Содержание к диссертации
Введение
1 Характеристика и условия функционирования цррс удаленных стационарных объектов 15
1.1 Удаленные стационарные объекты . 15
1.2 Технологические системы передачи данных удаленных стационарных объектов . 16
1.3 Функционирование систем передачи данных удаленных стационарных объектов в условиях угроз безопасности 21
1.4 Анализ научно-методического аппарата распознавания действия имитационных помех в радиоканале передачи данных 25
1.5 Постановка общей научной задачи и частных задач исследования 46
1.6 Выводы по разделу 48
2 Синтез алгоритмического обеспечения ииус цррс 50
2.1 Представление сигнала и сущность обработки в приемнике канала передачи данных 50
2.2 Модель сигнала и имитационной помехи канала передачи данных 51
2.3 Модель сигнально-помеховой обстановки в канале передачи данных 55
2.4 Распознавание ситуаций сигнально-помеховой обстановки 61
2.5 Признаки, сопутствующие изменению ситуации сигнально-помеховой обстановки 66
2.5.1 Модель индикаторов сопутствующих признаков . 66
2.5.2 Индикация признаков, сопутствующих изменению ситуаций сигнально-помеховой обстановки . 68
2.6 Метод распознавания ситуаций сигнально-помеховой обстановки 70
2.6.1 Модернизация метода распознавания ситуаций сигнально-помеховой обстановки на основе байесовского подхода 70
2.6.2 Алгоритм распознавания действующей ситуации сигнально-помеховой обстановки с использованием информации измерителей и индикаторов сопутствующих признаков 72
2.6.3 Информационно-измерительная и управляющая система ЦРРС 75
2.7 Выводы по разделу 77
3. Исследование эффективности применения алгоритмического обеспечения ииус 80
3.1 Анализ эффективности алгоритмического обеспечения ИИУС. Исходные данные и задачи моделирования . 80
3.2 Организация эксперимента. Программная среда. Имитационная модель 84
3.3 Исследование быстродействия обнаружения момента начала воздействия имитационных помех . 87
3.4 Исследование вероятности правильного принятия решения о ситуации сигнально-помеховой обстановки 88
3.5 Исследование влияния априорных данных на быстродействие и вероятность правильного принятия решения о ситуации
сигнально-помеховой обстановки 91
3.6 Исследование влияния значений индикаторов признаков, сопутствующих ситуациям сигнально-помеховой обстановки, на показатели эффективности распознавания 96
3.7 Выводы по разделу 102
Заключение . 105
Список сокращений и условных обозначений . 109
Список литературы 112
- Анализ научно-методического аппарата распознавания действия имитационных помех в радиоканале передачи данных
- Признаки, сопутствующие изменению ситуации сигнально-помеховой обстановки
- Информационно-измерительная и управляющая система ЦРРС
- Исследование вероятности правильного принятия решения о ситуации сигнально-помеховой обстановки
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Развитие и масштабное распространение радиотехнических систем передачи данных стимулирует разработку новых методов радиоэлектронного противодействия. Эти методы основаны на применении организованных, в том числе имитационных помех, позволяющих на канальном уровне производить передачу ложных данных от имени истинного корреспондента, что влечет за собой большие информационные и материальные потери. Особые сложности возникают в обеспечении имитационной защиты радиосистем передачи данных объектов рассредоточенной структуры, таких как магистральные трубопроводы (газа, нефти и нефтепродуктов), использующих для передачи технологических данных системы передачи на основе цифровых радиорелейных станций (ЦРРС). Наиболее подвержены действию имитационных помех малоканальные радиостанции частотного диапазона 394…410; 434…450 МГц, как наименее технически сложные, распространенные, являющиеся первыми в цепи передачи данных. Наибольшее распространение получили ЦРРС «Азид-5», «МИК-РЛ400ХХ», «Р-6/Е1», «Азид-ЧС», использующие сигналы квадратурной фазовой модуляции QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).
Работа ЦРРС в условиях действия помех осуществляется посредством информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС) с соответствующим алгоритмическим обеспечением.
