и указанию фильтра, нacтpoeннoгo на сигнал (точнее, тoгo фильтра, в полосе котopoгo обнаруживается сигнал). В панорамных приемниках с последовательным анализом разведываемого диапазона на все частоты в разведываемом диапазоне последовательно настраивается один и тот же фильтр. Поэтому определение частоты сводится к определению момента времени, в который частота настройки этого фильтра совпадает с частотой сигнала. В многоканальных приемниках с параллельным спектральным анализом разведываемого диапазона для определения частоты сигнала достаточно указать номер фильтра, в полосе которою обнаружен сигнал. То же справедливо и для указанных выше схем модификаций способов многоканального приема: для матричного приемника и приемника с цифровым спектральным анализом.
Во всех случаях измерения при помоши фильтра максимальная ошибка определения частоты не превосходит половины ширины полосы пропускания фильтра, т. е. половину интервала разрешения :

Если нужно сохранить постоянной относительную ошибку измерения частоты в большом диапазоне разведки, нужно применять фильтры с переменной полосой пропускания, т. е. фильтры с одинаковой для всех частот добротностью, чего технически достичь очень трудно.
Частотные дискриминаторы преобразуют отклонения частоты сигнала от нeкoтopoгo известноrо значения в напряжение, пропорциональное величине и знаку этоrо отклонения. Работа устройства дискриминаторного измерения частоты иллюстрируется структурной схемой (рис. 7а).
В соответствии с этой схемой принятый сигнал усиливается в широкополосном усилителе и подается на пару фильтров и , несколько расстроенных от частоты Разность значений огибающих сигналов на выходах фильтров [3] зависит от частоты, как показано на графике рис. 7б. Таким образом, дискриминатор преобразует частоту вxoднoгo наблюдаемого сигнала в напряжение на выходе. Это напряжение подается на индикатор приемника РТР.

Рис. 7. Частотный дискриминатор РТР

Приемники с частотными дискриминаторами способны определять частоту разведываемого сигнала в широком диапазоне и с относительно высокой точностью (~1%). Корреляционные измерители несущей частоты строятся по схеме рис. 8.

Рис. 8. Корреляционный измеритель частоты

Сигнал с выхода широкополосноrо усилителя подается на перемножитель вместе со своей копией, задержанной в линии задержки (ЛЗ). Усредненное фильтром нижних частот напряжение с выхода перемножителя пропорционально значению автокорреляционной функции входногo процесса для apгyмeнтa
Задержка вxoдного разведываемого сигнала на эквивалентна сдвигy eгo фазы на Перемножение прямого и задержанного сигнала дает (с точностью до быстропеременной составляющей, усредняемой фильтром нижних частот) на выходе коррелятора

где - коэффициент пропорциональности,
амплитуда вxoдного сигнала.

Как следует из , выходное напряжение коррелятора зависит от частоты сигнала а также от егo ощности Зависимость от частоты используется измерителем, а зависимость от мощности компенсируется сигналом с выхода квадратичноrо детектора.
Как и интерференционный, измеритель корреляционный обеспечивает однозначные измерения только в пределах одной октавы, т.е. диапазона, для котopoгo отношение верхней и нижней частот равно 2.
Цифровые способы измерения частоты обеспечивают высокую точность и хорошо сопрягаются с вычислительными устройствами последующей обработки сигнала. Для измерения частоты применяют схемы, реализующие различные мофикации двух основных методов. Это методы цифрового частотомера и цифрового периодомера. Работа цифрового частотомера иллюстрируется схемой pис. 9.

Рис. 9. Цифровой частотомер

Входной формирователь создает узкие импульсы в моменты перехода сигналом через нулевоЙ уровень снизу вверх (с положительной производной). Эти импульсы через схему совпадений, открываемую стробом на время измерения попадают на счетчик. Результаты подсчета числа импульсов за время выводятся в качестве оценки частоты

где N - число в счетчике.

Ошибка дискрета измерений по методу частотомера соответствует ошибке в один счетныЙ импульс, т.е. один период входного сигнала за время измерения:

Для уменьшения ошибки дискрета uифрового измерения частоты используют метод периодомера. Основная cxeмa измерения по этому методу представлена на рис. 10.

Рис. 10. Цифровой периодомер

Периодомер подсчитывает число импульсов частоты [4] за время т.е. а частота сигнала может быть оценена как

Ошибка дискрета в один счетный импульс (один период колeбаний частоты ) соответствует ошибке в оценивании частоты:

Ошибка дискрета тем меньше, чем больше по сравнению с
Аналоrичные схемы применяются средствами РТР для определения парамстров импульсных сигналов РЛС и систем передачи информации: длительностей импульсов и периодов (или частот) их повторения.
Результаты измерснии частоты нужно запоминать. В зависимости от задач, рсшаемых средством РТР, различaют способы кратковременного и долговременного запоминания частоты.
Способы кратковременного запоминания позволяют сохраннть значение частоты обнаруженного сиrнала на время, нсобходимое для настройки псредатчика помех, т.е. кратковременное запоминание использустся средствами разведки оперативной поддержки РЭП. Одна из самых распространенных схем кратковременного запоминания частоты - управляемый рециркулятор (рис. 11).

Рис. 11. Рециркулятор для запоминания частоты

Из сигнала с выхода приемника ключом & вырезается прямоугольный импульс длительностью Этот импульс усиливается и подается на выходной кпюч и на линию задержки. Задержанный на импульс снова подается на вход усилителя. Этот импульс начинается в момент окончания предыдущегo импульса. До тех пор, пока открыт выходной ключ, на выходе будет существовать последовательность вплотную примыкающих дpyг к другy радиоимпульсов частоты сигнала. Основным условием поддержания незатухающих колебаний на выходе является баланс амплитуд: коэффициент усиления по петле рециркуляции, содержащей усилитель, линию задержки, сумматор и ответвитель сигнала в цепь обратной связи, должен быть не меньше единицы. При очевидной простоте построения схема запоминания с рециркулятором имеет существенный недостаток: выходной сиrнал не сохраняет когерентность входному, поскольку в моменты коммутации происходит разрыв фазы.
Другой способ запоминания частоты предусматривает синхронизацию подстраиваемого гeнepaтopa (рис. 12).

Рис. 12. Запоминание частоты синхронизируемым генератором

Сигнал с выхода приемника стробируется ключом & и подается на импульсно-фазовый детектор (ИФД), формирующий за время напряжение, пропорциональное разности фаз, и запоминающий это напряжение после окончания строба. Напряжение подается на управляющий элемент (УЭ) и перестраивает по частоте гeнepaтop (ПГ). Выходное колебание генератора подстраивается под частоту и фазу вxoдного сигнала. После окончания вxoднoгo сигнала параметры выходного колебания сохраняются на теоретически сколь yгoдно длительное время. Но практически оно oгpaничивается стабильностью параметров перестраиваемого гeнepaтopa.
При использовании мноrоканальных приемников, в том числе и приемников с цифровым анализом спектра разведываемоrо сигнала, запоминание частоты сводится к запоминанию номера фильтра, в котором обнаруживаетси сигнал. Точно так же запоминание результата цифрового измерения частоты - это запоминание числа, формируемого счетчиком.

Пеленгация РЭС средствами РТР

Пеленгаторы служат для определения пространственных координат объектов разведки. Все пеленгаторы (радиотехнические измерители угловых координат объектов, излучающих или отражающих радиоволны) и радиосистемы углового сопровождения отождествляют направление прихода сигнала с направлением нормали к фронту волны, созданной источником излучения. Различие методов пеленгования и типов пеленгаторов сводится к техническим особенностям определения ориентации этой нормали. К пеленгаторам предъявляются высокие требовании по быстродействию (возможность измерения пеленга по максимально короткой реализации сигнала, в пределе - по одному импульсу), по точности пелегации, по разрешающей способности.
Исторически самым первым был амплитудный способ радиопеленгации. Амплитудный способ, как следует из caмoгo названия, основан на анализе амплитудного распределения поля, создаваемого пеленгуемым сигналом, на раскрыве приемной антенны: уровень сигнала максимален в том случае, кoгдa раскрыв антенны параллелен фронту падаюшей волны. Известны три разновидности амплитуднoгo способа: пеленrование по максимуму, по минимуму и пеленгование на основе сравнения.
Способ максимума в принципе может применяться средствами РТР, работаюшими с остронаправленными антеннами. Диаrрамма направленности (ДНА) такой антенны показана на рис. 13, гдe угол ориентации максимума ДНА; угол между заданным направлением и направлением на источник излучения (истинный пеленг источника); угол между направлением максимума ДНА и направлением на источник излучения (измеренный пеленг).

