автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка методического аппарата построения и функционирования адаптивных комплексов радиомониторинга радиоэлектронных средств с применением геоинформационных технологий

На правах рукописи

ШИРШОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО АППАРАТА ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАДИОМОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир - 2007

003177095

Работа выполнена в Институте инженерной физики РФ

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор Злобин Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич кандидат технических наук, доцент Архипов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт систем связи и управления» г. Москва

Защита состоится « /о » 2007 года в на засе-

дании диссертационного совета Д 212.025.04 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ, ФРЭМТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан « // _2007 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор

А.Г. Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации Настоящее время характеризуется широким внедрением в различных отраслях народного хозяйства информационных технологий как совокупности методов, математических моделей технологических процессов и программно-технических средств, обеспечивающих сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью повышения эффективности процесса использования информационного ресурса

Владение информацией необходимого качества является залогом успешного выполнения поставленных перед информационными системами (ИС) задач В этих условиях потери от нарушения целостности или конфиденциальности информации могут носить поистине катастрофический характер В связи с этим, вопросам защиты информации и обеспечения информационной безопасности ИС уделяется особое внимание

Указом Президента РФ от 9 сентября 2000 года утверждена «Доктрина информационной безопасности Российской Федерации» В Доктрине особо подчеркивается необходимость первоочередного решения задачи обеспечения технологической независимости Российской Федерации в важнейших областях информатизации, телекоммуникации и связи, определяющих ее информационную безопасность, и в первую очередь в области создания специализированной вычислительной техники Обращается внимание на необходимость разработки современных методов и средств защиты информации, обеспечения безопасности информационных технологий

В настоящее время большое внимание уделяется развитию мобильных компонент ИС - радиоэлектронных средств (РЭС), радиосисгем (РС) и радноустройств (РУ) различного функционального назначения, входящих в состав пространственно-распределенных ИС Обладая целым рядом безусловных положительных качеств, обеспечивая высокую мобильность элементов ИС, РС и РУ имеют существенный недостаток - их излучения могут быть перехвачены средствами технических систем негласного съема информации (ТС НСИ)

На основе обработки и анализа перехваченных радиосигналов злоумышленниками может быть получена ценная информация о параметрах и режимах работы отдельных РУ, о структуре конфигурации РС в целом, о местоположении и характере объектов, на которых они установлены В последующем эта информация может быть использована при организации и проведении злоумышленниками мероприятий, направленных на нарушение целостности функционирования как отдельных РУ, так и РС в целом, мероприятий по негласному съему информации

Следующим не менее важным фактором является педетерминированность помехо-вой обстановки в зоне работы РС и РУ, источником которой могут быть как промышленные объемы, нелицензионные радиопередатчики, так и источникк преднамеренных помех

В этих условиях важной задачей является поддержание заданного уровня защищенности РС Следует отметить, что обеспечить эффективное функционирование РС в этих условиях возможно лишь на основе радиотехнического контроля за функционированием РС и оперативного управления всеми имеющимися ресурсами РС С этой точки зрения для РС защищенность следует рассматривать, как способность противостоять обнаружению радиосигналов РУ и измерению их параметров (параметрическая защищенность) и способность РС противостоять вскрытию ее структуры и состава конфигурации (функциональная защищенность) Таким образом, одной из основных задач в процессе обеспечения защищенности РС является задача контроля за функционированием РС и принятие на этой основе управляющих решений по поддержанию заданного уровня параметрической и функциональной защищенности.

Для решения задач защиты от ТС НСИ и обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС), в РС необходимо управлять одновременно несколькими параметрами передачи мощностью передаваемого сигнала, рабочей частотой, скоростью передачи информации, видом и параметрами модуляции, способом кодирования Одновременно с параметрами передачи должны изменяться соответственно частота настройки приемника радиотехни-

ческого контроля (РТК) и способы обработки принимаемых сигналов В целом влияние каждого из указанных параметров на качество функционирования РС противоречиво Так, например, увеличение мощности передаваемого сигнала может повысить помехоустойчивость системы, но одновременно уменьшает ее защищенность Изменение способа помехоустойчивого кодирования или уменьшение скорости передачи цифровой информации, в свою очередь, повышает помехоустойчивость, но снижает оперативность Из этого следует, что применение того или иного способа адаптации должно осуществляться с учетом конкретных требований к радиосистеме в процессе ее применения по назначению, что обусловливает возникновение проблемы интеллектуализации процессов радиотехнического контроля (РТК) и управления защищенностью РУ и РС па основе автоматизации получения и использования новых знаний о РУ и РС и условиях их функционирования

Как и насколько надо уменьшить неопределенность перед тем, как приступить к действиям по управлению защищенностью радиосредств, какие действия можно считать рациональными при наличии неопределенности - это противоречие должно решаться с помощью адаптивных комплексов радиомониторинга (АКРМ) РУ и РС Под радиомониторингом (РМ) понимается непрерывный РТК за работой РУ и РС, оценка их состояния и идентификация характеристик защищенности радиосредств, управление состоянием РУ и РС с целью достижения заданного уровня защищенности

Анализ современных комплексов и систем радиомониторинга РС и РУ показал, что их основное назначение заключается в решении классической задачи пространственно-временной обработки радиосигналов Главной задачей существующих комплексов радиомониторинга является лишь контроль за работой РС и РУ, определение основных информационных параметров излучений Такие комплексы не решают задач защиты РС и РУ от ТС НСИ, а только обеспечивают решение задач оценки ЭМС

