Методика выбора параметров структурного подавления информационных каналов навигационной системы NAVSTAR

Полшков А.В., Усатенко О.В.

Россия, Пермский национальный исследовательский университет,

BA РВСН им. Петра Великого

В современной войне приоритет поражения стратегически важных объектов отдается высокоточному оружию. Наибольшую опасность для малоразмерных высокозащищенных объектов РВСН представляют средства воздушного нападения наводящиеся по глобальной навигационной системе (ГНС) NAVSTAR. На вооружении российской армии отсутствуют средства противодействия системам наведения комплексированным ГНС NAVSTAR. Поэтому разработка методики выбора параметров структурного подавления информационных каналов навигационной системы NAVSTAR является актуальной научной задачей.

В широкополосных системах в результате расширения спектра происходит преобразование малоразмерного сообщения в многоразмерное. По этой причине для таких систем обычные заградительные или прицельные помехи требуют больших энергетических затрат и становятся малоэффективными. Диалектика радиоэлектронной борьбы заставляет постановщика помех переходить к новой стратегии: поиску наиболее эффективного распределения мощности своего передатчика по основным параметрам сигнала - частоте и времени, учитывая особенности расширения спектра и кодирования. Так, например, только замена непрерывного сигнала помехи на импульсный помогает расходовать в 20 раз меньше энергии.

Эффективность помехи для фазоманипулированного (ФМ) широкополосного

сигнала (ШПС) определяется эквивалентной базой Вэ = В/^ = ^/2 или квадратом коэффициента взаимной корреляции помехи с сигналом, < /)2 < 1. Минимальная эффективность помехи будет при г/ = , максимальная - при /)2 = 1, когда помеха, имитирующая сигнал, полностью идентична сигналу. Известные попытки применения в системе радиоэлектронного подавления кусков или целых последовательностей из используемых в системе сигналов оказываются в целом неэффективными.

Предлагается для радиоэлектронного подавления фазоманипулированных сигналов подобрать такие последовательности, коэффициент взаимной корреляции которых с любыми фазоманипулированными сигналами Голда был бы достаточно высок, но отличался от единицы.

Распространенной ошибкой подавления широкополосных систем является попытка достижения коэффициента взаимной корреляции равной 1. Поскольку в широкополосных системах на основе последовательностей Голда используются сигналы с малыми значениями боковых лепестков автокорреляционной функции (АКФ) и малыми значениями взаимной корреляционной функции (ВКФ). Попытка достижения коэффициента корреляции равной единице, как правило, обречена на провал. Типичные подходы предусматривают: ретрансляцию используемых сигналов или формирование функции по известному правилу.

В результате подобных подходов неизбежно возникает или ошибка синхронизации подавляемого сигнала и сигнала помехи (в результате этого коэффициент корреляции помехи с сигналом будет определяться уровнем боковых лепестков АКФ, который в системе будет минимальным), или сигнал помехи оказывается одним из разрешенных сигналов и коэффициент корреляции становится равным ВКФ системы. С учетом того что количество сигналов с системе Голда примерно равно периоду последовательности N, можно определить, что коэффициент корреляции равный 1 будет достигаться с вероятностью Р = ,

так для P( Y) кода такая вероятность составить примерно 6,25 • 10 8, во всех остальных случаях коэффициент взаимной корреляции будет примерно равен нулю.

В результате использования сигналов из системы приведет к тому, что потребитель будет иметь дело с фильтрацией сдвинутых во времени копий, которая определяется АКФ, т.е.

которая, как известно, минимальна для системы сигналов Rmax = min, а для ПСП Голда не превышает Rmax < N / 4. Аналогичный результат получается и при использовании случайно генерируемых сигналов из системы, однако в этом случае придется иметь дело с ВКФ, минимальное значение которых аналогично.

Для подавления потребителей ГНС NAVSTAR предлагается использовать принципиально новый подход, который заключается в том, что в качестве помехового сигнала необходимо использовать сигнал, не принадлежащий системе сигналов Голда и обладающего плохим коэффициентом корреляции со всеми сигналами системы.

При анализе взаимно-корреляционных функций ГМВ последовательностей не трудно заметить, что ряд пар последовательностей имеет ВКФ пиковое значение которых составляет от 0,3 до 0,5 от максимального значения АКФ в зависимости от степени порождающего полинома. Данное утверждение можно сформулировать и по другому: для каждой ГМВ последовательности существует как минимум одна последовательность пиковое значение ВКФ с которой будет превышать уровень 0,35 от пикового значения АКФ.