Для защиты от действия имитационных помех необходимо повышение помехоустойчивости ЦРРС на канальном уровне передачи данных за счет своевременного распознавания действующей ситуации сигнально-помеховой обстановки (СПО) при ее изменении с последующим управлением работой каналов передачи, исключающим прием ложных данных. Данная особенность должна быть учтена в алгоритмическом обеспечении ИИУС ЦРРС.
Степень разработанности темы исследования. При решении задачи распознавания ситуации СПО канала передачи данных традиционно используются выборки наблюдаемых информационных параметров сигнала, представляемых в виде временного ряда. Однако на практике данной информации для эффективного распознавания сложившейся ситуации СПО часто оказывается недостаточно, и задержки в обнаружении изменения ситуации СПО становятся неоправданно большими.
Существующий научно-методический аппарат распознавания ситуации СПО канала передачи данных, основанный: на теории радиосвязи; теории помехоустойчивости; теории последовательных решений (метод кумулятивных сумм, метод обобщенного отношения правдоподобия, метод скользящего среднего); теории управляемого эксперимента; теории систем со случайно изменяющейся структурой, практически достиг своих потенциальных возможностей и не позволяет в полной мере обеспечить требуемую устойчивость к действию имитационных помех.
Для повышения помехоустойчивости каналов передачи необходима модернизация методов распознавания ситуации СПО, направленная на сокращение задержки обнаружения ее изменения. Поэтому поиск путей сокращения времени обнаружения изменения ситуации СПО является актуальной научной задачей.
Объект исследования: информационно-измерительная и управляющая система каналами передачи данных цифровой радиорелейной станции, подверженной действию имитационных помех.
Предмет исследования: устойчивость алгоритмического обеспечения информационно-измерительной и управляющей системы цифровой радиорелейной станции к действию имитационных помех.
Методология и методы исследования: методы системного анализа, математического моделирования сложных систем, компьютерного моделирования; теория радиосвязи; теория помехоустойчивости; теория марковских процессов; теория систем со случайно изменяющейся структурой; метод невязки обновляющегося процесса, метод кумулятивных сумм, метод обобщенного отношения правдоподобия.
Цель работы: повышение помехоустойчивости цифровой радиорелейной станции за счет разработки алгоритмического обеспечения информационно-измерительной и управляющей системы, обеспечивающего своевременное обнаружение имитационной помехи в принимаемом сигнале и управление работой каналов для предотвращения ввода ложных данных.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен анализ возможных ситуаций сигнально-помеховой обстановки канала передачи данных, образующих полную группу несовместных событий;
обоснован метод распознавания ситуаций СПО канала передачи данных, используемый в качестве базового;
модернизирован базовый метод для повышения быстродействия распознавания изменения ситуации СПО, обусловленной действием имитационных помех;
разработан алгоритм, реализующий модернизированный метод распознавания ситуации СПО;
разработана ИИУС ЦРРС, устойчивой к действию имитационных помех;
исследована эффективность ИИУС ЦРРС в условиях действия имитационных помех: проведен анализ времени реакции на изменение ситуации СПО и достоверности распознавания действующей ситуации СПО.
Научная новизна:
модернизирован метод распознавания ситуаций СПО ЦРРС на основе байесовского подхода, в котором в процедуру оценивания ситуации в дополнение к измеренным параметрам сигнала в виде сомножителей вводятся весовые коэффициенты признаков помех путем учета выходных сигналов индикаторов признаков, сопутствующих постановке имитационных и шумовой помех;
разработано алгоритмическое обеспечение ИИУС, реализующее метод распознавания ситуации СПО канала передачи данных, в котором измеренные значения параметров сигнала подвергаются анализу на предмет наличия признаков, сопутствующих действию имитационных помех, учитываемых в виде весовых коэффициентов вместе с измеренными значениями параметров сигнала в расчете вероятностей соответствующих ситуаций СПО;
разработана ИИУС ЦРРС, в состав которой на уровне измерителей введены индикаторы сопутствующих признаков, добавлен модуль расчета вероятностей ситуаций СПО, учитывающий информацию измерителей парамет-
ров сигнала и индикаторов сопутствующих признаков, введен модуль оценивания ситуаций СПО, обеспечивающий оценивание вероятностей ситуаций и производство вывода о действующей ситуации СПО.
