Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиопомехи и помехоустойчивый прием. Методы повышения помехозащищенности. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А. В. КИСЕЛЕВ, В. В. АРТЮШЕНКО
РАДИОПОМЕХИ
И ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ
ПРИЕМ
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2022
УДК 621.391.82(075.8)
К 44
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Л. Г. Рогулина,
д-р техн. наук, доц. М. А. Степанов
Работа подготовлена кафедрой радиоприемных и радиопередающих
устройств для магистрантов 2-го года обучения факультета
Радиотехники и электроники, направлений «Радиотехника»
и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
дневного и заочного отделений
Киселев
А. В.
К 44 Радиопомехи и помехоустойчивый прием. Методы повыше-
ния помехозащищенности : учебное пособие / А. В. Киселев,
В. В. Артюшенко. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2022. – 71 с.
ISBN 978-5-7782-4610-2
Рассмотрены широко применяемые технические решения, обеспечивающие повышение помехозащищенности радиотехнических устройств и систем.
Изложены основные принципы, лежащие в основе применения таких мер повышения помехозащищенности, как защита от перегрузок, различные виды
селекции, многочастотная работа, псевдослучайное переключение рабочих
частот и др. Большое внимание уделено описанию алгоритмов, лежащих
в основе адаптивных линейных систем
характеристики алгоритмов адаптации, дан сравнительный анализ их вычислительной сложности; приведено большое количество примеров использования
адаптивных устройств различного типа.
Предназначено для магистрантов очного и заочного отделений, обучающихся по направлениям 11.04.01 «Радиотехника» и 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
; рассмотрены основные качественные
УДК 621.391.82(075.8)
ISBN 978-5-7782-4610-2 Киселев А. В., Артюшенко В. В., 2022
Новосибирский государственный
технический университет, 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................................................................................. 5
Введение ................................................................................................................... 6
1. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ПУТИ
ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ .............................................................................................. 7
Повышение помехозащищенности за счет снижения вероятности
применения n-й организованной помехи ......................................................... 8
2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ......................................................... 13
2.1. Причины возникновения перегрузок и их последствия ........................ 13
2.2. Автоматические регулировки усиления .................................................. 14
2.3. Специальные меры защиты от перегрузок.............................................. 17
3. СЕЛЕКЦИЯ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА НА ФОНЕ ПОМЕХ ......................... 19
3.1. Пространственная селекция ..................................................................... 19
3.1.1. Селекция за
3.1.2. Угловое стробирование ................................................................. 21
3.2. Поляризационная селекция ...................................................................... 22
3.3. Частотная селекция ................................................................................... 24
3.4. Временная селекция .................................................................................. 27
3.5. Селекция сигнала по уровню ................................................................... 29
4. МНОГОЧАСТОТНАЯ РАБОТА И ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЕ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ ..................................................... 31
5. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗНЕСЕНИЕ ......................................................... 36
5.1. Система объединения с переключением приемников ........................... 37
5.2. Система линейного когерентного сложения сигналов
6. АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ........................... 41
6.1. Основные определения (обзор по материалам [10–12]) ........................ 41
счет формирования ДНА ......................................... 19
3
6.2. Элементы адаптивных систем и алгоритмы адаптации ......................... 46
6.2.1. Устройства обработки на основе линейного адаптивного
сумматора ....................................................................................... 46
6.2.2. Алгоритм адаптации ...................................................................... 49
6.3. Основные качественные характеристики методов адаптации .............. 50
6.4. Алгоритмы поиска минимума рабочей функции ................................... 51
6.4.1. Метод Ньютона .............................................................................. 51
6.4.2. Метод наискорейшего спуска ....................................................... 53
6.4.3. Метод наименьших квадратов ...................................................... 53
6.5. Сравнение методов адаптации ................................................................. 54
6.6. Примеры использования адаптивных устройств .................................... 54
6.6.1. Адаптивная широкополосная система связи (пример
использования систем прямого моделирования) ........................ 54
6.6.2. Выравнивание канала, адаптивный эквалайзер (пример
использования адаптивной системы обратного моделиро-
вания) .............................................................................................. 57
6.6.3. Адаптивное подавление помех от питающей сети
(пример использования адаптивного компенсатора
помех) ............................................................................................. 59
6.6.4. Подавление помех в речевом сигнале (пример использо-
вания адаптивного компенсатора помех) .................................... 60
6.6.5. Подавление помех, принимаемых боковыми лепестками
диаграммы направленности антенны (пример использования
адаптивного компенсатора помех) .................................... 61
6.6.6. Подавление периодических помех (пример использова-
ния адаптивных систем линейного предсказания) ..................... 62
6.6.7. Адаптивные антенные решетки .................................................... 64
Заключение ............................................................................................................. 68
Библиографический список .................................................................................. 69
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие является продолжением уже ранее
рассматриваемой темы, которая была посвящена причинам возникновения, свойствам и характеристикам основных видов радиопомех.
