1.4. Модели и краткая характеристика основных видов помех

Для подавления СРС с расширением спектра, в частности СРС с ППРЧ могут применяться различные виды организованных помех. Основными видами помех, которые сравнительно просто реализуются в системах РЭП, являются: шумовая заградительная помеха; шумовая помеха в части полосы; полигармоническая помеха; ответная (ретранслированная) помеха (рис. 1.24) [1-4,7-9,17,19, 20,31-33].

Виды помех реализуются в соответствующих станциях помех (СП). Все многообразие вариантов СП определяется в основном путями, которыми их разработчики стремятся сконцентрировать ограниченную мощность передатчиков в определенных частотных диапазонах, временных интервалах и пространственных секторах.

Наиболее универсальной и устойчивой к различным способам помехоустойчивости, применяемым в СРС, является шумовая заградительная помеха (рис. 1.24,а), модель которой представляет собой ограниченный по полосе АБГШ со спектральной плотностью мощности

.                                                   (1.46)

Заградительная помеха должна перекрывать частотный диапазон СРС и при соответствующей мощности СП в состоянии подавить СРС при любых способах перестройки частоты. В виду значительного частотного диапазона СРС с ППРЧ мощность передатчика помех должна быть достаточно большой. В связи с этим СП заградительного вида представляет большую опасность с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) для других радиоэлектронных средств (РЭС), работающих в том же диапазоне частот. При этом сама СП становится радиозаметной и, в силу этого, уязвимой целью для самонаводящихся по радиоизлучению ракет. Отмеченные недостатки сужают возможности применения СП заградительного вида, особенно в группировках РЭС. Вместе с тем, в некоторых особых оперативно-тактических ситуациях может потребоваться применение заградительных помех.

Рис. 1.24.

Мощность шумовой помехи может быть использована более эффективно за счет сосредоточения ее в ограниченной полосе частот, значительно меньшей, чем диапазон частот СРС с ППРЧ. Такую помеху принято называть шумовой помехой в части полосы (сосредоточенной по спектру помехой, помехой с частичным перекрытием спектра сигналов СРС) (рис. 1.24,б). Спектральная плотность мощности шумовой помехи в части полосы может быть представлена в виде двух уровней:

                                           (1.47)

где  - коэффициент, характеризующий часть полосы, занимаемую помехой, .

Как следует из (1.47), спектральная плотность мощности шумовой помехи в части полосы возрастает в  раз по сравнению со спектральной плотностью мощности шумовой заградительной помехи (1.46). Станция шумовых помех с равномерно распределенной мощностью в пределах полосы  подавляет частотные элементы сигнала с ППРЧ с вероятностью . Вероятность того, что эти же частотные элементы сигнала с ППРЧ не подавляются помехой равна (1–).

В [33] рассматриваются возможности трехуровневой шумовой помехи, спектральная плотность мощности которой

где  - мощность помехи большего и меньшего уровней, соответственно; за счет выбора значений  и  такая помеха имеет дополнительную степень свободы.

Трехуровневая помеха является эффективной для схем приема, сигналов с тестом порога отношения сигналов, соответствующих символам 1 и 0, и стиранием символов, подверженных воздействию помех.

С целью повышения эффективности СП спектр шумовой помехи в части полосы целесообразно скачкообразно по случайному закону перемещать по всему диапазону частот, занимаемому СРС с ППРЧ. При данной модели помехи для любого отношения сигнал-помеха  имеет место оптимальное значение части подавляемой полосы , при которой помехоустойчивость СРС будет минимальной. Помеха с такими параметрами является наихудшей для СРС. С целью текущей оптимизации ширины спектра помехи в части полосы и мощности помехи в СП необходимо иметь станцию РТР для измерения параметров сигналов подавляемых СРС.

Для СРС с ППРЧ эффективной помехой при определенных условиях является пол и гармоническая помеха (многотональная помеха), представляющая собой набор из  немодулированных гармонических колебаний равной мощности, распределенных по диапазону частот  в соответствии с заданной постановщиком помех стратегией (рис. 1.24,в),

                                        (1.48)

Для создания эффективной полигармонической помехи требуется достаточно точное наведение узкополосных помех на центральные частоты каналов СРС с ППРЧ, а также обеспечение на входе -го канала приемника СРС определенного соотношения мощности помехи  и мощности сигнала

,                                                                (1.49)

где  - некоторое положительное число (параметр распределения мощности), выбираемое постановщиком помех в соответствии с заданной стратегией таким образом, чтобы оптимизировать эффективность помехи.

Заметим, что эффективность гармонической помехи, действующей в том же канале, в котором находится и сигнал, зависит от разности фаз между помехой и сигналом. При неблагоприятных фазовых соотношениях и равенстве  помеха может полностью подавить полезный сигнал.

Средняя мощность передатчика полигармонической помехи в случае равномерного распределения узкополосных помех по всем частотным каналам диапазона СРС должна быть в  раз больше мощности полезного сигнала. Таков энергетический выигрыш СРС с ППРЧ при воздействии на нее полигармонической помехи. В простейшей одноканальной СРС с ППРЧ доля частотных каналов, пораженных полигармонической помехой . В этом случае одна гармоническая помеха при воздействии на СРС с ППРЧ, имеющей, например  каналов, может привести к появлению ошибки с вероятностью , что явно недопустимо при цифровой передаче информации.

Такие простейшие СРС не могут использоваться в условиях РЭП и требуется разработка более помехоустойчивых СРС.

Основными методами постановки многотональных помех СРС с -ичной ЧМ являются [3,32]:

А. Метод «полосового подавления», сущность которого состоит в распределении немодулированных сигналов в каждой -ичиой полосе, . При этом каждая -ичная полоса содержит или точно  тонов, или не содержит ни одного тона.

Б. Метод «независимого многотонального подавления» заключается в случайном распределении немодулированных сигналов по сегментам ППРЧ в полосе , при котором постановщик помех не управляет их числом в отдельных каналах СРС.

На рис. 1.25 [32] изображены указанные методы многотонального подавления (А и Б) для случая, когда частотная полоса сегмента равна , где .

Эффективность методов подавления А и Б зависит от априорной информации о характеристиках сигналов -ичной СРС. Так, метод «полосового подавления» применяется в случае, когда постановщику помех известна частота -ичного сегмента и имеется возможность разместить помеху в поражаемый сегмент.

Рис. 1.25.

Учитывая изложенное, а также соотношение (1.49), для пораженных помехами -ичных сегментов при методе «полосового подавления» (по аналогии с параметром  в случае шумовой помехи в части полосы) [32]

                                                    (1.50)

Так как стратегия метода «полосового подавления» требует, чтобы -ичная полоса содержала или точно  тонов, или ни одного, то -ичная полоса будет подавляться с вероятностью

.                                                              (1.51)

Из (1.51) следует, что метод «полосового подавления» наиболее эффективен при . Метод «независимого многоканального подавления» не требует таких допущений (как метод А), поэтому при  вероятность подавления -ичной полосы

                                                         (1.52)

или при больших отношениях  вероятность подавления .

В силу того, что одной гармонической помехи достаточно, чтобы вызвать ошибку в -ичном символе, а постановщику помех неизвестна последовательность переключения частот, то он попытается охватить помехами как можно больше -ичных полос, максимизируя тем самым вероятность подавления .

Имеющуюся мощность СП наиболее рационально можно использовать при создании ответных помех. Мощность передатчика помех в этом случае концентрируется лишь в полосе частот основного или дополнительного (или основного и дополнительного) каналов подавляемой СРС и только во время ее работы. В качестве ответной помехи могут применяться шумовая и узкополосная (гармоническая) помеха (рис. 1.24,г), а также комбинация шумовой и узкополосной помех.