Основным средством формирования информационного ресурса АКРМ, в состав которого входят база данных и база проблемно-ориентированных знаний, является геоинформационная система (ГИС)

Исследование современного состояния вопроса применения информационных технологий в процессе РМ выявило разнородность используемого специального математического обеспечения, низкую оперативность подготовки исходных данных для расчетов и слабую визуализацию выходной информации Эти недостатки могут быть устранены за счет создания единой информационной среды АКРМ с использованием геоинформационной технологии, обеспечивающей высокий уровень визуализации информации и снижение трудозатрат при подготовке исходных данных для расчетов

Основное опгличие геоинформационяых систем (ГИС) от их многочисленных аналогов (системы дистанционного зондирования и геопозиционирования, обработки изображений и т п ) - это наличие мощного аппарата пространственного анализа, позволяющего не просто отслеживать и оценивать связи РС, РУ и их состояния, но и формировать запросы, включающие как обычные арифметические и логические, так и топологические составляющие Имеется в виду наличие в ГИС возможностей определения расстояний, площадей, зон, направлений, принадлежности к заданной территории и т д База данных ГИС содержит оперативную информацию о РС и решаемой в текущий момент задачи с учетом особенностей радиоэлектронной обстановки в районе функционирования радиосистемы

Исходя из этого в диссертации сформулирована и решена научная задача, которая состоит в разработке научно-методического аппарата построения и функционирования адаптивных комплексов радиомониторинга радиоэлектронных средств на основе геоинформационных технологий

Актуальность работы определяется необходимостью разработки новых организационно-технических решений, позволяющих обеспечить проведение радиотехнического контроля за функционированием РС и принятие на этой основе управляющих решений по поддержанию заданного уровня параметрической и функциональной защищенности РС

Цель диссертационной работы - повышение эффективности управления параметрической и функциональной защищенностью РС за счет применения адаптивных комплексов радиомониторинга

Методы исследования Решение поставленных задач проводилось на основе методов системного анализа и адаптивного управления с использованием теории управляемых случайных процессов и новых информационных технологий получения знаний об объектах управления

Научная новизна результатов заключается в том, что впервые

1) разработаны математические модели функционирования адаптивного комплекса рааиомониторинга, процесса радиотехнического контроля и процесса управления режимами работы РУ различных классов,

2) разработана методика управления уровнем параметрической и функциональной защищенности РУ и радиомониторинга РС на основе реконфигурации структуры РС

На основе проведенного анализа состояния и перспектив развития ГИС разработаны рекомендации по построению мобильных АКРМ с применением геоияформационных технологий

Научная значимость результатов состоит в разработке научно-методического аппарата, позволяющего обосновать принимаемые решения по управлению уровнем параметрической и функциональной защищенности РС с использованием адаптивного комплекса радиомониторинга с применением геоинформационных технологий

Практическая значимость научных результатов заключается в нахождении путей и способов управления уровнем параметрической и функциональной защищенности РС, обеспечивающих повышение ее оперативности и эффективности на основе принятия научно-обоснованных решений в процессе управления с применением геоинформационных технологий

Полученные в работе теоретические результаты, положены в основу решения задачи синтеза алгоритмов и устройств, реализующих основную целевую функцию АКРМ в составе ГИС

Результаты, выносимые на защиту:

1 Математическая модель функционирования адаптивных комплексов радиомониторинга

2 Методика адаптивного управления защищенностью РС

3 Рекомендации по построению адаптивных комплексов радиомониторинга РС с применением геоинформационных технологий

Реализация и внедрение результатов Результаты исследований использовались в виде математических моделей и алгоритмических средств при разработке автоматизированных систем управления в ФГУП "Калужский НИИ телемеханических устройств" (КНИИТМУ, г Калуга), в Институте инженерной физики РФ \г Серпухов), в ФГУП «НИИ систем связи и управления» (г Москва), ОАО «Воронежский опытный завод программной продукции» (ОАО ВОЗПП, г Воронеж), в учебном процессе кафедры автоматизированных систем управления Серпуховского ВИ РВ (г Серпухов Московской области), в ОАО «Концерн Созвездие» (г Воронеж)

Апробация диссертационной работы Основные результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на Российских научно-технических конференциях (г Калуга, 2006 и 2007 г г, Санкт-Петербург, 2007 г), на Межведомственной конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем» (г Серпухов, 2004-2007 г г)

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 19 работ, 10 статей в научно-технических сборниках и трудах конференций, 1 статья опубликована в журнале, входящем в перечень журналов ВАК, подана 1 заявка на изобретение, получено положительное решение, подготовлены материалы в 7 отчетов о НИР

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех разделов и заключения, списка литературы, насчитывающего 124 наименования Работа изложена на 156 страницах и содержит 17 рисунков и 13 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы противоречие, цель, научная задача, а также основные научные результаты, выносимые на защиту Показаны научная новизна практическая значимость и достоверность научных исследований

В первом разделе проведен анализ современных комплексов и систем радиомониторинга, проведен анализ способов управления защищенностью РС, разработаны требования к информационным системам управления защищенностью РС, проведен анализ способов применения геоинформациокных технологий в системах радиомониторинга, разработана математическая модель адаптивного комплекса радиомонигоринга, проведена формализация и разработано математическое описание процесса управления защищенностью РС

