Материал: Исследование методов обеспечения и оценки помехозащищенности радиотехнических систем

Исследование методов обеспечения и оценки помехозащищенности радиотехнических систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Исследование методов обеспечения и оценки помехозащищенности радиотехнических систем

Работу выполнил Андрияш Максим Владимирович

Специальность - 210302 - Радиотехника

Научный руководитель

канд. техн. наук, доцент А.Н. Казаков

Нормоконтролер инженер И.А. Прохорова

Краснодар 2014

Реферат

Дипломная работа: ___ с.6 рис., 15 источников.

Помехозащищенность, помехоустойчивость систем, скрытность систем

Целью данной дипломной работы является, совершенствование учебно-методического комплекса дисциплины Радиотехнические системы, которое включает в себя: обосновать необходимость использования и совершенствования помехозащищенных РТС, провести анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных РТС, основных методов повышения скрытности РТС, основных методов повышения устойчивости РТС к преднамеренным помехам.

Основные результаты дипломной работы заключаются в следующем: было проведено обоснование необходимости использования и совершенствования помехозащищенных РТС, сделан анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных РТС, проведен анализ основных методов повышения скрытности РТС и проведен анализ основных методов повышения устойчивости РТС к преднамеренным помехам.

Содержание

Введение

1. Анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных радиотехнических систем на основе шумоподобных сигналов

1.1 Принципы построения радиотехнических систем передачи сообщений с кодовым уплотнением каналов и со случайной сменой форм адресных сигналов

1.2 Основные характеристики исследуемой системы

2. Обоснование и особенности технической реализации технических решений по совершенствованию рассматриваемых систем

2.1 Обоснование оптимального параллельного итерационного алгоритма

2.2 Сложность реализации оптимального итерационного алгоритма аппаратными средствами

3. Обоснование математического аппарата для анализа эффективности предлагаемых технических решений

3.1 Классификация видов моделирования систем

3.2 Возможности и эффективность моделирования систем на ЭВМ

3.2.1 Обоснование машинного имитационного моделирования

3.2.2 Анализ технических средств для моделирования

3.2.3 Особенности имитационной модели

3.2.4 Обоснование целесообразности использования ИМ

4. Оценка эффективности предлагаемых технических решений

4.1 Методика оценки эффективности итерационного алгоритма

4.2 Результаты моделирования итерационного алгоритма уплотнения

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

Развитие телекоммуникационных средств нового поколения основано на использовании широкополосных сигналов с большой базой. За счет расширения полосы частот несущих сигналов достигается увеличение скорости передачи информации, повышается устойчивость и надежность работы радиоэлектронных систем.

Цифровая система связи с расширением спектра и динамической сменой хаотических кодов обладает высокой помехозащищенностью, скрытностью и обеспечивает надежную и конфиденциальную передачу сообщений в условиях сложной электромагнитной обстановки [5].

Защита передаваемой информации в многоканальных СDМА системах и в беспроводных системах связи с расширением спектра осуществляется кодированием сообщений с помощью псевдослучайных последовательностей [6].

Применение широкополосных шумоподобных сигналов обеспечивает высокую пропускную способность каналов, позволяет ослабить воздействие многих видов помех, а также бороться с влиянием многолучевого распространения радиоволн.

Важной особенностью широкополосных систем является высокая скрытность собственных излучений и электромагнитная совместимость с другими радиоэлектронными средствами за счет передачи в эфир непрерывных во времени шумоподобных сигналов с очень низкой спектральной плотностью.

Важным условием, предъявляемым к современным телекоммуникационным средствам, является обеспечение скрытности и конфиденциальности связи. Скрытность функционирования беспроводных систем связи повышается за счет кодового расширения спектра передаваемых в эфир непрерывных излучений с очень низкой спектральной плотностью. Защита передаваемой информации от несанкционированного доступа достигается кодированием сообщений с помощью длинных непериодических псевдослучайных последовательностей (ПСП) или за счет динамической смены во времени кодирующих последовательностей.