Рис. 13. Пеленгация по максимуму
Рис. 14. Пеленгация по минимуму

При пеленговании пространственное положение ДНА изменяется и направление максимума совмещается с направлением на источник излучения. По угловому положению ДНА отсчитывается пеленг. При использовании метода максимума ДНА обеспечивается большая дальность пеленгации, поскольку средство радиотехнического излучения работает с большим уровнем сигнала. Но точность пеленгации невысока, поскольку она определяется крутизной ДНА в окрестности максимума и составляет, как считается, несколько процентов от ширины ДНА по уровню половинной мощности.

Рис.16. ДНА при равносигнальной пеленгации

Способ минимума применяется, когда можно сформировать ДНА с ярко выраженным минимумом приема (рис. 14). Для пеленrования ДНА поворачивается до положения, при котором уровень сигнала на выходе приемника имеет минимальное значение.
Пеленrация по способу минимума обеспе/math> с чивает более высокую точность измерения, поскольку в окрестности минимума ДНА имеет большую крутизну зависимости Но дальность действия пеленгаторов по минимуму меньше, чем пеленгаторов по способу максимума: уровень принимаемоrо ими сигнала ниже.
Как уже говорилось, угловые координаты определяются при ориентации ДНА пеленгатора на объект разведки. Чаще вceгo (но не вcerдa) угловое положение ДНА изменяется за счет механическоrо поворота антенной системы. Структурная схема амплитудного радиопеленгатора, работавшего по способу максимума или минимума, представлена на рис. 15. Сущность амплитудного метода пеленгования по способу сравнения иллюстрируется рис. 16.
ДНА такого пеленгатора имеет два одинаковых главных лепестка, соответственно и , максимумы которых развернуты в пространстве на углы относительно некоторого среднего направления. При и в этом смысле направление называется равносигнальным (РСН). Амплитуды сигналов, принимаемых лепестками ДНА такой антенны с нeкoтopoгo направления составят, соответственно значениям ДНА, и . По физическому смыслу и - это коэффициенты усиления принимаемоrо сигнала, имеющего амплитуду Е. Представив функции и в окрестности их степенными рядами и удерживая два члена разложения, можно получить

Но по условию а производные ДНА в окрестности РСН равны по абсолютной величине и имеют разный знак

Рис. 15. Следящий пеленгатор РТР

Поэтому, решая как систему уравнений относительно пеленга , можно установить, что

а если удается выдержать равенство коэффициентов усиления то оказывается, что угол пеленга

линейно связан с разностью уровней сигнала, принимаемых антеннами с диаграммами направленности и . Измеряя эту разность, можно определять пеленг. Разумеется, соотношение устанавливающее эту линейную связь, справедливо только в некоторой небольшой окрестности Интервал значений в пределах котopoгo имеет место линейная связь разности амплитуд с пеленгом, может составлять величину порядка Примерный вид этой зависимости - дискриминационной характеристики амплитудного пеленгатора представлен на рис. 17.

Рис. 17. Дискриминационная характеристика амплитудного пеленгатора

Технически амплитудный пеленгатор, реализующий метод РСН для измерения угловой координаты в одной плоскости, может использовать одну антенну, максимум ДНА которой изменяет свое пространственное положение (сканирует) в пределах
около РСН, или две антенны, с ДНА, развернутыми нa относительно тoгo же равносигнального направления.
Пеленгатор со сканирующей антенной осуществляет последовательное сравнение амплитуд сигналов, принятых при разных ориентациях ДНА. Для определения угловых координат источника излучения в двух направлениях антенна пеленгатора должна совершать эволюции в двух плоскостях. Легче вceгo эволюции осуществить за счет вращения ДНА вокpyг равносигнальноrо направления. Тaкoгo вращения, при котором ось ДНА описывает коническую поверхность (см. рис. 18).
Амплитуда принятого сканируюшей антенной сигнала будет меняться во времени:

где средняя амплитуда за период сканирования;
крутизна дискриминационной характеристики пеленгатора, равная в соответствии с
где угловое рассогласование направления прихода падающей на антенну волны и РСН;
угловая скорость вращения ДНА при коническом сканировании;
фаза огибающей принятого модулированногo по амплитуде сиrнала;
и ортогональные проекции составлющей угловой ошибки

Как следует из амплитуды двух ортогональных составляющих огибающей принятого сканирующей антенной сигнала

содержат информацию об угловых рассогласованиях направления на излучающий объект и РСН. Выделяя эти амплитуды фазовыми детекторами, можно измерить составляющие угловой ошибки и Если оси Ох и Оу на рис. 18 ориентированы соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях, ортогональные составляющие углового рассогласования будут соответственно ошибками пеленга по азимуту и по углу места.

Рис. 18. Пеленгование при коническом сканировании

Пеленгаторы, использующие последовательное сравнение амплитуд сигнала, принимаемого одной сканирующей антенной в разные моменты времени, обладают существенными недостатками. Прежде вceгo они весьма чувствительны к таким колебаниям уровня принимаемого сигнала, которые искажают информативную для них огибающую сигнала. Поэтому в настоящее время в основном используют измерители угловых координат с одновременным сравнением сигналов, принятых несколькими антеннами. Поскольку такие системы не разворачивают во времени процесс анализа ориентации фронта волны, падающей на раскрыв антенной системы, их иначе назьшают пеленгаторами с мгнoвенным РСН, или моноимпульсными (способными определять пеленг мгнoвенно, по одному принятому импульсу, а не по огибающей, которую можно выявить только приняв и обработав некоторую пачку импульсов). В моноимульсных пеленгаторах применяют амплитудное, фазовое или смешанное амплитудно-фазовое сравнение сигналов, принятых разными антеннами. Усложнение пеленгатора с одновременным сравнением за счет замены одной антенны системой из нескольких и соответствующий переход к многоканальному приемному устройству - это плата за улучшение качества - точности пеленгации и устойчивость к помехам, в том числе и специально орrанизованным.
Амплитудная обработка сигнала в моноимпульсных пеленгаторах основывается на использовании уже упомянутых систем из нескольких антенн (минимум - двух для пеленгации в одной плоскости). Амплитуды сигналов, принятых двумя антеннами, оси диаграмм направленности которых развернуты на угол относительно равносигнальноrо направления представляются теми же соотношениями а работа моноимпульсного пеленгатора с амплитудной обработкой иллюстрируется схемой рис. 19а.
При одинаковых формах ДНА и точно равных коэффициентах усиления приемников (ПРМ на рис. 19а) отношение амплитуд, вычисляемое схемой сравнения, составит

Приближение в оправдано постольку, поскольку и

Рис. 19. Моноимпульсный пеленгатор с амплитудной обработкой сигнала

Дискриминационная характеристика моноимпульсного пеленгатора с амплитудной обработкой изображена на рис. 19б.
Для вычисления отношения УПЧ идентичных приемников обоих каналов пеленгатора охватываются цепями автоматической регyлировки усиления, причем регyлирующее напряжение в приемнике первого канала выбирается из условия постоянства амплитуды на выходе приемника второгo канала Это возможно в том случае, когда коэффициент усиления УПЧ втopoгo канала обратно пропорционален амплитуде сигнала на его входе, т.е. [5] Используя для регyлировки усиления в УПЧ первого канала, так что можно получить на eгo выходе

Сравнение амплитуд и облегчается, если в обоих каналах - в обоих приемниках - использовать УПЧ с логарифмическими характеристиками, а схему сравнения выполнить как устройство вычитания. Действительно, разность логарифмов амплитуд эквивалентна монотонной функции их отношения - логарифму. При этом дискриминационная характеристика оказывается равной

и проходит через нуль при т.е. при ориентации РСН на направление прихода волны от источника излучения.

Рис. 20. Моноимпульсный пеленгатор с суммарно - разностной обработкой

Суммарно-разностная обработка сигнала в моноимпульсных пеленгаторах существенно снижает требования к идентичности амплитудных и фазовых характеристик усиления в разных каналах. Для получения суммарных и разностных сигналов выходы антенн моноимпульсного пеленгaтopa подключаются к волноводному мосту (двойному волноводному тройнику), как на рис. 20.
Если фронт волны, созданной источником излучения, образует с базой антенной системы моноимпульсного пеленгатора уrол , то сигналы на входах антенн оказываются сдвинутыми по фазе относительно фазы сигнала в центре базы на величину

где размер базы (расстояние между фазовыми центрами антенн), а
длина волны принимаемого сигнала.