Ответные помехи в определенной степени являются копией частотных элементов сигнала подавляемой СРС. Это может привести к тому, что на приемной стороне СРС с ППРЧ и ЧМ такие помехи могут быть восприняты как полезные сигналы своего корреспондента. В общем же случае ответные помехи могут представлять собой модулированные шумом перехваченные частотные элементы сигнала с ППРЧ. Моделью таких помех является стационарный узкополосный гауссовский процесс.

Для применения ответных помех станция РТР должна осуществлять анализ радиоэлектронной обстановки и выбор на этой основе СРС, подлежащей подавлению. При отсутствии приема сигналов от СРС излучение помехи прекращается и станция РТР переходит в режим поиска сигналов СРС. В результате повышается пропускная способность СП, лучше обеспечивается ЭМС этих СП с другими РЭС. Следует отметить, что ответная помеха особенно эффективна против СРС с межсимвольной (медленной) ППРЧ. Применение в СРС скачков частоты с малой длительностью, случайной ЧМ, а также соответствующее размещение передатчика и приемника СРС относительно СП в принципе позволяют обеспечить «уход» сигналов СРС от перехвата, что, в конечном счете, может полностью исключить воздействие ответной помехи на приемник СРС.

Ответные помехи с точки зрения энергетических возможностей являются одними из эффективных для подавления СРС с ППРЧ. Их эффективность не зависит от коэффициента выигрыша, который имеет СРС за счет расширения спектра сигналов методом перестройки частоты. Однако создание ответных помех СРС с ППРЧ за сравнительно короткое время передачи частотных элементов сигнала (скачков частоты) наталкивается на технические и организационные трудности.

Серьезной проблемой, с которой сталкиваются, при создании ответных помех, является не только ограничения по времени передачи помех, но и ограничения по мощности станции помех. Если одновременно перехватывается несколько сигналов в различных частотных каналах, то СП вынуждена либо распределять свою мощность между этими сигналами равномерно, либо попытаться выделить сигналы только подлежащей подавлению СРС.

Кроме организованных помех в трактах приемника СРС неизбежно присутствуют собственные (тепловые) шумы. Общепринято, что собственные шумы  на входе приемника СРС представляют собой стационарный нормальный случайный процесс с нулевым средним и энергетическим спектром

                                        (1.53)

где  - постоянная Планка,  (Дж∙с);  - постоянная Больцмана,  (Дж/град); - температура источника шума

При обычных температурах в диапазоне радиочастот выполняется условие , тогда из (1.53) имеем

.                                                        (1.54)

Из (1.54) следует, что белый гауссовский шум имеет равномерный энергетический спектр в диапазоне частот от  до . Величина  (Вт/Гц) называется двусторонней спектральной плотностью мощности шумов. При оценке характеристик реальных приемных устройств используется односторонняя (физическая) спектральная плотность мощности собственных шумов , которая равна нулю при (рис.1.26).

Рис. 1.26.

При работе СРС с ППРЧ в окружении других радиоэлектронных средств (РЭС) на приемное устройство СРС действуют мешающие сигналы этих средств, так называемые непреднамеренные (взаимные) помехи.

Анализ влияния непреднамеренных помех на СРС относится к области обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). В общем случае под ЭМС понимается способность СРС совместно функционировать с требуемыми значениями показателей качества при воздействии непреднамеренных помех на приемные устройства СРС и не создавать недопустимые помехи приемным устройствам других РЭС. Проблема ЭМС, перекрываясь частично с проблемой помехоустойчивости СРС, тем не менее, имеет существенные отличия в составе рассматриваемых мешающих воздействии (помех), каналах проникновения непреднамеренных помех в приемные устройства СРС, целях и задачах, а также в методическом обеспечении их решения.

В связи с этим воздействие непреднамеренных помех на СРС с ППРЧ в дальнейшем не рассматривается.