автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Формирование и обработка маскирующих радиопомех в защищенных каналах связи

На правах рукописів

Канавин Сергей Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА МАСКИРУЮЩИХ РАДИОПОМЕХ В ЗАЩИЩЕННЫХ КАНАЛАХ СВЯЗИ

Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 МАР 2013

Воронеж-2012

005050254

005050254

Работа выполнена в Воронежском институте МВД России.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Панычев Сергей Николаевич

Официальные оппоненты:

Тихомиров Николай Михайлович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, ОАО «Концерн «Созвездие», начальник научно-технического управления

Макаров Олег Юрьевич, доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры

Ведущая организация: ФКУ НПО «Специальная техника и связь МВД России» (г. Москва)

Защита состоится « 19 » марта 2013 года в 14 часов, в ауд. №215/1 корп. на заседании диссертационного совета Д 203.004.01 в Воронежском институте МВД России по адресу: 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского института МВД России.

Автореферат разослан « » О <2- 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Голубинский Андрей Николаевич

Актуальность темы. В настоящее время идет интенсивное развитие инфо-коммуникационных систем различного назначения, использующих радиоканал как среду для передачи данных. При этом применяют комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на повышение скрытности полезного сигнала в радиоканале. В совокупности эти мероприятия называют радиомаскировкой. Целью радиомаскировки является защита сигнальной информации в каналах связи.

Вопросы маскирования полезных сигналов искусственными помехами в каналах радиосвязи рассматриваются в работах Цветнова В.В., Демина В.П., Куприянова А.И., Шустова Л.Н., Вакина С.А., Палия А.И., Максимова А.И., Борисова В.И., Зинчука В.М., Лимарева А.Е., Тихомирова Н.М., Нечаева Ю.Б. и др.

Маскирование осуществляют в зависимости от информационных параметров полезного сигнала по несущей частоте, амплитуде, фазе и спектру. В результате маскирования ухудшаются параметры обнаружения, увеличиваются ошибки определения параметров сигналов. Эффективность маскирующих радиопомех зависит от частотной и временной структуры помехового и полезного сигналов и их энергетического соотношения на входе приемника.

Для осуществления радиомаскировки используют аддитивные и мультипликативные маскирующие и имитирующие помеховые сигналы.

В целях радиомаскировки применяют как заградительные, так и прицельные по частоте радиопомехи. С точки зрения качества помехи предпочтительными являются прицельные помехи, поскольку они характеризуются большей спектральной плотностью мощности.

В интересах радиомаскировки линий связи в последнее время широко применяют также узкополосные искусственные шумовые помехи с угловой модуляцией, обладающие хорошими маскирующими свойствами. При этом методы формирования сигналов радиопомех основаны на квадратурных схемах с амплитудной частотной и фазовой модуляцией.

В концепции развития подвижной связи органов внутренних дел Российской Федерации приоритетными направлениями являются повышение эффективности и помехозащищенности радиосредств. В рамках этой тенденции развития актуальны задачи совершенствования способов формирования и передачи сигналов и помех в каналах с радиомаскировкой, а также разработки методов оптимального приема и извлечения информации при наличии искусственных помех в каналах связи.

В связи с тем, что происходит усложнение структуры передаваемого сигнала и элементной базы приемо-передающей аппаратуры, методы формирования маскирующего сигнала и скрытной передачи информации постоянно претерпевают изменения.

Все вышеизложенное подтверждает актуальность темы диссертации.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ: «Исследование эффективности функционирования, информационной безопасности и живучести информационно-телекоммуникационных систем органов внутренних дел в условиях конфликтного взаимодействия», «Исследование помехозащищенности цифровых систем радиосвязи ОВД в условиях информационного конфликта», «Исследование эффективности функционирования, живучести и скрытности систем управления ОВД на базе цифровых транкинговых систем радиосвязи», выполненных на кафедре инфокоммуникационных систем и технологий Воронежского института МВД России.

Цель работы. Целью исследования является совершенствование методов формирования маскирующих радиопомех для повышения качества защищенных каналов связи и развитие метода обработки сигналов в канале связи с зашумлением.

Для достижения цели диссертационного исследования возникла необходимость решить следующие основные задачи:

1. Разработать и исследовать способ формирования маскирующего помехово-го радиосигнала на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией.

2. Обосновать способы применения маскирующих радиопомех применительно к задаче маскирования сигналов в типовом защищенном канале радиосвязи.

3. Разработать методику оценки качества сформированного помехового маскирующего радиосигнала по энтропийному критерию качества шума и оценить эффективность маскирующих помех для типовых каналов связи.

4. Разработать модель канала связи с зашумлением посредством применения маскирующих помех.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории формирования радиосигналов, статистической радиотехники, теории информации, оптимального приема и обработки сигналов, схемотехнического моделирования.

Научная новизна работы состоит в том что в ней:

1. Разработан и исследован способ формирования маскирующих помеховых сигналов на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией, в которой осуществлено формирование маскирующих ФМ сигналов на основе нелинейного расширения спектра модулирующего напряжения и квадратурного сложения высокочастотных составляющих.

2. Предложены структурная схема и алгоритм обнаружения сигнала в канале связи с зашумлением применительно к задаче обнаружения бинарного сигнала на фоне узкополосного шума с угловой модуляцией, в котором применен информационный критерий качества обнаружения.

3. Разработана методика оценки качества маскирующих помеховых сигналов в каналах связи, в которой использован энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи.

4. Разработана имитационная модель формирования радиопомех в каналах связи с использованием узкополосной ФМ помехи для маскирования защищенного канала связи.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Способ формирования маскирующих узкополосных помеховых сигналов на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией и результаты экспериментального исследования.

2. Структурная схема и алгоритм оптимального обнаружения сигнала в канале связи с зашумлением на фоне узкополосного шума с угловой модуляцией с применением информационного критерия качества обнаружения и новой статистической процедуры различения сигналов и помех путем количественного определения различия плотностей вероятностей распределения их информационных параметров.

3. Методика оценки качества маскирующих помеховых сигналов и методика выделения полезного радиосигнала из маскирующих помех на основе анализа их статистических характеристик.

4. Имитационная модель формирования узкополосных ФМ радиопомех в канале связи с зашумлением.

Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается в том, что в ней обоснованы технические предложения по разработке устройств формирования и обработки сигналов, сформированных квадратурными модуляторами узкополосных помех в каналах с радиомаскировкой, разработаны алгоритмы функционирования устройств. Полученные результаты могут быть использованы при разработке требований к перспективным средствам скрытной радиосвязи.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационного исследования использованы в научных исследованиях Воронежского института МВД России, внедрены в деятельность Департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД России, в учебный процесс Воронежского института МВД России для курсантов и слушателей специальности «Защищенные системы связи».

Апробация работы. Основные положения диссертации работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2009 - 2012 гг.); на Международных научно-практических конференциях «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2011, 2012 гг.); на Международной научно-практической конференции «Техника и безопасность объектов УИС», (Воронеж, 2011 г.); на Всероссийском научно-техническом семинаре под руководством В .В. Шахгильдяна (Москва, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ. Работы [1-5] опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

В работах, выполненных в соавторстве, лично соискателем: в [1] - разработана схемотехническая модель КФМ, получены результаты экспериментального и схемотехнического моделирования; в [2, 3] - получены результаты моделирования квадратурного фазового модулятора с аналоговыми функциональными преобразователями при модулирующем воздействии в виде частотно-манипулированного полосового шума при различных значениях индексов модуляции; в [4] - получены результаты воздействия узкополосного гауссовского случайного процесса на квадратурный фазовый модулятор; в [5] - предложена функциональная схема системы связи с зашумлением и структурные схемы формирователя маскирующей помехи и оптимального обнаружителя; в [6] - предложена процедура оптимизации передачи и обработки сигналов в канале связи с зашумлением; в [8] - представлен результат воздействия частотно-модулированной шумовой помехи на узкополосную систему цифровой радиосвязи; в [9, 10] - предложен частотно-модулированный формирователь помехового радиосигнала; в [12] - предложены способ и устройство радиоподавления каналов связи; в [13-17] - неразделенное соавторство соискателя и научного руководителя.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 158 страниц, включая 109 иллюстраций, 3 таблицы, список литературы из 116 наименований на 10 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определена цель, на решение которой направлено диссертационное

исследование, приведены научная новизна и практическая значимость результатов работы, а также представлены основные научные положения и наиболее существенные научные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе осуществлен анализ современного состояния теории и техники формирования и обработки маскирующих радиопомех в каналах связи. Рассмотрены способы маскирования полезных сигналов в каналах связи с помощью маскирующих активных помех. Рассмотрены вопросы проблематики оперативно-технической скрытности и защиты информации в каналах радиосвязи. Приведены результаты анализа новых и перспективных способов маскирования радиоканалов по материалам патентного поиска. Проведен сравнительный анализ существующих методов и техники маскирования сигналов в каналах радиосвязи, а также осуществлена постановка научной задачи исследования.

Проведен детальный анализ следующих видов помех: непрерывные шумовые, хаотические импульсные и последовательности детерминированных импульсных сигналов. Наилучшей помехой является гауссов шум, так как он обеспечивает минимально возможное отношение сигнал/помеха (с/п) и обладает наилучшими маскирующими свойствами. Однако, на практике, для маскирования радиосигналов в каналах радиосвязи используют помехи, отличные от гауссовых, это позволяет снизить энергетические требования и упростить техническую реализацию формирователя маскирующих радиопомех.

Идеальная шумовая помеха с точки зрения информационного критерия эффективности должна иметь нормальную (гауссову) плотность распределения мгновенных значений и равномерный энергетический спектр в заданной полосе частот Д/„. В наибольшей степени к такой помехе приближается прямошумовая помеха, которая получается за счет прямого усиления шума первичного высокочастотного источника (например, шумящего генератора) либо за счет переноса спектра шума, создаваемого низкочастотным источником, в заданную высокочастотную область. Такой шум по свойствам напоминает гармонический сигнал, случайно модулированный по амплитуде и фазе:

un(.O = U0 (/) cos[wn/ + <рп (/)], (1)

гдeU0(l) и £>п(/) - медленно меняющиеся функции по сравнению с cosео01

Энтропийный коэффициент качества прямошумовой ограниченной помехи П,„ =0,7...0,8.

Спектральный коэффициент качества помехи цсп определяется как:

S — V

n — 1 пштах m/i min _/\ п/:

7c« -1 - у-—--- 0,96, (2)

пштах mit m:n

гДе ^нш max ^„штт — максимальное и минимальное искажения спектральной плотности помехи. Неравномерность спектра помехи учтена в пределах эффективной ши-

F F

рины спектра /„ - -Я- < /„ < /л + -ÜL, где Fm - ширина спектра.

2 2

Результирующий коэффициент качества этой помехи: tj = т]энг]т ~ 0,7...0,8.

Шумовые помеховые сигналы обеспечивают принципиальную возможность маскировки полезных сигналов любой структуры и формы. Если помеховый сигнал представляет собой белый гауссов шум, то вероятность правильного обнаружения

полезного сигнала в шумах на выходе оптимального приемника определяется только отношением энергии сигнала Е к спектральной плотности мощности шума G и не зависит от формы сигнала. Более того, как показывает теория обнаружения сигналов в смеси с шумом, пороговое отношение(£/0)по;), соответствующее заданной вероятности обнаружения при некоторой вероятности ложной тревоги, не зависит и от реализованного способа оптимальной обработки сигнала. Поэтому при создании эффективных шумовых помех необходимо и достаточно обеспечить лишь определенное значение отношения ЕЮ, соответствующее допустимому значению вероятности правильного обнаружения полезного сигнала и заданной вероятности ложной тревоги.

Так как плотность распределения мгновенных значений реальной амплитудно-модулированной шумовой помехи (АМШП) в канале не является гауссовой, то маскирующие способности такой помехи ниже, чем у прямошумовой. Теоретически рассчитанный энтропийный коэффициент качества такой помехи низок, это ограничивает ее практическое применение в каналах связи с зашумлением. Из-за малых значений энтропийного коэффициента качества rj3HaM ~ 0,3 и спектрального коэффициента качества rjcnaM а 0,3 результирующий коэффициент качества АМШ помехи имеет весьма низкое значение: Пам « rjспамт)Э1ШМ в 0,1, вследствие чего АМШП является наихудшей с энтропийной точки зрения по маскирующим свойствам. Вместе с тем, асимметричный характер плотности распределения вероятностей (ПРВ) АМШП можно использовать для эффективной маскировки AM сигналов, передаваемых и принимаемых без ограничения амплитуды.