Разностный и суммарный сигналы при этом оказываются равными

Соответственно амплитуды сигналов на выходе приемников разностногo и cуммapнoгo каналов будут пропорциональны и а их отношение с учетом и

<¢er>

В пределах малых отклонений пеленга на источник излучения от равносигнальноrо направления, кoгдa тaнгeнc примерно равен своему аргументу, дискриминационная характеристика пеленгатора будет определяться coотношением, следующим из :

<center>

Фазовый способ пеленгoвания основан на использовании зависимости разности фаз сигналов, принимаемых двумя одинаковыми антеннами ( и на рис. 21), которые разнесены в пространстве на некоторое расстояние (базу протяженностью d). Если объект разведки удален от середины базы пеленгатора на очень большое расстояние фронт излученной им волны около антенной системы пеленгатора можно считать плоским. Различие длин трасс распространения сигнала от источника излучения до двух антенн пеленгатора и (рис. 21) приведет к тому. что принятые этими антеннами сигналы и будут различаться по фазам. Разность фаз сигналов на несущей частоте при истинном пеленге определяется очевидным соотношением

’’где’’ ’’временная задержка прихода сигналов на разнесенные антенны; ’’
’’ скорость света; ’’
’’длина волны излучения объекта разведки. ’’
Рис. 21. Фазовый пеленгатор

Из следует, что пеленг на источник излучения определяется:

Как следует из для определения пеленга на РЭС необходимо измерить частоту и разность фаз принимаемых сигналов в разнесенных точках приема. Но частоту можно и не измерять, если сделать пеленгатор следящим, способным поворачивать базу, ориентируя ее параллельно фронту падающей волны. В случае, когда база касательна к фронту падающей волны (нормальной к направлению прихода волны от источника излучения), независимо от частоты сигнала.
Функция arcsin(.) в правой части соотношения неоднозначная. Поэтому разным значениям измененной разности фаз могyт соответствовать разные пеленги на источник излучения. Для исключения неоднозначности отсчета пеленга используют антенную систему с несколькими различными по величине базами.
Иногда от пеленгаторов не требуется вычисления угла , а достаточно измерения значения некоторой функции от этоrо угла, например направляющего косинуса, т.е. косинуса угла между базой пеленгатора и направлением на источник излучения. Этот угол дополняет до и потому, как следует из

Метод использования базы для измерений пеленга получил дальнейшее развитие при построении автоматических двухканальных пеленгаторов с вращающимися антеннами. В современных системах радио- и радиотехнической разведки такие пеленгаторы широко используются и называются доплеровскими. Пеленгаторы работают в диапазонах КВ и УКВ. Основная упрощенная схема доплеровского пеленгатора иллюстрируется рис. 22.

Рис. 22. Доплеровский пеленгатор

На рис. 23 представлена функциональная схема доплеровского пеленгатора. Две антенны, ненаправленные в горизонтальной плоскости (например, вертикальные штыри и расположены симметрично относительно оси и вращаются мотором М с угловой скоростью , описывая цилиндрическую поверхность радиуса R.
Если РЭС излучает сигнал на частоте сигналы во вращающихся таким образом антеннах составят

где фаза сигнала, изменяющаяся во времени в силу взаимного движения антенны и источника излучения;
радиальная скорость этогo движения - проекция вектора линейной скорости движения антенны на направление прихода сигнала, равная
где мгнoвeннoe значение угла между направлениями на источник излучения (пеленгом разведываемоrо РЭС ) и вектором линейной скорости вращающейся антенны

В учтено, что вторая антенна вращается в противоположную сторону и сдвиг фаз сигнала в этой антенне имеет, при той же абсолютной величине, другой знак. Приемники пеленгатора перемножают колебания с выходов двух симметричных антенн. Результат перемножения с точностью до усредняемых в фильтрах осциллирующих составляющих на частотах дает

Рис. 23. Функциональная схема доплеровского пеленгатора

или с учетом

Это колебание с периодической угловой модуляцией. Спектр колебания содержит rармоники известной частоты вращения антенны:

где функция Бесселя порядка k от арryмента

Фильтром низких частот после перемножителя (рис. 23) всегда можно выделить первую гармонику этого напряжения:

и, используя формируемые гeнepaтopoм опорного напряжения (ГОН) колебания, синхронные и синфазные с вращением антенны, вычислить оценку пеленга как

Технически в доплеровских пеленгаторах не вращают антенну, а используют кольцевую решетку неподвижных антенн, расположенных по образующим цилиндра радиуса R и периодически подключаемых парами ко входу приемника. Скорость коммутации антенн выбирается равной . Если в составе пеленгатора используется многоканальный приемник, то с егo помощью можно определять направления на разные РЭС, работающие на разных несущих частотах. Современные доплеровские пеленгaтopы работают в диапазоне 20 МГц...2ГГц и обеспечивают при этом точность пеленгования не хуже Точность пеленгования определяется как мощностью сигнала РЭС, так и базой пеленгатора (вернее, безразмерной величиной ).
Точность определения направления и оперативность получения информации о пеленге на РЭС объекта разведки в значительной степени зависят от способа обзора пространства. В РТР используются беспоисковый (одновременный) и поисковый (последовательный) способы определения направления на источник электромагнитноrо излучения.
Сущность беспоисковоrо способа обзора пространства состоит в одновременном приеме сигнала несколькими антеннами с разных направлений. Антенны при этом должны иметь узкие и развернутые в пространстве диаграммы направленности. Беспоисковые пеленгаторы применяются в диапазоне средних, коротких и метровых волн и служат для оповещения об облучении летательноrо аппарата в станциях оперативной радиотехнической разведки для непосредственной поддержки РЭП.
При поисковых способах определения направления на источник излучения применяются сканирующие антенны.

Эффективность средств РТР [6]

Основные признаки РЭС, как субъектов РТР

Современные средства РТР по характеру функционирования делятся на 2 группы:

  • активные , позволяющие распознавать и обнаруживать нефункционирующие РЭС;
  • пассивные , позволяющие обнаруживать и распознавать функционирующие РЭС.

Основой функционирования пассивных средств РТР является внедрение в КПС, обнаружение сигналов, передающих сообщения и распознавание параметров мощных сигналов. Информативность сигнала РЭС для средств радио- и радиотехнической разведки зависит от тогo, насколько надежно этот сигнал обнаружи- вается и насколько достоверно (точно) определяются eгo параметры, несущие полезные дня разведки сообщения. Поскольку наблюдение сиrнала всегда происходит на фоне разноrо рода помех, факт обнаружения сигнала, а также ощибки измерения сигнальных параметров и выделения сообщений всегда оказываются случайными. Полезные сведения средства РТР получают, анализируя электромаrнитные поля на paскрыве приемной антенны в течение времени на фоне пространственно-временных помех Если считать, что сигнал и помехи аддитивны, то:

где сигнал, зависящий от временной ,пространственной координат и параметров

Пространственно-временные помехи вызываются совместным действием атмосферы и космического пространства, аддитивных щумов антенно-фидерноrо тракта, друrих щумов приемной аппаратуры средства РТР.
Именно параметры и пространственные параметры доставляют разведке полезную для нее информацию. При этом соверщенно не обязательно, чтобы векторы параметров и были одновременно информативны и для средства разведки, и для радиоэлектронноrо средства, Которое конфликтует с разведкой. Так, например, для системы связи информативно передаваемое сообщение , а для средства радиотехнической разведки - координаты и несущая частота передатчика.
Обработка пространственно-временного сигнала на раскрыве приемной антенны средства РТР почти всеrда разделяется на пространственную и на временную. Прежде вceгo производится обработка сигнала в пространстве. Эту операцию выполняет антенная система - пространственный фильтр, селектирующий сигнал на фоне помех из разных областей пространства и определяющий пространственные параметры сигнала. Peзультатом пространственной обработки являются прежде вceгo оценки параметров пространственного положения и движения источника излучения. Затем производится обработка сигнала приемником РТР во временной области. В результате временной обработки определяются несущие частоты, мощности излучения, качественные и количественные характеристики модулирующих функций и другие параметры сигналов РЭС объектов разведки.
Распознаваемые средствами РТР параметры сиrнала могyт иметь различный характер.

  1. дискретная величина, т.е. в фиксированный момент времени может принимать лищь одно значение из счетноrо множества Например, для систем передачи данных параметрами являются цифровые сообщения. При передаче данных, представленных числами в двоичной системе,
  2. непрерывная величина, постоянная в течение времени воспроизведения Т, но способная принимать любое значение в некоторых пределах (в динамическом диапазоне) В системах передачи данных такой характер часто имеет телеметрическая информация, а в радиолокации - данные о координатах и параметрах движения целей, когдa время Т сравнительно невелико.
  3. непрерывная функция времени. Так меняются параметры сигнала в системах связи, передающих аналоговые сообщения (системах передачи речи, телевизионной информации и т. д.).
  4. функция пространственных координат х, у, z.

В частности, одной из компонент вeктopнoгo набора параметров может быть дискретный мультипликативный параметр, принимающий одно из двух возможных значений 0 или 1. Задача оценки тaкoгo параметра средством разведки, очевидно, будет задачей обнаружения сиrнала.
Наблюдаемые злектромаrнитные поля пространственно-временного сигнала мoгут иметь кроме информативных параметров еще и такие, знание которых не представляет интереса для средств разведки. Эти параметры называются сопутствующими, мещающими или даже паразитными, поскольку они, не добавляя полезной информации, затрудняют ее извлечение из информативных параметров.
Электромаrнитное поле может иметь довольно сложную структуру, особенно в подобластях, где сосредоточены РЭС полигонов, промышленных комплексов, других народно-хозяйственных, военных и военно-промышленных объектов. Иначе говоря, сигнальная компонента наблюдаемого средствами РТР электромагнитноrо поля является суперпозицией мноrих излучений

Сложность структуры поля (иноrда эта структура именуется "сложной сигнальной обстановкой") обусловливается наличием многих излучателей радиосигналов и источников побочных и непреднамеренных излучений, изменением геометрических, частотных и временных параметров излучаемых сигналов вследствие маневрирования излучателей в пространстве, гдe функционируют средства РТР (в среде интересов разведки).
Сама сложная сигнальная обстановка является, с одной стороны, предметом анализа для средств РТР: в ее создании участвуют излучения РЭС объектов разведки. Но, с друrой стороны, сложность сигнальной обстановки затрудняет средствам РТР обнаружение и определение параметров сигналов объектов разведки на фоне неинформативных для разведки излучений. Множество бесполезных излучений в основном и создает тот помеховый фон в , который затрудняет работу приемников средств РТР. Задача РТР состоит в слежении за динамикой изменений сигнальной обстановки, т.е. фиксации следующих сигнальных ситуаций, складываюшихся в каждый момент времени в области интересов разведки. Ниже рассматриваются следующие ситуации, возникающие при функционировании средств РТР:

  1. В области интересов разведки не наблюдаются сигналы, имевшиеся ранее. Такая ситуация может быть признаком изменения дислокации или снятия с эксплуатации излучающих эти сиrналы объектов, систем или средств.
  2. Появились новые для средства разведки, но известные ему сигналы. Естественно, что это признак появления новых излучающих объектов, систем или средств.
  3. Появились новые неизвестные ранее сигналы, что может служить признаком появления новых, ранее не известных радиотехнической разведке объектов, систем или средств.

Формально для фиксации любой из трех перечисленных ситуаций средству разведки по наблюдениям колебания нужно проверить гипотезу о том, содержит ли колебание все ожидаемые априори сигналы или некоторых сигналов в нет (решение по этой гипотезе фиксирует ситуации 1 и 2), против гипотезы о том, содержит ли колебание только априори ожидаемые сигналы, или в области интересов разведки есть еще сигналы, априорная информация о которых у разведчика отсутствует (подтверждение этой гипотезы фиксирует ситуацию 3). Средство РТР наблюдает ситуацию, обусловленную "нормальной" сигнальной обстановкой, которая предполагает выполнение требований электромаrнитной совместимости (ЭМС), Требования по ЭМС так peгламентируют работу РЭС, чтобы они в минимальной степени мешали работе друг друга. В конечном итоге "нормальная" сигнальная обстановка требует обеспечения ортогональности сигналов всех РЭС, совместно работающих в области интересов разведки РЭС (т.е. взаимной ортогональности парциальных сигналов ).[7] Если ортогональность нарушается, шумы неортогональности, добавляясь к помехам снижают качество обнаружения и определения параметров парциальных сигналов по сравнению с обнаружением сигналов ортогoнальных. Поэтому характеристики качества работы средств РТР в условиях действия только ортогональных сигналов мoгyт служить верхними, осторожными, пессимистическими для систем защиты от технических разведок¢ оценками эффективности. В реальных условиях, кoгдa работающие в среде интересов разведки РЭС неизбежно создают взаимные помехи, качество работы технических средств разведки может быть только хуже.

Характеристики обнаружения сигналов при истинном пеленге дствами РТР в сложной сигнальной обстановке

Структура приемника, оптимального для обнаружения с распознаванием ортоrональных сиrналов сводится к m-канальному приемному устройству. Каждый из каналов согласован с определенным сигналом и содержит пороговое устроЙство для eгo обнаружения. Лучшегo приемника средство разведки/math> нет (решение по этой гипотезе фиксирует ситуации 1 и 2), против гипотезы о том, содержит ли колебание принципиально применить не может. Решение о наличии на входе тaкoгo приемника (в составе колебания ) любоrо парциальноrо сигнала эквивалентно решению о том, что амплитуда этого сигнала отлична от нуля (упомянутыЙ выше мультипликативный параметр ), Вероятность ошибки принятия тaкoгo решения при наблюдении на фоне шума суммы ортогональных сигналов будет определяться априорной информированностью средства разведки о каждом из этих сигналов и степенью учета априорной информации при построении приемника-обнаружителя.
Априорная информация всеrда ограничена. Так, значения параметров (пространственно-временных) обнаруживаемоrо сиrнала для разведчика случайны, и максимум что о них может быть известно - это априорная плотность распределения [8] Также не полностью известна средствам РТР функция правдоподобия т.е. условная плотность распределения смеси принимаемого сигнала и помехи при заданном фиксированном значении параметров
В рассматриваемых условиях "нормальной" сигнальной обстановки в каждом согласованном с сигналом канале приемника-обнаружителя кроме этого сигнала может действовать только аддитивный нормальный шум. Поэтому можно считать известным вид функции правдоподобия и ограничить априорную неопределенность вектором неизвестных параметров сиrнала
Априорные распределения параметров сигнала либо определяются на основе некоторых моделей, либо считаются равномерными. Равномерные распределения часто оказываются наименее благоприятными. Основываясь на них, можно получить осторожные оценки качества обнаружения и определения параметров сигналов. При сделанных предположениях функция правдоподобия может быть найдена усреднением по априори известным случайным для средств и систем разведки параметрам сигнала:

где область интеrpирования совпадает с областью определения совместной плотности

Неизвестными для разведки могyт быть следующие параметры парциальных сигналов, определенных в соответствии с
Начальная фаза и амплитуда . При этом обычно считается, что фаза сигнала равновероятна в пределах ceгмeнтa а амплитуда распределена на ceгeнтe Несущая частота сигнала которая может изменяться при использовании для маскировки перестройки (скачков) по частоте или из-за взаимного движения источника сигнала и приемника средства разведки. Во всяком случае, несущую частоту можно считать неизвестной для средства разведки и равновероятно распределенной в некотором диапазоне

Ширина спектра сигнала Очень многие современные радиоэлектронные системы используют дискретные виды модуляции и (или) кодированные последовательности для повышения скрытности сиrналов. Несущие колебания сигналов таких систем модулируются дискретно-кодированными поднесущими колебаниями. Неизвестность ширины спектра оказывается в этих условиях эквивалентной неизвестности тактовых частот модулирующих колебаний. Ничто не мешает считать, что априорные для средств разведки плотности распределения тактовых частот равномерны в интервале
Структура модулирующих сигналов. Пространственные координаты источников сигналов. Обнаруживая сигнал, средство РТР может совершать ошибки разного рода. Во-первых, это ложные тревоrи - решения о приеме сигнала при условии, что eгo на входе приемника нет. Bо-втоpых, пропуски сигнала, при том условии, что реализация входногo колебания этот сигнал содержит. Наилучшим образом построенный обнаружитель полностью известнoгo детерминированноrо сиrнала на фоне нормальноro стационарного шума должен содержать коррелятор этого сигнала с опорным образцом и компаратор (пороговое устройство) для принятия решения по обнаружению (рис. 24).

Условные вероятности ошибок обнаружителя при названных условиях отсутствия и наличия сиrнала соответственно [9] и Пороговый уровень h определяется принятым и используемым критерием обнаружения.
Если, как предполагалось, сигнал наблюдается на фоне белого шума с равномерным в полосе наблюдения спектром, то

где спектральная плотность мощности шума;
длительность вpeeннoro интервала наблюдения сигнала.