Собственно говоря, в предыдущей работе была сформирована база,
на основании которой можно перейти к вопросам повышения помехозащищенности.
Следует отметить, что данная область науки и техники весьма обширна и
ные с функционированием радиотехнических систем «в целом», и вопросы противодействия системам радиоэлектронного подавления
и радиоэлектронной борьбы, и вопросы сохранения работоспособности
отдельных устройств в условиях действия помех.
невозможно, да и не нужно – его задача
в том, чтобы сформировать у читателя представления об одном аспекте,
направлении повышения помехозащищенности. Речь идет о методах
повышения помехозащищенности радиотехнических устройств, более
того, о классических методах, получивших наибольшее распространение и основанных, как правило, на эвристических подходах. Строгие
в математическом понимании методы обнаружения, оценки параметров,
фильтрации и
ключением первого, являющегося вводным) посвящен одному из
направлений повышения помехозащищенности. В них последовательно рассматриваются наиболее значимые технические решения, обосновывается их необходимость и целесообразность, приводятся оценки
эффективности.
многогранна. Она затрагивает и глобальные вопросы, связан-
Охватить все эти направления в рамках одного учебного пособия
намного проще, она состоит
прочие оставлены за рамками настоящего пособия.
Структурно работа состоит из разделов, каждый из которых (за ис-
5
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы обеспечения помехозащищенности являются, пожалуй,
основными при создании современных радиотехнических, телекоммуникационных и иных устройств и систем, использующих прием и передачу информации, ее обмен или дистанционное извлечение через
каналы связи. Последние практически всегда подвержены сторонним
воздействиям – действию помех естественного и/или искусственного
происхождения. К сожалению, помехи есть всегда. В простейшем
чае они обусловлены тепловыми шумами электронных компонентов.
От них никуда не уйти. В более сложных ситуациях появляются взаимные, индустриальные помехи, помехи, обусловленные многолучевым распространением и иными проявлениями пассивных помех,
а также организованные радиопомехи и т. д. В целом можно утверждать, что современные теория и практика синтеза
систем и устройств (связи, радиолокации, телекоммуникаций и т. д.)
основной акцент делают именно на обеспечении заданных характеристик помехоустойчивости. Причем вполне очевидно, что эта тенденция
в обозримом будущем не потеряет актуальности, а будет только усиливаться. Таким образом, изучение методов и средств обеспечения помехозащищенности актуально и должно быть обязательным
том подготовки полноценных специалистов.
Чтобы не разрушать целостности повествования, а также преемственности с предыдущей частью [1], при дальнейшем изложении авторы в основном будут использовать терминологию и понятия, принятые в [2–5].
радиотехнических
слу-
компонен-
6
p
p
p
p
1. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ
И ОСНОВНЫЕ ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Наиболее общее определение помехозащищенности приведено
в работе [6].
Помехозащищенность определяют как «способность системы
успешно функционировать в условиях естественных и преднамеренных помех и одновременно противодействовать разведке ее радиосигналов противником».
«Основным показателем помехозащищенности радиоэлектронного
устройства является вероятность
условиях» действия помех естественного и искусственного происхождения [2]. В свою очередь,
p
выполнения устройством своих функций при действии любой из N
возможных организованных помех и помех естественного происхождения. При этом для n-й организованной помехи и помех естественного происхождения имеем [2]:
выполнения им своих задач в
p
пз
определяется через вероятности
пз
где
– вероятность действия n-й организованной помехи;
дп
вероятность
нормального функционирования при действии n-й орга-
pp p p
пз дп пуо дп пу
низованной помехи и помех естественного происхождения;
(1 )
, (1.1)
–
пуо
– ве-
пу
роятность нормального функционирования при действии только помех
естественного происхождения.
Остановимся на компонентах этой формулы более подробно.