Положения, выносимые на защиту:
метод распознавания ситуации СПО, повышающий быстродействие и достоверность обнаружения имитационных помех в канале передачи данных;
алгоритмическое обеспечение информационно-измерительной и управляющей системы, реализующее метод распознавания ситуации СПО канала передачи данных, учитывающее информацию индикаторов признаков, сопутствующих изменению ситуации СПО;
информационно-измерительная и управляющая система каналами передачи данных цифровой радиорелейной станции, обеспечивающая повышение устойчивости к действию имитационных помех.
Теоретическая и практическая значимость работы, результаты внедрения. Модернизирован метод распознавания ситуации СПО на основе вероятностного оценивания ситуаций, позволяющий учитывать информацию индикаторов признаков, сопутствующих постановкам имитационных и шумовой помех. Разработано алгоритмическое обеспечение ИИУС, повышающее устойчивость ЦРРС к действию имитационных помех. Результаты имитационного моделирования показали увеличение быстродействия обнаружения смены состояния СПО в среднем на 16,2% и увеличение вероятностей правильного принятия решения разработанным алгоритмом распознавания СПО в среднем на 12,5%. Внедрение разработанного алгоритмического обеспечения позволяет предотвращать прием ложных данных, вводимых имитационными помехами, обеспечить достоверность и целостность передаваемых данных.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры КРЭМС ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ОАО «Тамбовский научно-исследовательский институт радиотехники «ЭФИР», ОАО «Тамбовский завод «Октябрь».
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Достоверность результатов исследования обеспечена: формированием исходных данных на основе сведений технической документации рассматриваемых ЦРРС; известностью подхода распознавания ситуаций СПО на основе неинформативных параметров сигнала и содержащихся в них признаков действия помех; применяемостью научно-методического аппарата распознавания на основе байесовского подхода в статистической радиотехнике; обоснованностью ограничений распознавания ситуаций СПО; объемом проведенных экспериментов; адекватностью моделирования имитируемых ситуаций СПО; совпадением соответствующих результатов моделирования с результатами других авторов, не использовавших информацию индикаторов сопутствующих признаков.
Основные результаты работы представлялись и обсуждались на: II Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Прогрессивные технологии и перспективы развития» (Тамбов, 2010); Всероссийской научной школе «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники» (Тамбов, 2011); 17-й Международной научно-технической кон-
ференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Военно-воздушные силы – 100 лет на страже неба России: история, современное состояние и перспективы развития» (Воронеж, 2012); региональной НПК курсантов, студентов, молодых ученых, посвященной Дню образования войск связи «Научные чтения имени Александра Степановича Попова» (Воронеж, 2012); Всероссийской НПК курсантов, слушателей, молодых ученых, посвященной Дню образования войск связи «Современное состояние и перспективы развития систем связи и радиотехнического обеспечения в управлении авиацией» (Воронеж, 2013).
Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 19 печатных работах, из них 7 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации основных результатов диссертации, 1 статья и 11 докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений. Работа изложена на 126 страницах, имеет 50 рисунков и 8 таблиц. Библиографический список литературы имеет 136 наименований.
Анализ научно-методического аппарата распознавания действия имитационных помех в радиоканале передачи данных
Проблемам, связанным с присутствием в эфире имитационных помех, посвящено достаточно большое количество работ [73, 74, 79, 80, 81, 91, 94, 95, 96, 97, 106, 107, 115 и др.], чем объясняется актуальность данной проблематики и востребованность методов распознавания действия имитационных помех в настоящем и будущем. Для каналов передачи данных, использующих сигналы с фазовой модуляцией, основными методами распознавания действия имитационных помех являются:
1) Метод оценки действия имитационных помех в канале с постоянными параметрами. Как показано в работе [72], в большинстве систем связи не существует систем защиты от действия имитационных помех во время передачи сигналов. Исследования [73] показывают, что основными препятствиями для постановки имитационных помех третьими лицами являются некоторые особенности распространения радиоволн, преодолеваемые, как правило, за счет энергетического превосходства [75].
В [72] для анализа влияния имитационных помех на радиосистемы передачи данных разработаны модель и метод оценивания защищенности радиоканала с фазовой манипуляцией от имитационных помех. Эксперимент оценивания [72] проводился с учетом реальных условий применения средств радиопротиводействия и взаимодействия сигналов в УКВ-диапазоне, используемом в большинстве автоматизированных радиосистем передачи данных. Признаком приема навязываемого имитационного сигнала при использовании фазовой манипуляции, согласно [72], является не выполнение амплитудных и фазовых условий. Амплитуда принимаемого сигнала не может быть ниже уровня чувствительности приемника, а сдвиг фазы сигнала не должен выходить за пределы более ±90 (рисунок 1.7 иллюстрирует аддитивное взаимодействие сигнала и помехи при фазовой манипуляции).
Анализ суммарного сигнала [73, 75] показал, что наиболее критичным является амплитудное условие, отражающее навязывание того или иного символа сигнала при превышении амплитуды сигнала в точке приема не менее чем в 2 раза.
Иначе процесс несет вероятностный характер из-за случайного сдвига фаз принимаемого сигнала. В [73,75] отмечено, что вариантом выполнения фазовых условий является случай равных амплитуд имитационной помехи и полезного сигнала, а при превышении амплитуды имитационной помехи над полезным сигналом фазовые условия будут выполнимы.
Принцип применения имитационных помех не позволяет обеспечить синфазность с полезным сигналом, поэтому необходимо учитывать случайный характер сдвига фаз принимаемого сигнала (см. рисунок 1.8). Это связано с технической сложностью обеспечения синфазности ввиду стохастических изменений фаз сигналов, обусловленных различием трасс радиопередачи, погрешностью воспроизведения сигналов [73]. Исходя из того, что разность дистанций радиотрасс намного превышает длину динамически изменяющейся волны сигнала [72], то необходимо использование модели с равномерно распределенным фазовым сдвигом: (1.1)
В рассматриваемом процессе постановки имитационных помех можно с высокой достоверностью воспользоваться моделью канала с постоянными параметрами [73, 75], где дестабилизирующим фактором выступает только шумовая помеха [72] с плотностями распределения амплитуды и фазы: где п - амплитуда помехи; а2 - дисперсия шумовой помехи; у/- фаза помехи.
В таких условиях для оценивания устойчивости радиоканала к действию имитационных помех необходимо рассмотрение композиции стохастических процессов: стохастический сдвиг фаз имитационной помехи и полезного сигнала; влияние случайной шумовой помехи. Анализ модели в данных условиях производится с использованием принципа суперпозиции для следующих сигналов: имитационной помехи у, полезного сигнала х и случайной шумовой помехи n. На рисунке 1.9 представлена диаграмма сигналов в канале передачи.
При аддитивном взаимодействии в канале с постоянными параметрами помехи и сигнала случайным является только взаимный фазовый сдвиг у. Поэтому принимаемый сигнал r = у + х имеет случайную амплитуду и фазу, распределенную по случайному закону. Этот закон должен быть определен из известного распределения фазового сдвига .
Принимаемым сигналом является смесь сигнала r со случайной помехой n, имеющей гауссовский закон распределения. На вход радиоприемного устройства поступает сигнал z=r+x, распределение которого позволяет произвести оценивание устойчивости канала к действию имитационных помех.
В [72] отмечено, что практически во всех приемных устройствах используется автокорреляционный режим приема. При достаточном превышении сигнала над помехой помехоустойчивость приближена к способу когерентного приема. Поэтому при анализе учтена только синфазная составляющая принимаемого сигнала. где ут - амплитуда имитационной помехи; хт - амплитуда полезного сигнала. В [72] произведен анализ функции r() для определения закона распределения на интервале /є-ж, тт. График изменения амплитуды принимаемого сигнала представлен на рисунке 1.10. Данная зависимость представляет собой функцию, которая немонотонна в установленном интервале и является четной.
Признаки, сопутствующие изменению ситуации сигнально-помеховой обстановки
Защита от имитационных помех большинства систем передачи данных имеет весьма ограниченные возможности, так как для обнаружения помех в канале передачи используются только последовательности наблюдаемых данных, содержащих передаваемую по каналу информацию, без привлечения дополнительных сведений. Однако, во многих случаях наряду со слежением за информационной составляющей последовательности имеется возможность регистрации признаков, стохастически связанных с наблюдаемой последовательностью данных [98, 100], сопутствующих изменению сигнально-помеховой обстановки. Сопутствующие признаки могут быть выявлены путем индикации явлений, связанных с воздействием на канал передачи помех. Для индикации признаков могут использоваться, в том числе, и неинформационные параметры сигнала (см. п.1.4).
Индикаторы сопутствующих признаков [100] представляют собой устройства регистрирующего типа, сигнализирующие о наличии или отсутствии признака. Наиболее часто индикаторами сопутствующих признаков являются измерительные датчики с определенным порогом срабатывания.
Независимо от типа индикатора его функционирование может быть описано условной вероятностью перехода из состояния гь в состояние гь+ 1 [98,100]: где к - шаг счета, получаемые при дискретизации во времени; Jk - индикаторная функция (например, амплитуда сигнала), соответствующая 1-му признаку (например, превышение установленного значения амплитуды); рг -регистрируемый признак, Рг =0,1 (1 - если регистрируется наличие признака, 0 -если признак отсутствует); rk, гк+1 - выходные сигналы индикатора на к-м и (к +
Условие в (2.17) отражает следующее: в к-й момент времени на входе индикатора сопутствующего признака присутствует индикаторная функция J и регистрируется наличие или отсутствие интересуемого признака рг=0,1, выходной сигнал индикатора г на к-м шаге счета может принимать одно из двух состояний гк = 0,1, не обязательно совпадающих с Рг =0,1 . Условная вероятность перехода в состояние %+1 можно представить в виде:
Основываясь на физике процессов передачи информации электромагнитными волнами [112,125,69,23,55,73, 111, 128, 17], для сигнала с QPSK - модуляцией выберем шесть индикаторов признаков (см. таблицу 2.1), сопутствующих изменению ситуаций сигнально-помеховой обстановки (см. п 2.3). Совместное срабатывание индикаторов указывает на сложившуюся ситуацию сигнально-помеховой обстановки. В связи с этим, возникает необходимость использования математического аппарата индикаторов сопутствующих признаков (см. п.2.5.1) для распознавания ситуаций СПО / в рамках структур s.
При воздействии имитационных помех в канале возникают динамические изменения угловых и амплитудных параметров сигнала. Наиболее устойчивыми являются амплитудные признаки, которые при постоянных параметрах канала зависят только от уровня полезного сигнала. Его величина, как правило, соответствует устойчивому приему в условиях непреднамеренных помех, что обосновывает приоритет выбора амплитудных признаков в качестве основных[86].
Можно полагать, что увеличение уровня сигнала может быть вызвано действием других передатчиков в режиме передачи, в том числе и третьих лиц. Для навязывания приемнику канала передачи ложного информационного символа третьи лица вынуждены транслировать сигнал со сдвигом фазы, обеспечивающий при сложении с полезным сигналом принятие ложного символа. Это, в свою очередь, вызывает биение амплитуды принятого сигнала, о чем свидетельствует и большее отклонение фазы от номинальных значений.
О действии помех свидетельствует и наличие сигналов на субчастотах, что так же вызывает биение амплитуды принимаемого сигнала и больший по сравнению с нормальным режимом функционирования коэффициент битовых ошибок (Bit Error Ratio, BER). Под BER следует понимать отношение количества ошибочных битов к их общему переданному числу.
Обычно, постановка имитопомех сопровождается шумовыми помехами, что дает превосходство более мощным сигналам третьих лиц.
Информационно-измерительная и управляющая система ЦРРС
Эффективное решение задач управления в информационных системах в настоящее время нереализуемо без привлечения средств вычислительной техники и автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем, так как требования по быстродействию обработки информации и достоверности получаемой информации постоянно ужесточаются.
Особенно высокие требования (см. п.1.4, п.1.5) предъявляются к информационно-измерительным и управляющим системам каналами передачи данных цифровых радиорелейных станций, задача которых состоит в своевременном распознавании изменения ситуации СПО, обусловленного действием имитационных помех в соответствующем канале передачи.
Предлагаемая информационно-измерительная и управляющая система каналами передачи данных включает в свой состав две подсистемы: измерительную (ИП) и управляющую (УП). Структурная схема информационно-измерительной и управляющей системы представлена на рисунке 2.12.
Ядром этих подсистем являются базы знаний и базы данных. Базы знаний содержат необходимый объем априорной и апостериорной информации для распознавания действующей ситуации сигнально-помеховой обстановки и управления каналами передачи. Базы данных хранят в себе показания измерителей, индикаторов, состояния каналов передачи данных, управляющие воздействия на предыдущих шагах счета.
Измерительная подсистема состоит из первичных измерителей параметров сигнала, индикаторов сопутствующих признаков, базы знаний, базы данных и модуля расчета ситуаций сигнально-помеховой обстановки (СПО).
Управляющая подсистема включает в свой состав модуль оценивания ситуаций сигнально-помеховой обстановки и идентификации структуры канала передачи данных, базу знаний, базу данных, модуль управления каналами передачи данных цифровой радиорелейной станции.
Для взаимодействия с пользователями ИИУС имеет соответствующий интерфейс.
На вход измерительной подсистемы поступает сигнальная совокупность канала передачи данных и обработанный низкочастотный (НЧ) сигнал принятый цифровой радиорелейной станцией.
Первичными измерителями осуществляется измерение информационных и неинформационных параметров, принимаемой сигнальной совокупности и НЧ-сигнала ЦРРС (см. п.2.5.2, п.3.2). Информация измерителей и индикаторов индицируется на предмет наличия сопутствующих признаков, после чего она заносится в базу данных ИП для формирования априорных сведений на последующих шагах счета и одновременно поступает на модуль расчета вероятностей ситуаций сигнально-помеховой обстановки. База знаний ИП хранит в себе сведения о математическом ожидании, среднеквадратическом отклонении наблюдаемых параметров, весовых значениях индикаторов сопутствующих признаков для всех сигнально-помеховых ситуаций.
Рассчитанные значения вероятностей ситуаций СПО передается в управляющую подсистему, где в модуле оценивания ситуаций СПО и идентификации структуры канала передачи данных производится оценивание вероятностей. В качестве действующей принимается ситуация СПО, имеющая максимальную вероятность. В зависимости от принадлежности этой ситуации к помеховым или беспомеховой ситуациям, идентифицируется действующая структура канала передачи данных. Информация о действующих ситуациях СПО помещается в базу данных УП. База знаний УП хранит в себе информацию о сигнально-помеховых ситуациях и идентифицируемых структурах, априорные и апостериорные сведения о ситуациях СПО, текущей структуре канала передачи данных.
Информация о текущей структуре канала передачи данных поступает на модуль управления каналами передачи данных, по сигналам которого осуществляется прекращение работы соответствующего канала и переключение на резервный канал передачи данных ЦРРС.
Для пользования ИИУС, формирования баз знаний, коррекции работы, изменения структуры в ИИУС предусмотрен интерфейс пользователя. В качестве пользователя могут выступать как разработчики и эксперты, так и операторы ИИУС.
1. Исходными данными для обработки в приемнике радиоканала передачи данных являются статистические характеристики радиочастотного сигнала и помех.
2. Имитационная помеха представляет собой ложное подобие полезного сигнала канала передачи данных и математически описывается как полезный истинный сигнал. 3. Наблюдаемыми в дискретные моменты времени являются параметры выходных сигналов первичных измерителей приемника канала передачи данных.
4. Под структурой канала передачи данных понимается состояние, определяемое действующей ситуацией сигнально-помеховой обстановки.
5. Структурам канала передачи данных, в зависимости от вида действующих помех, может соответствовать ряд ситуаций сигнально-помеховой обстановки.
6. Помехи представляют собой составляющие наблюдаемого процесса, которые в результате взаимодействии с сигналом препятствуют достоверному восприятию последнего.
7. Распознавание и прогнозирование ситуаций сигнально-помеховой обстановки производится с использованием имеющейся априорной информации.
8. Существующий научно-методический аппарат, используемый для распознавания ситуаций СПО не способен в полной мере обеспечить требуемую устойчивость к действию имитационных помех, следствием чего являются большие задержки в обнаружении действия помех и прием ложных данных.
9. Для сокращения времени, затрачиваемого на распознавание ситуации СПО целесообразно использование информации индикаторов сопутствующих признаков.
10. При воздействии имитационных помех в канале возникают динамические изменения угловых и амплитудных параметров сигнала.
11. Наиболее информативным при решении задачи распознавания ситуации СПО, учитывающим измерительную, индикаторную и априорную информации, является байесовский подход.
12. Весовые коэффициенты индикаторов сопутствующих признаков учитываются при расчете вероятностей только в случае «срабатывания» соответствующего индикатора, увеличивая «вес» в пользу той или иной ситуации СПО.
Исследование вероятности правильного принятия решения о ситуации сигнально-помеховой обстановки
Правильное принятие решения о ситуации сигнально-помеховой обстановки будет определяться уровнем вероятности ситуации сигнально-помеховой обстановки. На рисунках 3.3-3.9 представлены графики вероятностей при изменении ситуации сигнально-помеховой обстановки полученные с использованием разработанного (сплошная линия) и базового (пунктирная линия) алгоритмов по ситуациям. График смены ситуаций СПО представлен на рисунке 3.2.В целом, по результатам исследования уровней вероятностей правильного принятия решения алгоритмами распознавания можно сделать вывод о превосходстве уровней вероятностей, полученных с помощью модернизированного алгоритма на 4,9-28,7%, а в среднем на 12,5%, что и подтверждается графиками.Исследование влияния априорных данных на быстродействие и вероятность правильного принятия решения о ситуации сигнально-помеховой обстановки
Алгоритмическое обеспечение ИИУС каналами передачи данных, согласно формуле (3.1), позволяет производить прогноз о ситуации сигнально-помеховой обстановки на k+1 шаге по информации на k-м шаге счета и априорным данным. Априорными данными, позволяющими делать прогноз, являются априорные вероятности ситуаций сигнально-помеховой обстановки p0 (i) и интенсивности переходов ситуаций qi . Эффективность алгоритмического обеспечения во многом будет определяться и соответствием априорных данных ситуациям сигнально-помеховой обстановки.
Априорные данные при распознавании ситуаций сигнально-помеховой обстановки следует формировать по выборкам наиболее опасных и вероятных помеховых ситуаций, с целью повышения эффективности алгоритмического обеспечения ИИУС каналами передачи данных при их действии (см. п.2.3). Обратной стороной такого варианта формирования априорных данных будет ухудшение показателей эффективности при изменении ситуации сигнально-помеховой обстановки с помеховой на беспомеховую, что имеет меньший приоритет и вполне оправдано.
Наиболее опасной и вероятной следует считать пятую ситуацию сигнально-помеховой обстановки (см. п.2.3), при которой действует имитационная помеха, превосходящая по уровню полезный сигнал с шумом высокой интенсивности.
Для оценки влияния несоответствия априорной вероятности ситуации сигнально-помеховой обстановки p0 (i) и интенсивности перехода ситуации проведено исследование. Показана зависимость уровня вероятности и быстродействия изменения вероятности при смене ситуаций с первой (беспомеховой) на пятую (помеховую) и с пятой на первую от изменения значения априорной вероятности ситуации (см. таблицу 3.2).
На следующем этапе, изменяя значение интенсивности перехода ситуации, проанализировано изменение уровня вероятности и скорость изменения вероятности при смене ситуаций с первой (беспомеховой) на пятую (помеховую) и с пятой на первую (см. таблицу 3.3).
Таким образом, при формировании априорных данных следует стремиться к достижению баланса, обеспечивающего приемлемые показатели критериев эффективности при изменении ситуаций сигнально-помеховой обстановки с беспомеховой на помеховую и обратно.
Так как, априорные вероятности и интенсивности переходов присутствуют в формуле постоянно, то при малых отклонениях значений наблюдаемых параметров относительно математического ожидания в формулах (3.1), (3.2) и малых номиналах априорных данных будет происходить уменьшение уровня вероятности, даже в том случае, когда вероятность ситуации максимальна из рассматриваемой группы несовместных событий. При больших отклонениях значений наблюдаемых параметров относительно математического ожидания и больших номиналах априорных данных будет происходить увеличение уровня вероятности, даже в случае если вероятность ситуации минимальна из рассматриваемой группы несовместных событий. Аналогично априорные данные влияют и на быстродействие изменения вероятности ситуации при изменении помеховой обстановки.