Для маскирования линий радиосвязи с сигналами с аналоговой несущей все более широко применяют частотно-модулированные шумовые помехи (ЧМШП) и фазомодулированные шумовые помехи (ФМШП). Несмотря на низкий коэффициент качества т]спфм, ФМШП находит практическое применение вследствие простоты

реализации и возможности получения достаточно равномерного спектра. С ростом индекса ФМ спектр расширяется, а мощность боковых составляющих спектра повышается за счет «перекачки» энергии несущей в боковые полосы. Узкополосные помехи с угловой модуляцией, в отличие от широкополосных, обеспечивают более высокие маскирующие свойства. При использовании зашумления канала радиосвязи узкополосными маскирующими помеховыми сигналами радиус действия системы связи уменьшается на 19%, а скрытность значительно улучшается.

Использование таких маскирующих помех эффективно для обеспечения скрытности радиоканала, а переход в практических задачах к негауссовым видам помеховых колебаний реализуется узкополосным шумовым процессом гармонического сигнала высокочастотного генератора, что обеспечивает возможность эффективного маскирования канала связи.

Во второй главе проведено исследование и разработка квадратурного формирователя помеховых маскирующих радиосигналов с угловой модуляцией.

Исследования по данной тематике проводились Самойловым Г.П., Асеевым Б.П., Артымом А.Д., Поповым П.А., Шерстюковым СЛ., Хохловым Н.С., Леныииным A.B. и др.

БМІ

ИМС

ФВ я/2 БМ2 СЗ

Но = 1В

г/2

г<б

-е'/б

ПС2

АТ2 ► ИНВ2

е'/24

ПС4

¿/120

Главным достоинством квадратурных фазовых модуляторов (КФМ) является возможность осуществлять модуляцию в широком диапазоне изменения частоты несущего колебания без перестройки схемы ввиду отсутствия в ней реактивных элементов. Общим недостатком КФМ, использующих преобразования балансно-модулированного и амплитудно-модулированного колебаний в фазомодулирован-ный сигнал, является невозможность получения фазомодулированного сигнала с большим индексом модуляции, так как при увеличении индекса модуляции в КФМ возникают амплитудные и фазовые искажения. Для эффективной компенсации паразитной модуляции необходимо применять комбинирование методов амплитудно-фазового управления с методами векторного сложения сигналов, когда амплитудные модуляторы или фазовращатели могут быть выполнены с использованием принципа квадратурного сложения сигналов. При выполнении квадратурного сложения сигналов в каждом из каналов может использоваться амплитудно-фазовое управление, а

воздействие паразитного отклонения в этом случае не будет зависеть от природы искажающего фактора.

В работе проведено экспериментальное исследование структурной схемы КФМ на базе балансных модуляторов в квадратурных каналах с аналоговыми функциональными преобразователями модулирующего напряжения (АФПМН) (рис. 1), реализующей индекс фазовой модуляции тр <п/2. На рис. 1 обозначено: ГВЧ - генератор высокой частоты, ИМС - источник модулирующего сигнала, БМІ, БМ2 -балансные модуляторы (высокочастотные перемножители), ФВ я/2 - фазовращатель на л/2, CI, С2, СЗ - линейные сумматоры, ПСІ - ПС4 - низкочастотные перемножители, Е0 — источник постоянного напряжения, ATI — АТ4 - аттенюаторы, ИНВ1, ИНВ2 - инверторы. В соответствии с этой структурной схемой была разработана и реализована принципиальная электрическая схема КФМ, представленная на рис. 2 (а - низкочастотная часть и б - высокочастотная часть). Принципиальная схема состоит из аналоговых прецизионных перемножителей сигналов К525ПСЗБ, операционных усилителей TLC084, диапазонного симметрирующего трансформатора ETC!-1-13 (диапазон 4,5 - 3000 МГц), радиочастотной интегральной микросхемы векторного модулятора НРМХ2005 (диапазон 25 - 250 МГц);

sin(x)

Ряс. 1. Структурная схема КФМ на базе балансных модуляторов в квадратурных каналах и АФПМН, формирующего без искажений ФМ сигнал с индексом модуляции т<р<л/2

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема КФМ, реализующая индекс фазовой модуляции т^ < л/2\ а - низкочастотная часть, б - высокочастотная часть

Функциональные схемы экспериментальных установок для проверки КФМ в режиме формирования ФМ сигнала с использованием АФПМН при заданном индексе модуляции т9=тс/2, представлены на рис. 3 а, б. Параметры испытательных сигналов: значения частот несущего и модулирующего колебаний выбраны равными 30 МГц и / кГц соответственно; амплитуда модулирующего напряжения е=1,57В, что соответствует гПр=я/2; амплитуда высокочастотного напряжения 56 мВ. Измерения проводились при температуре 25°С.

3 5

При этом использованы аппроксимирующие полиномы.чт(;с) = е - — + — и

3' 5'

С €

««(х) = 1--н--.

2! 4!

Аішли-іатор спектра HP89S9A

Осциллоірнф Agilent D3000

Рис. 3 Функциональные схемы экспериментальных установок для исследования принципиальной электрической схемы КФМ в режиме формирования узкополосного фазомодулированного помехо-

вого радиосигнала с индексом т,р=л/2: а - для исследования ВЧ части: НР8657В - ВЧ генератор, НР3245А - универсальный НЧ генератор, НР8959А - анализатор спектра, НР6626А - источник постоянного тока; б - для исследования АФГТМН: дополнительно осциллограф Agilent D3000.

На рис. 4 — 9 представлены результаты измерений экспериментального исследования в сравнении с результатами моделирования КФМ с АФПМН на выходах следующих функциональных блоков структурной схемы (рис. 1): ПСІ - ПС4, С1 (выход косинусного преобразователя), С2 (выход синусного преобразователя), СЗ (высокочастотный выход КФМ). На рисунках слева вверху изображены осциллограммы напряжения, справа вверху — временные диаграммы, полученные в результате схемотехнического моделирования в программе OrCAD 9.1, слева внизу - экспериментальные спектры, справа внизу - спектры, полученные в результате схемотехнического моделирования в программе OrCAD 9.1.

ш

А А А;

Hi І пі

м I : і !

' 1)У'і ї ї

і І 11 і І !

