О  ПОВЫШЕНИИ  ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ  СПУТНИКОВЫХ  ЛИНИЙ  СВЯЗИ  КОМПЛЕКСИРОВАНИЕМ  СИГНАЛЬНЫХ  И  ПРОСТРАНСТВЕННЫХ  МЕТОДОВ

Кожевников  Евгений  Александрович

научный  сотрудник,  ФГУП  «18  ЦНИИ»  МО  РФ,  г.  Москва

E-mail:  EvgenKozhe@yandex.ru

В  настоящее  время  является  общепризнанной  необходимость  повышения  помехозащищенности  спутниковых  станций  до  50—55  дБ  [1].  Методы  повышения  помехозащищенности  спутниковых  линий  связи  специального  назначения  разделяются  на  организационные,  энергетические,  пространственные  и  сигнальные.

Применение  организационных  методов  зачастую  ограничено  условиями  применения,  энергетические  методы  ограничены  требованиями  скрытности,  являющейся  составной  частью  помехозащищенности.  В  части  мощности  передающих  устройств,  чувствительности  приемных  устройств  и  усиления  антенн  достигнуты  потенциально  возможные  показатели.  В  связи  с  этим,  актуальным  представляется  разработка  пространственных  и  сигнальных  методов.

Пространственные  методы  изучены  достаточно  полно  [4,  5],  а  применительно  к  спутниковой  связи  в  [1].  Теоретически  и  экспериментально  показано,  что  при  пространственно-временной  обработке  сигналов  защита  от  преднамеренных  помех  обеспечивается  на  уровне  30—35  дБ  по  отношению  сигнал/(помеха+шум),  а  в  спутниковых  каналах  связи  на  уровне  25—30  дБ  из-за  особенностей  этих  каналов.

Возникает  вопрос,  а  существует  ли  возможность  повышения  помехозащищенности  спутниковых  каналов  сигнальными  методами  с  учетом  особенностей  этих  каналов,  какими  являются:

·     флуктуации  фазы  сигнала  со  скоростью  30—40  Гц;

·     замирания  (падение  уровня  сигнала  ниже  порогового  значения  длительностью  от  единиц  до  сотни  миллисекунд);

·     многолучевость  канала  распространения;

·     сложность  поддержания  равенства  шумов  в  трактах  разнесения  во  всем  диапазоне  изменения  сигналов,  который  достигает  40  дБ.

В  настоящее  время  в  спутниковых  линиях  связи  для  разнесения  применяются  последовательные  многочастотные  сигналы  (частотно-временная  матрица  —  ЧВМ),  которые  в  отличие  от  пространственного  разнесения  позволяют  использовать  одну  приемо-передающую  антенну  в  одном  направлении  и  обеспечить  ретрансляцию  одной  станцией.  Сигналы  ЧВМ  реализованы  в  существующих  станциях  на  скоростях  до  400-500  Кбит/с,  что  не  соответствует  современным  требованиям,  которые  требуют  увеличение  скорости  передачи  информации  до  2—4  Мбит/с  с  сохранением  дальности  и  кратности  разнесения.

Применение  ЧВМ  сигналов  существенно  ограничено  из-за  влияния  рассеяния  сигналов  в  тропосфере  и  связанной  с  этим  многолучевости,  приводящей  к  межсимвольной  интерференции.  Радиус  функции  рассеяния  по  задержке  на  линиях  120—150  км  может  достигать  величины  0,25  мкс.  Расчеты  и  эксперименты  показали,  что  при  базе  сигнала  порядка  В=128  искажением  посылок  и  межсимвольной  интерференцией  можно  пренебречь  на  скоростях  до  256  кбит/с.  При  увеличении  скоростей  до  2—4  Мбит/с  необходимо  принимать  специальные  меры  по  снижению  влияния  многолучевости.  Одной  из  таких  мер  может  быть  разработка  COFDM  модемов  применительно  к  тропосферной  связи  и  передатчиков  с  повышенной  линейностью  при  модуляции  COFDM.  Другим  направлением  может  быть  использование  многочастотных  сигналов  с  линейной  частотой  модуляции  (ЛЧМ).