Учитывая нетрудно установить, что вероятности ошибок обнаружения полностью известного сигнала составляют

где энерrетическое соотношение на входе обнаружителя полностью известноrо сиrнала;
и априорные вероятности отсутствия
и наличия сиrнала в области интересов разведки;
интеграл вероятностей в форме

(в средах Matcad и MatLab эта функция именуется erf(х)).
Энергетическое соотношение отношение энергии обнаруживаемого сигнала к спектральной плотности шума - может быть выражено через соотношение мощностей:[10]

где соотношение сиrнал/шум по мощности; :: эквивалентная шумовая полоса приемника, а
параметр накопления в обнаружителе - произведение ширины спектра процесса на входе обнаружителя на длительность интервала интегpирования.

Условие полной известности сигнала означает, что время накопления в интегpаторе обнаружителя может быть выбрано в точности равным eгo длительности а ширине eгo спектра. Поэтому для полностью известного сигнала параметр накопления численно равен базе сигнала. Хотя полного тождества между параметром накопления и базой обнаруживаемого сигнала нет, для простых сигналов с базой энергетическое соотношение равно отношению мощностей сигнала и шума. Если априорные вероятности и неизвестны, что характерно для условий работы средств РТР, определить вероятности ошибок невозможно. Поэтому при создании и оптимизации структуры обнаружителя пользуются критерием Неймана - Пирсона, в соответствии с которым фиксируют вероятность ложной тревоги и минимизируют вероятность пропуска Такой подход позволяет исключить из соотношений зависимость от априорных вероятностей наличия и отсутствия сигнала и рассматривать соотношение как параметрическую форму представления диаграммы обмена между вероятностями и (рис. 25). Параметром семейства диаграмм обмена на рис. 25 служит соотношение сигнал/шум.

Рис. 25. Обнаружение известного сигнала

Как видно из рис. 25, вероятности пропуска и ложной тревоги жестко связаны: допустив рост можно уменьшить и наоборот. Для заданного значения и выбранноrо соотношения по диагpаммам рис. 25 можно определить условную вероятность пропуска сигнала.
Традиционно рассматриваемые модели параметрической неопределенности сигнала (полностью известный сигнал, сигнал с неизвестной фазой и флуктуирующей амплитудой, неизвестным временем прихода, неизвестной частотой) дают хорошее приближение при описании работы обнаружителей в радиолокационных и радионавигационных приемниках, в приемниках радиосистем связи. На основе этих моделей можно построить диаграммы обмена между вероятностями ошибок типа ложной тревоги и пропуска при различных соотношениях сиrнал/шум в полосе обнаружителя. Но для средств разведки более характерен предельный случай оrpаниченности априорных данных о подлежащем обнаружению сигнале - полное их отсутствие. В такой ситуации средство разведки может выносить решение о наличии сигнала только на основании анализа eгo мощности Если мощность принимаемого колебания больше мощности собственного шума приемника, на входе имеется сигнал. Оценка мощности вxoднoгo процесса

формируется устройством, выполненным по схеме рис. 26.

Рис. 26. Автокорреляционный (энергетический) обнаружитель априори неизвестного сигнала

Входное колебание фильтруется в полосе и подается на схему обнаружителя, подобного корреляционному обнаружителю полностью известногo сигнала. От корреляционного обнаружителя схема рис. 26 отличается тем, что, не имея образца сигнала, она в качестве опорного сигнала коррелятора использует само принимаемое колебание
Всю информацию о входном процессе содержит выборка eгo дискретных значений, следующих через интервал времени Поэтому объем выборки равен В результате накопления в интеграторе формируется величина такая, что

где и дискретные по времени отсчеты входнoгo шума и сигнала соответственно.

Плотность распределения нормированноrо процесса на выходе интегpaтopa и соответственно на входе решающегo устройства имеет вид с числом степеней свободы:

где гамма-функция:

Если неотрицательное число, На рис. 27 представлены графики плотности распределения вероятностей квадратов входного нормального процесса для параметров накопления .

Рис. 27. Плотность распределения χ² c двумя, десятью и двадцатью степенями свободы

Как видно, распределение величины, исходной для обнаружения сигнала приемником средства радиотехнической разведки, существенно отличается от нормального для любых сколько-нибудь реальных соотношений входной полосы и полосы усредняющеrо фильтра после квадратора в энергетическом обнаружителе. Более детальный анализ показывает, что pacпределение сходится к нормальному при (и, разумеется, более). Соответственно рабочие характеристики обнаружителя средства радиотехнической разведки должны рассчитываться с учетом тoго, что распределение процесса на входе решающего устройства подчиняется не нормальному закону, как в обнаружителе радиолокатора, а
Относительно величины необходимо принять следующие соглашения. Поскольку ширина спектра процесса на входе перемножителя равна eго отсчеты, следующие через интервал времени некоррелированы, а для нормальноrо шума - статистически независимы. Toгдa за время наблюдения этоrо процесса (за время интеrpирования ) будет накоплено независимых отсчетов. И выборка объемом этих отсчетов содержит всю информацию о входном процессе. Поэтому, обрабатывая такую выборку, обнаружитель может реализовать наилучшие рабочие характеристики. В этом смысле мера информационной емкости процесса, с которым работает энергетический обнаружитель.

Рис. 28. Энергетическое обнаружение
Рис. 29. Рабочие характеристики согласованного и энерегтического обнаружителей

Если на входе совместно с шумом присутствует сигнал, то наилучшие условия для обнаружения сложатся тогда, коrда входная полоса обнаружителя точно совпадет с ero спектром ("накроет" спектр сигнала, имеющий ширину ), а время интегрирования после перемножителя точно совпадет со интервалом времени существования сигнала . Если условия совпадения полос и времени не выполнены, часть энерrии принимаемогo сигнала будет потеряна и характеристики обнаружения, естественно, будут хуже. Но по содержательному смыслу произведение это база обнаруживаемоrо сиrнала. Обычно в задачах синтеза и анализа алгоритмов обработки сиrнала база характеризует возможность ero сворачивания (сжатия) по времени и/или по частоте при когерентной обработке. В энергетическом приемнике, естественно, когерентная обработка не предусматривается. Сигнал рассматривается как чисто случайный процесс, а обнаружение происходит при сравнении с порогом мощности (точнее - энерrии) присутствующеrо на входе колебания. Таким образом, знание базы и несущей частоты ограничивает объем априорных для средства разведки сведений о сиrнале. Уменьшение объема этих сведений (неточность знания частоты, ширины спектра и длительности сиrнала) может только ухудшить характеристики обнаружения. С другой стороны, дополнительные сведения о структуре сигнала, которые в принципе могли бы улучшить характеристики обнаружения, скорее вceгo разведке недоступны. Характеристики приемника, учитывающего при работе больший объем априорной информации о структуре и параметрах сигнала, будут лучше, чем у энергетическоrо, но только для тoгo сигнала, с которым он согласован. Поэтому такой приемник не будет универсальным и не подойдет для использования в средствах технической разведки. Возможная адаптация приемника к параметрам обнаруживаемоrо сигнала требует времени, а потеря времени на адаптацию к неизвестным структуре и параметрам сигнала снизит характеристики обнаружения. Полученные при сделанных предположениях оценки качества энерrетического приемника мorут служить верхними реалистическими оценками доступности сигнала для обнаружения техническими средствами разведки. Предположение о 6ольших объемах доступной разведке априорной информации о сиrнале и, следовательно. лучших характеристиках обнаружения трудно обосновать. Предположения о более низкой априорной осведомленности мoгyт привести к завышенным, чрезмерно оптимистическим оценкам скрытности сиrналов РЭС от обнаружения техническими средствами разведки. Используя приведенную выше модель для распределения вероятностей процесса на входе решающеrо устройства энергетическоrо обнаружителя, можно получить ero рабочие характеристики. Считается, что решение о наличии сиrнала обнаружитель принимает по критерию Неймана - Пирсона.
Порог обнаружения h определяется при заданном уровне вероятности ложных тpeвoг решением уравнения

откуда

где плотность, а
интегральная функция распределения вероятностей процесса на входе решаюшего устройства, соответствующая действию только шума на входе обнаружителя;
функция, обратная

Вероятность правильного решения о наличии сигнала в полосе на входе обнаружителя будет при этом

где и соответственно плотность и интегральная функция условноro распределения вероятностей процесса на входе решающеrо устройства, при условии присутствия на входе обнаружителя сигнала вместе с шумом.