1У і

Рис. 4. Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования (справа) КФМ при и=1,57 В. на выходе ПС1

Ь ft A A ft \Гу\ґ)[)/'

\j 'j yf v \j

I

Рис. 5 Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования (справа) КФМ при 11= 1,57 В на выходе ПС2

Рис. 6. Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования (справа) КФМ при и=1,57 В: на выходе ПСЗ

{11А к Л П VI

I

_I

Рис. 7. Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования (справа) КФМ при 11=1,57 В: на выходе ПС4

..і ill

1_Л 1 А _

Рис. 9. Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования (справа) КФМ при тг< л/2 ФМ-сигнал на выходе векторного модулятора НРМХ2005

Рис 8. Результаты экспериментального исследования (слева) и моделирования(справа) КФМ при U-1,57 В на выходе С2 (выход синусного преобразователя)

Практическая ширина полосы частот, занимаемая ФМ сигналом, составляет 8 кГц, при учёте составляющих спектра с амплитудами не менее / % от амплитуды смодулированного сигнала, что совпадает с теоретической шириной полосы частот. Имеющая место допустимая (порядка 3 %) паразитная амплитудная модуляция (рис. 9, слева вверху), возникает вследствие: 1) неточности функционального преобразования модулирующего напряжения (порядка / %); 2) утечки напряжения несущей частоты во входных транзисторных цепях микросхемы векторного модулятора; 3) отклонения в пределах / - 2 мВ режима по постоянному току на симметричных входах для подачи модулирующих напряжений; 4) модуляционной погрешности из-за неточности сдвига фазы несущего колебания на л/2, а также неточностей перемножения, суммирования и усиления в микросхеме НРМХ2005. Важно отметить, что перечисленные выше дестабилизирующие факторы незначительно влияют на появление паразитной фазовой модуляции (рис. 9, слева внизу) (порядка 1,5 %), обычно проявляющейся в виде дополнительных комбинационных составляющих частот и нарушении пропорций между амплитудами гармоник спектра выходного ФМ сигнала. На этом же рисунке видно, что огибающая спектра ФМ сигнала имеет симметричную относительно несущей частоты выходную форму.

Полученные результаты подтверждают высокую эффективность и точность формирования ФМ сигналов с использованием квадратурного метода, основанного на нелинейном расширении спектра модулирующего напряжения и квадратурного сложения высокочастотных составляющих.

Разработанное устройство квадратурного формирователя узкополосных фазо-модулированных помех может найти применение в технике радиоэлектронного маскирования каналов систем радиосвязи. Основным блоком передающей части канала связи с зашумлением является формирователь узкополосных фазомодулированных

сигналов, отвечающий за генерирование помехи. Формирователь узкополосных ФМ -сигналов с использованием квадратурного метода построен с использованием нелинейного расширения спектра модулирующего напряжения и квадратурного сложения высокочастотных составляющих. Структурная схема КФМ на базе балансных фазовых модуляторов в квадратурных каналах приведена на рис. 10,

гвч U1 СМ 1

Г

ФВп/2 БМ2 U4 С

Рис, 10. Структурная схема КФМ на базе балансных модуляторов

на котором обозначено: ГВЧ - генератор высокой частоты, ИМС - источник модулирующего сигнала, БМ1, БМ2 - балансные модуляторы (высокочастотные перемножители), ФВ л/2 - фазовращатель на л/2, С - линейный сумматор, ВКФ и ВСФ вычислители функций cos(x), sin(x).

После того как узкополосный фазомодулированный помеховый сигнал сформирован в КФМ, он в сумматоре суммируется с полезным сигналом и затем на выходе смесителя получается аддитивная смесь полезного сигнала с маскирующей узкополосной помехой. Сформированная таким образом в КФМ маскирующая помеха обладает ярко выраженными шумоподобными свойствами и имеет высокий коэффициент качества шума.

В третьей главе приведены результаты разработки способов оптимальной обработки сигналов на фоне маскирующих помех в каналах связи. В ней приводится описание процедуры разработки устройства оптимальной обработки сигналов в канале связи с зашумлением.

Критерием оптимального обнаружения сигналов на фоне маскирующего шума выбрано отношение правдоподобия. Практическое применение критерия сводится к вычислению отношения правдоподобия и сравнению его с определенным порогом, величина которого определяет вероятность ложной тревоги. Решение о наличии сигнала принимается, если отношение правдоподобия превышает пороговую величину, в противном случае принимается решение об отсутствии сигнала.

Отношение правдоподобия является монотонной функцией корреляционного интеграла. Корреляционный интеграл сигнала с полностью известными параметрами определяется выражением

Z= Jy(t)-x{t)dt,

(3)

где y(t) - ожидаемый полезный сигнал; x(t) - принимаемое колебание, представляющее собой аддитивную смесь маскирующего шума M(t) и полезного принимаемого сигнала, собственных шумов приемника n(t) с истинными параметрами.

x(t) = AU(t) + M(t) + n(t). (4)

Параметр А принимает значения 1 (полезный сигнал есть в шуме) и О (полезного сигнала нет).

В диссертации применен корреляционный способ выделения сигнала в канале связи с зашумлением. Для повышения качества различения сигнала на фоне маскирующего ФМ шума в схему введен дополнительный блок измерения энтропии. Структурная схема такого корреляционного обнаружителя представлена на рис. 11.

м«>

Умножитель 1 Инте:ратор 1

Y(t)

Умножитель 2 Hfrreiparop 2

т

Устройство вычитания Блок измерения •энтропии X Пороговое устройство

* 1

К сип

Л—О

А=1 (Есть сигнал) .—О (Нет сигнала)

Рис. 11. Структурная схема корреляционного обнаружителя На первый умножитель совместно с принимаемой смесью Y[t) подается опорное колебание собственной помехи M(t). На второй умножитель основного приёмного канала 2 вместе с колебанием поступает опорное колебание U(t). Непосредственное интегрирование произведений M(t) Y(t) и U(t)- Y(t) дает значения корреляционных интегралов в соответствующих каналах устройства приема и обработки сигналов. Результирующий корреляционный интеграл

zr(t)= Z2(t)- zt(t) на выходе вычитающего устройства содержит информацию о полезном сигнале. Сигнальная составляющая A ^U2(t)dt корреляционного интеграла Zp(t) определяется энергией принимаемого в смеси полезного сигнала. Далее происходит измерение энтропии. Чем больше значение энтропии, тем выше вероятность правильного обнаружения Рпо при фиксированном значении вероятности ложной тревоги Рло. Последняя однозначно связана с уровнем порога, устанавливаемого для принятия решения о наличии полезного сигнала.

При оптимальной вероятностной фильтрации сигналов, важнейшими обна-ружительными процедурами являются измерение плотности распределения вероятностей (ПРВ) шумов их смеси с сигналом, расчет энтропии указанных ПРВ и их различение с помощью пороговой процедуры. В соответствии с этим алгоритмом структурная схема оптимального вероятностного фильтра имеет вид, представленный на рис. 12.

Рис. 12. Структурная схема оптимального вероятностного фильтра

Для принятия решения об обнаружении полезного сигнала на фоне шумов применяется пороговое устройство. Порог обнаружения задается исходя из требуемой вероятности обнаружения сигнала при фиксированном уровне ложных тревог. Предложенная схема реализует корреляционный принцип различения случайных процессов сигнал + маскирующий шум + внутренний шум, соответственно, путем выявления отличий в их законах ПРВ. Корреляционный прием требует формирования опорного колебания (например, эталона маскирующего сигнала), что, усложняет аппаратурную реализацию приемника. Для упрощения аппаратуры приема в схеме, приведенной на рис. 12, использован блок имитатора шумов приемника. В качестве имитатора шумов на практике целесообразно использовать второй приемный тракт, по техническим характеристикам идентичный основному каналу. При этом основной канал подключен к антенне, а вспомогательный канал должен быть защищен от внешних воздействий.

Оптимальный фильтр предложенной структуры будет эффективным в том случае, если он будет обеспечивать максимум отношения правдоподобия на выходе решающего устройства. Максимизация различий законов распределений в ряде типовых ситуаций приема и обработки сигнала достигается включением в приемный тракт элемента с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При прохождении случайного сигнала с определенным законом распределения одного из его параметров через нелинейный элемент форма закона распределения существенно изменяется. Использование этого свойства в процедуре оптимальной фильтрации способствует повышению вероятности обнаружения полезного сигнала на фоне маскирующего шума с известной статистикой.

В четвертой главе рассматриваются вопросы оценки эффективности маскирующих помех методами информационно-энтропийной теории оптимального приема и обработки сигналов на фоне маскирующих помех применительно к типовым защищенным каналам радиосвязи.

Усложнение радиосредств формирования и обработки сигналов на фоне маскирующих радиопомех диктует необходимость разработки практически применимых методик оценки эффективности каналов связи. В диссертации для оценки эффективности канала с искусственным зашумлением применены методы математической статистики и теории вероятностей. Для оценки качества приема радиосигналов введен новый информационно-энтропийный критерий качества. Данный критерий основан на измерении и сравнении одной из моментных характеристик законов распределения сигнала и маскирующей помехи. Отличием нового критерия от традиционного критерия отношения правдоподобия является замена энергетической процедуры оптимального приема на более общую информационно-энергетическую процедуру.

Информационно-энтропийный подход основан на учете различий статистических свойств сигналов и маскирующих помех, а именно различия энтропий (форм) законов их распределения в технологической процедуре различения или оценивания параметров сигналов на фоне маскирующих помех. Эта методика применена как теоретически, так и практически для повышения качества обработки сигналов в приемных устройствах на фоне маскирующих помех. При этом прирост качества обработки сигналов оценивается количественно по увеличению вероятности правильного обнаружения сигнала на фоне помех. Структурная схема установки для оценки качества канала с зашумлением приведена на рис. 13.

Рис. 13. Структурная схема оценки качества канала для фазо-модулированных и частотно-модулированных маскирующих шумовых помех: 1 - источник маскирующей помехи, 2 - измерительный приемник с частотным (фазовым), амплитудным демодулятором, 3 - измеритель корреляционных характеристик типа Х6-4,4 - АЦП, 5 - персональный компьютер

Представленная на рис. 13 структурная схема реализована в виде установки для оценки влияния ФМ и ЧМ маскирующих шумовых помех на качество маскировки сигнала в канале. В данной схеме маскирующую ФМ или ЧМ шумовую помеху формируют в блоке 1 и излучают в окружающее пространство с помощью антенны. В блоке 2 принятую помеху демодулируют и преобразуют в электрический сигнал, который подают на измеритель корреляционных характеристик типа Х6-4 (блок 3). В блоке 3 осуществляют дискретизацию по времени принятого электрического сигнала, измерение уровней сигнала для дискретных моментов времени и строят гистограмму ПРВ значений электрического сигнала маскирующего шума. Построенную гистограмму преобразуют в АЦП (блок 4) и вводят в персональный компьютер (блок 5), где вычисляют энтропию закона распределения значений напряжений электрического сигнала шума, энтропию эталонного равномерного закона распределения и энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи. Значение энтропийного коэффициента качества используют для оценки качества маскирующей помехи в конкретном канале. При использовании предлагаемого способа для оценки качества маскирующей помехи, описанной в разделе 2, получено значение энтропийного коэффициента, равное 0,03-0,04. Теоретическое значение энтропийного коэффициента качества маскирующей помехи стремится к нулю, что подтверждает эффективность рассмотренного вида помех для зашумления каналов. Введение энтропийных параметров для оценки качества маскирующих канальных сигналов позволяет оценивать потенциальные возможности помех безотносительно к конкретным способам их обработки в подавляемых устройствах.

В заключении дана развернутая характеристика проведенной научной работы, сформулированы полученные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан и исследован способ формирования маскирующих помеховых сигналов на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией, в ней осуществлено формирование маскирующих ФМ сигналов на основе нелинейного расширения спектра модулирующего напряжения и квадратурного сложения высокочастотных составляющих, получены результаты экспериментального исследования.

2. Предложены структурная схема и алгоритм обнаружения сигнала в канале связи с зашумлением применительно к задаче обнаружения бинарного сигнала на фоне узкополосного шума с угловой модуляцией с применением информационного критерия качества обнаружения в новой процедуре различения сигналов и помех.

3. Разработана методика оценки эффективности маскирующих помеховых сигналов в каналах связи, отличающаяся тем, что для оценки использован энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи и учтены статистические свойства сигналов и помех.

4. Разработана имитационная модель формирования радиопомех в каналах связи, в ней использована узкополосная помеха для маскирования защищенного канала связи и учитываются статистические свойства сигналов и помех.

5. Проведена оценка качества различного рода маскирующих радиопомех по энтропийному критерию качества.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Канавин C.B. Экспериментальное исследование квадратурного формирователя узкополосных помеховых радиосигналов с фазовой модуляцией в режиме гармонического модулирующего воздействия / C.B. Канавин, С.А. Шерстюков,

B.В. Недомолкин // Вестник Воронежского государственного технического университета.-2010.-Том 5.-№6.-С. 140-147.

2. Канавин C.B. Моделирование квадратурного формирователя радиосигналов сфазовой модуляцией в режиме импульсно-шумового модулирующего воздействия / C.B. Канавин, С.А. Шерстюков, В.В. Недомолкин // Вестник Воронежского института МВД России. - 2010. - №2. - С. 58 - 67.

3- Канавин C.B. Экспериментальное исследование и моделирование квадратурного фазового модулятора с аналоговыми функциональными преобразователями модулирующего напряжения в режиме импульсно-шумового воздействия /

C.А. Шерстюков, C.B. Канавин, В.В. Недомолкин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. - Том 5. - №7. - С. 23 - 29.

4. Канавин C.B. Воздействие узкополосного гауссовского случайного процесса на квадратурный фазовый модулятор / С.А. Шерстюков, C.B. Канавин,

B.В. Недомолкин // Вестник Воронежского государственного технического унивео-ситета. 20Ю.-Том5.-№б.-С. 62-68.

5. Канавин C.B. Оптимизация передачи и приема информации в каналах связи с зашумлением / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Вестник Воронежского государственного технического университета.-2011.-Том 7.-№10.-С. 106-108.

В иных изданиях:

6. Канавин C.B. Применение алгоритма оптимальной обработки сигналов для защиты информации в каналах связи с зашумлением / В.Б. Авдеев, C.B. Канавин,

C.Н. Панычев // Вестник Воронежского института ФСИН. 2012. — Т 1 - ИПЦ «Научная книга». - 2011. - С. 103 - 108.

7. Канавин C.B. Защита информации в системах радиосвязи методом маскирования помеховыми сигналами / C.B. Канавин II Использование современных информационных технологий и проблемы обеспечения информационной безопасности в деятельности правоохранительных органов: сборник научных статей. - Калининград: Калининградский филиал СПбУ МВД России. - 2012. - С. 89 - 92.

8. Канавин C.B. Моделирование процесса радиоэлектронного подавления узкополосной цифровой системы радиосвязи с использованием частотно-модулированной шумовой помехи / С.А. Шерстюков, C.B. Канавин, М.П. Горельппев // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. -Воронеж: Воронежский институт МВД России. - 2009. - С. 48 - 50.

9. Канавин C.B. Частотно-модулированный формирователь помехового радиосигнала для радиоэлектронного подавления радиолиний управления взрывными устройствами / C.B. Канавин, С.А. Шерстюков, В.В. Недомолкин // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания: тексты докладов Всероссийского научно-технического семинара / под ред. В.В. Шахгильдя-на -М.: Инсвязьиздат.-2010. -С. 50-53.

10. Канавин C.B. Метод компенсации регулярных помех частотно-модулированного синтезатора частот в режиме формирования помехового радиосигнала ! C.B. Канавин, С.А. Шерстюков, Т.В. Недомолкина // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания: тексты докладов всероссийского научно-технического семинара/ под ред. В.В. Шахгильдяна -М.: Инсвязьиздат. - 2010. - С. 75 - 78.

11. Канавин C.B. Способ и устройство радиоподавления каналов связи стандарта GSM / C.B. Канавин, Т.В. Недомолкина // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Воронеж: Воронежский институт МВД России.-2010.-С. 103-105.

12. Канавин C.B. Использование средств маскирования информации в каналах связи / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2011.-С. 115-117.

13. Канавин C.B. Фильтрация сигналов с угловой модуляцией при работе радиосвязи в условиях взаимных помех / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Охрана, безопасность и связь - 2011: сборник материалов Международной научно-практической конференции. Часть 1. - Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2011. - С. 155 — 158.

14. Канавин C.B. Методы скрытной передачи полезной информации в каналах связи / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Охрана, безопасность и связь - 2011: сборник материалов Международной научно-практической конференции. Часть 2. -Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2011. - С. 41-44.

15. Канавин C.B. Принципы построения канала связи с зашумлением / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Техника и безопасность объектов УИС - 2011 : сборник материалов Международной научно-практической конференции. Том 1. - Воронеж: Воронежский институт ФСИН России. - ИПЦ «Научная книга»; 2011. - С. 103 - 108.

16. Канавин C.B. Вопросы выбора и оптимизации маскирующих помех для защищенного канала радиосвязи ОВД / C.B. Канавин, С.Н. Панычев // Охрана, безопасность и связь - 2012: сборник материалов Международной научно-практической конференции. Часть 1. - Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2012. - С. 41 - 44.

17. «Исследование эффективности функционирования, информационной безопасности и живучести информационно телекоммуникационных систем органов внутренних дел в условиях конфликтного взаимодействия»: Отчет о НИР (заключительный) / Воронежский институт МВД России; Руководитель Н.С. Хохлов. - ГИАЦ МВД России. - № ГР 03083292. - Инв. №04117186, 2010. - 145 с. - C.B. Канавин: разделы 1,2-С. 24-39.

Подписано в печать /¿.0¿2013 г. Формат 60x84

Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100. Заказ № jp Типография Воронежского института МВД России 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ МВД РОССИИ

На правах рукописи

Канавин Сергей Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА МАСКИРУЮЩИХ РАДИОПОМЕХ В ЗАЩИЩЕННЫХ КАНАЛАХ СВЯЗИ

05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.

^ Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

см

Ю „

Ю $2

СО 8

^ О Научный руководитель:

^ доктор технических наук,

° доцент Панычев С.Н.

Воронеж-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..............................................................................5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ РАДИОПОМЕХ В ЗАЩИЩЕННЫХ КАНАЛАХ СВЯЗИ...................11

1.1 Анализ методов маскирования сигналов в каналах современных систем радиосвязи.........................................................................11

1.1.1 Вводные замечания.........................................................11

1.2 Анализ эффективности маскирующих канальных помех.............12

1.2.1 Вводная часть.................................................................12

1.2.2 Маскирование сигналов в каналах связи с помощью активных маскирующих помех......................................................................15

1.2.3 Маскирование с помощью прямошумовой помехи..................16

1.2.4 Маскирование с помощью непрерывной шумовой помехи.........23

1.2.5 Маскирование с помощью амплитудно-модулированных шумовых помех.............................................................................24

1.2.6 Маскирование с помощью фазомодулированных шумовых помех..........................................................................................31

1.2.7 Маскирование с помощью частотно-модулированных шумовых помех..........................................................................................35

1.2.8 Маскирование с помощью хаотических импульсных канальных маскирующих помех............................................................................................42

1.3 Выводы по главе 1.............................................................46

1.4. Цель и задачи исследования................................................47

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА КВАДРАТУРНОГО ФОРМИРОВАТЕЛЯ ПОМЕХОВЫХ МАСКИРУЮЩИХ РАДИОСИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ...........................................................................48

2.1 Квадратурные сигналы в системах радиосвязи..........................48

2.1.1 Вводные замечания..........................................................48

2.2 Квадратурные фазовые и амплитудные модуляторы с компенсацией амплитудно-фазовых искажений.......................................................54

2.3 Моделирование квадратурного фазового модулятора с аналоговыми функциональными преобразователями в режиме импульсно-шумового модулирующего воздействия............................................................55

2.4 Воздействие узкополосного гауссова случайного процесса на квадратурный фазовый модулятор.....................................................61

2.5 Экспериментальное исследование квадратурного формирователя узкополосных помеховых радиосигналов с фазовой модуляцией в режиме гармонического модулирующего воздействия.......................................66

2.6 Выводы по главе 2..............................................................74

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СТРУКТУР И АЛГОРИТМОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ МАСКИРУЮЩИХ РАДИОПОМЕХ ДЛЯ ЗАЩИЩЕННЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ.......................................................................................76

3.1 Разработка устройства и алгоритма оптимальной корреляционной

фильтрации сигналов на фоне маскирующих радиопомех........................76

3.2 Разработка структурных и принципиальных схем устройства формирования и обработки помеховых маскирующих сигналов................81

3.3 Сущность метода оптимальной вероятностной фильтрации сигналов.......................................................................................84

3.4 Маскировка и идентификация сигнала в радиотелекоммуникационных системах.................................................................88

3.5 Выводы по главе 3..............................................................91

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МАСКИРУЮЩИХ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА ДЛЯ ТИПОВЫХ КАНАЛОВ

СВЯЗИ.......................................................................................92

4.1 Информационный подход к оптимальному приему для типовых каналов связи с зашумлением...........................................................92

4.1.1 Информационная трактовка теории оптимального приема сигналов на фоне маскирующих помех................................................92

4.2 Информационно-энтропийный критерий качества приема радиосигналов в канале с зашумлением.............................................100

4.3 Способ радиосвязи, основанный на оптимальной обработке сигналов в каналах связи с зашумлением................................................113

4.4 Разработка методики оценки качества маскирующих шумовых помех........................................................................................119

4.5. Выводы по главе 4............................................................125

Заключение.........................................................................127

Список источников и литературы...........................................128

Приложение А....................................................................139

Приложение Б....................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время идет интенсивное развитие инфокоммуникационных систем различного назначения, использующих радиоканал как среду для передачи данных. При этом применяют комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на повышение скрытности полезного сигнала в радиоканале. В совокупности эти мероприятия называют радиомаскировкой. Целью радиомаскировки является защита сигнальной информации в каналах связи.

Вопросы маскирования полезных сигналов искусственными помехами в каналах радиосвязи рассматриваются в работах Цветнова В.В., Демина В.П., Куприянова А.И., Шустова JI.H., Вакина С.А., Палия А.И., Максимова А.И., Борисова В.И., Зинчука В.М., Лимарева А.Е., Тихомирова Н.М., Нечаева Ю.Б. й др.

Маскирование осуществляют в зависимости от информационных параметров полезного сигнала по несущей частоте, амплитуде, фазе и спектру. В результате маскирования ухудшаются параметры обнаружения, увеличиваются ошибки определения параметров сигналов. Эффективность маскирующих радиопомех зависит от частотной и временной структуры помехового и полезного сигналов и их энергетического соотношения на входе приемника.

Для осуществления радиомаскировки используют аддитивные и мультипликативные маскирующие и имитирующие помеховые сигналы.

В целях радиомаскировки применяют как заградительные, так и прицельные по частоте радиопомехи. С точки зрения качества помехи предпочтительными являются прицельные помехи, поскольку они характеризуются большей спектральной плотностью мощности.

В интересах радиомаскировки линий связи в последнее время широко применяют также узкополосные искусственные шумовые помехи с угловой модуляцией, обладающие хорошими маскирующими свойствами. При этом

методы формирования сигналов радиопомех основаны на квадратурных схемах с амплитудной частотной и фазовой модуляцией.

В концепции развития подвижной связи органов внутренних дел Российской Федерации приоритетными направлениями являются повышение эффективности и помехозащищенности радиосредств. В рамках этой тенденции развития актуальны задачи совершенствования способов формирования и передачи сигналов и помех в каналах с радиомаскировкой, а также разработки методов оптимального приема и извлечения информации при наличии искусственных помех в каналах связи.

В связи с тем, что происходит усложнение структуры передаваемого сигнала и элементной базы приемо-передающей аппаратуры, методы формирования маскирующего сигнала и скрытной передачи информации постоянно претерпевают изменения.

Все вышеизложенное подтверждает актуальность темы диссертации.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ: «Исследование эффективности функционирования, информационной безопасности и живучести информационно-телекоммуникационных систем органов внутренних дел в условиях конфликтного взаимодействия», «Исследование помехозащищенности цифровых систем радиосвязи ОВД в условиях информационного конфликта», «Исследование эффективности функционирования, живучести и скрытности систем управления ОВД на базе цифровых транкинговых систем радиосвязи», выполненных на кафедре инфокоммуникационных систем и технологий Воронежского института МВД России.

Цель работы. Целью исследования является совершенствование методов формирования маскирующих радиопомех для повышения качества защищенных каналов связи и развитие метода обработки сигналов в канале связи с зашумлением.

Для достижения цели диссертационного исследования возникла необходимость решить следующие основные задачи:

1. Разработать и исследовать способ формирования маскирующего помехового радиосигнала на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией.

2. Обосновать способы применения маскирующих радиопомех применительно к задаче маскирования сигналов в типовом защищенном канале радиосвязи.

3. Разработать методику оценки качества сформированного помехового маскирующего радиосигнала по энтропийному критерию качества шума и оценить эффективность маскирующих помех для типовых каналов связи.

4. Разработать модель канала связи с зашумлением посредством применения маскирующих помех.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории формирования радиосигналов, статистической радиотехники, теории информации, оптимального приема и обработки сигналов, схемотехнического моделирования.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1. Разработан и исследован способ формирования маскирующих помеховых сигналов на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией, в которой осуществлено формирование маскирующих ФМ сигналов на основе нелинейного расширения спектра модулирующего напряжения и квадратурного сложения высокочастотных составляющих.

2. Предложены структурная схема и алгоритм обнаружения сигнала в канале связи с зашумлением применительно к задаче обнаружения бинарного сигнала на фоне узкополосного шума с угловой модуляцией, в котором применен информационный критерий качества обнаружения.

3. Разработана методика оценки качества маскирующих помеховых сигналов в каналах связи, в которой использован энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи.

4. Разработана имитационная модель формирования радиопомех в каналах связи с использованием узкополосной ФМ помехи для маскирования защищенного канала связи.

Основные результаты, выносимые на защиту;

1. Способ формирования маскирующих узкополосных помеховых сигналов на основе квадратурной схемы с угловой модуляцией и результаты экспериментального исследования.

2. Структурная схема и алгоритм оптимального обнаружения сигнала в канале связи с зашумлением на фоне узкополосного шума с угловой модуляцией с применением информационного критерия качества обнаружения и новой статистической процедуры различения сигналов и помех путем количественного определения различия плотностей вероятностей распределения их информационных параметров.

3. Методика оценки качества маскирующих помеховых сигналов и методика выделения полезного радиосигнала из маскирующих помех на основе анализа их статистических характеристик.

4. Имитационная модель формирования узкополосных ФМ радиопомех в канале связи с зашумлением.

Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается в том, что в ней обоснованы технические предложения по разработке устройств формирования и обработки сигналов, сформированных квадратурными модуляторами узкополосных помех в каналах с радиомаскировкой, разработаны алгоритмы функционирования устройств. Полученные результаты могут быть использованы при разработке требований к перспективным средствам скрытной радиосвязи.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационного исследования использованы в научных исследованиях Воронежского института МВД России, внедрены в деятельность Департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД России, в учебный процесс

Воронежского института МВД России для курсантов и слушателей специальности «Защищенные системы связи»; в учебный процесс Воронежского института высоких технологий для студентов специальности «Информационные системы и технологии»; в ОКР ЗАО «Астраком».

Апробация работы. Основные положения диссертации работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2009 - 2012 гг.); на Международных научно-практических конференциях «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2011, 2012 гг.); на Международной научно-практической конференции «Техника и безопасность объектов УИС» (Воронеж, 2011 г.); на Всероссийском научно-техническом семинаре под руководством В.В. Шахгильдяна (Москва, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ. Работы [1-5] опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

В работах, выполненных в соавторстве, лично соискателем выполнено: в [1] - разработана схемотехническая модель КФМ, получены результаты экспериментального и схемотехнического моделирования; в [2, 3] -получены результаты моделирования квадратурного фазового модулятора с аналоговыми функциональными преобразователями при модулирующем воздействии в виде частотно-манипулированного полосового шума при различных значениях индексов модуляции; в [4] - получены результаты воздействия узкополосного гауссовского случайного процесса на квадратурный фазовый модулятор; в [5] - предложена функциональная схема системы связи с зашумлением и структурные схемы формирователя маскирующей помехи и оптимального обнаружителя; в [6] - предложена процедура оптимизации передачи и обработки сигналов в канале связи с зашумлением; в [8] - представлен результат воздействия частотно-модулированной шумовой помехи на узкополосную систему цифровой радиосвязи; в [9, 10] - предложен частотно-модулированный формирователь

помехового радиосигнала; в [12] - предложены способ и устройство радиоподавления каналов связи; в [13-17] - неразделенное соавторство соискателя и научного руководителя.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 158 страниц, включая 109 иллюстраций, 3 таблицы, список литературы из 116 наименований на 11 листах.

Во введении отражена актуальность темы, сформулирована цель работы, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана краткая аннотация диссертации по главам.

Первая глава посвящена рассмотрению современного состояния теории и техники формирования и обработки маскирующих сигналов в каналах радиосвязи. Проведен анализ методов маскирования сигналов в каналах современных радиосистем. Рассмотрены вопросы маскирования сигналов в каналах связи с помощью активных маскирующих помех. Обоснованы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке квадратурного формирователя помеховых маскирующих радиосигналов с угловой модуляцией.

Третья глава посвящена разработке оптимальных структур и алгоритмов обнаружения полезных сигналов на фоне маскирующих радиопомех для защищенных каналов связи.

В четвертой главе проведена оценка эффективности маскирующих помех на основе информационной теории оптимального приема для типовых каналов связи.

В заключении приведены основные выводы и результаты диссертационной работы.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ РАДИОПОМЕХ В ЗАЩИЩЕННЫХ КАНАЛАХ СВЯЗИ

1.1 Анализ методов маскирования сигналов в каналах современных систем радиосвязи

1.1.1 Вводные замечания

Вопросы применения маскирующих помеховых сигналов в каналах радиосвязи рассматриваются в работах известных российских ученых Цветнова В.В., Шустова Л.Н., Вакина С.А., Демина В.П., Куприянова А.И. и др. [10-16]. На основе анализа публикаций было установлено, что за последние десять лет вопросы скрытности передачи информации и маскирования полезного сигнала не теряют своей актуальности, а заметен лавинообразный рост заинтересованности отечественных и зарубежных производителей в разработке новых, помехоустойчивых защищенных средств и систем радиосвязи.

В современной технике радиосвязи помеховыми сигналами считаются электромагнитные сигналы (колебания), спектры которых полностью или частично перекрываются с полосой пропускания приемника радиосистемы передачи информации (РСПИ - радиосистема передачи информации: комплекс технических средств, обеспечивающий образование линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов передачи информации по радиоканалу), а информационная составляющая полезного сигнала либо значительно отличается от переданного сигнала, либо возникают затруднения в её обнар