В  связи  с  этим  возникает  необходимость  проведения  анализа  возможности  комплексирования  пространственных  и  сигнальных  методов  с  целью  повышения  помехозащищенности  спутниковых  станций  до  50—55  дБ.  В  [2,  3]  был  проведен  анализ  комплексирования  системы  помехозащиты  с  пространственно-временным  обработкой  (ПВО)  и  псевдослучайной  перестройкой  рабочей  частоты  (ППРЧ).

Анализ  показал,  что  простое  объединение  систем  помехозащиты  не  только  не  приводит  к  достижению  положительного  результата,  но  и  ухудшает  степень  помехозащиты,  т.  к.  существует  ряд  противоречий  при  совместном  использовании  этих  систем.

Применение  системы  совместно  с  ЧВМ  затруднено,  т.  к.  «свертки»  ЧВМ  нет,  обработка  идет  по  отдельным  трактам  приема.  В  этих  трактах  одновременно  появляются  паразитные  фазовые  и  амплитудные  модуляция  и  флуктуации  выходного  отношения  сигнал/(помеха+шум),  что  вызывает  увеличение  вероятности  ошибки.

Это  объясняется  тем,  что  в  системе  ПВО  скачки  частоты  при  фиксированном  направлении  прихода  сигнала  эквивалентны  изменению  углов  прихода  помехи.  Кроме  того,  коэффициент  усиления  остронаправленных  антенн,  применяемых  в  спутниковых  станциях,  в  области  бокового  и  заднего  излучения  являются  случайной  функцией  угловых  координат.  Это  требует  изменения  весовых  коэффициентов  после  каждого  скачка  частоты.  Эти  недостатки  устранены  в  [5],  где  применительно  к  сигналу  ППРЧ  введено  двухконтурное  управление  по  помехе  и  «свернутому»  сигналу  ППРЧ,  что  позволило  применить  устройство  [5]  в  условиях  априорной  неопределенности  изменяющихся  во  времени  направлений  прихода  полезного  сигнала  и  помехи.

Для  получения  нового  результата  при  комплексировании  пространственных  и  сигнальных  методов  (повышения  помехозащищенности)  при  использовании  ЧВМ  необходимо  применение  следующих  мер:

1.  Медленная  адаптивная  перестройка  радиочастоты  (АПРЧ),  когда  помеха  забивает  прием  ЧВМ  сигнала  полностью  или  частично,  новая  частота,  где  нет  помехи,  выбирается  по  псевдослучайному  закону.  В  этом  случае  необходимо  иметь  два  анализатора  помех:  во  всем  диапазоне  для  определения  зон  отсутствия  помех  и  непосредственно  на  рабочей  частоте.  Для  этого  необходимо  осуществление  радиообмена  между  станциями  для  определения  незабитой  частоты  и  синхронизации  момента  переключения  на  нее.

2.  Перестройка  разноса  между  частотами  ЧВМ  для  того,  чтобы  затруднить  постановщику  помех  постановку  «гребенчатой  помехи».

3.  Наложение  на  сигнал  ЧВМ  апериодической  псевдослучайной  последовательности  (АПСП).  Максимальная  скорость  налагаемой  АПСП  ограничивается  многолучевостью  и  не  может  быть  выше  480  –  640  кбит/с.

4.  Перестройка  скачком  всех  частот  ЧВМ  во  всем  диапазоне  частот.  Необходимо  иметь  также  2  синтезатора: 

·     групповой  для  изменения  всех  частот  ЧВМ;

·     индивидуальный  —  для  изменения  разноса  между  частотами.

5.  Сочетание  режимов  медленной  и  быстрой  АПРЧ.  Быстрая  АПРЧ  применяется  для  скоростей  240—2048  кбит/с,  передача  осуществляется  символами.

6.  Должно  быть  разработано  цифровое  устройство  адаптивной  пространственной  компенсации  помех.  Это  объясняется  тем,  что  в  спутниковой  связи  используется  частотное  разнесение  с  сигналом  ЧВМ-4  и  ЧВМ-8.  При  ЧВМ-8  необходимо  иметь  8  дополнительных  трактов  приема  и  8  компенсаторов.  Цифровое  исполнение  позволит  снизить  недостаток,  связанный  с  большим  объемом  оборудования  по  сравнению  с  компенсацией  на  СВЧ.

На  этапе  медленной  АПРЧ  происходит  измерение  оценок  вектора  весовых  коэффициентов  (ВВК)  в  диапазоне  перестраиваемых  частот  станции  и  их  запись  в  оперативное  запоминающее  устройство  (ОЗУ).  Переход  от  одной  частоты  к  другой  происходит  после  окончания  переходного  процесса  в  интегрирующем  фильтре  в  петле  обратной  связи.  На  этапе  быстрой  АПРЧ  используются  экстраполированные  оценки  ВВК  из  ОЗУ  для  соответствующей  рабочей  частоты.

Интервал  коррекции  ВВК  зависит  от  ширины  диаграммы  направленности  антенны  станции  по  боковому  и  заднему  лепестку  и  скорости  движения  летно-подъемного  средства  —  постановщика  помехи.

7.  Необходима  переработка  автоматической  регулировки  (АРУ)  по  шумам.  В  результате  действия  АРУ  по  шумам  помеха  сводится  до  уровня  шумов.  Степень  подавления  определяется  динамикой  регулирующего  элемента  и  усилением  по  цепи  АРУ.

Недостатком  существующих  схем  АРУ  по  шумам  является  быстродействующий  импульсный  характер  управления  в  соответствии  с  кодом  ЧВМ.  Из-за  отсутствия  необходимой  элементной  базы  получена  степень  подавления  помех  не  более  15  дБ.  Необходим  переход  к  обычной  медленной  схеме,  что  позволит  применить  стандартные  элементы  регулировки  усиления  с  большим  диапазоном.

Указанная  доработка  сигналов  ЧВМ  при  комплексировании  с  ПВО  позволит  в  режиме  быстрой  АПРЧ  для  компенсации  помех  использовать  оценки  ВВК,  полученные  на  этапе  медленной  АПРЧ.  В  этом  случае  система  адаптируется  к  качеству  канала  связи  при  воздействии  преднамеренных,  в  том  числе  имитирующих  помех.  Автоматически  выбирается  число  частот,  достаточное  для  передачи  с  заданным  качеством.  В  результате  выигрыш  равен  суммарному  выигрышу  от  ПВО  и  АПРЧ  с  учетом  потерь  и  составит  50—55  дБ.  На  скоростях  выше  400—500  кбит/с  целесообразно  применение  модемов  COFDM  и  сигналов  с  ЛЧМ.

Список  литературы:

1.Исаков  Е.Е.  Устойчивость  военной  связи  в  условиях  информационного  противоборства.  Спб.,  2009  г.,—  400  с.

2.Кожевников  Е.А.,  Адаптивная  система  приема  широкополосных  сигналов.  —  Журнал  радиоэлектроники,  №  10  октябрь,  2011  г.

3.Кожевников  Е.А.,  К  вопросу  о  выборе  алгоритмов  при  комплексировании  сигнальных  методов  и  методов  пространственно-временной  обработки  широкополосных  сигналов.  —  Журнал  радиоэлектроники,  №  9  сентябрь,  2011  г.

4.Монзинго  Р.А.,  Миллер  Т.У.  Адаптивные  антенные  решетки.  Введение  в  теорию.  Пер.  с  англ.  М.:  Радио  и  связь,  1986.  —  448  с.

5.Уидроу  Б.,  Стирнз  С.  Адаптивная  обработка  сигналов.  Пер.  с  англ.  М.:  Радио  и  связь,  1989.  —  440  с.