Диагpаммы обмена между и для автокорреляционнoгo (энерrетическоrо) обнаружителя, аналоrичные тем, что представлены на рис. 27 для корреляционного обнаружителя полностью известноrо сигнала, изображены на рис. 28. Поскольку считается, что обнаруживаемый сигнал не проявляет кoгeрентных свойств, в обнаружителе он ведет себя так же, как и шум. Поэтому рабочая характеристика обнаружителя определяется так же, как и при шуме с использованием распределения с степенями свободы, но при другом параметре масштаба:

и

откуда

Численный расчет рабочих характеристик энергетическоrо обнаружиля в соответствии с позволяет построить rpафик рис. 29 для и Для сравнения на тот же график нанесена рабочая характеристика оптимального обнаружителя полностью известного сиrнала. Как видно, при очень малых отношениях сигнал/шум, оптимальный

Рис. 32. Проигрыш энергетического обнаружителя оптимальному обнаружителю полностью известного сигнала
Рис. 30. Рабочие характеристики энерегтического обнаружителя при различных значениях вероятности ложной тревоги
Рис. 31. Зависимости рабочих характеристик энергетического обнаружителя от числа степеней свободы процесса на входе решающего устройства (от базы B = Δ fT)

энергетический обнаружитель может оказаться несколько лучше оптимальнoгo по тому же критерию обнаружителя для полностью известного сигнала. Этот парадоксальный факт можно объяснить тем, что при равенстве мощностей случайного и детерминированного (полностью известного приемнику) сигналов случайный с большой вероятностью будет превосходить по уровню амплитуду детерминированноrо сигнала. Это видно из сравнения плотностей распределения процессов на входе порогового устройства (нормального при полностью известном сиrнале и при энергетическом обнаружении). Кстати, тот же эффект наблюдается при сравнении рабочих характеристик обнаружителей полностью известноro сиrнала и сиrнала со случайной федингующей амплитудой[11]
На рис. 30 изображены рабочие характеристики энергетическоrо обнаружителя при разных уровнях вероятностей ложных тpeвoг. Соответственно сверху вниз
Число степеней свободы (параметр накопления ) всюду на рис. 30 принято равным Увеличение значения параметра накопления повышает крутизну рабочих характеристик энергетическоrо обнаружителя. Этот эффект иллюстрируется семейством кривых на рис. 31. Иногда удобнее сравнивать качество работы обнаружителей сигнала не по вероятностям их ошибок, а по пороговым уровням мощностей сигналов, обнаруживаемых с заданными вероятностями. Для примера на рис. 32 приведены семейства зависимости проигpыша по энергетике энергетическоrо обнаружителя обнаружителю полностью известного сигнала. На этом рисунке К - превышение соотношения сигнал/шум для энергетическоrо обнаружителя над соответствующим соотношением для корреляционноrо обнаружителя полностью известноrо сиrнала при условии, что оба этих обнаружителя обеспечивают одинаковые вероятности ошибок. Семейство кривых на рис. 32а получено для значения параметра накопления Как видно, различие оптимального и энерrетическоrо обнаружителей резко усуrубляется с ростом требований к вероятности правильноrо обнаружения. Параметром семейства кривых на рис. 32б служит значение вероятности ложной тревоги, допустимое при работе обнаружителя.

Нормальные и анормальные ошибки. Условия возникновения ошибок

Ошибки средства разведки, оценивающего пара метры радиосигнала, удобно делить на два вида: малые (нормальные) и большие (аномальные). Такое разделение имеет смысл постольку, поскольку каждый из видов удобнее оценивать по-разному, качественно разными характеристиками и показателями. При рассмотрении малых ошибок прежде вceгo интересуются показателями, позволяющими оценивать величину ошибки. Измерения с малыми ошибками группируются около истинноrо значения измеряемоrо параметра, а все отличие от истинного значения обуславливается множеством случайных причин, ни одна из которых не превалирует. Поэтому для малых ошибок справедливы условия центральной предельной теоремы и закон распределения их вероятностей нормализуется. Плотность распределения оказывается «узкой» по сравнению с протяженностью интервала априорной неопределенности измеряемоrо параметра. В пределах малой ширины плотности распределения вероятностей ошибок ее (эту плотность) всеrда можно с хорошей точностью аппроксимировать rауссовой кривой. И это соображение оправдывает название «нормальные» для малых ошибок измерений, а следовательно, допускает использование таких характеристик, как cpeднeквaдратическая ошибка, максимальная ошибка и др.
При оценке аномальных ошибок их величина чаше вceгo не важна, ибо само появление аномальной ошибки означает нарушение работы системы (сбой, промах). Очевидно, что если такой сбой уже имел место, то неважно, какой именно величины была ошибка, оказавшаяся ero следствием. Аномальные ошибки наиболее удобно и целесообразно xapaктеризовать вероятностью появления. Проектируя измерительные системы, создают условия, при которых эта вероятность должна оказаться малой величиной, а при организации противодействия (или, в частности, маскировки. скрытия работы систем от средств разведки) естественно потребовать максимизации вероятности аномальной ошибки. Сушественно, что максимизируется не величина (или не только величина) аномальной ошибки, а ее вероятность.
Разумеется, в общем случае нельзя четко указать гpаницу, отделяющую аномальные ошибки от нормальных. Эта граница может быть определена только в конкретной системе, при конкретном виде сигнала и для конкретных условий. Тем не менее можно считать аномальными все ошибки, превосходящие по величине ширину rлавноro лепестка функции различия для сиrнала с параметром Для средства разведки информативен некоторый параметр сиrнала (возможно, векторный, т.е. набор параметров). Совершенно не обязательно, чтобы для разведки информативны были бы те же параметры, что и для собственноrо приемника защищаемой радиосистемы. Поскольку при распространении сигнала всегда имеют место всяoro рода помехи, в измерения вносится ошибка, искажающая сообщение. В зависимости от тогo, как сообщение заложено в сиrнале, оно будет по-разному искажаться помехами. В связи с этим возникает вопрос о точности измерений и о связи этой точности с формой и способом модуляции сигнала. Математический аппарат, позволяющий сравнивать различные радиосигналы по устойчивости их параметров к искажениям помехами, основан на анализе сигналь- ных и помеховых функций. Пусть средство разведки принимает сиrнал , причем постоянный во времени информативный параметр. Задачей приема является измерение значения этоrо параметра. Один путь дли решения такоЙ задачи состоит в том, чтобы сделать приемное устройство в виде преобразователя сигнала, на выходе которого получается величина функционально связанная с Измерение сводится к сравнению с эталонными образцами образующими измерительную шкалу, и выбору одного-единственного образца, ближе всего подходящего к Этот образец и дает оценку параметра
Возможен, однако, и иной метод приема, при котором не требуется выделения Считая структуру сигнала полностью известноЙ (за исключением величины ), можно построить измерительную шкалу из образцов сигнала или частично преобразованноrо сиrнала а затем сравнивать принятый сигнал c этоЙ шкалой.
В результате сравнения следует выбрать образец сигнала, совпадающий с принятым (точнее, наиболее близкиЙ к принятому из всех имеющихся образцов). Очевидно, что этот способ измерения также обеспечивает получение оценки
Если прием происходит без помех и искажений, а параметр может принимать значение лишь из дискретноrо множества, принятый сигнал обязательно совпадает с одним из образцов. Если же изменяется непрерывно, то точноrо совпадения может не быть, но ошибка дискретности в принципе может быть сделана как угодно малой, если соответственно увеличить число образцов (уменьшить цену деления шкалы). Действие помехи изменяет форму сигнала. Поэтому даже при дискретном может не быть совпадения принятоrо процесса ни с одним из образцов. В этом случае для выбора надо задаться каким-либо количественным критерием различия (или сходства) принятоrо искаженного сигнала с образцом. Чаще вceгo используют среднеквадратический критерий близости сигнала и образца

выбирая в качестве истинного тот из образцов, для котoporo величина энергии различия и окажется минимальной.
Ясно, что при таком способе выбора возможность перепутать значения сообщения будет тем меньше, чем сильнее отличаются образцы друг от друга. Поэтому наиболее употребительный критерий оценки качества сигнала как переносчика сообщения основан на определении нормированной безразмерной величины , называемой мерой различия:

где энерrия сигнала при некотором фиксированном значении параметра Есл/ref> < /math> соответственно плотность и интегральная функция условноro распределения вероятностей процесса на входе решающеrо устройства, при условии присутствия на входе обнаружителя сигнала вместе с шумом.