Естественно возникает вопрос, что понимать под нормальным
функционированием. С инженерной точки зрения под этим следует
7
понимать следующее: устройство или система признаются нормально
p
функционирующими, если под действием помех их частные технические характеристики не выходят за границы (не ухудшаются до такой степени), определяемые крайними значениями, необходимыми
для решения поставленных задач. Это могут быть, например, чувствительность, отношение сигнал/шум на выходе, вероятности ошибок и т
ставляет собой комплекс мероприятий организационного и технического характера по обеспечению эффективного функционирования
этих систем в условиях ведения противником радиоэлектронной борьбы и взаимного влияния своих радиоэлектронных систем».
и организационным решениям приводит (как ни странно) дает ответ
формула (1.1).
ка помех; второй – с работой подавляемого устройства. Рассмотрим
каждый в отдельности.
. д.
Обратимся теперь к вопросам повышения помехозащищенности.
Согласно [6] «защита радиоэлектронных систем от помех пред-
На вопрос, что под этим подразумевается и к
Точнее, она дает два ответа: первый связан с работой постановщи-
каким техническим
Повышение помехозащищенности
за счет снижения вероятности применения
n-й организованной помехи
Рассмотрим входящую в (1.1) вероятность
становку n-й организованной помехи. Для того чтобы её применили,
необходимо осуществление трех событий:
обнаружение работы подавляемого устройства или системы;
оценка (разведка) параметров подавляемого устройства или си-
стемы с точностью, достаточной для формирования n-й организованной помехи;
применение постановщиком помех именно n-й организованной
помехи.
Три этих события, а точнее, реализующие их действия, совершают-
ся в условиях наличия как минимум помех естественного происхождения. Например, тепловых шумов, имеющих место в приемнике обнаружения работы (излучения) подавляемого устройства.
8
, определяющую по-
дп
Соответственно в качестве характеристик, определяющих вероят-
р
p
р
p
ности названных выше событий, будем иметь:
р – вероятность обнаружение работы подавляемого устройства;
об
– вероятность оценки (разведки) параметров подавляемого
из n
устройства или системы с точностью, достаточной для формирования
n-й организованной помехи;
– вероятность применения постановщиком помех именно
прn
n-й организованной помехи.
Тогда
pppp. (1.2)
дп об из прпп
Посмотрим, как данная формула определяет пути повышения по-
мехозащищенности. Для этого определим технические и организационные мероприятия, снижающие
р ,
об
из n
и
прn
.
Повышение скрытности работы подавляемого устройства
или системы
Две первые из использованных в (1.2) вероятности
( р и
об
р
из)n
в первую очередь определяются соотношением сигнал/шум на входе
приемника, обнаруживающего излучение подавляемого устройства
и измеряющего его параметры.
Снизить это отношение можно путем принятия следующих основ-
ных мер:
минимизации мощности излучения;
минимизации времени излучения;
применения узконаправленных антенн;
работы с изменяемыми по случайному закону рабочей часто-
той и иными частотами, определяющими работу подавляемого устройства;
применения широкополосных сигналов;
применения кодированных сигналов или сигналов с широкопо-
лосной модуляцией.
Рассмотрим эти меры подробнее.
9
Минимизация мощности излучения
Определяется следующим правилом – мощность излучения защи-
щаемого устройства должна быть минимально необходимой для решаемой задачи.
Минимизация времени излучения
Определяется следующим правилом – время излучения защищае-
мого устройства должно быть минимально необходимым для решаемой задачи.
Применение узконаправленных антенн
Данная мера является частным случаем пространственной селек-
ции и будет подробно рассмотрена в подразделе 3.1.
Работа с изменяемыми по случайному закону рабочей частотой
и иными частотами, определяющими работу подавляемого уст
ройства
Эта мера подробно рассмотрена в разделе 4.
Дезинформация постановщика помех
Заключается в применении помех против постановщика, а точнее,
против его приемника, обнаруживающего и оценивающего параметры
излучений подавляемых устройств.
Например, применение шумовых помех ухудшит отношение сиг-
нал/шум на его входе, что соответственно приведет к снижению вероятности обнаружения работы подавляемого устройства
сти оценки параметров излучаемого им сигнала (снижению
Применение имитирующих помех снизит вероятность
()р
и точно-
об
р
из
р
изn
.
)
n
.
-
Повышение помехозащищенности за счет повышения
p
вероятностей
и pпу
пуо
Как было указано ранее, под нормальным функционированием
устройства или системы в целом понимается то, что их параметры
(частные технические характеристики) не выходят из области, в пределах которой они выполняют свои функции.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]