Анализ возможностей средств наземных ТС НСИ по разведке радиоизлучений показал, что радиосигналы современных РЭС, используемых в каналах управления ИС могут быть обнаружены на расстоянии до 100 км с вероятностью 0,95 - 0,99 и распознаны с вероятностью 0,93 - 0,96 при отношении сигнал/шум на входе радиоприемника ТС НСИ, равном 4

Для наземных РЭС, работающих в каналах управления и телеметрии, наибольшую опасность представляют помехи, источником которых могут быть как промышленные объекты, нелицензионные передатчики, так и источники преднамеренных помех Расчеты показали, что на расстоянии 100 м, в зависимости от длины волны, напряженность электромагнитного поля, создаваемого передатчиком преднамеренных помех мощностью 20 Вт, лежит в переделах от 0,01 В/м до 0,7 В/м

На основе проведенного анализа состояния и перспектив развития средств и методов обеспечения защищенности радиосистем УКВ диапазона показано, что существующим методам оценки и обеспечения защищенности РС и РУ свойственен целый ряд существенных недостатков По результатам радиотехнического контроля не представляется возможным принятие оперативных мер по обеспечению заданного уровня защищенности РС в процессе ее применения по назначению Приведены результаты обоснования того что одним из основных путей повышения защищенности РС является интеллектуализация процессов контроля и управления в АКРМ с использованием в его составе динамической экспертной системы (ДЭС) Разработаны и обоснованы принципы, составляющие основу построения и функционирования АКРМ

Анализ современных комплексов и систем радиомониторинга за функционированием РУ и РС показал, что их основное назначение заключается в решении классической задачи пространственно-временной обработки радиосигналов Главной задачей существующих комплексов радиомониторинга является лишь контроль за работой РЭС, определение основных информационных параметров радиоизлучений Такие комплексы не решают задачи защиты радиосисгем от ТС НСИ Решение этой задачи может быть обеспечено с использованием АКРМ При этом защищенность РС следует рассматривать как способность противостоять обнаружению радиосигналов РУ и измерению их информационных параметров (параметрическая защищенность) и способность РС противостоять вскрытию ее структуры и состава конфигурации (функциональная защищенность) Для достижения заданного уровня защищенности РС необходимо, чтобы как параметрическая, так и функциональная защищенность были бы управляемыми С учетом этого параметрическая защищенность может быть представлена как вероятность параметрической защищенности Рш, которая может изменять свое значение за счет операций по РТК и управлению информационными параметрами РУ Механизм соединения и обрыва связей между РУ в радиосистеме будет управлять интенсивностями соединения и обрыва связей и со-

ставом РУ, что, в свою очередь, позволяет трактовать вероятность функциональной защищенности Рфз как управляемую регулярной структурой РС

В общем виде математическая модель функционирования адаптивного комплекса радиомониторинга МлкП! может быть представлена совокупностью основных систем 5, отражающих основные принципы и понятия исследуемой предметной области

М4Кр\г - {5рС, $ ¡см> , (1)

где Зрг - система, характеризующая некоторую структуру регулярной конфигурации радиосйстсмы Крс и множество радиоустройств С/л как совокупность функциональных элементов РС, 5 „-,) - система, характеризующая принципы построения и функционирования автоматизированной системы управления защищенностью (АСУЗ), - система, характеризующая процесс радиомониторинга за функционированием РС

Конфигурация радиосистемы К^ определяется составом РУ и ее структурой Состав конфигурации РС может быгь представлен множеством радиоустройств

>£„} (2) Структура конфигурации В представляет собой множество соединений между всеми РУ, входящими в состав радиосисгемы

л} (3)

Каждое РУ по отношению к АСУЗ является управляемым и вне зависимости от функционального назначения может быть представлено вектором информационных параметров Л,,, координатами которого являются амплитудно-частотные параметры г(() радиосигналов РУ, индекс класса радиоустройств а{¿), а также показатели входных Ьт и выходных Ьст связей

й,„=[г(0,в(ги„,6„„Л (4)

АСУЗ в общем виде может быть представлена совокупностью приемника-процессора РТК с устройством анализа и выделения сигналов контролируемых РУ, динамической экспертной системой в контуре адаптивного управления состоянием РС, радиоканала оперативного управления Приемник РТК обеспечивает прием сигналов РУ, радионаблюдение за процессом х(г) и оценку вектора информационных параметров г-(<), включающего в себя амплитудные ¿¡с, частотные и фазовые д)( параметры сигналов РУ По результатам этой оценки в ДЭС решается задача идентификации характеристик защищенности контролируемых РУ по критерию близости математических описаний контролируемого МПк и эталонною М„ 5 радиоустройсгв На основе заданных программ П - , К ^ ] функционирования РС, отражающих информационные параметры радиоустройств и структуру конфигурации радиосистемы Крс, а также стратегий управления ап По результатам оценки уровней параметрической Рт и функциональной Рфг формируются управляющие воздействия и(г) на РУ которые по каналу управления осуществляют корректировку информационных параметров РУ, изменяют режимы функционирования РУ, состав и структуру конфигурации РС В процессе функционирования АСУЗ кроме сигналов действующих РУ радиосисгемы, на вход приемника -процессора поступают и помеховые сигналы, излучаемые передатчиком ТС НСИ

Система , характеризующая процесс радиомониторинга РС, в целом должна отражать математическую модель процесса управчения защищенностью РС При этом

принцип управления параметрической защищенностью заключается в измерении и корректировке основных информационных параметров РУ с целью сближения математического описания действующего РУ с его эталонной моделью Принцип управления функциональной защищенностью РС заключается в изменении типа и числа РУ различных классов, структуры конфигурации я типа связей между РУ в радиосистеме

В работе, при моделировании процесса управления защищенностью РС показано, что под адаптацией понимается процесс целенаправленного изменения на основе текущей информации параметров РУ и структуры РС, а также управляющих воздействий на РС с целью достижения требуемых значений вероятностей параметрической и функциональной защищенности Представлены результаты разработки модели процесса адаптации в адаптивных корректорах параметров (АКП) сигналов РУ, в которой нашли отражение способность АКП к компенсации параметрических и структурных искажений с учетом свойств окружающей среды, а также значения параметров и характеристик процесса адаптации

В общем виде описать процесс управления защищенностью РС можно на основе анализа эволюции вектора состояния -*{к) РС

х{к +1) = Ерс [х{к\ и(к), <Г(4 а{к)] , (5)

где Р - функция, отображающая динамиху РС,

х{к) - случайная величина, характеризующая состояние РС в момент к, и{к) - случайная величина, характеризующая управление в момент к, С(к) - случайная величина, характеризующая неопределенность РС, а (к) - случайная величина, характеризующая параметры и характеристики РУ Доступный измерению вектор информационных параметров г(к) может быть представлен в виде

г{к)-аМк\«{к),у{к),р{к)] , (6)

где - функция, характеризующая структуру контролируемых сигналов,

/(к) - случайная величина, характеризующая неопределенность результатов контроля,

[¡(к) - случайная величина характеризующая параметры устройства контроля Адаптивный путь преодоления неопределенности в состоянии РС может быть основан на оперативном текущем восполнении недостающей информации в процессе функционирования РС путем оценки параметров и характеристик РС по результатам радиотехнического контроля и использования результатов этого контроля для корректировки параметров сигналов РУ Случайный характер управляющего г{к) и мешающего п(к) воздействия на АКП приводит к тому, что и ошибка воспроизведения корректирующего воздействия е(к) = г(к)-х(к) становится случайным процессом

Формирование опорных эталонных значений параметров РУ в блоке эталонной модели РУ позволяет в процессе функционирования АКП обеспечить минимальное значение ошибки е(к)

Математической основой адаптивного управления является теория управляемых случайных процессов В рамках данной теории объект контроля и управления представлен как управляемый случайный процесс определенного класса, заданный семейством условных распределений вероятностей, зависящих как от управляющих воздействий, так и от свойств параметров технологических объектов и параметров систем управления

Второй раздел посвящен разработке методики управления защищенностью РЭС В нем рассматривается математическая модель процесса радиотехнического контроля, проведена разработка комбинированного алгоритма распознавания и идентификации радиоустройств, разработаны принципы управления уровнем параметрической и функциональной защищенности РУ, рассмотрена математическая модель процесса управления режи-

мами работы РУ различных классов и разработана методика радиомониторинга PC на основе реконфигурации структуры PC

В математической постановке под адаптивным управлением защищенностью PC понимается процесс целенаправленного изменения, на основе текущей информации, параметров и структуры PC, а также управляющих воздействий на нее с целью достижения требуемых значений вероятностей параметрической Рш и функциональной защищенности Рфз

При проведении оценки вероятности Рк, по результатам РТК может быть представлено математическое описание контролируемого радиоустройства МПк, которое далее сравнивается с математическим описанием эталонного радиоустройства МР1 з При решении задачи сравнения математических описаний Mk и Мп j важное значение имеет выбор меры сходства В тех случаях, когда статистические характеристики сравниваемых математических описаний присутствуют в явном виде, наиболее полезной мерой сходства является функция расстояния du между описаниями радиоустройств

J >0 (7)

Каждое контролируемое РУ может быть представлено множеством информационных параметров Rp, Поэтому в качестве меры сходства целесообразно использовать так называемые расстояния Махаланобиса и Хэмминга Параметрическая защищенность контролируемого РУ будет тем выше, чем меньше расстояние du и больше сходства между описаниями и M;,v я Текущее значение вероятности параметрической защищенно-

сти Рю (Rpi, t) будет полностью определяться функцией расстояния ciu

(8)

Уменьшая величину du путем изменения информационных параметров контролируемого Rpy, будем управлять уровнем вероятности параметрической защищенности РУ

Функциональная защищенность Рф1 характеризует способность противостоять вскрытию ТС НСИ структуры и состава конфигурации А';,, радиосистемы Отсюда следует, что в общем случае текущее значение вероятности функциональной защищенности Рф, будет определяться структурой и составом конфигурации Кре и комбинаторным правилом 9΄, способа соединения РУ в рациосистеме

= «О W

Изменяя интенсивность соединения и обрыва связей между РУ на основе заданного правила, можно управлять уровнем вероятности функциональной защищенности PC

Для обеспечения потенциально достижимого уровня защищенности PC необходимо последовательно решить задачи радиотехнического контроля за функционированием PC, оценки параметров сигналов контролируемых РУ, идентификации характеристик параметрической защищенности РУ, входящих в состав PC, от ТС НСИ, формирования управляющих воздействий на PC с целью обеспечения заданных требований по защищенности