Однако, как в случае передачи сообщений, так и в случае передачи информации со сменой форм ПСП требуемый объем в системах CDMA существенно превосходит их базу. Поэтому они будут ортогональными и приведут к внутрисистемным помехам, снижающим помехоустойчивость этих систем.

Цель работы - совершенствование учебно-методического комплекса дисциплины Радиотехнические системы.

Задачи, рассмотренные в дипломной работе

.        Анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных радиотехнических систем на основе шумоподобных сигналов

2.      Анализ повышения скрытности радиотехнических систем при помощи смены форм сигналов

.        Анализ особенностей применения смены форм сигналов для систем с кодовым уплотнением каналов

.        Выбор методов снижения влияния на помехоустойчивость системы неортогональности канальных сигналов

1. Анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных радиотехнических систем на основе шумоподобных сигналов

.1 Принципы построения радиотехнических систем передачи сообщений с кодовым уплотнением каналов и со случайной сменой форм адресных сигналов

На рисунках 1 и 2 приведены структурные схемы соответственно передающей и приемной частей системы с СDМА и ШПС. В ней для повышения защищенности используется метод смены форм ПСП в процессе передачи сообщения.

Скорость смены должна выбираться из условия исключения возможности расшифровки при радиоперехвате структуры генератора ПСП. Наилучшей будет ситуация, когда скорость смены формы ПСП равна скорости следования информационных посылок, т.е. смена форм ПСП происходит от одного информационного символа к другому.

Рисунок 1 - Структурная схема передающей части системы с СDМА и ШПС

Рисунок 2 - Структурная схема приемной части системы с СDМА и ШПС

На рисунках 1 и 2 приняты следующие обозначения:

Г₁ - генератор ШПС с изменяющейся во времени формой (с неповторяющейся структурой сигнала);

ИИ - источник информации (цифровой);

М - модулятор, с помощью которого осуществляется наложение информации на ШПС;

ПГ - программный генератор, задающий закон смены формы ШПС;

ГСС - генератор вспомогательного ШПС (синхро-ШПС), используемого для быстрого ввода в синхронизм по времени и частоте устройств обработки сигналов в приемнике и для передачи информации о начальном состоянии (фазе) ПГ с целью синхронизации программных генераторов на обоих концах радиолинии;

УФГС - устройство формирования группового ШПС;

Прм - высокочастотная часть приемника;

УОС - устройство обработки синхро-ШПС;

УП - устройство поиска (ввода в синхронизм) синхро-ШПС, реализующее принятый в приемнике алгоритм поиска;

УВПГ - устройство выделения информации о фазе программного генератора передающей части системы, используемой для синхронизации ПГ в приемнике;

УКО - устройство оптимальной корреляционной обработки ШПС - переносчика информации;

УС - устройство слежения за принимаемым сигналом по времени и частоте; УВИ - устройство выделения информации;

ПИ - потребитель информации.

Рассмотрим работу системы в пакетном режиме. В начале передачи ПГ подключает ГСС к УФГС, одновременно модулируя сигнал ГСС информацией о начальном состоянии (фазе) программы переключения Г₁. Сигнал ГСС служит для начальной синхронизации по времени и частоте ГСС (и Г₁) в приемнике. После передачи сигнала ГСС программный генератор (ПГ) подключает к УФГС сигнал Г₁, форма которого меняется по командам от ПГ.

Этот сигнал модулируется информационным потоком символов, поступающим от ИИ. Генераторы ГСС и Г₁ формируют ансамбли ПСХП. Двоичный сигнал с выхода УФГС модулирует по фазе на  несущую частоту передатчика, формируя ШПС, который затем усиливается и передается по радиоканалу.

На приемной стороне по принятому сигналу ГСС с помощью УОС и УП вводится в синхронизм ГСС (и Г₁), а затем по выделенной УВПГ информации о начальном состоянии программы синхронизируется ПГ, который управляет сменой форм сигнала Г₁. Этот сигнал используется для корреляционной обработки принимаемого ШПС, что позволяет с помощью УВИ выделить информационный поток, адресованный ПИ.

