Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка требований к датчикам апериодических псевдослучайных последовательностей, используемых в системах связи для защиты от радиоэлектронного подавления 16
1.1. Основные требования, предъявляемые к датчикам псевдослучайных последовательностей 16
1.1.1. Анализ состояния современной радиоэлектронной борьбы в ходе контртеррористических операциий 16
1.1.2. Предназначение и специфика функционирования датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей 22
1.1.3. Разведзащищенность псевдослучайных сигналов и требования к датчикам апериодических псевдослучайных последовательностей. 31
1.2. Требования к системе синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей 41
1.2.1. Специфика синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей 41
1.2.2. Основные количественные характеристики и требования к системе синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей 45
1.3. Выводы 47
Глава 2. Разработка математических моделей оценки эффективности систем пусковой синхронизации в условиях случайных и преднамеренных помех 50
2.1. Математическая модель оценки вероятности ложной синхронизации при использовании метода зачетного отрезка 52
2.2. Способ синхронизации псевдослучайной последовательности, обеспечивающий малую вероятность ложной синхронизации 59
2.3. Математическая модель синхронизации псевдослучайных последовательностей на подавленных каналах 64
2.3.1. Математическое моделирование синхронизации псевдослучайных последовательностей в различных каналах связи 66
2.3.2. Сравнительная оценка параметров синхронизации псевдослучайной последовательности в различных каналах связи.. 68
2.4. Математическая модель процедуры синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей при первоначальном вхождении в связь , 74
2.5. Выводы 80
Глава 3. Разработка математических моделей оптимальных и подоптимальных систем дискретной синхронизации на каналах низкого качества 83
3.1. Постановка задачи об оптимальной системе пусковой синхронизации 83
3.2. Математическое моделирование оптимальной системы синхронизации псевдослучайных последовательностей с использованием гауссовского приближения 88
3.3. Математическое моделирование оптимальной системы синхронизации псевдослучайных последовательностей по критерию расстояния Бхаттачария 94
3.4. Разработка алгоритма и математической модели подоптимальиого способа синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей 103
3.4.1. Разработка мажоритарного способа синхронизации
апериодических псевдослучайных последовательностей 103
3.4.2, Разработка математической модели оценки помехоустойчивости
мажоритарного способа синхронизации апериодических
псевдослучайных последовательностей 108
3.5. Выводы 116
Заключение 118
Использованная литература
- Анализ состояния современной радиоэлектронной борьбы в ходе контртеррористических операциий
- Специфика синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей
- Способ синхронизации псевдослучайной последовательности, обеспечивающий малую вероятность ложной синхронизации
- Математическое моделирование оптимальной системы синхронизации псевдослучайных последовательностей с использованием гауссовского приближения
Введение к работе
В Российской Федерации наблюдается мощный подъем информатизации и компьютеризации государственного и негосударственного сектора экономики. Сегодня наша страна имеет самые высокие в мире темпы роста использования телекоммуникационных технологий [38,66,67,72,111,112], возрастает число пользователей Internet, внедряются новые достижения в области информационных технологий: беспроводный доступ, широкополосные линии связи и т.д.[2,4,5,10,23,31,35,36,49,85,94].
Россия становится электронной державой. На смену бумажным носителям информации приходит безбумажные электронные технологии, которые стремительно проникают во все сферы деятельности человека, включая: экономику, образование, банки, железнодорожный и автомобильный транспорт, управление космическими объектами, силовыми структурами и Вооруженными силами (ВС) РФ [26,27,37,54].
В современных условиях происходит глобальная информатизация мирового пространства, создание единого интегрированного информационного сообщества государств и отдельных граждан, где вопросы безопасности информации выдвигаются на первый план [7,8,9,11,22,29,50,69,76,108,110].
Для массированных информационных атак особый интерес представляют военные системы управления, прежде всего, системы скрытого управления войсками (СУВ) и телекоммуникационные системы связи гражданских объектов (предприятий, фирм, организаций) В этих условиях следует ожидать резкого возрастания потока местных и общих искажений в криптограммах, исправление которых традиционными методами будет весьма проблематичным, а при сложных искажениях многие криптограммы будут запрашиваться повторно. Это неизбежно приведет к снижению оперативности и достоверности спецсвязи в системе СУВ. А в гражданской сфере утечка конфиденциальной информации влечет за собой финансовые потери.
Для систем СУВ из существующих видов информационной войны наибольшую опасность в мирное и, особенно, в военное время представляет радиоэлектронная борьба (РЭБ) [1,2,34,39,73,75,84,88,90,91,95]. Как показывает опыт боевых действий на Северном Кавказе, если в мирное время РЭБ носит скрытый характер, то в военное время она принимает ожесточенный, открытый характер и сочетается с традиционными способами огневого поражения.
То есть эффективность применения современной боевой техники, а также боевые возможности видов и родов войск в значительной степени будут определяться надежностью функционирования в сложных условиях боевой обстановки радиоэлектронных средств управления и обработки информации [85,124].
Классическим примерами тому являются [124]:
проведение военной операции США «Буря в пустыне» в Ираке, когда перед началом боевых действий сигналом со спутника были отключены все компьютерные системы комплексов ПВО Ирака, закупленные в свое время в странах Запада. Это позволило штурмовой авиации США беспрепятственно бомбить военно-стратегические объекты этой страны;
точечные огневые удары ракетных комплексов и штурмовой авиации стран НАТО при бомбардировке Югославии были осуществлены с использованием «маяков», заложенных в компьютерные системы государственных учреждений, которые были закуплены в США;
отказы в запуске 4 ракет на последних, крупных стратегических учениях ВМФ РФ в Баренцевом море в феврале 2004 года, по мнению военных аналитиков, не исключают версию применения странами НАТО информационной атаки со спутников, военных кораблей и подводных лодок этих государств, барражировавших в районе учений.
Необходимость повышения надежности управления войсками и оружием и обеспечение его непрерывности в любых условиях боевой обстановки в военной сфере, а также предотвращения утечки и искажений информа-
ции в различных государственных структурах, предприятиях и организациях требует перехода к инвариантным к РЭП широкополосным системам связи [21,40,41,62,71,87,89,92,104,106,109].
Инвариантность широкополосной системы связи к оптимизированным, преднамеренным помехам обеспечивается за счет использования сложных, составных сигналов, структура которых изменяется по закону апериодической псевдослучайной последовательности (АПСП). Для свертки таких сигналов на приемной стороне необходимо иметь аналогичную синфазную АПСП [24,30,47,48,53,101,104]. Очевидно, в указанных системах связи, также как и в канальных системах засекреченной автоматизированной связи (ЗАС), возникает проблема синхронизации датчиков АПСП (ДАПСП) перед началом сеанса связи [6,30].
В отличие от шифраторов аппаратуры ЗАС, к датчикам АПСП могут быть предъявлены менее жесткие требования по разведзащищенности. Они должны обладать высокой разведзащищенностью только на длине сеанса связи, чтобы лишить противника возможности нахождения закона формирования псевдослучайной последовательности (ПСП) для постановки оптимизированных помех. Здесь и далее по тексту под разведзащищенностью будет пониматься невозможность по перехваченному отрезку ПСП и неизвестном начальном заполнении вычисление структуры и обратных связей линейного рекуррентного регистра (ЛРР) датчика АПСП [27,45,83,123,125,129,135].
Синхронизация датчиков АПСП тоже будет иметь свою специфику. В отличие от синхронизации шифраторов аппаратуры ЗАС она должна надежно осуществляться как на каналах достаточно хорошего, так и заведомо низкого качества, то есть в условиях РЭП [30,106,130,134].
В такой постановке задача синхронизации ПСП решается впервые. К настоящему времени практически отсутствуют приемлемые аналитические оценки параметров системы дискретной синхронизации ПСП в условиях РЭП противника, на каналах с переменными параметрами и каналах с бино-
миальным распределением ошибок.Поэтому тема диссертационной работы, посвященной моделированию процессов синхронизации псевдослучайных последовательностей на подавленных каналах связи, является актуальной научной задачей.
Решение указанной задачи позволит практически реализовать инвариантные к РЭП системы военной широкополосной связи в оперативно-тактическом и стратегическом звеньях управления ВС РФ и МВД РФ.