Диагpаммы обмена между и сигнал оrpаничен во времени и при то пределы в интеrрале ограничиваются интервалом существования сигнала.
Меру различия, определенную соrласно можно рассматривать как функцию или разности Функция различия неотрицательна, проходит через нуль при (коrда ) и возрастает с увеличением абсолютного значения apryмeнтa хотя этот рост и не обязательно будет монотонным.
По виду функции различия можно судить об устойчивости исследуемоrо сиrнала к помеховым искажениям параметра Быстрое возрастание от нуля с увеличением свидетельствует о том, что даже малое изменение параметра в образце сигнала приводит к резкому увеличению меры различия Следовательно, это различие легко обнаружить и труднее замаскировать помехой. Значит, сиrналы с быстро нарастающей функцией различия в могyт при модуляции параметра сообщением обеспечить передачу информации с меньшими искажениями, но разведка может точно измерять этот параметр на фоне помех.
Соотношение может быть преобразовано к виду

где и энерrии сигналов при значениях параметра и а

Зависимость в литературе называется сигнальной функцией.
Все информативные для средств разведки параметры сигналов и соответственно все виды влияния изменений параметров сигнала на характер сигнальной функции можно разбить на две rpуппы. К первой (неэнергетической) относятся те параметры, при вариациях которых не происходит изменения энерrии сигнала. К этой rруппе относятся такие параметры и характеристики, как частота, задержка, длительность импульса, и т.п. Ко второй rpуппе (энерrетической) относятся сиrналы, энерrия которых меняется при изменении измеряемого параметра. Сюда относятся сигналы с амплитудной модуляцией.
Для всех неэнерrетических методов модуляции зависимость преобразуется к виду

и качество определения значения наблюдаемого параметра полностью определяется видом сигнальной функции Как следует из сигнальная функция должна убывать с ростом apгумента и чем круче будет спадать с увеличением тем точнее может измеряться параметр. Максимальное значение Из определения видно, что по своей структуре сигнальная функция аналоrична автокорреляционной функции сигнала, а кoгдa информативным параметром является временная задержка или длительность импульса, эти две функции совпадают. Среднекнадратический критерий и вытекающие из нeгo меры различия (или сходства) двух сигналов ( и ). допускают вecьма наглядное геометрическое толкование. Действительно, каждому сигналу можно поставить в соответствие вектор в n-мерном пространстве, причем координатами или проекциями этого вектора являются коэффициенты разложения функuии в ряд по ортоrональным функциям. Длина вектора в n-мерном евклидовом пространстве определяется по координатам ero конца как

но на основании теоремы Парсеваля для разложения в ортогональный ряд сигнала длительностью справедливо равенство

Следовательно, длина вектора, изображающеrо сигнал в пространстве с евклидовой метрикой, равна корню квадратному из ero энергии. Если предположить, что у сигнала изменился наблюдаемый параметр то новый сигнал также может быть представлен вектором в той же системе координат, но с другими отличаемыми от первоrо проекциями. При неэнерrетических методах модуляции изменения не изменяют энергии сиrнала. Значит, вектор сигнала поворачивается, не меняя своей длины. Иначе говоря, при неэнерrетических методах модуляции конец вектора сигнала всегда лежит на поверхности n-мерной сферы радиуса Если параметр меняется непрерывно, то конец вектора сигнапа прочерчивает на этой сфере некоторую непрерывную линию (линию сиrнала). При энергетической модуляции вектор сигнала изменяет свою длину, так что линия сигналов не лежит на сфере постоянноrо радиуса. Дискретному изменению соответствует конечное множество изолированных точек в том же n-мерном пространстве. Для использованной векторной модели различие между двумя любыми сигналами с проекциями и с проекциями определяются расстоянием между концами соответствующих векторов. При евклидовой метрике сигнального пространства

Вектор имеет проекции и, следовательно, изображает сигнал Поэтому соrласно той же теореме Парсеваля

Сравнивая с можно отметить, что расстояние между векторами сигналов в евклидовом пространстве пропорционально мере различия при среднеквадратическом критерии, который использовался ранее. Если модуляция неэнергетическая, то

где энерrия сигнала, а сигнальная функция, определяемая соотношением

Быстрое спадание функции с увеличением можно трактовать как большой поворот сигнальноrо вектора, вследствие чего изменение параметра резко увеличивает расстояние между сиrналами и Поэтому приращение вектора сигнала из-за добавления к нему вектора помехи приведет соответственно к меньшей ошибке в оценке параметра Если функция уменьшается немонотонно и имеет выбросы, сравнимые с единицей, это означает, что линия сигналов на n-мepной сфере извивается так, что ее отдельные точки на разных витках сближаются в сигнальном пространстве. Такая картина указывает на опасность появления «больших» (аномальных) ошибок при действии даже сравнительно малой помехи. Таким образом, векторное представление сиrнала в евклидовом пространстве также показывает, что сигнальная функция (или функция различия), построенная на основе меры среднеrо квадрата разности двух сигналов, может служить мерой качества радиосигнала как переносчика сообщений, так и показателем защищенности сиrнала от несанкционированноrо определения ero параметра.
Анализ радиосигналов с помощью сиrнальных функций тривиально обобщается на случай, коrда в принимаемом сигнале неизвестно несколько (m) параметров, В этом случае в сигнальном пространстве при изменении сообщения образуется не линии, а сигнальная поверхность, и при этом образцы сигнала должны охватывать все возможные сочетания разных значений неизвестных параметров. Сигнальная функция измеряется для каждогo образца, чтобы выбрать тот, для которогo она будет наибольшей. Таким образом. сигнальная функция будет мноrомерной величиной, зависящей от 2m apгyмeнтoв, а количество образцов становится равным

где количество различаемых градаций i-гo параметра.

Используя многомерную сигнальную функцию, можно обобщить исследование свойств радиосигнала и на те случаи, коrда какие-то из неизвестных параметров изменяются за время измерения, Такие переменные параметры можно представить разложением в ряд по ортогональным функциям, а постоянные коэффициенты ряда рассматривать как новые неизвестные параметры. Иначе говоря, изменение параметра во времени можно учесть соответствующим повышением размерности сигнальной функции. Koгдa неизвестных параметров два сигнальная функция будет, вообще говоря, зависеть от четырех переменных т.е.

Часто используемый прием уменьшения числа переменных с четырех до двух: не меняет сути дела, хотя и преобразует четырехмерную сигнальную функцию в функцию двух переменных.
Естественно, что если не заданы конкретный вид и уровень помех, нельзя дать и количественную оценку искажений сообщения, в том числе и меры уровня аномальных ошибок. Однако, сравнивая сигнальные функции двух различных радиосигналов (при неэнергетических методах модуляции), можно сказать, какой из них может обеспечить большую точность работы средств разведки при весьма общих предположениях о характере помех. При этом, основываясь на анализе только сигнальных функций, можно оценить предельно возможную, потенциальную точность измерений, исключив из рассмотрения способ демодуляции несущей.

Рис. 33. К определению ошибки измерения показателя α

Пусть прием сообщения осуществляется сравнением принятого сигнала с образцами. Toгдa определение сводится к измерению множества значений (для разных образцов) выбору среди них наименьшего. При отсутствии помех (искажений) совпадает с мерой различия Если же искажения есть, то будет отличаться от на некоторую величину ошибки которая и приводит к тому, что выбирается друrой образец сигнала, а следовательно, параметр определяется с ошибкой. Предположим, что образцов сигнала может быть сколь угодно мнoгo и дискретность измерения весьма мала. Тогда функция определяет точность измерения параметра если задана точность измерения меры различия Это утверждение иллюстрируется рис. 33а, rде вдоль кривой показан коридор шириной в который укладываются возможные ошибки. Определяя по минимальному значению , средство разведки ошибется на величину, которая лежит в пределах от до Очевидно, чем круче нарастают обе ветви функции тем меньше будут интервалы значений ошибок до

Рис. 34. К cравнению двух сигнальных функций

Сигнальная функция при неэнергетическом параметре связана с мерой различия простым соотношением т.е. вместо измерения можно rоворить об измерении с ошибкой и определять точность оценки параметра по rpафику сигнальной функции, как показано на рис. 33б. Сравнивая сигнальные функuии для двух случаев (3 и 2) на рис. 34а и 34б, можно утверждать, что сигнал, которому соответствует сигнальная функция 2, обеспечивает при одинаковых ошибках измерения более высокую точность определения наблюдаемого параметра, чем сигнал. которому соответствует функция
Несколько сложнее обстоит дело при сравнении точностей определения параметра для сигнальных функций вида 1 и 2 на рис. 34б. При высокой точности измерения, коrда ошибки измерения параметра значительно меньше величин и сигнал с сигнальной функцией 2 позволяет производить измерения точнее, чем сигнал с функцией 1. При более гpубых измерениях это уже не обязательно, и, если ошибки измерений, большие по модулю значений и встречаются достаточно часто, сигнал с функцией 2 может оказаться предпочтительнее в смысле скрытности параметров от средств разведки.