В процессе РТК за функционированием PC последовательно решаются следующие задачи радионаблюдение за контролируемым процессом, характеризующим работу РУ на излучение, оценка информационных параметров сигналов РУ, идентификация характеристик параметрической защищенности РУ

В качестве количественного показателя, характеризующего возможность осуществлять РТК, может быть использован коэффициент контролируемости у„, показывающий степень различия распределений случайной величины r(t), характеризующей информационный процесс при условии, что заданы два условных распределения этой случайной величины - одно при наличии контролируемого сигнала в условиях помех, а другое - при отсутствии сигнала и наличии только помех

п = (10) а- су а

где с - параметры распределений,

с - пороговое значение параметра

Соответственно, две условные вероятности вероятность обнаружения сигнала РУ при контроле и вероятность ложной тревоги я(г)о) совместно будут определять

степень уверенности в обнаружении сигнала РУ при проведении РТК

Отношение правдоподобия Н(т) при нормальном распределении величины г и при соотношениях математических ожиданий и среднеквадратических отклонений /г, > Мо и сгь = <х0 = а будет иметь вид

я(г)=Р№») " / (П)

/ 2аг

Расчеты показали, что при заданном значении вероятности ложной тревоги /'('"¡о) вероятность правильного обнаружения р{г\я) сигнала контролируемого РУ резкого возрастает с увеличением значения ук в пределах от 0,5 до 1,5

При идентификации характеристик параметрической защищенности РУ одной из центральных задач является разработка вычислительного алгоритма, позволяющего на основе сравнения математических описаний контролируемого Мп к и эталонного Мр!,) радиоустройств оценить степень их сходства и на этой основе получить количественные значения вероятности параметрической защищенности Рг:у Представленный в работе алгоритм идентификации основан на эвристическом принципе вычисления приоритетов соответствия на основе аналогий В качестве таких аналогий использованы функции расстояния Махаланобиса и Хэмминга с!^ как оценки сходства, характеризующие близость математических описаний контролируемого и эталонного РУ по системе ансамблей признаков, представляющих собой подмножества заданного множества информационных параметров Для случая, когда информационные параметры задаются в аналоговой форме, в качестве меры сходства может быть использовано расстояние Махаланобиса с1а„

Соответственно вероятность РпЛ может быть определена на основе соотношения

(12)

где Р - функция Лапласа, /г"1 - обратная функция, Рт - вероятность ложной идентификации

Если оценки параметров сигналов РУ задаются в цифровой форме, то в качестве меры сходства может быть использовано расстояние Хэмминга

Если вектор параметров гк ={г16,ги, ,гм} контролируемого РУК отличается от вектора параметров г, = {гь>/-г„ ,г1а} эталонного РУ, в позициях, то число ¡¡^ представляет собой расстояние Хэмминга

Вероятность параметрической защищенности Ртг для данного условия может быть определена на основе соотношения

кУ«™(ИЗ)

-НИ

П)11

где Ь - число разрядов кода,

Р'п - вероятность того, что в к-ом разряде будет 1 или 0

Соответственно =■ Р"'- Рх)'~", где Р, - вероятность появления в к-ом разряде единицы, ш - число, равное 1 или О

В процессе формирования управляющих воздействий на РС с целью обеспечения заданных требований по параметрической и функциональной защищенности необходимо на основе результатов оценки и прогнозирования уровней вероятностей Рт и Рф1 сформировать атгоритм управления уровнями параметрической и функциональной защищенности.

Управление уровнем параметрической защищенности РУ заключается в измерении и корректировке информационных параметров основных и имитирующих РУ с целью сближения математических описаний контролируемого рациоустройства Мру с его эталонной моделью Мру .. При этом при изменении значений функции расстояния в пределах от 4 до 2 вероятность Рт, изменяется в пределах от 0,3 до 0,9, а при изменении значений функции расстояния </„и, в пределах от 6 до 3 вероятность Рт2 изменяется в пределах от 0,6 до 0,99 (рисунок 1).

Йиы о -----

2 34 5 6 12345

а) б)

Рисунок 1 - Зависимости: а) вероятности параметрической защищенности Рт от

функции расстояния , б) вероятности Рт2 от функции расстояния <1

Управление уровнем функциональной защищенности РС заключается в изменении типа и числа РУ различных классов, структуры конфигурации К и способа соединения связей между РУ. Вероятность функциональной защищенности может быть оценена с помощью соотношения

■ Рф, = = (14)

где Р, - вероятность перехода РС в состояние заданной конфигурации; Рт - вероятность выбора комбинаторного правила; Ра - вероятность комбинаторной защищенности. Вероятность перехода конфигурации в конфигурацию К1рг может быть определена как

Ч»> (15)

?2 рс Ч\рс

Я\рс * Чгр< ' отношения доминирования для конфигураций К]рс и Кгрс; лке - интенсивность соединения выходных к и входных р связей между РУ.