Проблеме синхронизации ПСП посвящено достаточно много работ отечественных и зарубежных исследователей. Например, в работах авторов: Баженова Б.И., Бродской Е.Б., Григорьева А.А., Калмыкова Б.П., Козлова А.Ф., Лосева В.В., Мартынова Е.М., Рачкаускаса Р.С., Свириденко С.С, Скворцова B.C., Терехова Б.Л., Гай-Бина Б., Линдснея В., Стиффлера Д.Д., Уорда Р.Б., Savage J.E., Schneier В. задача синхронизации решается применительно к двоичным симметричным каналам (ДСК) достаточно хорошего качества с биномиальным распределением ошибок. Однако реальные радиоканалы нестационарны, обладают переменными параметрами, подвержены замираниям сигналов. Поэтому известные математические выражения находят ограниченное применение. Даже для биномиальных каналов отсутствуют приемлемые математические модели, например, для оценки синхронизации апериодических ПСП. Это обусловлено тем, что формулы (например, точная формула Козлова А.Ф.) содержат факториал от периода ПСП, который в инвариантных к РЭП системах связи может достигать неприемлемо больших величин факториал от которых практически не возможно рассчитать даже на современных ЭВМ.
Поэтому к настоящему моменту отсутствуют приемлемые математические модели для оценки параметров системы дискретной синхронизации ПСП в условиях РЭП противника, на нестационарных каналах с переменными параметрами (КПП), подверженных замираниям, а также каналах с биномиальным распределением ошибок при больших периодах ПСП.Таким обра-
зом, вопросы синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей еще далеки от своего разрешения, являются актуальными и требуют дальнейшей научной проработки.
Настоящая работа посвящена моделированию процессов синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей, используемых в модемах с целью защиты от РЭП.
Объект исследования: современные системы защищенной связи.
Предмет исследования: модели процессов синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей в системах защищенной связи.
Цель исследования: совершенствование моделей процессов синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей в каналах связи в условиях радиоэлектронного противодействия.
Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
применить алгоритм декодирования БЧХ кодов для исследования раз ведзащи ще нности периодических и апериодических ПСП, а также АПСП после нелинейных преобразований;
разработать методику оценки разведзащищенности псевдослучайных сигналов (ПС-сигналов) и сформулировать научно обоснованные требования к построению датчиков АПСП;
провести оценку эффективности методов дискретной синхронизации ПСП и выбрать лучший способ дискретной синхронизации на каналах низкого качества. Сформулировать основные требования, предъявляемые к системам дискретной синхронизации ДАПСП;
разработать математическую модель оценки вероятности ложной синхронизации, а также способ и устройство синхронизации ПСП, уменьшающие названную вероятность;
разработать математические модели для оценки вероятности правильной синхронизации АПСП в различных каналах, в том числе в условиях РЭП;
разработать математическую модель оптимальной системы пусковой синхронизации ПСП, выявить потенциальные возможности дискретного канала синхронизации;
разработать математическую модель и синтезировать подоптималь-ыый способ дискретной синхронизации АПСП, произвести сравнительную оценку разработанного способа.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории помехоустойчивого кодирования, теории графов, теория дифференциального и интегрального исчисления, теории матриц, теории функций комплексного переменного, теории групп и конечных полей.
На защиту выносятся следующие результаты исследования:
Теоретическое обоснование построения и синхронизации датчиков АПСП и основные требования к ним в условиях РЭП. Количественная оценка и методы повышения разведзащищенности АПСП на подавленных каналах связи.
Математическая модель оценки вероятности ложной синхронизации АПСП в биномиальных и составных каналах связи. Способ и устройство синхронизации ПСП, уменьшающие вероятность ложной синхронизации.
Математические модели оценки вероятностей неприема и правильного приема ПСП в биномиальных и составных каналах с переменными параметрами, с медленными рэлеевскими замираниями.
Математическая модель для оценки синхронизации ПСП по методу ЗОТ в биноминальном и составном канале при разнесенном приеме с автовыбором.
Математическая модель для оценки вероятности неприема и правильного приема ПК в биноминальном канале при ограничениях, обусловленных РЭП противника.
Математическая модель оптимальной системы дискретной синхронизации ПСП. Алгоритм синхронизации АПСП на каналах низкого качества.
Научная новизна и теоретическая значимость рабогы:
Произведена оценка с применением алгоритма Берлекэмпа-Мэсси разведзащищенности ПС-сигналов при использовании периодических и апериодических ПСП, а также АПСП после нелинейных преобразований. Разработана методика оценки разведзащищенности ПС-сигналов с использованием понятия об «эквивалентной сложности» двоичной последовательности. На основании полученных результатов сформулированы обоснованные требования к построению ДАПСП.
Произведен анализ эффективности различных методов дискретной синхронизации ПСП и обоснована целесообразность использования на каналах низкого качества для синхронизации АПСП метода ЗОТ. Выявлена специфика запуска ДАПСП, определены основные характеристики устройств синхронизации и сформулированы требования предъявляемые к ним.
Разработана математическая модель оценки вероятности ложной синхронизации по методу ЗОТ в биномиальных каналах и на каналах с медленными рэлеевскими замираниями. Разработаны способ и устройство синхронизации ПСП, уменьшающие вероятность ложной синхронизации.
Разработана математическая модель оценки вероятности правильной синхронизации и неприема пусковой комбинации в биномиальных и составных каналах с переменными параметрами. Доказано, что в составном канале существенно улучшается вероятность правильной синхронизации по методу ЗОТ.
5. Разработаны математические модели и проведена сравнительная
оценка синхронизации ПСП по методу ЗОТ в биноминальном и составном
канале при разнесенном приеме с автовыбором. Показано, что при одинаковых длинах ЗОТ и параметров канала вероятность правильной синхронизации в составном канале значительно выше, а также, что при увеличении числа ветвей разнесения качественные показатели системы синхронизации ДАГТСП в составном КПП резко улучшаются.
Разработана математическая модель оценки вероятности неприема и правильного приема ПК в биноминальном канале при жестких ограничениях, обусловленных РЭП противника. В отличие от ранее известных разработанные математические модели позволяют производить расчеты при любых периодах, при этом погрешность при ухудшении качества канала стремится к нулю. Расчеты с использованием полученных выражений дали возможность обосновать процедуру надежной первоначальной синхронизации АПСП в условиях оптимизированных помех.
Разработана математическая модель оптимальной системы пусковой синхронизации в ДСК. Вычислена строгая верхняя и нижняя границы для вероятности неприема при оптимизации структуры ПК.
Полученные оценки позволили выявить потенциальные возможности дискретных методов синхронизации ПСП на каналах низкого качества.
8. Разработана математическая модель и синтезировано устройство по-
доптимального алгоритма синхронизации АПСП, основанные на исправле
нии ошибок в пусковой комбинации путем мажоритарного приема элементов
АПСП. Произведена сравнительная оценка подоптимального алгоритма с ме
тодом ЗОТ и показана его эффективность на каналах низкого качества, при
этом достигаемый выигрыш по энергетике в сравнении с методом ЗОТ со
ставляет от 2 до 7 дБ, соответственно при Р=0.3 - 0.1 и ЛГ=700. При увеличе
нии периода ПСП N, как показали расчеты, следует ожидать возрастания вы
игрыша по энергетике.
Практическая ценность и реализации результатов работы.
Найдены необходимые и достаточные условия обеспечения высокой разведзащищенность ПС-сигналов на длине сеанса связи. На основании полученных результатов сформулированы основные требования к построению датчиков АПСП.
Выявлена специфика запуска ДАПСП на каналах низкого качества, определены основные характеристики устройств синхронизации и сформулированы требования предъявляемые к ним.
Разработаны способ и устройство синхронизации ПСГТ, уменьшающие вероятность ложной синхронизации.
Разработаны математические модели для оценки параметров системы синхронизации АПСП в биномиальных каналах и в составных каналах с рэ-леевскими замираниями.
Разработаны математические модели синхронизации АПСП при первоначальном вхождении в синхронизм, до постановки оптимизированных помех противником.
Найдены потенциальные возможности дискретного канала синхронизации путем разработки оптимальной системы синхронизации АПСП.
Разработан на уровне технического решения подоптимальный алгоритм синхронизации АПСП на каналах низкого качества (Р > 0.1) и математическая модель для оценки ее эффективности.
Разработанные технические решения, алгоритмы и математические модели реализованы в научно-исследовательской работе «Градация»-00009-И. -Краснодар: КВВУ, 2003г., инв. Н367, выполнявшейся по заказу Восьмого Управления ГШ ВС РФ и в учебном процессе Краснодарского высшего военного училища (военный институт), в Кубанском государственном аграрном университете, в Кубанском государственном технологическом университете, а также при разработке тактико-технических характеристик корпоративной
сети Восьмого управления Генерального штаба ВС РФ, что подтверждается соответствующими актами о внедрения.
Апробации полученных результатов осуществлена на:
Международных научно-технических конференциях «IEEE FIS'03 CAD- 2003 и 2004» // 3-10 сентября 2003,2004 г., г. Дивноморское, Россия;
Тринадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2004 Международного форума информатизации // 28,29 октября 2004 г. Москва;
Международном конгрессе «Математика в XXI веке»// 25-28 июня 2003 г., Академгородок, г. Новосибирск;
IV межведомственной научно-технической конференции: «Проблемы совершенствования систем защиты информации и образовательных технологий подготовки специалистов в области информационной безопасности» - Краснодар, КВИ, 2003 г.;
III межведомственной научно-технической конференции: «Проблемы совершенствования систем защиты информации и образовательных технологий подготовки военных специалистов» - Краснодар, КВИ, 2002;
Межведомственной научно-технической конференции 21 июня 2002 года: «Информационная безопасность при использовании средств вычислительной техники». - Краснодар, КЮИ МВД РФ;
4-ом Всеармейском конкурсе военно-научных прикладных исследований, Санкт - Петербург, СПб ВМИ, 2001 - заняла III место;
5-ом Всеармейском конкурсе военно-научных прикладных исследований, Санкт - Петербург, СПб ВМИ, 2002 - заняла I место;
6-ом Всеармейском конкурсе военно-научных прикладных исследований, Санкт - Петербург, СПб ВМИ, 2003 - заняла II место.
В работе используется терминология и обозначения установившиеся в научно-технической литературе. В ряде случаев это привело к использованию одинаковых обозначений для разных целей. Однако наличие описаний в каждом конкретном случае и единая символика в пределах каждого раздела, а также одинаковое обозначение определяющих понятий в пределах всей диссертации облегчают понимание излагаемого материала.
Анализ состояния современной радиоэлектронной борьбы в ходе контртеррористических операциий
На рубеже XXI века мир столкнулся с глобальной опасностью - информационным оружием. В условиях стремительной информатизации государств, активного внедрения новейших информационных технологий, расширения мировой сети INTERNET, внедрения широкополосных систем связи с составными сигналами резко обострились проблемы разработки, использования и защиты от информационного оружия [1,2,34,39,54,75,95].
Обеспечение надежной защиты информационного ресурса государства, внедрение высоких информационных технологий и современных телекоммуникационных инфраструктур на сегодняшний день стали высшим приоритетом в политике национальной безопасности России, США и других про-мышленно развитых стран мира, ориентированных на XXI век [72].
Информационное оружие принципиально отличается от всех других средств ведения войны тем, что с его помощью непрерывно днем и ночью ведутся необъявленные, невидимые миру информационные войны.
Из существующих видов информационной войны для ВС наибольшую опасность в мирное и особенно в военное время представляет радиоэлектронная борьба. При этом возможные последствия от применения средств РЭБ можно классифицировать как: блокировка доведения приказов на пуск ракет или их искажение; нарушение процесса управления действиями частей и подразделений ВС, включая РВСН в ходе их боевого применения; разрушение или искажение информации планов боевого применения хранящейся в базах данных автоматизированных систем боевого управления, информационно-расчетных систем и ПУ; исключение возможности подготовки данных боевого применения для пере нацеливания ракет; исключение возможности расчета поражающих зон подвижными пусковыми установками при их развертывании в позиционных районах; блокировка или нарушение функционирования стартовых установок ракет в процессе предстартовой подготовки и в полете; создание аварийных ситуаций, способных привести к уничтожению или взрыву ракет и ядерных боеприпасов.
Приведенный анализ возможных последствий диктует необходимость обеспечения информационной безопасности путем внедрения инвариантных к РЭП систем связи.
Анализ применения средств РЭБ в ходе антитеррористических операций показывает, что современное состояние средств радиоэлектронной борьбы вероятного противника таковы, что он в состоянии создавать эффективные помехи линиям военной радиосвязи практически в любом диапазоне волн, во всех звеньях управления войсками и оружием [2,3,59,71,88].
Средства автоматизации и ЭВМ позволяют ему оптимизироваться по сигналу в реальном времени и создавать помехи, по мощности превышающие сигнал в течении всего сеанса связи [59,71]. Опыт ведения боевых действий на Северном Кавказе убедительно доказал, что успех в боевых действиях в значительной степени определялся способностью систем связи и управления войсками и оружием противостоять РЭП противника [59,71] и эффективно проводить подавление радиоэлектронных средств противостоящей стороны.
Таким образом, опыт проведения контртеррористических операций показал, что способность ведения РЭБ и, в частности, возможность эффективно противостоять радиоэлектронному подавлению противостоящей стороны, становится одним из важных показателей боевого потенциала воюющих группировок, который требуется постоянно наращивать. Одним из главных усилий в этом направлении является, как указывалось, создание широкополосных систем связи инвариантных к РЭП противника, то есть переход к системам связи со сложными, составными сигналами [4,21,40,47,62,87,92,104 106,109].
В работах по данной тематике процесс синхронизации отождествляется с поиском сигнала на временной оси и определением его задержки относительно сигнала местного генератора. Эта процедура обычно производится после того, как в системе установлена тактовая синхронизация [6,17,30,55,56, 64,65,78,79,80,82,97,99,100,102,106,122].
Известные к настоящему времени алгоритмы синхронизации можно разбить па следующие группы [80]: последовательный шаговый поиск; полихотомический поиск; методы, основанные на алгебраических особенностях синхросигналов; беспоисковая синхронизация,
Специфика синхронизации датчиков апериодических псевдослучайных последовательностей
Как видно из предыдущего параграфа, ДАПСП имеет некоторые общие черты с аналогичными узлами засекречивающей аппаратуры связи (ЗАС). Поэтому естественно предположить наличие сходства и в вопросах цикловой синхронизации. Однако здесь их гораздо меньше, чем могло показаться с первого взгляда. Исследования автора показали, что подобную аналогию можно провести только на дискретном уровне, когда с/р »1, да и то с уче р / том специфики систем с ПС-сигналами. При ур «1, задача цикловой син хронизации ДАПСП отличается от традиционных методов, так как в этих условиях обычные системы связи, в том числе - ЗАС, неработоспособны (будут подавлены), и поэтому синхронизация их в такой ситуации была бессмысленна.
В отличии от аналогичных узлов ЗАС система пусковой синхронизации ДАПСП предназначена обеспечить фазирование на каналах любого качества. Рассмотрим подробнее особенности синхронизации ДАПСП, для чего коротко остановимся на помеховой ситуации в канале при РЭП.
Цикловая синхронизация ДАПСП в условиях РЭП может сопровождаться наличием: неоптимизированных, например, шумовых помех с произвольным соотношением мощностей сигнала и помехи; оптимизированных, преднамеренных помех, превышающих по мощности полезный сигнал.
Первая ситуация характерна для первоначального вхождения в синхронизм, когда организованные помехи со стороны противника будут отсутствовать. В частности, во 2 главе диссертации показано, что время вхождения в синхронизм при отсутствии преднамеренных помех и удовлетворительном качестве канала не превышает 1 секунды, в то время как технические возможности средств разведки и создания помех противника таковы, что он не в состоянии за это время создать оптимизированную помеху [89]. Известно, что даже в самом неблагоприятном случае, когда связь организуется в сторону фронта и средства противодействия противника находятся в режиме "сторож", время до постановки помех будет длится не менее одной секунды.
Однако в некоторых СПСС, например, космических и спутниковых, когда групповая обработка сигнала осуществляется на борту ретранслятора, даже при отсутствии организованных помех, за счет взаимного "подавления" может возникнуть ситуация, при которой качество приема ухудшится [28,77]. То есть это показывает, что и здесь синхронизация ДАГТСП не сводится в явном виде к синхронизации шифраторов. Тем не менее, при удовлетворительном качестве канала связи, когда преднамеренные помехи будут отсутствовать, имеется возможность использовать известные принципы автономного или полуавтономного пуска. Кроме того, можно использовать известные методы асинхронной работы, когда для приема информации достаточно принять любой не искаженный отрезок манипулированного сигнала [6]. В частности, такой метод приема будет гарантировано защищать от навязывания ложной синхронизации и надежно скрывать факт передачи СП.
При использовании известных, дискретных методов необходимо учитывать специфику фазирования ДАПСП, а именно: если в ЗАС элементы гаммы должны совпадать с информационными посылками и, следовательно, вырабатываться со скоростью поступления информации, то здесь АПСП манипулирует субэлементами информационной посылки, поэтому скорость ее должна быть в несколько раз выше информационной [41,109]. Учитывая, что синхронизация осуществляется по информационным посылкам сигнала, после окончания фазирования возникает необходимость одновременного, скачкообразного увеличения скорости работы ДАГТСП на передаче и приеме. Технически это решается просто, для этого достаточно скачком увеличить тактовую частоту ДАПСГТ. Однако необходимость одновременного увеличения тактовых частот на передаче и приеме потребует значительного усложнения системы синхронизации за счет узлов управления переключениями. Поэтому алгоритмы синхронизации ДАПСП целесообразно строить таким образом, чтобы можно было осуществлять синфазный запуск ДЛПСП сразу же на канальной скорости. Для этого, как показали исследования, удобны автономные методы синхронизации.
Вторая ситуация, являющаяся наиболее тяжелой, может возникнуть чаще всего на этапе удержания синхронизма и при повторных вхождениях в синхронизм, когда противнику известны основные параметры сигнала и местоположение станции, а также при одновременной работе нескольких станций, за счет взаимного "подавления". При этом отношение сигнал/шум на входе приемника может оказаться намного меньше единицы и, следовательно, обычные (дискретные) способы синхронизации становятся непригодными, так как модем не сможет выделять информационные посылки. В этих случаях необходимо переходить к аналоговой синхронизации ДАПСП.
Наконец, необходимо также отметить, что для систем синхронизации ДАПСП гораздо опаснее ложные пуски чем незапуски [121], так как для определения ложности пуска может потребоваться больше времени, чем для фиксации незапуска, что, в свою очередь, может привести к неприёму СП.
Способ синхронизации псевдослучайной последовательности, обеспечивающий малую вероятность ложной синхронизации
В главе 1 отмечалось, что при автономных способах синхронизации в качестве пусковой комбинации могут использоваться рекуррентные последовательности (РП) короткой длины. При этом подчеркивалась целесообразность приема короткой РП по методу ЗОТ и осуществление по её концевой комбинации запуска основного ДАПСП сразу же на канальной скорости. Однако из предыдущего раздела видно, что короткие РП будут обладать малыми dMUHi что приведет к увеличению вероятности необнаруженной ошибки в соответствующем сегментном коде максимальной длины. Это, в свою очередь, увеличит остаточную вероятность кода и, следовательно, приведет к возрастанию вероятности ложной синхронизации, что, как отмечалось, особенно опасно для СПСС, работающих в условиях РЭП. Аналогичная картина будет наблюдаться и в системах с принудительным запуском, если порождающий полином ЛРР выбран неудачно, то есть не обеспечивает требуемую величину dUMi.
Поэтому с целью улучшения обнаруживающей способности сегментного кода и, следовательно, уменьшения остаточной вероятности, а также гарантированного различения сбоя синхронизации от пропадания канала, автором разработан способ синхронизации ДАПСП с обнаружением стираний. Сущность способа заключается в том, что путем использования сигналов стирания, выдаваемых детектором качества модема [59,63], выносится решение о надежности каждого принимаемого символа ПСП. Если в зачетном отрезке имеется хотя бы один ненадежный символ, данный ЗОТ отбраковывается независимо от того, обнаружены или не обнаружены в нем ошибки. Поясним это подробнее по структурной схеме, изображенной на рис.2.3. Как видно рисунка ПСП из канала связи через переключающий клапан заполняет приемный ЛРР и одновременно подаётся на схему сравнения. После заполнения приемный ЛРР начинает генерировать ПСП, которая подается на другой вход схемы сравнения. Как отмечалось ранее, при отсутствии искажений в канале выходная последовательность приемного ЛРР будет в точности совпадать с приходящей ПСП. При этом с блока сравнения на блок логического сложения будут подаваться нули. На другой вход блока логического сложения подаются сигналы стирания от детектора качества канала связи. Если канал в хорошем состоянии, то стирания отсутствуют и от детектора качества будут идти нули, а если в плохом - единицы. Выход блока логического сложения подключен к счетчику т нулей подряд и счетчику п- ошибок. Следовательно, при хорошем качестве канала связи нули от схемы срав нения переполняют счетчик m-нулей подряд и тем самым позволяет систе-меперейти в автономный режим и при выделении концевой комбинации в анализаторе "концевой комбинации" осуществить запуск ДАПСГТ. Если же от детектора качества будут идти единицы, то независимо от сигналов схемы сравнения они через блок логического сложения будут сбрасывать счетчик т нулей подряд в исходное состояние и тем самым не позволяет системе перейти в автономный режим работы. Следовательно, и при появлении необнаруживаем ых ошибок система не перейдет в автономный режим работы, обеспечивая тем самым защиту от ложного пуска ДАПСП.
В процессе работы системы может возникнуть ситуация, когда интенсивность ошибок в канале резко возрастает (за счет длительных замираний сигнала или РЭП противника). Это приводит к появлению потока единиц на выходе детектора качества и схемы сравнения, которые заполняют соответственно счетчик к-стираний и «-ошибок. Ввиду того, что к п , сигнал на выходе счетчика к-стираний появится раньше и запретит подачу сигнала от счетчика и-ошибок на переключающий клапан. Система останется в автономном режиме работы. Если же в процессе работы произошел сбой синхронизации, то от детектора качества будут идти нули, а от схемы сравнения -единицы, которые заполняют счетчик и-ошибок. Последний срабатывает и через элемент запрета, который будет открыт, переключит систему в режим поиска синхронизма.
Таким образом, данный способ позволяет уменьшить остаточную вероятность, за счет уменьшения вероятности Рно и гарантированно различить сбой синхронизации от пропадания канала.
Математическое моделирование оптимальной системы синхронизации псевдослучайных последовательностей с использованием гауссовского приближения
Последовательности максимального периода обладают большой избыточностью, поэтому относительного каждого символа этой последовательности можно составить систему уравнений, называемых проверками [30,43,79, 83]: где: N=2k -\, 7=1,2,..., -номер декодируемого символа; /-номер проверки; ctj, а І -символы кодового слова; С,,- -коэффициенты поля GF(2); к- длина ЛРР.
По большинству проверок (3.40) можно с высокой достоверностью принять решение о значении принимаемого символа. На этом свойстве основаны известные методы мажоритарного приема (декодирование) последовательностей максимального периода [30,53].
В одном периоде М-последовательности максимальное число проверочных уравнений вида (3.40) может быть равно 2 "1 -1. Следовательно, полный мажоритарный алгоритм по сложности приближается к оптимальным методам обработки и поэтому применим лишь для коротких ПСП. В частности, в работе [53] отмечается, что уже при N 250 полные мажоритарные алгоритмы становятся нереализуемыми, так как объем средств вычисления растет линейно с ростом N. Поэтому на практике целесообразно использовать упрощенные мажоритарные алгоритмы, в которых сложность средств вычисления будет возрастать пропорционально логарифму N. Это достигается благодаря тому, что проверки вида (3.40) осуществляется последовательно, по мере поступления на вход системы символов из канала. Причем результаты проверок могут накапливаться и решение выносится по превышению заданного фиксированного порога.
В работах [30,53] предлагаются для достижения заданной вероятности правильного приема М-последовательности на каналах низкого качества накапливать решения в течении одного или нескольких периодов, и приводятся для этого соответствующие схемы упрощенных мажоритарных алгоритмов, а также расчетные соотношения для оценки вероятности неприема фазы М-последовательности.
Однако, в системах с ПС сигналами, используются апериодические ПСП и, поэтому при принудительных способах синхронизации такая возможность будет исключена и известные расчетные соотношения для оценки эффективности мажоритарного метода также становятся непригодными.
Проведем модификацию известного алгоритма мажоритарного декодирования М-последовательности [53] применительно к синхронизации АПСП. Поясним кратко сущность указанного алгоритма [53].
Известно, что проверочная матрица М-последовательности Н=[РТ1], в силу ее цикличности, легко преобразуется к виду: Н =[\Рт-\, (3.41) где: 1-единичная подматрица.
Допустим, что первые к символа принимаемой последовательности определяют начальную фазу щ. Тогда при поступлении очередного символа получим следующие к символов, определяющих фазу (р\ и т.д. Если Н (3.41) записать в развернутом виде, то легко заметить, что последняя строка будет задавать соотношение, связывающее фазу (р с к символами фазы q \\ предпоследняя строка будет задавать соотношение, связывающее фазу tpo с к симво-лами (pi и т.д. Строки Р просто генерируются регистром со встроенными сумматорами, соединенными в соответствии с порождающим полиномам h(x) [53] и работающим в обратном направлении.
Похожие диссертации на Моделирование процесса синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей в подавляемых системах радиосвязи
