Выбор оптимального вида модуляции для генераторов помех средств радиоэлектронного подавления БВС

Алексей Михайлов, 12/01/24

Данная статья продолжает тему противодействия беспилотным воздушным судам (БВС) с помощью средств радиоэлектроники (см. статью этого же автора "Меры электронного противодействия БПЛА. Выбор оптимальной схемы размещения генераторов помех" в пятом номере журнала).

Говоря о комплексе технических средств противодействия БВС, следует отметить, что генераторы помех (ГП) средств радиоэлектронного подавления являются только одним из возможных способов противодействия БВС (см. рис. 1), а говоря о воздействии на БВС средствами радиоэлектронного подавления, нельзя не упомянуть его составные элементы (см. рис. 2).

Рис. 1. Средства противодействия БВС Рис. 1. Средства противодействия БВС

Рис. 2. Составные части средств радиоэлектронного подавления БВС

Однако именно генераторы во многом определяют эффективность радиоэлектронной борьбы с БВС. Почему эффективность генераторов помех так важна? Да потому, что увеличение мощности ГП не позволяет пропорционально увеличивать радиус подавления беспилотных воздушных средств (об этом мы говорили в статье "Меры электронного противодействия БПЛА, выбор оптимальной схемы размещения генераторов помех").

При использовании генераторов помех в гражданской сфере возникает ряд правовых коллизий. С одной стороны, работа генераторов помех нарушает функционирование глобальных навигационных систем, средств сотовой связи, цифрового телевидения, УКВ-радиосвязи и т.д., а с другой стороны, существует Федеральный закон № 440-ФЗ [1], который предписывает пресекать действия беспилотных воздушных судов, а значит, допускает применение средств электронного противодействия. Поэтому увеличение мощности генераторов помех не является оптимальным решением, следовательно, на первый план выходит вопрос эффективности использования имеющейся мощности генераторов помех.

Для радиоэлектронного подавления беспилотных воздушных средств надо подавить ГНС и каналы связи и управления беспилотными воздушными судами.

Термины и определения

БВС – беспилотное воздушное судно

Белый шум – сигнал, имеющий равномерное распределение по частотной плоскости от нуля до бесконечности

Бод (англ. baud) – количество бит/сек

ГНС – глобальные навигационные системы

ГП –- генератор помех

КТСПВ – комплекс технических средств противодействия

УКВ – ультракороткие волны

ПВО – противовоздушная оборона

РЛС – радиолокационная станция

РТР – радиотехническая разведка

М-последовательность, или последовательность максимальной длины (англ. maximum-length sequence, MLS), – псевдослучайная двоичная последовательность, порожденная регистром сдвига с линейной обратной связью и имеющая максимальный период

Шумоподобный сигнал (DSSS) – сигнал, у которого произведение ширины спектра F на длительность передачи информации намного больше единицы. Это произведение – база сигнала (B). Для шумоподобного сигнала B = FT>>1

ППРЧ (FHSS – англ. frequency-hopping spread spectrum) – псевдослучайная перестройка рабочей частоты, при этом несущая частота за время передачи информации многократно изменяется

Рис. 3. Спектр дальномерного кода GPS (слева), физическое представление ФМ-модуляции GPS (справа) [2]

Рис 4. Структурная схема генерации М-последовательности

Подавление глобальных навигационных систем

Рассмотрим сигналы глобальных навигационных систем на базе GPS.
Р-код – дальномерный код, со скоростью передачи 10,23 Мбит/сек.
Y-код – зашифрованный Р-код.
Открытый код С/А (сoarse/аcquisition, "грубый захват"), используется для первичного вхождения в режим слежения и последующего захвата точного Р-кода.

Поскольку беспилотное воздушное судно уже находится в полете, то это значит, что вхождение в режим приема сигналов глобальных навигационных систем уже осуществлено, поэтому его подавлять нет необходимости.

А вот P- и Y-коды подавлять необходимо. Из теории радиотехники известно, что максимально эффективное подавление сигнала возможно, только если спектральные и временные характеристики помехи и сигнала максимально совпадают.

В GPS используется фазовая модуляция со скоростью передачи дальномерного кода в 10,23 Мбит/сек. Поэтому наиболее эффективно такой сигнал будет подавлять генератор, использующий аналогичную скорость передачи М-последовательности, а в качестве модуляции необходимо использовать фазовую модуляцию (ФМ).

Согласно [3], эффективность подавления сигналов глобальных навигационных систем представлена в табл. 1, где ПФМП – сигнал, модулированный М-последовательностью, ПФМГ – кодом Голда, МШП – меандровые шумоподобные помехи.

Таблица 1. Эффективность подавления сигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo в зависимости от типа помехи, в дБ

Таким образом, использование оптимальной модуляции позволяет на 30 дБ повысить эффективность подавления по сравнению с применением для подавления БВС белого гауссовского шума.

Из практики использования таких видов модуляции подавление глобальных навигационных систем БВС при мощности помехи в 3–5 Вт удавалось осуществлять на дистанции в 3–5 км.

Коды Голда получают путем суммирования по модулю 2 (логическая операция XOR) двух М-последовательностей (см. рис. 6).

Рис 5. Амплитудное представление М-последовательности (вверху) и ее спектр (внизу) [4]

Рис 6. Структурная схема формирования кода Голда

Подавление каналов управления и передачи видеосигнала БВС

После подавления глобальных навигационных систем необходимо подавить каналы управления и передачи видеосигнала БВС.

Здесь мы сталкиваемся с гораздо более сложной проблемой, поскольку частотный диапазон подавления может лежать в диапазоне от 200 МГц до 17 ГГц, при этом могут использоваться различные каналы передачи данных (от аналоговой передачи данных до использования ППРЧ и шумоподобных сигналов и спутниковых каналов связи).

Комплекс радиотехнической разведки должен выявить по характеру цифровых пакетов связи передачу информации с/на БВС, определить тип модуляции и битовую скорость передачи и, соответственно, сформировать аналогичную по структуре помеху.

Тут без нескольких (разбитых по частотному диапазону) спектроанализаторов не обойтись, к тому же необходимо иметь генераторы с возможностью быстрой перестройки по частоте. Реализация такой схемы возможна только на стационарных или мобильных КТСПВ. Именно этим объясняется низкая эффективность антидроновых ружей против современных БВС: их конструктивное исполнение не позволяет реализовать весь возможный потенциал средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ).

В качестве компромиссного решения для подавления каналов связи и управления можно оставить подход, реализованный для подавления ГНС, то есть использование М-последовательностей и фазовой модуляции с подстройкой бодовой скорости передачи под характеристики канала связи и управления беспилотным воздушным судном.

Использование перспективных методов передачи данных ППРЧ или шумоподобного сигнала значительно снижает вероятность подавления каналов управления и видеосвязи, поэтому современные комплексы технических средств противодействия должны иметь в своем составе РЛС и оптико-электронные средства обнаружения и сопровождения БВС.

Имитирующие помехи

Эффективным методом противодействия может быть формирование имитирующих помех. При этом принятый от беспилотного воздушного судна сигнал усиливается, в него вносятся умышленные искажения в информационную часть, и он ретранслируется в радиоэфир. Поскольку такой сигнал полностью повторяет структуру истинного сигнала, его очень трудно отфильтровать на борту БВС.

Объективности ради следует отметить, что эффективность РЭБ гражданского назначения против перспективных средств радиосвязи (на базе шумоподобного сигнала (DSSS) в полосе 80 МГц и базой сигнала в 256 единиц или ППРЧ (FHSS) с количеством скачков в 80 тыс/сек) достаточно низкая. Положение в некотором роде спасает то, что и беспилотные воздушные суда, использующие такие каналы связи, исчисляются единицами.

Выводы

Использование генераторов помех с ФМ-сигналом на базе М-последовательностей может на 30 дБ повысить эффективность подавления в сравнении с использованием генератора белого шума.
Использование перспективных методов передачи данных ППРЧ или шумоподобного сигнала значительно снижает вероятность подавления каналов управления и видеосвязи, поэтому современные комплексы технических средств противодействия должны иметь в своем составе РЛС и оптико-электронные средства обнаружения и сопровождение БВС.
Кроме радиоэлектронной борьбы, КТСПВ должны иметь активные средства противодействия БВС на базе микроволновых излучателей, лазеров, дронов-перехватчиков, средств ПВО и т.д. Только в этом случае можно быть уверенным, что данный КТСПВ сможет эффективно противостоять современным беспилотным воздушным судам.

Список литературы

"КонсультантПлюс": URL:https://www.consultant.ru/document/cons_doc_ LAW453887/?ysclid=lo2ri1umk869971529 (дата обращения: 23.10.2023).
[сайт].–URL: https://www.e-education.psu.edu/ geog862/node/1741
А.А. Кащеев, В.И. Кошелев. Оценка эффективности подавления сигналов спутниковых радионавигационных систем преднамеренными помехами//Журнал радиоэлектроники. 2012. № 7. [сайт].–URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul12/3/text.html
Журнал "Научный лидер". [сайт].– URL:https://scilead.ru/article/88-primenenie-mposledovatelnostej-v-voennikh-sist
Николаев В.А., Прошутинский Д.А. Технические средства обнаружения и противодействия малым беспилотным воздушным судам при защите объектов ТЭК // Системы безопасности. 2023. № 1.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 6/2023

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото: ru.freepik.com