Вероятность выбора комбинаторного правила соединения связей в иерархической структуре РС с различным числом «деревьев» вывода можно определить с помощью соотношения

где Рр - вероятность выбора j-ro «дерева», пе - число «деревьев» вывода,

д - число применения правил соединения РУ с вероятностью Pf На основе изложенного подхода для различного количества основных РУ и имитирующих РУ и различных значений вероятности Рю получены зависимости вероятности Рф, от чиста имитирующих РУ в радиосистеме (рисунок 2)

Рисунок 2 - Зависимость Рф1 от числа имитирующих радиоустройств Ст и Рк,

В третьем разделе представлена структурная схема и алгоритмы функционирования мобильного адаптивного комплекса радиомониторинга (АКРМ) РЭС, технические решения по построению АКРМ с применением геоинформационных технотогий

В процессе подготовки к проведению радиомониторинга РС необходимо задать следующие исходные данные по параметрам и характеристикам РУ и РС состав РУ в радиосистеме Ору = { , > , } ,

структуру связей между РУ в радиосистеме Вру = { Ьх, Ъ2, , Ьк } ,

исходную конфигурацию радиосистемы Кирс = Зру[Сру],

множество информационных параметров радиоустройств Л ={г\>гг< »г„} .

- множество режимов функционирования радиоустройств П = , ит|,

Указанные данные о РУ и РС хранятся в базе данных динамической экспертной системы (ДЭС) в составе автоматизированной системы управления защищенностью (АСУЗ),

- набор возможных для работы несущих частот /¡, /2, , /„ и порядок их изменения от ^ до /п в модулях возбудителей (МВ) радиоустройств и в приемнике-процессоре радиотехнического контроля (ПП РТК),

- количество ступеней изменения мощности излучаемых РУ радиосигналов от Рмт до Риякс на модуле усилителя мощности (МУМ) и в ДЭС,

- набор возможных для работы в составе РС способов модуляции радиосигналов РУ и порадок их изменения в модуле модуляции (ММ) в РУ и демодуляции (МДМ) в ПП РТК,

(16)

- набор возможных скоростей передачи информации от Укшн до У„жс и порядок их изменения в модуле управления скоростью передачи информации (МУС11И) и в базе данных ДЭС;

- набор возможных способов кодирования информации и порядок их применения в модуле управления кодированием информации (МУКИ) в РУ и в базе данных ДЭС;

- максимально-допустимые значения уровня искажений амплитудно-частотных параметров сигналов на выходе модуля выделения параметров сигнала (МВС) в ЛСУЗ и в модуле адагпивного корректора параметров (МАКП) в РУ.

С учетом результатов исследований разработана структурная схема АКРМ, представленная на рисунке 3

РУ как объект контроля и управления включает в свой состав радиопередающее устройство (РПДУ), радиоприемное устройство (РПУ) и набор модулей управления режимами работы РУ и параметрами излучаемых радиосигналов. Сообщения поступают от источника сообщений (ИС) на модуль кодирующего устройства (МКУ). Кодирующее устройство осуществляет помехоустойчивое кодирование цифровой информации одним из известных методов. Модуль буферного устройства (МБУ) согласует скорость передачи информации, поступающей на его вход, с требуемой скоростью передачи. В модуле модулятора (ММ) осуществляется модуляция сигнала одним из известных способов. В модуле возбудителя (МВ)

вырабатывается радиочастотный сигнал, который поступает в модуль усилителя мощности (МУМ), где он усиливается до значений, необходимых для излучения

Радиоприемное устройство (РПУ) входит в состав канала адаптивного управления и осуществляет прием сигналов управления, поступающих с АСУЗ Далее принятые сигналы поступают на модуль дешифрации команд (МДШК) и далее на модуль формирования сигналов управления (МФСУ), которые предназначены для определения адреса управляющих модулей и порядка их работы

Модуль формирования сигнала номера радиоустройства (МФСНР) по команде с АСУЗ формирует и передает на излучение радиосигнал, несущий информацию о конкретном РУ в составе РС Модуль управления кодированием информации (МУКИ), модуль управления скоростью передачи (МУСП), модуль управления видом модуляции (МУВМ), модуль управления радиочастотой (МУРЧ), модуль управления мощностью передачи (МУМП), модуль адаптивного корректора параметров (МАКП) осуществляют автомагическое управление соответствующими параметрами передачи при управлении защищенностью РС

АСУЗ включает в свой состав приемную часть, динамическую экспертную систему, набор модулей формирования команд управления, передающую часть канала управления защищенностью РС

Модуль управляемого аттенюатора (МУА) является входным устройством для приемника - процессора радиотехнического контроля (ПП РТК), осуществляющего радионаблюдение за контролируемым процессом х(к) Задача радиотехнического контроля решается в условиях помех, а поэтому имеет вероятностный характер С позиций вероятностного подхода вся информация, необходимая для решения задачи РТК, содержится в функции плотности вероятности случайной величины С учетом этого вектор информационных параметров радиоустройства ¡((к) будет являться линейной комбинацией сигнала 8(к) и помехи Щк), характеризующихся некоррелированными гауссовскими марковскими процессами Задача выделения сигнала контролируемого РУ в процессе РТК будет заключаться в нахождении условной плотности вероятности /^¡г) В качестве критерия оптимальности решения задачи может быть выбран минимум среднеквадратической ошибки оценивания

Разработанные алгоритмы управления параметрической и функциональной защищенностью РС отражают основные этапы в работе АКРМ и позволяют обоснованно выбирать режимы контроля и управления состоянием РС

Таким образом, изложенные принципы построения АКРМ позволили сформировать общий технический облик комплекса и представить структурную схему АКРМ, построенную по модульному принципу Разработанные алгоритмы управления параметрической и функциональной защищенностью РС отражают основные этапы в работе АКРМ и позволяют обоснованно выбирать режимы контроля и управления состоянием РС

В ходе исследований были разработаны технические решения по построению мобильного адаптивного комплекса радиомониторинга Разработанная структурная схема мобильного АКРМ предполагает использование в качесгве управляющего модуля АКРМ переносной ПЭВМ (рисунок 4)

Модуль радиомониторинга

Рисунок 4 - Структурная с

ПЭВМ

(СПО радиомониторинга разработано на базе ГИС «Карта 2000»)

а мобильного АКРМ

Особенностью разработанной схемы мобильного АКРМ является наличие отдельного модуля радиомониторинга, выполненного на базе процессора цифровой обработки сигналов серии TMS320DM642 (рисунок 5).

Алгоритмы обработки сигналов от приемника РТК реализованы с помощью среды разработки Code Composer Studio. Специальное программное обеспечение мобильного АКРМ разработано на базе ГИС «Карта-2005».

Рисунок 5 - Структурная схема модуля радиомониторинга

Специальное программное обеспечение мобильного АКРМ позволяет решать следующие задачи:

• построение профилей радиотрасс, работа с матрицей высот, построение матриц высот путем преобразования исходных векторных данных района в растровый вид и дальнейшего дополнения растровой модели методом интерполяции.

• расчет напряженности поля на области, построение зон уверенного приема с учетом рельефа местности и тактико-технических характеристик РУ, расчет зон доступности радиоконтрольного оборудования,

• определение перечня радиодоступных РЭС, выявление и оценка источников •помех, определение зон доступности, в пределах которых возможно действие ТС НСИ, расчет общих данных о помехах, данных о помехах по основному и побочным каналам приема, данных о комбинационных помехах,

• оценка ЭМС в районе функционирования РС, проведение мероприятий радиоконтроля, оценка параметрической и функциональной защищенности РС, выработка решений на корректировку информационных параметров РУ,

• управление мобильным адаптивным комплексом радиомониторинга, ведение базы данных о местоположении, составе и ТТХ РУ, ведение журнала событий, редактирование электронных карт, ведение цифрового классификатора объектов

Определение зон доступности, в пределах которых возможно действие ТС НСИ производится с использованием методики расчета зон уверенного приема

Использование ГИС технологии позволяет повысить в 2-3 раза оперативность и обоснованность принимаемых решений по управлению защищенностью РС и РУ В заключении сформулированы основные результаты работы

1 Анализ современных комплексов и систем радиомониторинга за функционированием РУ и РС показал, что их основное назначение заключается в решении классической задачи пространственно-временной обработки радиосигналов Главной задачей существующих комплексов радиомониторинга является лишь контроль за работой РЭС, определение основных информационных параметров излучений Такие комплексы не решают задачи защиты РЭС и радиосистем от ТС НСИ

2 Основной задачей в процессе обеспечения защищенности РС с использованием адаптивных подсистем радиомониторинга, представляющих собой объединенную информационным процессом совокупность контролируемой и управляемой РС и автоматизированной системы управления защищенностью является задача радиотехнического контроля за функционированием РС и принятие на этой основе управляющих решений по поддержанию заданного уровня параметрической и функциональной защищенности С учетом сложности РС как объекта контроля и управления, стохас-тичности процесса передачи управляющих сообщений и условий функционирования РУ в основу процесса управления защищенностью РС может быть положена аппроксимация, основанная на итеративных принципах нахождения рационального решения в зависимости от характера конфликтной ситуации в районе функционирования РС

3 В процессе радиотехнического контроля за функционированием РС последовательно должны решаться следующие задачи радионаблюдение за контролируемым процессом характеризующим работу РУ на излучение, оценка состояния РУ и измерение их параметров сигналов, идентификация характеристик параметрической защищенности РУ В процессе радиомониторинга, кроме того, должна решаться задача управления состоянием РУ и РС по результатам радиотехнического контроля с целью достижения заданного уровня защищенности

4 В качестве количественного показателя, характеризующего возможность осуществлять радиотехнический контроль за функционированием РУ в составе РС по наблюдению за радиосигналами РУ на некотором временном интервале может быть использован коэффициент контролируемости показывающий степень различия распределений случайной величины г(<), характеризующей информационный процесс при условии, что заданы два условных распределения этой случайной величины - одно при наличии контролируемого сигнала в условиях помех, а другое - при отсутствии сигнала и наличии только помех Расчеты показывают что при заданном значении вероятности ложной тревоги Р(г 10) вероятность правильного обнаружения

Р(г | л) сш нала контролируемого РУ резко во 5растает с увеличением значения коэффициента у» в пределах от 0,5 до 1,5

5 При решении задачи идентификации характеристик параметрической защищенности контролируемых РУ одной из центральных задач является разработка вычислительного алгоритма, позволяющего на основе математического описания контролируемых и эталонных РУ оценить степень их сходства и на этой основе получить количественные значения этого сходства С использованием изложенного подхода, основанного на сравнении математических описаний контролируемого МРУк и эталонного MPyJ радиоустройств представлен алгоритм идентификации характеристик параметрической защищенности РУ, существо которого составляет эвристический принцип вычисления приоритетов соответствия на основе аналогий В качестве таких аналогий использованы функции расстояний Махаланобиса и Хэмминга как оценки сходства, характеризующие близость математических описаний контролируемого и эталонного радиоустройств по системе ансамблей информационных параметров сигналов, и как показали расчеты, при изменении значений функции расстояния Махаланобиса в пределах от 4 до 2 вероятность параметрической защищенности изменяется в пределах от 0,3 до 0,9, а при изменении значений функции расстояния Хэмминга в предечах от 6 до 3 - соответственно от 0,6 до 0,99