Таким образом задача выбора структуры помехового сигнала сводится к подбору таких последовательностей, которые бы давали пиковое значение ВКФ выше 0,35 АКФ со всеми сигналами системы.

Для выбора структуры такого сигнала можно воспользоваться свойством децимации М-последовательностей и теорией максимально связных множеств.

Нетрудно заметить, что противоположные М-последовательности, т.е. такие, что г/[с/] = w, где q = N -1 не составляют связное множество.

Дальнейшее исследование ВКФ таких последовательностей позволяет сделать вывод, что М-последовательности вида u[N-l] = w обладают наихудшими взаимнокорреляционными свойствами, в этом случае

Кроме того, ВКФ М-последовательности вида w = г/[ 2V-1 ] с последовательностями Г олда полученными на основе последовательности и также оказываются неудовлетворенными. При этом значение ВКФ достигает значения 0,5 N.

Это обстоятельство позволяет использовать в качестве помехи для системы сигналов, полученных на основе М-последовательности и противоположную ей последовательность w. При этом при любых сдвигах достигается требуемый для подавления уровень взаимной корреляции 0,3...0,5А. Таким образом, предлагается использовать противоположный к одной из М-последовательностей сигнал, что с вероятностью Р = 1 даст уровень взаимной корреляции не менее 0,3.

Для используемых в настоящее время сигналов можно определить вид полинома для формирования М-последовательности помехи.

Так как в ГНС NAVSTAR в качестве P-кода используются последовательности образованные при помощи полиномов 10000001001 и 11101001101 в восьмиразрядном виде 2011 и 3515, что соответствует номерам 1 и 17 в соответствии с выведенной закономерностью в качестве сигнала помехи может выступать сигнал с порождающим полиномом 511 или 503.

Определение структуры ПСП при изменении порождающих полиномов последовательности Голда. Как показано в анализе, в условиях военного времени противник может изменить порождающий полином последовательности Голда или кодировать. В этом случае сгенерированная помеха может оказаться неэффективной, т.е. номер порождающего полинома последовательности помехи может отличаться от вида:

Для определения структуры ПСП предлагается воспользоваться свойствами последовательности Г олда.

Поскольку каждая последовательность Голда у образуется сложением различных сдвигов двух характеристических М-последовательностей с «хорошей» взаимной

корреляцией по правилу У = Т U + Т' V , то некоторый /?-ый символ последовательности будет образован сложением по модулю 2 двух символов М- последовательности.упИ @ Уп

В свою очередь /?-ый элемент М-последовательности определяется состоянием регистра сдвига или значениями предыдущих элементов, а также коэффициентами обратной связи, т.е.

тогда л-символ последовательности Г олда yj+n будет определяться выражением:

Поэтому для определения порождающих полиномов h и/достаточно принять последовательно четыре /7-символа и составить систему уравнений. Однако, при решении уравнений необходимо исключить случаи когда вектор порождающего полинома будет нулевым. Поэтому для определения вектора порождающих полиномов необходимо решить систему уравнений, которая будет состоять из четырех п уравнений, определяющих текущий отсчет и двух неравенств исключающих нулевые порождающие полиномы.

Таким образом, можно сделать следующие выводы.

  • 1. Предложенный подход предполагает рассмотрение коэффициента радиоподавления на выходе приемника и использование помехового сигнала, обеспечивающего достаточно высокий уровень взаимной корреляции. При этом коэффициент взаимной корреляции будет заведомо меньше 1, но обеспечен в 100 % случаев.
  • 2. Методика выбора параметров структурного подавления сводится к определению структуры фазоманипулированного сигнала по нескольким принятым отсчетам и определению номеров порождающих М-последовательностей. По номеру первой М- последовательности предлагается выбрать сигнал с высоким уровнем взаимной корреляции и сформировать М-последовательность которая является помехой.
  • 3. В результате исследований установлено, что заведомо высоким уровнем взаимной корреляции обладают последовательности связанные индексом децимации. Такие ПСП диаметрально противоположны. Таким образом, достаточно определить номер ПСП помехи и ее порождающий полином для одной из порождающих последовательностей Голда. Сигнал помехи формируется по известным алгоритмам с использованием регистра сдвига.
  • 4. Определенная структура сигнала помехи обеспечивает коэффициент взаимной корреляции не ниже 0,3 в 100 % случаях, что позволяет нейтрализовать ускоренный алгоритм вхождения в синхронизм потребителей и различать сигнал помехи только после полной отработки сигнала.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >