Теоретические исследования, разработка и внедрение семейства радиосистем автоматизированного радиомониторинга, пеленгования и идентификации источников электромагнитного излучения Рембовский Анатолий Маркович

Содержание к диссертации

Введение

1. Современное состояние и перспективные направления развития радиотехнических систем защиты особо важных объектов 29

1.1. Задачи радиомониторинга в интересах обеспечения безопасности особо важных объектов 29

1.2. Современные особенности эфирной и внутриобъектовой радиообстановки 32

1.3. Анализ факторов, определяющих эффективность и принципы построения современных средств АРМ 38

1.3.1 Повышение быстродействия средств АРМ при вскрытии и выявлении изменений радиоэлектронной обстановке 39

1.3.2 Расширение зоны электромегнитной доступности средств АРМ 40

1.3.3 Обнаружение излучений с динамической частотно-временной структурой 41

1.3.4 Оценка быстродействия процессов первичной обработки 41

1.3.5 Идентификация ИРИ на основе их пространственной селекции 42

1.3.6 Выявление, идентификация и локализация ИРИ в условиях сложной внутриобъектовой радиоэлектронной обстановки... 46

1.4. Постановка задач исследований 47

1.4.1 Особенности осуществления задач АРМ в изменившихся условиях 47

1.4.2 Формулировка задач настоящих исследований 49

1.5. Выводы 54

2. Системная иерархия средств автоматизированного радиомониторинга и обеспечение безопасности особо важныхобъектов 56

2.1 Классификация аппаратуры автоматизированного радиомониторинга 56

2.2 Основы и принципы построения аппаратуры автоматизированного радиомониторинга 63

2.3 Структура семейств стационарных и мобильных средств автоматизированного радиомониторинга 67

2.3.1 Системы АРМ и определения местоположения 67

2.3.2 Системы дистанционного радиомониторинга 68

2.3.3 Стационарные и мобильные станции АРМ 69

2.4 Структура семейства портативных средств АРМ 70

2.4.1 Функции и состав портативных средств радиомониторинга 71

2.4.2 Функции и состав ручных пеленгаторов 72

2.5 Носимые средства автоматизированного радиомониторинга 73

2.6 Иерархическая структура системы технических средств автоматизированного радиомониторинга 76

2.7 Обобщенные требования к тактико-техническим характеристикам средств автоматизированного радиомониторинга 78

2.7.1 Выбор обобщенного критерия качества 78

2.7.2 Основные технические характеристики стационарных, мобильных и портативных средств автоматизированного радиомониторинга 79

2.7.3 Основные технические характеристики ручных пеленгаторов.. 87

2.7.4 Основные технические характеристики носимых средств 88

2.8 Выводы 89

3. Исследование путей повышения быстродействия обнаружения сигналов при автоматизированном радиомониторинге 92

3.1. Обнаружение радиосигналов на основе одноканальной и двухканальной обработки данных 94

3.1.1 Общая характеристика задачи обнаружения сигналов 95

3.1.2 Методы обнаружения и оценки узкополосных радиосигналов на основе одноканальной обработки 98

3.1.3 Обнаружение радиосигналов на основе двухканальной обработки данных 110

3.1..4 Сравнение одноканальной и двухканальной процедур обработки 114

3.2. Исследование многоканальных обнаружителей сигнала с последовательной процедурой принятия решения на фоне шума известной интенсивности 115

3.3. Исследование многоканальных обнаружителей с последовательной процедурой принятия решения на фоне шума неизвестной интенсивности 126

3.3.1. Функция распределения длительности процедуры последовательного многоканального обнаружения сигнала на фоне шумов 126

3.3.2. Процедура последовательного многоканального обнаружения сигнала 131

3.4. Выводы 137

4. Автоматизация процессов автонастройки на радиосигналы и распознавания при радиомониторинге 139

4Л. Развитие математического аппарата теории выбросов 140

4.1.1. Распределение числа пересечений порога случайным процессом 140

4.1.2. Распределение соотношения чисел максимумов пересечений порога в последовательности коррелированных отсчетов 145

4.1.3. Распределение максимумов в последовательности коррелированных отсчетов 149

4.2. Распределение длительности последовательной процедуры при обнаружении сигналов на выходе частотного дискриминатора 153

4.3. Функция распределения длительности автоматической дискретной настройки на радиосигнал 157

4.4. Об одной процедуре дискретной автонастройки на частотно-модулированный сигнал 163

4.5. Выводы 168

5. Совершенствование методов измерения направления прихода и напряженности электромагнитного поля и их реализация в средствах автоматизированного радиомониторинга 169

5.1. Выбор метода пеленгования для многофункциональной системы радиомониторинга 169

5.2. Особенности построения корреляционно-интерферометрического измерителя 179

5.3. Разработка корреляционно-интерферометрического метода измерения направления прихода и напряженности электромагнитного поля 182

5.4. Синтез пеленгатора с одним радиоприемным трактом 198

5.5. Выводы . 203

6. Основы создания и внедрения аппаратно-программных средствпоиска и выявления технических каналов утечки информации в автоматизированных средствах радиомониторинга 205

6.1. Каналы утечки информации 206

6.1.1. Средства съема информации 206

6.1.2. Технические каналы утечки информации 208

6.2. Этапы процесса выявления технических каналов утечки информации 211

6.3. Поиск и выявление технических каналов утечки информации на основе одноканальных аппаратно-программных средств обработки данных 216

6.3.1. Обнаружение радиосигналов в контролируемой зоне 216

6.3.2. Идентификация и локализация местоположения радиомикрофона 223

6.4. Поиск и выявление технических каналов утечки информации на

основе двухканальных аппаратно-программных средств

обработки данных 225

6.5. Выводы 233

7. Системотехнические решения систем автоматизированного радиомониторинга, пеленгования и идентификации источников электромагнитного излучения 235

7.1. Этапы развития средств автоматизированного радиомониторинга. 235

7.2. Стационарные и мобильные средства автоматизированного радиомониторинга 238

7.2.1 Технические решения корреляционных интерферометров 238

7.2.2 Стационарные и мобильные станции и комплексы автоматизированного радиомониторинга 243

7.2.3 Системы дистанционного радиомониторинга и выявления технических каналов утечки информации 252

7.2.4 Двухканальный комплекс радиомониторинга и выявления технических каналов утечки информации 258

7.3. Портативные многофункциональные средства радиомониторинга - пути построения и технические решения 260

7.3.1. Одноканальний многофункциональный комплекс радиомониторинга выявления технических каналов утечки информации 260

7.3.2. Состав и функции портативного автоматического пеленгатора 264

7.3.3. Реализация портативных ручных пеленгаторов 267

7.4. Выводы 273

Заключение 277

Литература

• Анализ факторов, определяющих эффективность и принципы построения современных средств АРМ
• Структура семейств стационарных и мобильных средств автоматизированного радиомониторинга
• Методы обнаружения и оценки узкополосных радиосигналов на основе одноканальной обработки
• Распределение максимумов в последовательности коррелированных отсчетов

Введение к работе

Задача защиты особо важных объектов (ОВО) от проникновения нарушителей или от их технических средств всегда находилась в центре внимания Правительства страны, ее научно-конструкторских отраслей и предприятий промышленности. Острейшую значимость приобрела эта задача в последнее десятилетие прошлого века, когда политика перестройки и открытости в СССР (а потом и в России) привлекала особое внимание зарубежных спецслужб, заинтересованных в раскрытии отечественных промышленных и технологических секретов [155-157, 175]. Особую важность в связи с этим начали играть технические средства, в частности — радиоэлектронные, применение которых для тайной передачи информации не составляет особого труда. Подобная техника тайного хищения информации ориентирована на получение и передачу по радиоканалу весьма разных сообщений: от акустических сигналов и речи, телефонных и телефаксных сигналов, излучений от компьютеров и мониторов и до самых необычных информационных сигналов, модулирующих радиоволну самыми разнообразными, порой исключительно скрытными и разнообразными способами. Совершенно естественно, что службы информационной безопасности частных и государственных компания и государства в целом не могут пройти мимо проблемы хищения информации и разработки ответных мер и радиосистем эффективного противодействия.

Круг задач, решаемых в настоящей диссертационной работе, относится к разработке, анализу и организации промышленного выпуска отечественных средств автоматизированного радиомониторинга и не затрагивает других вопросов мониторинга: исследование не радиотехнических полей, контроль входных и выходных проводных коммуникаций, контроль стен и перекрытий и т.д. Аппаратура автоматизированного радиомониторинга (АРМ) получила широкое применение для защиты особо важных объектов (ОВО) в самых различных областях и условиях применения [64]. Под защитой объекта здесь понимается целый комплекс мер, технических устройств и организационных мероприятий, включающий обнаружение объектов излучения в радиодиапазоне, классификацию этих объектов, выработку технических мер противодействия и рекомендаций по соответствующим действиям организационного персонала.

К задачам, решаемым с помощью автоматизированных систем радиомониторинга, следует, прежде всего, отнести [138, 142]: радио мониторинг на местности, в том числе:

? контроль параметров излучений зарегистрированных государственными органами радиопередатчиков и средств связи в системах обмена информацией;

? оперативное обнаружение факта и оценка параметров излучений нели-цензированных радиопередатчиков (в том числе, высокоскоростных), а также определение их местоположения;

? радиоразведка и радионаблюдение за радиотехнической обстановкой при проведении антитеррористических мероприятий и при радиоэлектронном противодействии [85];

выявление специально организованных и технически всегда существующих (далее - технических) каналов утечки информации в контролируемых помещениях (зонах) ОВО,

контроль эффективности мер по предотвращению утечки информации на

границах контролируемой зоны ОВО.

До 1992 года загрузка диапазона радиочастот, выделение новых частот, регламент их использования достаточно эффективно и жестко контролировались соответствующими государственными службами, в том числе — службами безопасности разного уровня, причем одновременно действовали жесткие ограничения на ввоз и использование в стране новых средств радиосвязи. В этих условиях задачи АРМ достаточно эффективно решались существующими и вновь разрабатываемыми отечественными средствами, а смена оборудования и стандартов охраны осуществлялась в плановом порядке. Явное и очень резкое усложнение проблем АРМ при защите особо важных объектов начало проявляться в связи с произошедшими политическими и экономическими изменениями в России [73, 141].

Начиная с 1992 года, ситуация за короткое время резко и чрезвычайно сильно обострилась. Последнее десятилетие сектор рынка, связанный с поставкой средств АРМ, начал ощущать существенные изменения структуры научно-производственной сферы разработки и производства. Сильное сокращение портфеля заказов крупных российских компаний, занимавших ранее лидирующие позиции в разработке и производстве средств АРМ, вызвало фактический отток ведущих специалистов и, как следствие, резкое уменьшение вклада этих компаний в поставку современного оборудования АРМ. Данное обстоятельство обусловило стопорение выпуска качественного отечественного оборудования АРМ, отставание в номенклатуре продукции, тактико-технических характеристиках (ТТХ) и функциональных возможностях аппаратуры. В то же время в развитых странах Запада, наоборот, развитие средств радиомониторинга идет, как и прежде, нарастающими темпами.

Основными особенностями современного этапа выполнения задач защиты особо важных объектов являются следующие: усложнение радиообстановки, проявляющееся в:

? смещении верхней границы диапазона реально используемых частот источников радиоизлучений (ИРИ) в СВЧ область [170];

? возросшей загрузке частотного диапазона из-за возрастания промышленных помех, а также помех от нелицензированных и не соответствующих нормам штатных радиосредств;

? появлении новых систем связи и источников радиоизлучений, в том числе, широкополосных с кодовым разделением абонентов, с динамическим частотно-временным распределением и т.д.;

? появлении устройств несанкционированного съема и передачи информации по радиоканалам [171]; увеличении числа новых технических каналов утечки, обусловленных возрастанием объема средств оргтехники и бытовой радиоэлектронной аппаратуры;

возрастание числа государственных ведомств, для которых выполнение задач АРМ при защите особо важных объектов стало необходимостью; появление частных компаний и банков, имеющих явную заинтересованность в защите той или иной коммерческой информации и проявляющих настоятельную потребность в налаживании своих служб информационной безопасности;

фактическое отсутствие современного отечественного оборудования, способного адекватно противостоять угрозам безопасности ОБО при проведении контроля радиообстановки, выявлении и локализации потенциально опасных ИРИ.

Данные особенности привели к необходимости постановки и рассмотрения проблемы повышения эффективности АРМ при защите ОВО, которая усугубляется тем, что в связи с резким увеличением числа международных контактов и либерализацией рынка радиосредств, резко возросли угрозы со стороны развитых стран, которые постоянно осуществляют сбор промышленных и экономических секретов российских ОВО и ведут тотальный контроль за научными и техническими разработками в области перспективных технологий. По сути, современная аппаратура АРМ должна, конечно, развиваться существенно быстрее новых систем передачи информации, иначе страна может проиграть информационную борьбу.

Появление на новом уровне проблемы защиты ОВО наглядно продемонстрировало в России определенное научное и особенное техническое отставание в развитии техники АРМ, способной адекватно противостоять данным угрозам при проведении контроля радиообстановки, выявлении и локализации потенциально опасных ИРИ, обнаружении электромагнитных излучений и наводок, способных нести важную информацию в контролируемой зоне и на границах ОВО. Стало очевидным, что возникшая диспропорция между передовой технологией создания источников угроз безопасности и отсталой технологией создания техники АРМ должна быть ликвидирована в кратчайшие сроки на основе широких научных и системных исследований.

Актуальность исследований по проблеме защиты ОВО заключается в том, что для ликвидации возникшей диспропорции и повышения эффективности АРМ в службах безопасности ОВО необходимо разработать адекватные научно-обоснованные подходы к анализу и построению конкретных АРМ разного назначения, предложить способы и приемы развития системно-технических методов поиска технологических решений АРМ, решить проблему комплексной разработки и организации производства современных средств АРМ для их использования в службах безопасности ОВО регионов страны с целью полностью исключить или, в крайнем случае, свести к минимуму возможный ущерб.

Основным назначением средств АРМ является постоянный или периодический контроль загрузки рабочего диапазона частот, выявление и анализ новых излучений, оценка их опасности или ценности для пользователя, определение местоположения их источников, поиск потенциальных или специально организованных радиоканалов утечки информации, как на местности, так и в контролируемых зонах, помещениях и на их границах. Каждая из этих задач - многогранная, решается в условиях сложной электромагнитной обстановки, как в стационарных условиях, так и на выезде и требует для своего решения использования широкой номенклатуры средств.

Обобщение результатов развития теории и техники автоматизированного радиомониторинга на современном этапе позволяет выделить следующие их особенности.

Функционирование средств АРМ осуществляется, как правило в городах и крупных промышленных центрах с застройкой, сильно влияющей на условия распространения радиоволн. Учет влияния многолучевости распространения весьма актуален для обоснования ТТХ средств АРМ. Анализ потерь от многолучевости проведен, в частности, в работах У.К. Джейкса, Удалова Н.Н. [47, 163], Особенности мобильной радиосвязи изложены в работах ряда отечественных и зарубежных авторов [94, 83 72] Во всех процессах АРМ современных средств широко используется цифровая обработка радиосигналов в спектральной области на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ). Обоснование использования цифровых методов спектрального анализа для панорамного анализа и других задач АРМ проведено, например, в работах С.Л. Марпла (мл) и ряда отечественных авторов [22, 26, 45, 77, 95, 129]. . Работы по созданию цифровых радиоприемных устройств проводятся в ряде организаций России, в том числе коллективом кафедры РПУ МЭИ. Панорамный анализ на основе БПФ схемотехнически эквивалентен использованию гребенки примыкающих друг к другу по частоте фильтров частотной селекции (парциальных частотных каналов - ПЧК). Ряд задач радиомониторинга успешно решается на основе цифрового спектр-анализатора с одним трактом приема и обработки, но подобная система радиомониторинга будет обладать ограниченными возможностями. Для расширения круга решаемых задач (например, для оценки местоположения источников радиоизлучений, различения источников сигналов внутри и вне контролируемой зоны) современные системы радиомониторинга активно используют несколько синхронно перестраиваемых приемных трактов с процессорами БПФ в каждом. 

Одной из существенных особенностей спектр-анализаторов на основе процессоров БПФ при соответствующем их построении является возможность реализации многоканального накопления с усреднением по нескольким реализациям в каждом ПЧК, число реализаций при этом заранее фиксируется. Это позволяет увеличить реальную чувствительность обнаружения и, соответственно, расширить зону электромагнитной доступности постов АРМ, как по обнаружению радиосигналов, так и при реализации других функций АРМ. При этом, естественно, снижается быстродействие соответствующих процессов радиоконтроля.

Для сокращения временных затрат при обнаружении радиосигналов с малым уровнем представляется целесообразным использование алгоритмов многоканального обнаружения с двумя порогами на основе последовательного правила принятия решения, являющихся развитием работ А.Вальда, А.Е. Башари-нова [19, 29]. Их преимуществом является существенное сокращение длитель 13 ности при неравенстве требований к вероятностям ложной тревоги и пропуска сигнала, а также, соответственно, при разных априорных вероятностях наличия и отсутствия сигнала, что и послужило стимулом к их исследованию, нахождению соотношений для распределения длительностей процедур, поиску путей и технических решений последовательных многоканальных обнаружителей.

На начальном этапе развития техники радиопеленгования были разработаны методы, принципы и способы одноканального пеленгования ИРИ, широко использующиеся до настоящего времени (Д.Р. Роде, П.А. Бакулев, Л.С. Гуткин, И.С. Кукес, В.К. Мезин, СЕ. Фалькович и другие отечественные и зарубежные ученые) [16, 44, 67, 79, 152, 164]. Дальнейшее развитие пеленгационной техники было направлено на повышение уровня автоматизации и улучшение параметров входящих в состав пеленгаторов приемных устройств, сокращения габаритов антенных систем на основе малобазовых антенных решеток, повышение идентичности приемных трактов, надежности и др. Показана правомерность использования цифровой спектральной обработки для задач определения направления на источники радиоизлучения (ИРИ), а принципы построения одноканальных систем оценивания угловых координат ИРИ распространены на многоканальные варианты. Вместе с тем, к началу работ по повышению эффективности средств АРМ оставался ряд серьезных нерешенных проблем, рассмотрение которых проводится в данной работе.

Цифровая обработка радиосигналов во временной области, широко используемая при построении современных средств АРМ, связана с заменой исследуемого аналогового сигнала последовательностью коррелированных отсчетов. Получение оценок соотношения для распределения максимумов, соотношения чисел максимумов и пересечений порога в последовательности временных отсчетов сигнала основано на методах теории выбросов, изложенных в работах Тихонова В.И. [160].

Одним из широко используемых процессов при АРМ является автонастройка на радиосигнал. Основные соотношения для показателей автонастройки изложены в работах Шахтарина Б.И., Сизых В.В. и ряда других специалистов [154, 173]. Использование систем дискретной автонастройки на сигнал имеет свою специфику, а механизм принятия решения основан на использовании теории статистических гипотез. Ряд вопросов к началу работ по данной теме оставался нерешенным. Существенную роль при проведении АРМ играет распознавание видов модуляции, классификации передач и оценки их параметров. К задачам распознавания по теме диссертации наиболее близок подход, изложенный в работах Д.В. Васильева [32]. Большое место в системе средств АРМ занимают процессы выявления технических каналов утечки информации и специальные исследования на наличие побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) [82, 159, 170, 172]. В западной литературе синонимами термина ПЭМИН служат термины «compromising emanations» и TEMPEST (Transient Electromagnetic Pulse Emanation Standard) [80].

Исходя из вышесказанных соображений, в представленной диссертации в развитие имеющихся результатов поставлена и решена проблема системотехнической разработки научно-методических основ проектирования, анализа, отладки и внедрения в серийное производство семейства отечественных интеллектуальных высокопроизводительных программно-аппаратных радиокомплексов автоматизированного радиомониторинга, пеленгования и идентификации источников электромагнитного поля, которые можно применять в сложной по-меховой обстановке в городах, промышленных центрах и на местности для решения следующих задач: комплексный автоматизированный радиомониторинг, в том числе:

? контроль излучений зарегистрированных государственными органами радиопередатчиков и средств связи в системах обмена информацией;

? оперативное обнаружение излучений нелицензированных радиопередатчиков и определение их местоположения на картографическом фоне;

? радиоразведка и радионаблюдение при проведении антитеррористических мероприятий и при радиоэлектронном противодействии;

высокоэффективное и оперативное выявление специально организованных и

технических каналов утечки информации в контролируемых помещениях

(зонах) особо важных объектов и на их границах; контроль эффективности мер по предотвращению утечки информации на границах контролируемой зоны ОВО. Суть научно-технической проблемы настоящей диссертации - проведение научного анализа комплексных подходов к техническим проблемам автоматизированного радиомониторинга в условиях постоянно усложняющихся систем радиоразведки и противодействия охране, проникновения на российские объекты звуковых, видео, оптико, радиационных, радио и других средств при самых разнообразных принципах кодирования передачи, научного обоснования и организации серийного производства и внедрения в структуры служб обеспечения безопасности регионов страны семейства отечественных высокопроизводительных программно-аппаратных технических средств автоматизированного радиомониторинга, пеленгования, идентификации источников электромагнитного поля и измерительных средств, предназначенных для проведения радиоконтроля на местности, контроля эффективности мер по выявлению электромагнитных излучений и наводок на границах контролируемой зоны и в контролируемых помещениях.

Практическая ценность диссертации, подкрепленная многочисленными актами о внедрении комплексов различными силовыми структурами, публикациями, авторскими свидетельствами и патентами, состоит, по мнению автора, в значительном вкладе в развитие радиотехнических средств безопасности для экономической, военной и информационной безопасности страны.

В соответствии с отмеченными факторами, для решения поставленной проблемы в диссертации решены следующие научно-технические задачи. 1. Системотехническое обоснование иерархического облика средств АРМ, их состава, функций, основных ТТХ для решения задач:

1.1. Автоматизированного радиомониторинга в городах, промышленных центрах и на местности;

1.2. Выявления побочных электромагнитных излучений и наводок в одном и многих контролируемых помещениях на особо важных объектах;

1.3. Контроля эффективности мер по предотвращению утечки информации на ОВО. 2. Теоретическая проработка, в том числе обобщенная математическая форма лизация задач повышения эффективности основных процессов автоматизи рованного радиомониторинга:

2.1. Повышение быстродействия процессов многоканального обнаружения сигналов на фоне шума известной и неизвестной интенсивности;

2.2. Автоматизация процессов автонастройки на сигнал, распознавания радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач при поиске и радиоконтроле на фиксированных частотах;

2.3. Разработка математического аппарата для расчета основных характеристик предлагаемых алгоритмов обработки;

2.4. Улучшение ТТХ пеленгаторов при работе в сверхшироком диапазоне рабочих частот (fi/fH 102), в том числе:

2.4.1. Синтез структуры быстродействующих пеленгаторов, нечувствительных к ширине полосы спектра радиосигналов и видам модуляции;

2.4.2. Повышение точности и чувствительности пеленгования;

2.4.3. Обеспечение измерения напряженности электромагнитного поля кратковременных и импульсных радиосигналов, радиосигналов с расширенным спектром радиочастот, в частности - радиосигналов с динамическим частотно-временным распределением излучения;

2.4.4. Синтез структур автоматических и ручных пеленгаторов для семейства портативных средств.

3. Разработка путей повышения эффективности поисковой аппаратуры для вы явления специально организованных и технических каналов утечки информации и расширение ее функциональных возможностей, в том числе:

3.1. Научное обоснование структуры поисковой аппаратуры;

3.2. Повышение интегральной чувствительности поисковой аппаратуры;

3.3. Синтез структуры поисковых устройств, обеспечивающих идентификацию и локализацию радиомикрофонов в контролируемом помещении;

3.4. Повышение надежности различения «внешних» и «внутренних» излучений, обнаружения излучений с динамической частотно-временной струк 17 турой в условиях сложной помеховой радиообстановки и излучений с низким соотношением сигнал/шум. 4. Изыскание новых технических и технологических решений аппаратно-программной реализации семейств стационарных, мобильных, портативных и носимых многофункциональных средств автоматизированного радиомониторинга, а также средств измерения параметров радиосигналов и специсследований на побочные электромагнитные излучения и наводки с фиксированной аппаратной частью и сменными пакетами специального математического обеспечения. Организация промышленного выпуска отечественных систем автоматизированного мониторинга, удовлетворяющих современным тактико-техническим требованиям и не уступающих по эффективности западным образцам аналогичной аппаратуры.

Методы исследований. В диссертационной работе широко использован теоретико-расчетный анализ и системотехнический синтез структур, связей, показателей назначения, основных тактико-технических характеристик с применением методов общей и линейной алгебры, теории вероятностей и математической статистики, статистической радиотехники, теории случайных процессов, теории цифровой обработки сигналов.

Кроме этого, в процессе исследований широко применялся метод натурно-экспериментальных исследований на действующих реальных макетах и отладочных стендах предприятия. При обработке результатов экспериментов использовались методы математической статистики и теории случайных процессов. 

Совокупность новых научных результатов и положений, выдвигаемых автором на защиту

1. Научно обоснованная иерархическая структура средств АРМ, их состав, функции, основные ТТХ для решения задач:

1.1. Автоматизированного радиомониторинга в городах, промышленных центрах и на местности;

1.2. Выявления электромагнитных излучений и наводок в одной и многих контролируемых зонах на особо важных объектах и на их границах; 1.3. Контроля эффективности мер по предотвращению утечки информации на особо важных объектах.

2. Научные основы создания и математические алгоритмы отечественных про граммно-аппаратных средств автоматизированного радиомониторинга и пеленгования с повышенным быстродействием и точностью:

2.1. Пути повышения быстродействия процессов многоканального обнаружения сигналов на фоне шума известной и неизвестной интенсивности;

2.2. Математический аппарат, позволяющий получить оценки синтезированных алгоритмов, обеспечивающих повышение быстродействия основных процессов радиомониторинга;

2.3. Способы многоканального измерения направления прихода электромагнитных волн, нечувствительные к ширине полосы спектра радиосигналов и видам модуляции, многоканального измерения напряженности электромагнитного поля, основанные на восстановлении амплитудно-фазового распределения поля. Указанные способы защищены патентами РФ.

3. Пути повышения эффективности поисковой аппаратуры для выявления специально организованных и технических каналов утечки информации и расширения ее функциональных возможностей, в том числе:

3.1. Научно обоснованная структура поисковой аппаратуры;

3.2. Пути повышения интегральной чувствительности поисковой аппаратуры в условиях сложной структуры электромагнитного поля и с учетом особенностей источников излучений;

3.3. Способы обнаружения радиомикрофонов с их идентификацией и локализацией в контролируемом помещении;

3.4. Подход к повышению надежности различения «внешних» и «внутренних» излучений, обнаружения кратковременных излучений и излучений с динамической частотно-временной структурой в условиях сложной помеховой радиообстановки при низком соотношении сигнал/шум;

4. Математические алгоритмы, обеспечивающие повышение быстродействия основных процессов автоматизированного радио контроля, в том числе: 4.1. Построения устройств последовательного многоканального обнаружения на фоне шума известной и неизвестной интенсивности при накоплении результатов;

4.2. Выбора экстремальных и средних значений в совокупности из фиксированного числа отсчетов, распознавания радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач, дискретной автонастройки на сигнал;

4.3. Оценки синтезированных алгоритмов, обеспечивающих повышение быстродействия основных процессов радиомониторинга (многоканального обнаружения сигналов, автонастройки на сигнал, распознавания радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач).

5. Новые технические и технологические решения аппаратуры семейств стационарных, мобильных, портативных и носимых многофункциональных средств автоматизированного радиомониторинга, а также средств измерения параметров радиосигналов и исследований на побочные электромагнитные излучения и наводки с фиксированной аппаратной частью и сменными пакетами специального математического обеспечения.

Таким образом, в диссертации, по мнению автора, изложены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности.

Научная новизна полученных результатов

1. Теоретическая значимость результатов состоит в научном обосновании новой технологии защиты особо важных объектов на основе постоянного автоматизированного радиомониторинга на местности, выявления каналов утечки информации в контролируемых помещениях и контроля мер по защите информации на границах контролируемых зон.

2. Предложенный подход к синтезу способов и устройств автоматизированного радиомониторинга и выявления каналов утечки информации позволил сформулировать рациональные технические и технологические условия и предложить решения как по комплексам в целом, так и по их составным частям.

3. Ключевым подходом к построению семейств средств АРМ является требование обеспечения группы определяющих параметров радиомониторинга «в пакете», т.е. максимально возможного быстродействия для всех процессов радиомониторинга в сверхшироком диапазоне рабочих частот при жестких требованиях к разрешающей способности по частоте и динамическому диапазону в широкополосном приемном тракте, гарантирующих высокую эффективность средств АРМ в сложной помеховой обстановке, свойственной городам и промышленным центрам.

4. Полученные решения учитывают многообразие современной обстановки в радиоэфире, особенности специально организованных и технических каналов утечки, изменившиеся условия выполнения задач АРМ, основаны на научно обоснованных алгоритмах цифровой обработки процессов радиомониторинга и позволяют получить математические оценки их показателей.

5. Организация серийного выпуска в России и поставка в рамках правительственного оборонного заказа технических средств АРМ, включающих цифровые радиоприемные устройства, в том числе сертифицированные, с параметрами, не уступающими параметрам зарубежных РПУ подобного класса, также свидетельствует, на взгляд автора, о научной новизне результатов работы и внутреннем единстве научных и практических результатов.

6. Технические решения, реализующие полученные в диссертационной работе научно обоснованные предложения, подтверждены многочисленными актами о внедрении и актами независимой научно-технической экспертизы, внедрены в современные образцы технических средств, отмечены наградами международных Форумов.

Практическая ценность. Представленная реализация аппаратно-программных комплексов, синтезированных на основе предложенных в диссертации и в публикациях автора теоретико-экспериментальных методов, явилась основой оперативной разработки, отладки, испытаний и внедрения в серийное производство, а затем в промышленность и в службы силовых структур, ционарных, мобильных, портативных, носимых технических средств автоматизированного радиомониторинга и средств измерения, что способствовало повышению безопасности тех объектов и регионов, где была установлена данная техника. В этом, прежде всего, заключается практическая ценность результатов исследований.

Апробация результатов. Основные научные и технические результаты и положения, выдвигаемые на защиту, апробировались на:

? международной научно-практической конференции по проблемам информационной безопасности (Таганрог, 2002);

? военно-научной конференции Российской академии ракетных и артиллерийских наук «Аэрокосмические системы и геоинформационные технологии разведки для обеспечения действий войск» (Москва, 2001);

? ежегодных международных выставках «ТЕХНОЛОГИИ БЕЗОПАСНОСТИ» 2001, 2002 и 2003 гг, «ИНТЕРПОЛИТЕХ» 2000, 2001, 2002 гг.

? международной научно-практической конференции «РОССИЯ, XXI век, АНТИТЕРРОР, 9-Ю ноября 2000 года, МОСКВА;

? научно-технических и военно-научных конференциях в/ч 443 88(1971, 1972, 1973,1974 и 1976 годы);

? заседаниях научно-технического совета компании «ИРКОС».

Публикации. Основные научные результаты и положения, выдвигаемые автором на защиту, опубликованы в ведущих научных журналах и изданиях, в том числе, в журналах и изданиях, определяемых Высшей аттестационной комиссией. Научные и практические результаты работы по теме диссертации отражены в 68 научных публикациях (в том числе 37 без соавторов), из которых 6 патентов и 21 авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка научных трудов и приложений. Она подготовлена соискателем на основе научных и опытно-конструкторских работ, объединенных единой темой повышения безопасности особо важных объектов, над которой автор работал около 30-ти лет. Во введения показана актуальность сформулированной и решаемой проблемы, кратко рассмотрено состояние научных и технических исследований в области автоматизированного радиомониторинга, определены основные причины, ухудшающие показатели безопасности на современном этапе, поясняются научно-техническая проблема, цель и задачи проведения исследований по повышению эффективности техники автоматизированного радиомониторинга, перечислены основные научные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния и перспективных направлений развития радиотехнических систем защиты особо важных объектов. Показано, что основным назначением средств АРМ является постоянный или периодический контроль загрузки радиоэфира в широком диапазоне частот, выявление и анализ новых излучений, оценка их опасности или ценности для пользователя, определение местоположения их источников, выявление потенциальных или специально организованных радиоканалов утечки информации.

Установлено, что основными особенностями современного этапа выполнения задач защиты ОВО являются усложнение радиообстановки, возрастание числа ведомств, для которых решение задач защиты ОВО на основе средств АРМ становится крайне важным, фактическое отсутствие отечественного промышленного оборудования, способного адекватно противостоять угрозам безопасности ОВО и неподготовленность оперативного персонала служб безопасности ОВО к изменившимся условиям.

В соответствии с отмеченными факторами, для решения поставленной выше проблемы обоснован перечень исследуемых задач.

В второй главе проанализированы и предложены системотехнические решения по обоснованию структуры, номенклатуры, функций и параметров средств автоматизированного радиомониторинга при обеспечении безопасности ОВО и разработана системная иерархия таких средств.

Показано, что защита ОВО в части АРМ должна обеспечивать ее комплексное решение по всем задачам, включающее: радиомониторинг на местности, в пределах которой размещены ОВО; радиомониторинг в одном или многих контролируемых наиболее ответственных помещениях ОВО; радио мониторинг на границах зоны, в которую входят ОВО. 

Для комплексного подхода к обеспечению безопасности ОВО оборудование АРМ должно выполнять полноту предполагаемых решений:

по пространственному охвату контролируемой территории; по характеру использования средств АРМ;

по выполняемым функциям для каждой из задач;

по производительности оборудования при заданном пакете параметров технических средств.

В результате системных исследований и экспериментального моделирования синтезирована универсальная структура многофункционального средства АРМ для решения указанных задач для каждого из семейств. В основу формирования положен ряд принципов.

Показано, что оценку качества проектируемых средств АРМ целесообразно осуществлять по критерию «эффективность — стоимость» при выполнении ряда дополнительных условий. Проведена численная оценка эффективности по предложенному критерию и показано, что при наличии средств АРМ с заданными показателями эффективности и рациональном распределении задач между различными классами оборудования АРМ (стационарного, портативного и носимого) вероятность успешного решения может быть достаточно высокой.

В результате проведенных широкоплановых исследований определены состав, функции и основные тактико-технические характеристики каждого из семейств необходимых радиосредств.

Третья глава посвящена исследованиям путей повышения быстродействия одного из основных процессов радиомониторинга - многоканального обнаружения сигналов при панорамном анализе. Приведены основные математические соотношения, характерные для использования процессоров БПФ. Исследованы процедуры обнаружения нескольких радиосигналов с частотным разрешением в полосе одновременного обзора на выходе одноканального и двухканального спектр анализаторов, каждый канал которого состоит из приемного тракта и процессора БПФ. Исследованы последовательные процедуры принятия решения о наличии сигнала на фоне шума известной [11] и неизвестной (меняющейся) [12] интенсивности шума .

Проведенными в главе 3 исследованиями показана возможность существенного сокращения длительности вторичных процедур обработки результатов многоканального обнаружения сигнала на фоне шума известной и неизвестной (меняющейся) интенсивности при различии требований к вероятностям ошибочных решений (а«р), соответствующих режиму ожидания сигнала.

В четвертой главе показано, что существенную долю задач средств АРМ в процессе их функционирования занимают процессы автоматизированного поиска занятых радиоканалов, запись демодулированных сигналов и радиосигналов, в том числе цифровых, на жесткий диск ПЭВМ для последующего анализа.

Принимая во внимание особую ценность ряда сообщений при контроле, особую актуальность приобретают вопросы повышения быстродействия основных процессов автоматизированного радиоконтроля, таких, как автонастройка на сигнал при поиске, распознавание радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач для включения соответствующих исполнительных устройств. Низкое быстродействие устройств автонастройки на сигнал влечет за собой потерю большой части сообщения, а принятие неправильного решения при распознавании радиосигналов приводит к полной потере ценной информации.

В результате исследований определены пути повышения быстродействия основных процессов радиомониторинга, в том числе, автонастройки на сигнал при выявлении новых сигналов, распознавания радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач при сканировании по фиксированным частотам.

Цифровая обработка сигнала, широко используемая при построении современной аппаратуры, связана с использованием коррелированных отсчетов и их экстремальных характеристик. Для получения оценок длительности процедур обработки проведены исследования и получены соотношения для распре 25 деления максимумов, соотношения чисел максимумов и пересечений порога в последовательности коррелированных отсчетов, на основе которых получены соотношения для оценки длительности исследуемых процедур радиомониторинга.

Исследованы процедуры автонастройки на сигнал дискретно перестраиваемой системой частотной селекции. Для математического описания дискретной последовательности напряжений с выхода системы частотной селекции использована односвязная цепь Маркова с дискретным временем и Q состояниями.

Полученные выражения дают возможность провести расчет вероятностных показателей качества исследуемой процедуры дискретной настройки.

В результате проведенных исследований получены соотношения для распределения максимумов, соотношения числа максимумов и пересечений порога в последовательности коррелированных отсчетов. В качестве математической модели исходной совокупности зависимых отсчетов используется дискретная v-связная цепь Маркова с двумя состояниями. Результаты данного исследования могут быть использованы для оценки качества цифровых процедур обработки, основанных на использовании экстремальных характеристиках обрабатываемых процессов и числа пересечений порога, в частности, устройств обнаружения и распознавания узкополосных радиосигналов с модуляцией речью или цифровыми видами передач. Результаты расчетов подтверждены данными статистического моделирования.

Получены алгоритмы работы устройств для определения максимального числа из ряда чисел, многоканального устройства для выбора минимального значения средней величины, использованные в аппаратуре панорамного спектрального анализа с многоканальным обнаружением при реализации режимов отображения экстремальных и средних значений. Определены пути автоматизации основных процессов радиомониторинга, в том числе, автонастройки на сигнал при поиске новых сигналов, распознавания радиотелефонных сигналов и радиосигналов с цифровыми видами передач при сканировании по фиксиро 26 ванным частотам. Получены оригинальные алгоритмы и технические решения для их реализации.

Пятая глава, посвящена совершенствованию методов измерения направления прихода и напряженности электромагнитного поля и их реализации в многофункциональной аппаратуре радиомониторинга.

Показано, что выбор методов пеленгования и принципов построения радиопеленгаторов, обеспечивающих наилучшее сочетание основных показателей, является сложной проблемой научного и инженерного синтеза. Показано, что для многофункциональных систем радиомониторинга предпочтительно использование корреляционно-интерферометрических методов.

Наибольшее быстродействие пеленгования обеспечивают современные способы пеленгования с обработкой сигналов в спектральной области на основе быстрого преобразования Фурье. Использование данного построения пеленгатора принято для всех последующих исследований.

Определен рациональный способ синтеза диаграмм направленности в рамках принятого корреляционно-интерферометрического метода пеленгования. Обоснованы пути построения корреляционно-интерферометрического измерителя, в основу которого положено использование двухканального радиоприемного устройства (с сигнальным и опорным каналами) и с общим гетеродином, и алгоритм его функционирования, инвариантный к неидентичности комплексного коэффициента передачи сигнального и опорного каналов РПУ.

Проведен синтез метода пеленгования, основанного на восстановлении амплитудно-фазового распределения поля по его амплитудным значениям на основе одноканального приемного тракта, что делает целесообразным его применение в портативной и носимой аппаратуре.

В шестой главе обсуждаются назначение и задачи поисковых систем выявления технических каналов утечки информации, проведен краткий обзор средств съема информации. Обоснованы этапы выявления технических каналов утечки информации, способы выявления излучений в контролируемом помещении Показано, что выявление технических каналов утечки информации -сложный многоэтапный процесс, который в упрощенном виде может быть представлен в виде совокупности ряда этапов.

Проведен синтез способов выявления несанкционированно установленных источников радиоизлучений в пределах контролируемого помещения и определены структуры реализующих их одноканального и двухканального программно-аппаратных средств, использующих, как и все оборудование АРМ, спектральную обработку на основе процессора БПФ.

В главе 7 обоснованы и изложены системотехнические решения средств автоматизированного радиомониторинга, пеленгования ИРИ и выявления технических каналов утечки информации в соответствии с обоснованной в разделе 2 иерархической структурой.

Одной из основных функций стационарных и мобильных средств АРМ является пеленгование. В разделе 7.1. изложены технические решения корреляционных интерферометров. Во всем разработанном оборудовании для автоматического пеленгования используется наиболее современный корреляционно-интерферометрический метод пеленгования, суть которого, как отмечалось выше, заключается в оценке корреляции между N-мерным амплитудно-фазовыми распределением сигнала, принятым антенной решеткой, и базовыми N-мерными распределениями, вычисляемыми аналитически с небольшим угловым шагом для возможных направлений прихода сигнала от нуля до 360 градусов. За значение пеленга сигнала принимается тот азимут, базовое распределением которого имело наибольшую корреляцию с принятым распределением.

Приведены основные результаты исследований по созданию и эксплуатации мобильных наземных станций АРМ для «дослеживания», т.е. поиска выявленных ИРИ на местности и для работы в составе систем АРМ и определения местоположения ИРИ. Во всех процессах радиомониторинга используется получивший наибольшее распространение в современных поисковых системах метод параллельного панорамного анализа на основе БПФ.

Приведены основные характеристики реальных комплексов АРМ с различными антенными системами. Обоснованы пути реализации аппаратно-программных средств АРМ в пределах одного и нескольких помещений. Сформулированы методы и средства дистанционного радиомониторинга нескольких помещений с центрального поста. Дано описание режимов работы и приведены результаты экспериментальной проверки. Показаны пути построения СДРМ и их компонентов вплоть до 6 ГГц в каждом из удаленных контролируемых помещений, основанные на результатах системных и натурных исследований, имеются положительные результаты их многолетнего использования. 

Таким образом, в соответствии с обоснованной иерархической структурой средств АРМ и результатами исследований получены новые научно обоснованные технические и технологические решения аппаратуры семейств стационарных, мобильных, портативных и носимых многофункциональных средств автоматизированного радиомониторинга, а также средств измерения параметров радиосигналов и исследований на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) с фиксированной аппаратной частью и сменными пакетами специального математического обеспечения, 

Анализ факторов, определяющих эффективность и принципы построения современных средств АРМ

Использованием различных типов радиосигналов как узкополосных с фиксированным распределением частот или с динамическим частотно-временным распределением излучений, так и широкополосных с кодовым разделением абонентов [94].

Во-вторых, в городах и промышленных центрах России обвально возросло число нелицензированных ИРИ с различными уровнями мощности и большим (по уровню и спектру) числом паразитных излучений, не соответствующих допустимым нормам и международным стандартам, при практическом отсутствии контроля со стороны соответствующих служб за их количеством, параметрами и территориальным размещением.

В-третьих, одной из характерных особенностей последнего десятилетия в нашей стране стала фактическая либерализация использования радиочастотного спектра, проявившаяся, в частности, в появлении большого числа неконтролируемых устройств негласного съема информации (УНСИ) и нелицензированных средств ее передачи [62, 171]. По прошествии определенного интервала времени были приняты соответствующие законодательные акты, которые, однако, имеют ограниченную эффективность. В результате на настоящем этапе выпускаются не только узаконенные средства съема информации, производство и поставка которых контролируется компетентными органами, но и большое число неконтролируемых УНСИ с самыми экзотическими видами модуляции и управления, которые используются в достаточно больших количествах и представляют серьезную угрозу экономической безопасности России.

В-четвертых, характерной особенностью нынешнего периода является резкое увеличение объема используемой оргтехники и электронной техники бытового и промышленного назначения. Данные устройства могут иметь побочные электромагнитные излучения и технические каналы утечки информации, образуемые, например, за счет микрофонного эффекта содержащихся в них генераторов ВЧ и ОВЧ, гетеродинов радиоприемных устройств, излучений мониторов и компьютеров, другой электронной техники.

Наконец, необходимо отметить ряд факторов, связанных с с усложнением РЭО на особо важных объектах.

Первый из факторов связан с использованием большого числа РЭС, расположенных в ограниченном и часто очень малом пространстве, что приводит к большим сложностям выявления источников радиоизлучения.

Другим фактором является существенное увеличение скорости передачи информации и применение избыточности для реализации требуемых тактико-технических характеристик ряда РЭС, к числу которых относятся, в первую очередь, телевизионные РЭС и устройства, используемые в измерительных и информационных радиосистемах как государственных, так и коммерческих структур. Избыточность, применяемая для улучшения скрытности и помехоустойчивости, приводит к существенному усложнению РЭО и снижению возможностей по ее вскрытию.

Неравномерное по времени использование РЭС приводит к дополнительному усложнению РЭО в моменты наибольшей интенсивности работы радиосистем.

На рис. 1.2. приведены графики зависимости от расстояния г до ИРИ действующего значения напряженности поля Eno ЭМВ ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазонов над средневлажной почвой при размещении антенн ИРИ и АРМ на высоте 12м над поверхностью Земли. Они рассчитаны, во-первых, при малых расстояниях по формуле плоской Земли, а при больших - по дифракционной формуле [165], во-вторых, при использовании в качестве ИРИ типового для данных диапазонов РЭС с выходной мощностью передатчика Р 20 Вт и ненаправленными в горизонтальной плоскости вертикальными вибраторными антеннами с коэффициентом усиления G=7,5. Кроме того, на рис. 1.2 представлены обобщенные ориентировочные максимальные и минимальные значения среднеквад-ратическои удельной напряженности поля помех Ьщ , отнесенных к полосе частот 15кГц [53], позволяющие провести оценку энергодоступности ИРИ. до 2000 МГц при распространении ЭМВ над почвой средней влажности.

Для радиосигналов данного сверхширокого диапазона частот характерны различные условия распространения [3, 46, 48, 90]. Анализ рис. 1.2. показывает, что для эффективного вскрытия РЭО приемные устройства аппаратуры АРМ должны обладать большим динамическим диапазоном в широкополосном тракте, который должен достигать 70...90 дБ относительно удельного уровня шума «мирового фона», и составляющего для сигналов УКВ диапазона (0,3-0,5) мкВ/м. Кроме того, необходимо учесть, что удельный уровень шума для сигналов ВЧ диапазона в промышленных районах города возрастает в среднем на (15-20) дБ.

Весьма важными для обоснования параметров и выбора принципов построения аппаратуры АРМ, предназначенной для функционирования в городских условиях, является учет помеховык составляющих РЭО, связанных с индустриальными помехами. Данные помехи представляют собой непрерывные и импульсные электромагнитные поля, создаваемые промышленными нагревательными установками, высокочастотными индустриальными электрическими печами, системами зажигания двигателей внутреннего сгорания, линиями передач электроэнергии, источниками электропитания и др.

Структура семейств стационарных и мобильных средств автоматизированного радиомониторинга

Методы обнаружения и оценки узкополосных радиосигналов на основе одноканальной обработки

Увеличение числа работающих радиосредств, а также наличие нелицен-зированных ИРИ сопровождается ростом паразитных излучений. Происшедшее в последние годы реальное увеличение загрузки диапазона до 2,5 - 3 ГГц должно сопровождаться адекватными методами радиомониторинга. Поэтому для современной аппаратуры ручного пеленгования следует считать необходимым наличие рабочего диапазона до 6 ГГц с возможностью расширения в область еще более высоких частот (до 18 ГГц).

Другим важным параметром ручных пеленгаторов с учетом необходимости работы в сложной помеховой обстановке является динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го порядка. Значение этого параметра с учетом высокой загрузки диапазона, как и для стационарных средств, должно быть не менее 70 дБ.

Анализ экспертных требований точности измерения к данному классу аппаратуры показывает, что для практической работы с учетом возможностей оператора по уточнению результатов пеленгования ИРИ как для контролирующих органов, так и для использования в контртеррористических операциях достаточно иметь погрешность 10 - 15 [ 30].

Чувствительность аппаратуры является чрезвычайно важной, так как определяет не только размер зоны электромагнитной доступности оператора с аппаратурой радиоконтроля, но и подчас влияет на безопасность проведения операции. С этой же целью следует признать необходимым наличие возможности скрытного использования аппаратуры.

Чувствительность (по полю) современных зарубежных ручных пеленгаторов открытого использования для диапазона 20 - 3000 МГц лежит в районе 20-100 мкВ/м [182]. Данные значения совпадают с мнениями экспертов из силовых ведомств и целесообразно принять в качестве базовых.

Данные по чувствительности пеленгаторов скрытного использования в периодической печати отсутствуют, поэтому формирование данных требований осуществлялось путем натурного эксперимента

В таблице 2.4 представлены ТТХ носимых средств, которые по мнению экспертов должны быть реализованы для успешного выполнения задач. Так как особенности разработки и эксплуатации данного класса средств в доступной печати не освещены, данные носят прогнозируемый характер [144].

1. Обоснована иерархическая структура средств АРМ, включающая: семейство стационарных средств АРМ; семейство мобильных средств АРМ наземного и воздушного (на вертолетах) базирования; семейство портативных средств АРМ, функционирование которых предусмотрено только после их развертывания на постах временного размещения или на местности; семейство носимых средств для скрытного и открытого использования, предназначенных для работы во время движения оператора; измерительные средства для обеспечения контроля эффективности принятых мер по защите от утечки информации; дополнительные устройства, общие для всех семейств.

Для сокращения номенклатуры средств признано целесообразным объединить семейство стационарных и мобильных средств с обеспечением возможности использования мобильных средств на стационарных постах.

2. Обоснованы системотехнические решения по составу стационарных, мобильных, портативных и носимых средств, обеспечивающие решение задач автоматизированного радиомониторинга и пеленгования ИРИ. Структура включает в себя системы, станции, комплексы, средства, отдельные устройства и дополнительное универсальное оборудование, общее для всех семейств.

3. Показано, что в целях сокращения номенклатуры средств при формировании каждого из семейств должны быть реализованы следующие принципы: функционально-блочный принцип построения каждого из средств АРМ с учетом композиции решаемых блоками задач; принцип ограничения рабочего частотного диапазона каждого семейства средств базовым диапазоном. Расширение диапазона осуществлять за счет дополнительных конверторов, общих для всех семейств; принцип многофункциональности, предполагающий сокращение состава средств АРМ на основе использования гибкой структуры цифровой обработки, использования процессора БПФ как основы для проведения большинства процессов обработки при радиомониторинге (обнаружения, пеленгования, распознавания радиосигналов, технического анализа), совмещения функций в отдельно реализуемых аппаратных устройствах, а также рациональное распределение задач между двумя слоями матобеспечения — в аппаратном исполнении и сменных пакетах СМО; внутрисистемная унификация устройств различных семейств, возможность комбинации устройств от разных семейств; внутрисистемная унификация пакетов спецматобеспечения, использование одинаковой структуры и формата данных для достижения возможности использования одного и того же пакета (с различными драйверами) в рамках каждого семейства; комплексное решение задач электромагнитной совместимости с учетом электрооборудования носителя

4. Для обеспечения многофункциональности средств признано целесообразным для каждого из семейств иметь стандартный набор устройств в соответствующем конструктивном исполнении, включающий: одноканальный или двухканальный (с когерентно связанными гетеродинами) тюнер; одно- или двухканальный блок аналого-цифровой обработки; аппаратуру записи радиосигналов на носитель с сохранением их тонкой структуры аппаратуру технического анализа сигналов в реальном масштабе времени и в режиме отложенной обработки блок демодуляторов аппаратуру записи демодулированных сигналов одновременно со служебными сигналами (абсолютное время на момент записи, несущая частота, и т.д.),

Распределение максимумов в последовательности коррелированных отсчетов

Сложность решения задач радиомониторинга применительно к сигналам различных типов может существенно отличаться. Так, например, в отсутствие априорной информации обнаружение широкополосных сигналов представляет существенную проблему. Обработка же узкополосных сигналов, характеризуемых, как правило, значительным отношением сигнал/шум, может успешно осуществляться на основе сравнительно простой модели наблюдаемых процессов, требующей минимум априорных сведений. В данном разделе рассматриваются основы цифровой обработки совокупности узкополосных радиосигналов, наблюдаемых совместно на фоне широкополосного аддитивного шума. В подразделе 3.1.1 формулируется задача обнаружения с разрешением и оцениванием совместно наблюдаемых сигналов, в подразделе 3.1.2 рассматриваются процедуры разрешения-оценивания, ориентированные на одноканальную обработку данных, а в подразделе 3.1.3 предлагается процедура цифровой обработки для двухканальной системы. Наконец, в подразделе 3.1.4. производится сравнение одноканальных и двухканальных процедур.

Для широкодиапазонного радиомониторинга на основе процессоров БПФ характерна ситуация, когда в полосе частот одновременного анализа наблюдается несколько узкополосных радиосигналов, длительность каждого из которых относительно невелика. В подобном случае априорная информация о количестве и параметрах наблюдаемых сигналов и шума довольно быстро устаревает и ее использование не приводит к улучшению качественных показателей обработки. Например, при увеличении или уменьшении числа сигналов в анализируемой полосе частот, изменяется мощность принимаемого случайного процесса. Компенсируя данное изменение, система АРУ может существенно варьировать коэффициент усиления приемника. В результате, использовать априорные сведения об интенсивности наблюдаемых сигналов и шума оказывается проблематично; удобнее полагать эти параметры неизвестными. В то же время, в пределах одного сеанса связи вид модуляции сигнала и среднее значение его ширины спектра, как правило, остается неизменным. Вместе с тем, полагаться на подобные сведения при приеме сигналов на смежных частотах вряд ли возможно, поэтому использование подобных априорных данных часто усложняет алгоритм обработки, без существенного повышения его качества.

Таким образом, исследование радиообстановки приходится проводить в следующих условиях: анализируемый случайный процесс содержит неизвестное число узкополосных составляющих, порождаемых ИРИ, известно лишь, что загрузка диапазона не превышает некоторую величину, например, 30%; априорные сведения о несущей частоте, способе и параметрах модуляции наблюдаемых сигналов отсутствуют. Известно лишь, что ширина спектра сигнала не превышает некоторого заранее установленного предела; сведения об интенсивности шума отсутствуют, однако в пределах одновременно обрабатываемой полосы частот и при переходе от полосы к соседней полосе мощность шума практически не меняется. Далее в рамках данного подраздела под формулировкой «обнаружение» будем предполагать, что одновременно в ходе обнаружения осуществляется разрешение и оценивание наблюдаемых совместно узкополосных сигналов, т.е. определение их количества и основных параметров. Сформулируем эту задачу следующим образом: В одновременно обрабатываемой полосе частот шириной AF на фоне нормального аддитивного белого шума (т) неизвестной интенсивности а\ действует совокупность М узкополосных радиосигналов um(t) м uBK(t) = S(t)+um(t,im,dfmSSm). (3.1) где fm - центральная частота, dfm- ширина спектра, Sm— амплитуда. Радиосигналы um(t) обладают неизвестным по форме спектром, занимающим полосу частот шириной dfm с центральной частотой fm. Сигналы не перекрываются по спектру и располагаются равновероятно в любой части анализируемого диапазона; ширина их спектра dfra ограничена и не может быть больше некоторой заданной величины dfpK - частотной ширины радиоканала, а общее количество М сигналов, присутствующих в случайном процессе uBX(t) неизвестно (см., например, рис. 3.1)