Таким образом, рассмотренная система с ШПС обеспечит достижение защищенности передачи информации по радиоканалу от радиоперехвата как за счет высокой структурной сложности ПСХП, применяемых для формирования ШПС, так и за счет смены формы ШПС во время сеанса связи.

1.2 Основные характеристики исследуемой системы

Анализ изученных источников показал, что основными характеристиками рассматриваемой системы является помехозащищенность, которая состоит из скрытности и помехоустойчивости. Скрытность системы в рассматриваемом случае повышается за счет увеличения времени поиска средством радиотехнической разведки в m раз при заданной вероятности обнаружения сигнала или, наоборот, скрытность повышается за счет уменьшения вероятности обнаружения при фиксированном времени обнаружения (m - число используемых форм сигналов каждым из источников информации). Помехоустойчивость системы с кодовым уплотнением каналов при этом снижается из-за взаимных помех при использовании квазиортогональных сигналов в качестве канальных сигналов.

Таким образов в целом помехозащищенность системы в данном случае является неоднозначной характеристикой, что требует проведения исследований, проведенных в данной дипломной работе.

радиотехническая система помехозащищенность помеха

2. Обоснование и особенности технической реализации технических решений по совершенствованию рассматриваемых систем

Из рассмотренного в предыдущем пункте материала выяснилось, что при использовании смены форм сигналов в системах с кодовым уплотнеием число сигналов может существенно превысить значение их базы, вследствии чего нарушается их ортогональность, и соответственно, появляются взаимные помехи, снижающие помехоустойчивость передаваемой информации. В следующем пункте рассмотрим алгоритм уплотнения неортогональных сигналов, при котором действие ВП существенно устраняется.

2.1 Обоснование оптимального параллельного итерационного алгоритма

В [4] предложен метод уплотнения неортогональных сигналов, обеспечивающий полное подавление ВП при существенном упрощении процедуры уплотнения за счет уменьшения размерности требуемых преобразований при отсутствии ограничений на пик-фактор ГС. Анализ показал, что данный метод уплотнения целесообразно реализовать в виде параллельного итерационного алгоритма, предложенного в работе [5]. Однако недостатком алгоритма [5] является зависимость его реализации от квадрата числа уплотняемых ШПС, что затрудняет его реализацию при большом числе уплотняемых ШПС. Целью данной статьи является, во-первых, обоснование алгоритма уплотнения ШПС, сложность реализации которого в меньшей степени зависит от числа уплотняемых ШПС, во-вторых, обоснование методики оценки его эффективности.

Предположим, что на передающей стороне МСС (ретрансляторе ААС) при отсутствии линейных и нелинейных искажений в линии связи уплотняются активных ИИ (регенерированных в ретрансляторе ААС сообщений), вырабатывающих последовательности дискретных по уровню импульсов с амплитудами  и длительностью , а в качестве ОКС используются линейно независимые сигналы  с такой же длительностью с произвольными коэффициентами корреляции  и энергией , одинаковой для всех ОКС, а на приемной стороне МСС разделение каналов (селекция "своего” канального сигнала в приемнике -й периферийной станции ААС) осуществляется по правилу

, (1)

где  - входной сигнал приемника;  - передаваемая реализация ГС;  - аддитивная помеха.

Идея алгоритма основывается на возможности предсказания уровней ВП в каждом канале обработки корреляционного приемника МСС или ААС путем моделирования алгоритма его функционирования на передающей стороне системы связи за счет использования априорной информации о координатах вектора передаваемых в данный момент сообщений и затем коррекции ГС путем увеличения, либо уменьшения амплитуд передаваемых сообщений в зависимости от характера действия отсчета ВП в данном канале уплотнения. В этом случае ГС формируется по правилу

, (2) где

; (3)

;

, причем  - реализация ГС на -м этапе коррекции; ,  - скорректированные значения передаваемого сообщения , соответственно на -й и на -й итерациях алгоритма;  - требуемое число итераций для вычисления коэффициентов , при которых ВП компенсируются с требуемой точностью.