6 По результатам радиотехнического контроля состояний РУ может быть принято решение на корректировку информационных параметров радиоустройств, а путем воздействия на изменяющиеся во времени информационные параметры будет осуществляться управление каждым РУ и всей РС в целом с целью обеспечения необходимого времени пребывания системы в состоянии, удовлетворяющем заданным требованиям по параметрической защищенности

7 На основе результатов оценки и прогнозирования вероятности функциональной защищенности РС разработан алгоритм управления уровнем функциональной защищенности путем формирования множества управляющих воздействий на РУ с целью реализации программы придания составу РС необходимых свойств, связанных с режимами работы РУ на излучение, а также с целью реконфигурации исходной РС с образованием новой регулярной структуры за счет изменения типа и числа РУ различных классов, структуры и типа связей между РУ в радиосистеме

8 На основе анализа основных путей повышения защищенности РС в процессе ее применения по назначению обоснованы принципы построения и алгоритмы функционирования АКРМ, представлены структурная схема комплекса, построенного по модульному принципу и структурная схема приемника-процессора радиотехнического контроля Алгоритмы функционирования АКРМ отражают основные этапы в его работе в процессе присвоения РУ условного номера и управления параметрической и функциональной защищенностью РС и позволяют обосновать режимы контроля и управления состоянием радиосистемы

9 Использование адаптивных комплексов радиомониторинга радиосистем в процессе противодействия техническим средствам негласного съема информации позволяет управлять параметрической и функциональной защищенностью РС, в результате чего вероятность параметрической защищенности может быть повышена с 0,4 до 0,95, а вероятность функциональной защищенности с 0,3 до 0,9

10 Разработанные технические решения по построению мобильного адаптивного комплекса радиомониторинга с использованием в качестве управляющего модуля АКРМ переносной ПЭВМИ и использование специального программного обеспечения на базе ГИС технологии позволяет повысить в 2-3 раза оперативность и обоснованность принимаемых решений по управлению защищенностью РС и РУ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ширшов С А Расчет зон уверенного приема для обеспечения непрерывности управления /С А Ширшов//Сб трудов 23 НТК СВИРВ - Серпухов, 2004 -С 38-40

2 Ширшов С А Использование системы электронных карт в задачах оценки связности структуры оперативного управления /С А Ширшов, И А Кочетов// Сб грудов 24 НТК СВИРВ -Серпухов, 2005 -С 51-53

3 Ширшов С А Оценка связности структуры системы оперативного управления подвижными объектами /С А Ширшов, И А Кочетов// Сб трудов 25 МНТК СВИ РВ -Серпухов, 2006 - С 74-78

4 Ширшов С А Применение геоинформационных технологий для управления эвакуацией населения и ресурсов при возникновении чрезвычайных ситуаций /С А Ширшов // Известия института инженерной физики, № 1, 2007 -С 11-13

5 Ширшов С А Методика расчета графиков согласованного движения транспортных колонн 1С А Ширшов // Материалы 6 Научно-технической конференция "Новые информационные технологии в системах связи и управления", Калуга КНИИТМУ, 2007 -С 55-59

6 Ширшов С А Применение радиомониторинга при решении задач управления разведзащищенностью радиосистем 1С А Ширшов, В И Злобин // Системы и средства связи, телевидения и радиовешания, Калуга КНИИТМУ, 2007 -С 20-23

7 Ширшов С А Решение задач радиоконтрочя за функционированием радиосистем с использованием адаптивных комплексов радиомониторинга /С А Ширшов, В И Злобин // Материалы 26 МНТК, Серпухов СВИ РВ, 2007 -С 47-50

8 Ширшов С А Поддержание заданного уровня параметрической и функциональной защищенности радиосистем за счет применения систем радиомониторинга /С А Ширшов // Материалы 26 МНТК, Серпухов СВИ РВ, 2007 -С 56-59

9 Построение автоматизированной системы радиомониторинга с применением геоинформационной технологии /С А Ширшов, И А Кочетов // Материалы 26 МНТК, Серпухов СВИ РВ, 2007 -С 75-78

10 Ширшов С А Проблемные вопросы радиомониторинга при решении задач управления разведзащищенностью радиосистем /С А Ширшов, В И Злобин // Инфоком-муникационные технологии № 3 2007 - С 31-33

11 Ширшов С А Адаптивный комплекс радиомониторинга основные принципы построения и функционирования / С А Ширшов, В И Злобин // Известия института инженерной физики, № 3, 2007 -С 40-44

12 Ширшов С А Применение концепции радиомониторинга при управлении разведзащищенностью радиосистем / С А Ширшов, В И Злобин, Н Н Сащенко, П Н Пере-верзев // Известия института инженерной физики, № 3,2007 -С 45-47

Отпечатано: ИП А, А. Кулаков, Серпухов, Борисовское шоссе, 18, тел.: 39-11-20; 8-915-200-86- 98 Подписано в печать: 25.10.2007 г. Тираж 100 экз.