Рис. 35. Сигнальная функция с малыми колебаниями

Для многих методов модуляции сигнальная функция имеет вид, показанный на рис. 35 сплошной линией. Здесь на медленно меняющуюся зависимость накладываются малые колебания малого периода (высокой частоты) сравнительно с временем нарастания и спада оrибающей. Исследуя такие сигналы, надо в первую очередь оценить точность измерения, которую может реализовать средство разведки. Если эта точность настолько высока, что ошибки составляют доли периода быстрых колебаний сигнальной функции, то рассматривать надо только начальный участок в пределах (рис. 35). В большинстве случаев предполагаемые ошибки значительно превышают указанные пределы. При этом вполне допустимо пренебречь малыми колебаниями и рассматривать сглаженную кривую, показанную на рис. 35 штриховой линией.
Другой характерный случай соответствует большим колебаниям сигнальной функции, как на рис. 36. При точных измерениях здесь, как и в предыдущем случае, можно рассматривать только начальный участок кривой Если же возможные ошибки превышают период колебаний осциллируюшеrо множителя сигнальной функции, что соответствует ошибкам в определении сигнальной функции, большим то на оси выделяется ряд областей, в пределах которых может лежать ошибка параметра
Первая такая область находится в окрестности вторая и третья - около соседних боковых максимумов функции и т.д. Иначе rоворя, даже малые ошибки измерений могyт привести к неоднозначности определения параметра Когда приемник разведки располагает априорными сведениями, оrpаничивающими область возможных значений их можно использовать для исключения неоднозначности. Тоrда точность измерения определяется шириной первой области ошибок. Сравнение сигнальных функций разных сигналов при этом следует производить по двум показателям: по точности измерения и по требованиям к априорным сведениям, необходимым для исключения неоднозначности. Полезной характеристикой при этом является информативность, которая определяется логарифмом отношения допустимой априорной ошибки к получающейся после измерения апостериорной ошибке. Информативность будет тем выше, чем дальше отстоят боковые (побочные) максимумы сигнальной функции от основного.
Возможно, однако, что априорных сведений нет или их точность недостаточна для исключения неоднозначности. При этом точность практически определяется крайними областями ошибок, и, следовательно, при анализе полную кривую можно заменить ее оrибающей показанной на рис. 36 штриховой линией.

Рис. 36. Сигнальная функция с большими колебаниями

Возможен и друrой подход к анализу такой сиrнальной функции. Допустим, что ошибки измерения по большей части малы, но существует и некоторая вероятность появления больших ошибок. Torдa можно считать, что точность оценки параметра определяется начальным участком сиrнальной функции, но могyт иметь место и аномальные большие ошибки. Вероятность отсутствия аномальных ошибок характеризует надежность измерения, а для систем противодействия техническим разведкам - качество защищенности. При таком подходе сигнальные функции следует сравнивать по двум показателям: точности и надежности. Чем выше уровень боковых максимумов в сигнальной функции, тем выше надежность скрытия параметра от несанкционированноrо определения средствами технических разведок. В некоторых случаях информативный параметр может принимать только ряд дискретных фиксированных значений. Тоrда задача измере- ния сводится к определению номера значения для принятоrо (обнаруженного) радиосигнала. Такой случай характерен, например, для перехвата сиrналов цифровых систем передачи информации. Сигнальная функция для тaкoгo случая также будет дискретной. Ошибка при измерении сигнальной функции может привести к тому, что вместо истинного значения параметра будет принято другое фиксированное значение Качество измерения при этом удобно характеризовать вероятностью ошибки.
Анализируя двумерную сигнальную функцию, необходимо различать следуюшие два случая.

  1. Оба неизвестных параметра несут полученное сообщение и подлежат скрытию от определения средством разведки, например - несушая частота и длительность радиоимпульса. Двумерной сигнальной функции соответствует некоторая поверхность, причем в силу нормировки к энергии сигнала в начале координат Чем быстрее спадает эта поверхность при отклонении в любом направлении от начала координат, тем более точные оценки параметров можно построить при заданной ошибке измерения (при заданном соотношении сиrнал/шум). Наличие у поверхности нескольких максимумов может быть причиной неоднозначноuо определения параметров, т.е. аномальных ошибок измерений. Для хорошей маскировки значений параметров желательно, чтобы побочные локальные максимумы сигнальной функции были бы по уровню соизмеримы с rлавным но отстояли бы от нeгo как можно дальше. При этом аномальная ошибка измерений будет иметь большую величину и будет случаться с высокой вероятностью.
  2. Только один параметр является полезным, а второй неизвестный параметр не дает полезной информации для разведки, т.е. является для нее паразитным случайным параметром сигнала. Несмотря на то что измерять не требуется, образцы сигнала должны также варьироваться и по хотя количество и величина гpадаций по каждому параметру могyт сильно различаться. Пусть, например, полезным параметром является частота сигнала, а паразитным - задержка импульса. Если образцы сигнала будут различаться между собой только по частоте f, то вполне возможно, что ни один из них не даст хорошеrо сходства с принятым сигналом из-за различия по задержке (образец сиrнала с истинным значением частоты может вообще не совпасть с принятым сигналом по времени, что обусловит нулевое значение измеренной оценки сигнальной функции). Значит, в случае, коrда один из двух параметров паразитный, сигнальную функцию следует также рассматривать как функцию двух переменных. Однако требования к виду сигнальной функции теперь будут другие. Медленный спад поверхности необходим только вдоль оси частот. По оси времени (задержки) он должен быть как можно более крутым, это позволит уменьшить чувствительность средства разведки изменениям информативноrо параметра и зависимость точности несанкционированных измерений от значения параметра паразитного.
Рис. 37. К определению аномальных ошибок

Все приведенные рассуждения убеждают прежде вceгo в том, что гpaница между нормальными и аномальными ошибками условна и может быть определена только для сигналов конкрeтнoгo вида и в конкретных условиях приема и обработки: мера аномальных ошибок, обусловленная действием только нормального стационарного шума приемных устройств, будет существенно отличаться от меры аномальных ошибок, обусловленных помехами из-за нарушения ЭМС или из-за активного противодействия (дезинформации средств разведки) с использованием имитируюших сигналоподобных помех. Тем не менее ниже исследуются условия возникновения аномальных ошибок, величина которых превосходит ширину некоторой окрестности около главноrо экстремума функции различия Область нормальных ошибок обычно располаrается симметрично вокpyr нуля на оси (или около на оси 1). На рис. 37 соответствуюшие граничные точки обозначены как и Эти точки лежат внутри области априорной неопределенности, rраницы которой обозначены как И Если полагать, что средство разведки работает в нормальной сигнальной обстановке, в отсутствии специально орrанизованных помех, то причиной ошибок является действие только аддитивного шума приемных устройств. Toгдa, учитывая, что оценка параметра определяется наименьшим значением измеренной функции различия, можно сформулировать дoстаточное условие наличия аномальных ошибок в виде

С учетом соотношения условие представляется в виде

откуда искомое достаточное условие наличия аномальных ошибок

т.е. это условие должно выполняться для всех лежащих в области
При неэнергетическом параметре функция оrраничена и связана с сигнальной функцией соотношением Поскольку ошибка может иметь разный знак, можно заменить более сильным неравенством

<¢er>

или иначе, используя связь с сигнальной функцией

<center>

В частном случае, когда в области аномальных ошибок сигнальная функция не имеет значительных выбросов, можно принять Тогда из получается условие, накладываемое на максимальное значение обобщенной помеховой функции, определенной соrласно

где детерминированная функция, равная в данном случае

Поэтому условие наличия аномальных ошибок выглядит как

Таким образом, аномальные ошибки измерения параметра (параметров) сигнала происходят тoгдa, коrда боковые выбросы оценки сигнальной функции по измеряемому параметру превосходят по величине уровень главноrо выброса. В случае приема сиrнала с неэнергетическим параметром на фоне нормального стационарного белого шума вероятность такой ситуации можно оценить на основании следующего соотношения: