автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Оценка устойчивости средств радиосвязи и управления органов внутренних дел к деструктивным электромагнитным воздействиям

На правах рукописи

Сидоров Александр Викторович

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ И УПРАВЛЕНИЯ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ К ДЕСТРУКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы

и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 Г|нР 2015

005559763

Воронеж — 2015

005559763

Работа выполнена в Воронежском институте МВД России.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный работник высшей школы РФ Хохлов Николай Степанович

Официальные оппоненты:

Балюк Николай Васильевич, доктор технических наук, профессор, ФГКУ «12 ЦНИИ» Минобороны России, главный научный сотрудник (г. Сергиев Посад-7, Московской обл.)

Кульбикаян Баграт Хачересович, кандидат физико-математических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения», начальник управления информатизации (г. Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: АО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж)

Защита состоится «17» апреля 2015 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 и на сайте http://vimvd.ru/science/researchyad_thesis/

Автореферат разослан » февраля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

Глушков Алексей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Концентрируя усилия на создании единого информационного пространства и расширении практической сферы применения внедряемых инфокоммуникаци-онных технологий и ресурсов, информационная система ОВД РФ становится объектом повышенного внимания как со стороны лиц, занимающихся добыванием информации с использованием несанкционированного доступа, так и со стороны организаций, осуществляющих комплексы мероприятий по целенаправленному выводу из строя отдельных сегментов системы радиосвязи ОВД.

В последние годы интенсивно развивается одна из ветвей информационного терроризма, а именно, электромагнитный терроризм. При этом средства радиосвязи и управления ОВД могут быть подвержены силовому поражающему воздействию (СПВ) электромагнитного характера. Современные технические средства (ТС) СПВ являются по существу электромагнитным оружием, способным дистанционно поразить информационную систему. Основным поражающим фактором при этом является электромагнитный импульс (ЭМИ), воздействующий на систему или ее элементы по каналам связи и (или) цепям питания.

СПВ являются новым фактором угроз безопасности важных объектов. Эту угрозу следует оценивать, как долговременную, требующую принятия адекватных защитных мер. СПВ создает помехи в радиоканале, помехи или сигналы в электрических и электронных системах и тем самым приводит к сбою, повреждению или разрушению этих систем.

Деструктивные помеховые сигналы реализуются с помощью преднамеренных электромагнитных излучений большой энергии. Воздействие деструктивных помеховых сигналов приводит к сбоям в работе и даже необратимым изменениям (разрушению) элементов устройств. Одной из разновидностей деструктивных электромагнитных воздействий является сверхкороткий электромагнитный импульс (CK ЭМИ), формируемый с помощью различных технических средств поражения, в том числе с помощью высотного ядерного взрыва. В настоящее время получены научные результаты по отдельным направлениям оценки стойкости технических средств к подобным импульсным излучениям. Результатом целенаправленного и системного применения технологий безопасности в этой сфере стало создание как защищенных информационных систем, так и соответствующих испытательных средств. Большой вклад в исследования в этой области внесли В.Е. Фортов, В.И. Борисов, В.Б. Авдеев, Н.В. Балюк, О.И. Бокова, Л.О. Мыро-ва, JI.H. Кечиев, А.И. Куприянов, В.А. Михайлов, Ю.В. Парфенов, В.А. Плыгач, В.А. Сикарев, H.H. Толстых, А.П. Ярыгин и ряд других учёных.

Одновременно, оценка устойчивости средств радиосвязи и управления ОВД к воздействию мощных ЭМИ, представляет пока недостаточно исследованную научную задачу. Существующие методы и средства оценки устойчивости радиотехнических средств в основном ориентированы на обеспечение электромагнитной совместимости, электромагнитных воздействий естественного, техногенного характера или электромагнитного импульса высотных ядерных взрывов, и не учитывают возможности современного электромагнитного оружия, базирующегося на генерации сверхкоротких импульсов высокой мощности. Так, в настоящее время отсутствуют как экспериментальные данные по стойкости современных

технических средств связи и управления ОВД к действию поражающих электромагнитных излучений, так и методы расчетных оценок результатов воздействия на устройства СРС и У, а также не сформулированы требования к параметрам испытательных воздействий при проведении испытаний на имеющихся средствах испытаний. Это не позволяет делать оценки устойчивости современных СРС и У к деструктивным электромагнитным воздействиям. Таким образом, исследование устойчивости средств радиосвязи и управления ОВД к деструктивным электромагнитным воздействиям, является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с научным направлением Воронежского института МВД России, связанным с противодействием экстремизму и терроризму, развитием инфокоммуникационных систем МВД России, 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», «Организационно-техническое и правовое обеспечение безопасности информационных и телекоммуникационных систем объектов критической инфраструктуры международного финансового центра в РФ», НИР «Катер» и «Аэропорт», выполненных на кафедре инфокоммуникационных систем и технологий Воронежского института МВД России.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка методик расчётов показателей оценок устойчивости средств радиосвязи и управления ОВД в условиях деструктивных электромагнитных воздействий.

Достижение цели диссертационного исследования предполагает решение следующих основных задач:

1. Исследовать особенности деструктивного электромагнитного воздействия на средства радиосвязи и управления ОВД.

2. Разработать методику расчета характеристик приёмных устройств систем радиосвязи и управления ОВД в условиях деструктивных электромагнитных воздействий.

3. Разработать методику оценки устойчивости СРС и У ОВД к деструктивному электромагнитному воздействию.

4. Сформулировать предложения по повышению устойчивости СРС и У ОВД к деструктивному электромагнитному воздействию.

Методы исследовапия. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории радиотехники, теории вероятности, теории графов, системного анализа, цифровой обработки сигналов, методы имитационного моделирования. Общей методологической базой является системный подход.

Новые научные результаты, выносимые на защиту:

1. Модель деструктивного электромагнитного воздействия на системы радиосвязи и управления ОВД, позволяющая разработать предложения по повышению их устойчивости [1].

2. Методика анализа работы устройства демодуляции радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией при модулирующем воздействии в виде хаотиче-

ских импульсных помех при различных значениях средней длительности импульсов и относительной средней длительности паузы между импульсами помехи [3].

3. Характеристики оценки помехоустойчивости устройства демодуляции двоичных сигналов с частотной манипуляцией CPFSK, при деструктивном электромагнитном воздействии [2].

4. Методика оценки СРС и У ОВД заданным требованиям обеспечения устойчивости ее функционирования, основанная на использовании аппарата взвешенных графов и нахождении связности между элементами графа методом перебора простых цепей, отличающаяся учетом вероятности сохранения работоспособности канала радиосвязи при деструктивном электромагнитном воздействии для принятых критериальных показателей [1].

Практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в возможности применения разработанных методик расчета элементов средств радиосвязи и получением обобщенных данных по параметрам испытательных воздействий при воздействии СКИ ЭМИ, которые могут быть использованы для проведения испытаний с целью оценки устойчивости СРС и У OB. Практическая значимость работы заключается в том, что в ней сформулированы предложения по повышению устойчивости СРС и У ОВД к деструктивным воздействиям современных технических средств электромагнитного поражения.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке требований к перспективным средствам радиосвязи и управления ОВД.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в деятельность Департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД России, реализованы при разработке и модернизации программно-аппаратных комплексов проектирования средств радиосвязи Информационно-космического центра «Северная корона» (г. Санкт-Петербург), в НИР ФГУП «Научно-исследовательский институт радио» (НИИР г. Москва), в НИР и в учебный процесс Воронежского института МВД России для курсантов и слушателей специальности «Защищенные системы связи», Дальневосточного юридического института МВД России. Внедрение результатов подтверждается 5 актами внедрения.

Соответствие паспорту специальности. Содержание работы соответствует п. 3 «Разработка устройств генерирования, усиления, преобразования радиосигналов в радиосредствах различного назначения. Создание методик их расчета и основ проектирования», п. 4 «Разработка и исследование методов и алгоритмов обработки радиосигналов в радиосистемах телевидения и связи при наличии помех», п. 9 «Разработка научных и технических основ проектирования, конструирования, технологии производства, испытания и сертификации радиотехнических устройств».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2009, 2011, 2013, 2014 гг.), Международная научно-практическая конференция «Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии» (Воронеж, 2011, 2013, 2014 гг.), Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2013, 2014 гг.), Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в образовании XXI века» (Москва, 2013 г.), Всероссийская научно-практическая конференция «Математические методы и ин-

формационно-технические средства» (Краснодар, 2013 г.), Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Воронеж, 2013 г.), Международная научно-техническая конференция «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях «СИНХРО-ИНФО 2014»» (Воронеж, 2014 г.), Всероссийская научно-техническая конференция «Современное состояние и перспективы развития систем связи и радиотехнического обеспечения в управлении авиацией» (Воронеж, 2014 г.)

Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением полученных расчетных оценок и результатов с известными результатами других авторов и имеющимися экспериментальными данными.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, 3 из которых входят в утверждённый ВАК при Минобрнауки России Перечень Российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёных степеней доктора и кандидата наук; 15 материалов международных и всероссийских научных, научно-практических, научно-технических конференций.

Личный вклад автора. Из 19 работ по теме диссертации 6 написаны без соавторов. В приведённом списке научных работ из опубликованных в соавторстве лично соискателем предложено: в [1, 9] — разработана функциональная модель деструктивного воздействия сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения (СКИ ЭМИ) на СРС и У, предложена методика оценки СРС и У заданным требованиям обеспечения устойчивости ее функционирования; в [2] — получены результаты моделирования характеристик устройства демодуляции радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией при модулирующем воздействии в виде хаотических импульсных помех при различных значениях средней длительности импульсов и относительной средней длительности паузы между импульсами помехи, получены результаты моделирования воздействия на демодулятор импульсной помехи, несущая частота которой отклоняется от частоты сигнала; в [3, 14] — проведено статистическое имитационное моделирование работы демодулятора с частотной манипуляцией и получены зависимости вероятности ошибки от среднеквадратического отклонения белого шума; в [10] — дана обобщённая оценка уязвимости СРС и У к деструктивному электромагнитному излучению (ДЭМИ) и определены параметры ДЭМИ; в [12] — выявлены уязвимые места цифровых систем радиосвязи ОВД к деструктивным электромагнитным излучениям; в [13, 15] — определены источники ДЭМИ и их характеристики, особенности воздействия СКИ ЭМИ на СРС и У; в [16] - предложена структурная схема СРС и У при ДЭМИ и модель воздействия электромагнитного оружия на типовые средства радиосвязи и управления для оценки её защищённости, определён комплекс мер для повышения стойкости СРС и У; в [17] — предложен способ повышения помехоустойчивости (путем использования маскирующих помех) каналов связи СРС и У; в [18] — представлен результат моделирования процедуры некогерентной демодуляции «в целом» ФМ сигнала на основе последовательности Баркера, в [19] — предложены критерии оценки эффективности функционирования средств связи и управления ОВД в условиях преднамеренных противоправных информационно-технических воздействий.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 149 страниц, включая 25 иллюстраций, 5 таблиц, список литературы из 110 наименований на 12 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определена цель, на решение которой направлено диссертационное исследование, отражена научная новизна и практическая значимость результатов работы, а также положения, выносимые на защиту.

В первой главе осуществлен анализ состояния решаемой задачи проблемы и выбор направлений исследования устойчивости средств радиосвязи и управления ОВД при деструктивных электромагнитных воздействиях. Показано, что проблема противодействия угрозам преднамеренного электромагнитного воздействия на СРС и У ОВД приобрела особую значимость в связи с развитием технологий и средств генерации мощных электромагнитных полей и сделан вывод, что защититься от такого вида нападения можно только на основе упреждающих мер. Представлена общая характеристика средств радиосвязи и управления ОВД как объектов, подверженных деструктивным электромагнитным воздействиям. В качестве типового объекта в работе рассмотрена обобщенная схема функционирования коммуникационного центра сети связи МВД России. Составными частями такого центра являются средства радиосвязи и управления, реализованные на принятых в ОВД стандартах радиосвязи АРСО 25 и БМЯ. Рассмотрено назначение и состав типовых средств радиосвязи и управления ОВД, а также особенности применения подвижных средств связи в деятельности ОВД. На примере реализованной в МВД концепции командного центра управления, показано, что система радиосвязи ОВД включает в свой состав как средства радиосвязи, так и интегрированные с ними средства управления. Аппаратура СРС и У ОВД имеет как цифровые, так и аналоговые элементы, с различными видами модуляции и алгоритмами обработки сигналов.

Показано, что современная система радиосвязи ОВД, со всеми её цифровыми функциями и возможностями, не может полноценно функционировать без системы управления. Например, в базовой станции системы радиосвязи основным управляющим элементом является контроллер, который управляет работой базовой станции, коммутирует каналы ретрансляторов (осуществляет соединение, разъединение, постановку в очередь абонентов), обеспечивает выход на телефонную сеть общего пользования или другую сеть фиксированной связи.

Поэтому в рамках данной работы предложено рассматривать СРС и У как единый механизм, который представляет собой сложный программно-аппаратный комплекс, состоящий из цифровых радиоэлектронных устройств, подверженных электромагнитным воздействиям.

Рассмотрены современные технические средства (ТС) деструктивного силового воздействия (электромагнитного оружия) на системы радиосвязи и управления органов внутренних дел и особенности воздействия сверхкороткоимпульсных помех на средства радиосвязи и управления ОВД, а также осуществлена постановка научной задачи исследования. Применяемый в деятельности МВД России отраслевой стандарт по средствам радиосвязи, не предусматривает проведение ис-

питаний аппаратуры СРС и У ОВД на устойчивость к деструктивным электромагнитным воздействиям. В данном документе не рассмотрено влияние ЭМИ на средства радиосвязи и управления, как внешнего воздействующего фактора, и не определены характеристики воздействующего фактора и испытательные нормы.

Во второй главе проведено исследование и разработка моделей деструктивного воздействия сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения на средства радиосвязи и управления ОВД. Предложены модели каналов распространения сверхкоротких импульсов внутри сооружений связи ОВД.

На основе анализа воздействия помеховых электромагнитных излучений на элементы современных СРС и У ОВД предложена модель деструктивного воздействия сверхкороткого импульса электромагнитного излучения на системы радиосвязи и управления ОВД, позволяющая проводить оценки параметров наведенных сигналов по основным каналам воздействия ДЭМИ.

При этом в качестве широкополосных сигналов (ШПС) рассмотрены сигналы в виде коротких импульсов длительностью от долей до единиц наносекунд. Для них характерен широкий частотный спектр в полосе частот от единиц или десятков мегагерц до нескольких единиц и даже десятков гигагерц. В качестве поражающих воздействий применительно к СР и У ОВД, могут использоваться следующие виды широкополосных сигналов:

- простые короткоимпульсные сигналы с высокой пиковой мощностью и спектром частот шириной десятки мегагерц, имеющие высокочастотное заполнение с центральной частотой, лежащей в дециметровом, сантиметровом или миллиметровом диапазонах длин волн;

- импульсные и непрерывные сигналы увеличенной длительности со специальными видами модуляции - ЛЧМ, фазокодовой модуляцией (ФКМ), со сниженной пиковой мощностью;

- видеоимпульсные, не имеющие высокочастотного заполнения, со спектром частот в метровом и дециметровом диапазонах длин волн;

- многочастотные сигналы с одновременным или последовательным излучением частотных компонент.

Рассмотрена модель деструктивного электромагнитного воздействия (ДЭМВ) на средства радиосвязи и управления ОВД (рисунок 1).

Рисунок 1 — Модель деструктивного электромагнитного воздействия на средства радиосвязи и управления ОВД

На основе анализа предложенной модели воздействия и имеющихся экспериментальных данных по стойкости элементов средств радиосвязи, показано, что существующие ТС СДВ могут привести как к разрушению передаваемой информации и нарушению нормального функционирования системы, так и физическому

выводу из строя (прекращению функционирования). Для определения устойчивого функционирования СРС и У ОВД необходимо определить факторы и параметры деструктивного электромагнитного воздействия, так как без их качественной и количественной оценки, дальнейшее исследование устойчивости средств радиосвязи и управления затруднено. Критерии устойчивости СРС и У ОВД могут быть определены при условии известного воздействия на систему и после снятия этого воздействия. Последствия воздействия ДЭМИ можно определить по вышеупомянутым критериям. Для этого необходим анализ СРС и У с целью выработки критериальных уровней устойчивости СРС и У к ДЭМВ (рисунок 2). Полученная оценка должна проверяться, для чего необходимы испытания используемого оборудования на стойкость к ДЭМВ.

Рисунок 2 — Основные каналы деструктивного электромагнитного воздействия на систему радиосвязи и управления ОВД России

Рассмотрено функционирование СРС и У ОВД в условиях ДЭМИ, как разновидности радиоэлектронного конфликта, противоборствующими сторонами которого являются: СРС и У ОВД и постановщик помех.

На рисунке 3 представлена обобщённая структурная схема функционирования СРС и У в условиях воздействия преднамеренных помех. Отличительной особенностью данной схемы, является то что воздействие преднамеренной помехи осуществляется не только на приёмник СРС и У, как в классических схемах взаимодействия, но и на передатчик системы.

ко т

Рисунок 3 — Обобщённая структурная схема функционирования СРС и У в условиях воздействия преднамеренных помех

Здесь — передаваемый СРС и У полезный сигнал, |х(1) — мультипликативная помеха, 4(0 — аддитивная помеха, и(0 — преднамеренная помеха; х(Х) — сигнал на входе приемника.

Показано, что характерной особенностью воздействия СКИ является соизмеримость длительности воздействующих импульсов с длительностью рабочих импульсов при обработке цифровой информации. Поэтому при воздействии СКИ на СРС и У, в них наводятся сигналы, аналогичные рабочим, что приводит к нарушению работы этих систем, а в ряде случаев, при достаточно большой амплитуде и частоте воздействующих импульсов, возможен выход из строя трансляционного оборудования и (или) системы связи в целом.

С использованием обобщенной структурной схемы функционирования СРС и У ОВД, показано, что реализация конкретного способа защиты СРС и У зависит от заранее известного характера потенциальных угроз нападения, в данном случае деструктивных электромагнитных воздействий. Наличие двух типов угроз электромагнитных воздействий, а именно, полевого и токового (наведенных с помощью ТС СДВ импульсов тока и напряжения) определяет необходимость наличия двух различных типов систем защиты СРС и У. Одна из них противодействует разрушению информации, циркулирующей в СРС и У в форме электромагнитного сигнала. Другая определяет физическую стойкость элементов СРС и У при силовых деструктивных воздействиях на критические элементы СРС и У. В первом случае система защиты базируется на знании процессов и процедур обработки и транспортировки информации в СРС и У, знании характеристик каналов связи системы. Во втором случае способ защиты и применяемые технические средства в значительной степени определяются потенциально достижимыми техническими характеристиками ТС СДВ (и, как следствие параметрами наведенных в аппаратуре в результате их действия импульсов тока и напряжения), а также характеристиками используемой в СРС и У аппаратуры.

Помимо мобильных средств, средства связи, системы управления и телекоммуникационное оборудование ОВД располагаются в помещениях зданий и сооружений. В этом случае, характерной особенностью распространения радиоволн внутри сооружений связи ОВД, имеющих большое количество стен и перекрытий, является многолучевое переотражение сигнала (помехи). Помеха претерпева-

ет изменения при прохождении её через стены и перегородки зданий и сооружений.

Поэтому при анализе воздействия преднамеренных помех в виде СКИ и пачек СКИ на СРС и У, необходимо учитывать ослабление помехи, вызванное препятствиями на пути распространения. Плотность потока мощности импульсного излучения уменьшается, увеличиваются потери при распространении внутри сооружений, и как следствие уменьшается эффективная дальность поражения.

Модели, используемые при описании канала связи внутри зданий, отличаются от моделей канала связи в условиях городской застройки размерами зоны радиопокрытия существенно меньшими и большим многообразием условий распространения радиоволн. Распространение радиоволн внутри зданий, сооружений связи ОВД в основном определяется планировкой здания, используемыми строительными материалами и типом здания. В работе была рассмотрена модифицированная многостенная модель Киннана-Мотли (J.M. Keenan, A.J. Motley). В ней учитываются потери в перегородках и стенах, а для многоэтажных помещений — в межэтажных перекрытиях. Сравнение показало, что в диапазоне частот, используемых ОВД, предпочтительной является многолучевая модель распространения СКИ внутри сооружений связи, предложенная В.Б. Авдеевым.

В качестве оценки ослабления поражающего действия СКИ-помехи, вызванного препятствиями на пути распространения внутри сооружения связи, предложено использовать интегральный коэффициент ослабления L (потери при распространении внутри сооружений):

"срМсв

Где Переев - плотность потока энергии, создаваемая в точке приёма в свободном пространстве.

В третьей главе на основе рассмотрения возможных сценариев использования СРС и У ОВД, сделан вывод о необходимости использование как экспериментальных, так и расчетно-экспериментальных методов оценки устойчивости систем к ДЭМИ. При этом необходимо предварительное получение некоторых расчетных оценок по возможным результатам электромагнитного воздействия на характерные точки аппаратуры СРС и У ОВД. С этой целью разработаны методики оценки результатов электромагнитных воздействий на элементы средств радиосвязи и управления при различных способах обработки сигналов в каналах связи. Проведено рассмотрение в качестве ДЭМИ импульса помехи с хаотической модуляцией в положении переднего фронта, что приводит к срыву устройств синхронизации СРС и У. Показано, что использование демодулятора с процедурой демодуляции «в целом» обеспечивает более эффективное выделение сигнала с низким уровнем боковых всплесков и может использоваться в системах синхронизации или управления СРС и У ОВД.

В СРС и У ОВД распространены устройства, использующие частотную или фазовую модуляции (манипуляции) для передачи радиосигналов. Представлены методики расчета устройств цифровой обработки сигналов с этими видами манипуляции и определена их помехоустойчивость в условиях воздействия преднаме-

ренных помех.

Рассмотрен демодулятор двоичных сигналов с частотной манипуляцией (СРРБК) при оптимальном некогерентном приеме ортогональных сигналов в канале с неопределенной фазой. Проведено статистическое имитационное моделирование работы демодулятора. Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с расчетами. Определена помехоустойчивость цифрового устройства демодуляции дискретных сигналов с фазовой манипуляцией, для чего рассмотрено воздействие импульсной помехи на цифровой демодулятор фазоманипулиро-ванных сигналов. Сигналы с относительной фазовой манипуляцией (ОФМ) широко используются в некогерентных системах передачи данных.

Исследование помехоустойчивости демодулятора при воздействии хаотических импульсных помех наталкивается на серьезные математические трудности, поэтому оно также было проведено методами статистического имитационного моделирования.

В качестве примера приведены результаты моделирования для модели хаотической импульсной помехи в виде радиоимпульсов с фиксированной амплитудой 5ИП и несущей частотой , но со случайными равномерно распределенными значениями длительности радиоимпульсов и временных интервалов между ними, а также их начальных фаз.

Получены результаты расчетов применительно к некогерентному демодулятору двоичного ОФМ сигнала с несущей частотой /0 = 10 МГц (длительностью периода Т = 0,1 мкс), амплитудой 5 = 1 и числом периодов в информационном элементе N = 64 (длительность элемента г0 = Л' ■ Г = 6,4 мкс) при случайных равновероятных передаваемых символах, полоса частот П=312,5 кГц, при отсутствии шумовой помехи.

На рисунке 4 показан пример реализации импульсной помехи с частотой /ил МГц, амплитудой 8Ш = 1, средней длительностью радиоимпульса ти = т„ и отношением длительности паузы к длительности импульса помехи д = тп/ти =1.

Рисунок 4 - Реализация импульсной помехи (а) и нормированный спектр амплитуд помехи в окрестности несущей частоты (б)

На рисунке 5, а показаны зависимости вероятности ошибки демодуляции рош от относительной средней длительности паузы между импульсами помехи 9 = тя/г-„, полученные в результате статистического имитационного моделирования для импульсной помехи на рисунке 4. Как видно, с уменьшением интервалов между импульсами помехи вероятность ошибки увеличивается, достигая максимума при д = 0 (гармоническая помеха со случайно меняющейся начальной фазой, по форме близкая к передаваемому сигналу). Мешающее действие помехи усиливается с ростом ее амплитуды, когда она соизмерима с амплитудой полезного сигнала. Слабая импульсная помеха эффективно устраняется демодулятором.

На рисунке 5, б приведены те же кривые, что и на рисунке 5, а, но для различных значений средней длительности ти импульсов помехи. При уменьшении ее в два раза (гя = 0,5г0) вероятность ошибки резко уменьшается при всех значениях д, так как помеха становится более широкополосной и ее действие ослабляется благодаря фильтрующим свойствам демодулятора.

Рисунок 5 — Зависимости вероятности ошибки демодуляции рош от относительной средней длительности паузы между импульсами помехи (а) и для различных значений средней длительности ти импульсов помехи (б)

Также в работе получены результаты моделирования воздействия на демодулятор импульсной помехи, несущая частота fш которой отклоняется от частоты сигнала, и определены зависимости вероятности ошибки от расстройки fm -/0 при ти = т0 для различных д .

В четвертой главе рассматриваются вопросы оценки эффективности функционирования и повышения устойчивости СРС и У ОВД при ДЭМВ.

Рассмотрены параметры каналов связи со сложными сигналами, определяющие его энергетическую скрытность и устойчивость к воздействию организованных электромагнитных помех. Сделан вывод, что увеличение кратности манипуляции сигнала в СРС и У, снижает эффективность восстановления несущей частоты в разведприёмнике, что означает повышение скрытности СРС и У, а следовательно, и устойчивости к электромагнитным воздействиям в целом. Предложено использовать частотную манипуляцию без разрыва фазы или 4-фазную манипуляцию со сдвигом, что используется в СРС и У ОВД.

Сформулированы предложения по критериям эффективности функционирования средств радиосвязи и управления ОВД в условиях преднамеренных электромагнитных воздействий. Применительно к СРС и У ОВД возможно использо-

вание критериев, основанных на методологии вероятностного анализа эффективности. В качестве показателя эффективности естественно принять вероятность соответствия системы Рвып. ф своему функциональному назначению. Согласно проведенному анализу СРС и У ОВД и системному подходу процесс функционирования системы и, соответственно, его эффективность могут быть описаны тремя векторами:

1) вектором результатов функционирования Уф1=Эф;

2) вектором затрат ресурсов на процесс функционирования Уф2=3 ф;

3) вектором временных затрат на получение результатов процесса функционирования Уф3=Гф.

Дальнейшая детализация системы показателей качества системы информационного обмена (СИО) должна учитывать особенности технической реализации (физический уровень) и реализации сигналов в каналах (канальный уровень), что приводит к следующей записи ПК:

4га№ = (*)]. (2)

Здесь Му(к) — матрица параметров устойчивости (помехоустойчивости);

Муст(к) — матрица пропускной способности направлений передачи информации системы информационного обмена;

— матрица затрат ресурсов на обеспечение функционирования средств передачи сообщения (средств передачи данных).

Полученное выражение для показателей качества функционирования СРС и У ОВД позволяет сделать оценку эффективности функционирования как системы в целом, так и входящих в ее состав радиотехнических устройств, а также оценить эффективность системы в зависимости от принятых технических решений и определить в целом устойчивость системы при заданных внешних информационно-технических воздействиях.

Рассмотрена методика расчетной оценки устойчивости СРС и У, основанная на использовании математического аппарата взвешенных графов и нахождения связности между элементами графа с помощью метода перебора простых цепей (МППЦ). Существенным для данной методики является использование коэффициента оперативной готовности канала электросвязи, определяемого с учетом вероятности сохранения работоспособности канала электросвязи при воздействии ДЭМВ. Для этого необходим анализ данных систем с учетом критериальных уровней устойчивости элементов к ДЭМВ. Полученная оценка должна проверяться, для чего необходимы испытания используемого оборудования на стойкость к ДЭМВ. Рассмотрено моделирование деструктивных электромагнитных воздействий на СРС и У ОВД с помощью имитаторов ЭМИ. Сделан вывод о предпочтительности метода физического моделирования, который позволяет получить наиболее достоверные результаты для каждого из уровней иерархической структуры, испытываемой СРС и У ОВД. Сформулированы предложения по повышению устойчивости СРС и У к деструктивным электромагнитным воздействиям.

В заключении дана развернутая характеристика проведенной научной работы, сформулированы следующие результаты и выводы.

1. Проведён анализ методики оценки устойчивости СРС и У, основанная на использовании математического аппарата взвешенных графов и нахождения связности между элементами графа с помощью метода перебора простых цепей. Существенным для данной методики является использование коэффициента оперативной готовности канала связи, определяемого с учетом вероятности сохранения работоспособности канала электросвязи при воздействии ДЭМВ на основе выработанных критериальных уровней устойчивости элементов к ДЭМВ. Полученная оценка должна проверяться, для чего необходимы испытания используемого оборудования на стойкость к ДЭМВ.

2. Предложена модель деструктивного воздействия электромагнитного излучения на средства радиосвязи и управления ОВД. Показано, что для определения условий устойчивого функционирования СРС и У ОВД, необходимо определить факторы и параметры деструктивного электромагнитного воздействия (ДЭМВ). Критерии устойчивости СРС и У ОВД могут быть определены из анализа целевой функции системы и показателей эффективности ее функционирования. Для этого необходим анализ СРС и У с целью выработки критериальных уровней устойчивости СРС и У к ДЭМВ. Последствия ДЭМВ можно определить по вышеупомянутым критериям. Полученная оценка должна проверяться, для чего необходимы испытания используемого оборудования на стойкость к ДЭМВ.

3. Разработаны новые методики оценки электромагнитных воздействий на элементы средств радиосвязи и управления при различных способах обработки сигналов в каналах связи. Представлены методики расчета устройств цифровой обработки сигналов с разными видами модуляции и определена их помехоустойчивость в условиях воздействия преднамеренных помех.

4. Определена помехоустойчивость цифрового устройства демодуляции фазоманипулированных сигналов при воздействии хаотической импульсной помехи и при демодуляции двоичного ОФМ сигнала. Проведено рассмотрение в качестве ДЭМВ импульса помехи с хаотической модуляцией в положении переднего фронта, что приводит к срыву устройств синхронизации СРС и У. Получены результаты реакции демодулятора при различных параметрах воздействующей помехи. Оценка влияния подобного вида помехи представляет практический интерес как для определения устойчивости СРС и У, так и с точки зрения формирования требований к постановщикам помех.

5. Разработана обобщённая структурная схема функционирования СРС и У в условиях воздействия преднамеренных помех, которая позволяет учитывать воздействие помехи как на вход приёмника, так и на выход передатчика либо одновременно на них.

6. Сформулированы предложения по критериям оценки эффективности функционирования средств радиосвязи и управления ОВД в условиях преднамеренных электромагнитных воздействий. Применительно к СРС и У ОВД возможно использование критериев, основанных на методологии вероятностного анализа эффективности и показателей эффективности функционирования системы.

7. Получены характеристики оценки помехоустойчивости устройства демодуляции двоичных сигналов с частотной манипуляцией СРРБК, при деструктивном электромагнитном воздействии. Сделан вывод о том, что полученные характеристики и результаты моделирования могут быть взяты за основу при проведении натурных испытаний СРС и У ОВД.

8. Сформулированы предложения по повышению устойчивости СРС и У ОВД к деструктивным электромагнитным воздействиям

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Хохлов Н.С. Оценка устойчивости системы радиосвязи и управления к деструктивным электромагнитным воздействиям / Н.С. Хохлов, A.B. Сидоров // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. — 2013. — № 2(18). — С. 27—35.

2. Сидоров A.B. Помехоустойчивость цифрового устройства демодуляции дискретных сигналов с частотной модуляцией / А.Н. Глушков, A.B. Сидоров, Н.С. Хохлов//Вестник Воронежского института МВД России.-2015.-№ 1. —С. 19-23.

3. Сидоров A.B. Воздействие импульсной помехи на цифровой демодулятор фазоманипулированных сигналов / А.Н. Глушков, A.B. Сидоров, О.И. Бокова // Вестник Воронежского института МВД России. — 2014. — № 4. — С. 299-305.

В иных гаданиях:

4. Сидоров A.B. Особенности применения систем мобильной подвижной радиосвязи стандарта «АРСО — 25» в органах внутренних дел / A.B. Сидоров // Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии: сборник материалов международной научно-практической конференции. - Ч. 3. - Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2011. — С. 91-95.

5. Сидоров A.B. Перспективное решение построения сети радиосвязи с использованием технологии IP-Site Connect стандарта DMR / A.B. Сидоров // Охрана, безопасность, связь — 2011: сборник материалов международной научно-практической конференции. - Ч. 2. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2011.-С. 112-113.

6. Сидоров A.B. Угрозы безопасности и средства защиты особо важных объектов / A.B. Сидоров // Охрана, безопасность, связь - 2009: сборник материалов международной научно-практической конференции. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2009. - С. 199-201.

7. Сидоров A.B. Воздействие нестационарной помехи на радиоприемное устройство с некогерентным дискриминатором в условиях конфликта / A.B. Сидоров // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2013.-С. 158-160.

8. Сидоров A.B. Модели каналов распространения сверхкоротких импульсов внутри сооружений связи ОВД / A.B. Сидоров // Охрана, безопасность, связь -2013: сборник материалов международной научно-практической конференции. — Ч. 2. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2013. — С. 224—227.

9. Сидоров A.B. Модель противоправного деструктивного воздействия сверхкороткого импульса электромагнитного излучения на системы радиосвязи и управления ОВД / A.B. Сидоров // Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии: сборник материалов международной научно-

практической конференции. — Ч. 2. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2013.-С. 108-113.

10. Сидоров A.B. Оценка уязвимости средств радиосвязи и управления ОВД при деструктивных электромагнитных воздействиях / A.B. Сидоров, Н.С. Хохлов // Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии: сборник материалов международной научно практической конференции. — Ч. 2. -Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2013. - С. 145-149.

11. Сидоров A.B. Применение информационных технологий для подготовки специалистов связи / A.B. Сидоров, О.И. Бокова // Информационные технологии в образовании XXI века: сборник материалов международной научно практической конференции - М: НИЯУ МИФИ, 2013. - С. 160-162.

12. Сидоров A.B. Устойчивость функционирования систем связи ОВД при противоправных ЭМВ в ходе ликвидации ЧС социального характера / A.B. Сидоров, Н.С. Хохлов // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — Ч. 1. — Воронеж: ВИ ГПС МЧС России, 2013. - С. 179-183.

13. Хохлов Н.С. Современные средства деструктивного силового электромагнитного воздействия на системы радиосвязи и управления органов внутренних дел / Н.С. Хохлов, A.B. Сидоров // Математические методы и информационно-технические средства: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. — Краснодар: КрУ МВД России, 2013. - С.343—346.

14. Глушков А.Н. Цифровой демодулятор сигнала с относительной фазовой манипуляцией / А.Н. Глушков, Е.С. Герасименко, A.B. Сидоров И Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях «СИНХРОИНФО 2014»: сборник трудов международной научно-технической конференции. — М.: Медиа Паблишер, 2014. — С. 123-126.

15. Сидоров A.B. Особенности воздействия сверхкороткоимпульсных помех на средства радиосвязи и управления ОВД / A.B. Сидоров, Н.С. Хохлов // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сборник материалов всероссийская научно-практической конференции. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2014. — С. 199—201.

16. Сидоров A.B. Электромагнитный терроризм как источник угроз инфо-коммуникационным системам связи и управления / A.B. Сидоров, О.И. Бокова, Н.С. Хохлов // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2014. -№13.-С. 106-109.

17. Сидоров A.B. Повышение устойчивости систем радиосвязи и управления ОВД при использовании маскирующих помех / A.B. Сидоров, C.B. Канавин // Современное состояние и перспективы развития систем связи и радиотехнического обеспечения в управлении авиацией: сборник статей всероссийской научно-технической конференции. - Воронеж: ВУНЦ ВВС ВВА, 2014. - С. 270-271.

18. Сидоров A.B. Применение устройств обработки сигналов «в целом» в радиосистемах управления / A.B. Сидоров, А.Н. Глушков // Современное состояние и перспективы развития систем связи и радиотехнического обеспечения в управлении авиацией: сборник статей всероссийской научно-технической конференции. - Воронеж: ВУНЦ ВВС ВВА, 2014. - С. 96-99.

19. Сидоров A.B. Критерий оценки эффективности функционирования средств связи и управления ОВД в условиях преднамеренных противоправных информационно-технических воздействий / A.B. Сидоров, О.И. Бокова // Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии: сборник материалов международной научно-практической конференции. — Ч. 2. - Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2014. — С. 6-9.

Подписано в печать 16 .02.2015 г. Формат 60x84

Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № Типография Воронежского института МВД России 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53