Сергей Макаренко - Противодействие беспилотным летательным аппаратам

Знание значения ОСШ на входе ПРМ и используемого типа сигнала позволяет определить значение вероятности ошибочного приема бита P b . Сравнение значения P b с требуемыми значениями P b трдля КРУ и канала передачи данных (таблица 4.8) позволяет сделать вывод о потенциальной эффективности подавления.

В теоретических работах [327]для учета различных особенностей приема BPSK, QPSK и M-QAM, сигналов обосновываются различные аналитические выражения для расчета вероятности ошибки на бит P b , достаточные для инженерного применения, в зависимости от энергетических соотношений ОСШ с АБГШ. На основе этих выражений, например, в работе [328]рассчитаны значения Pb для типовых сигнально-кодовых конструкций, используемых в линиях радиосвязи с БПЛА — рис. 4.9.

Рис. 4.8. Вариант взаимного положения в пространстве БПЛА, ПУ и станции РЭП [329]

Таблица 4.8. Требуемые значения достоверности передачи данных для КРУ и канала передачи данных

Для коррекции и экспериментальной проверки аналитических выражений оценки помехозащищенности P b ( q ), для наиболее распространенных сигналов, типов кодирования (таблица 4.4 и 4.7), а также условий применения БПЛА были проведены экспериментальные исследования. Эксперименты проводилась по методике, представленной в работе [330]. При этом рассматривались нижеуказанные модели многолучевого распространения [331].

1. Модель гауссовской линии — соответствует радиолинии с АБГШ, в котором многолучевость полностью отсутствует, то есть рассматривается единственный прямой луч между ПРД и ПРМ. Таким образом, данная модель описывает идеальные условия распространения на трассе «ПУ — БПЛА», которые, как правило, не встречаются на практике, но зачастую соответствует верхней границе оценки помехозащищенности Pb , полученной расчетно-теоретическим путем [332].

Рис. 4.9. Зависимость вероятности битовой ошибки P b от ОСШ для типовых сигнально-кодовых конструкций, используемых в линиях радиосвязи с БПЛА [333]

2. Модель райсовской линии — соответствует радиолинии с помехами (АБГШ, импульсные и гармонические помехи), моделирует наличие прямого луча и нескольких отраженных лучей с разными мощностью и задержками прихода в точку приема, статистические свойства которых описываются распределением вероятностей Райса. Данная модель соответствует условиям полета БПЛА в прямой радиовидимости ПУ, с учетом переотражения электромагнитных волн от поверхности Земли и других объектов.

3. Модель рэлеевской линии — отличается от райсовской отсутствием прямого луча, при этом статистические свойства отраженных лучей описываются распределением вероятностей Рэлея. Соответствует условиям полета БПЛА в отсутствие прямой радиовидимости ПУ на относительно низкой высоте в пересеченной местности или в высотной городской застройке.

Исследования линии радиосвязи ПУ — БПЛА проводились для QPSK, 16QAM, 64QAM сигналов. В качестве помехоустойчивого кода использовалось кодирование Витерби со скоростями R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. В качестве помехи рассматривалась шумовая помеха — АБГШ. При учете многолучевого распространения радиоволн использовались стандартные модели каналов RC20 и RL20 [334]. Влияние доплеровского сдвига частот не учитывалось. Результаты экспериментальной оценки помехозащищенности КРУ с QPSK, 16QAM, 64QAM сигналами, при типовой скорости кодирования R =3/4, представлены в виде среднего значения вероятности ошибки на бит Pb , который соответствует вероятности ошибочного приема бита после различных этапов декодирования (рис. 4.10 и 4.11) — на входе декодера Витерби ( P b in Vit ) и на выходе этого декодера ( P b out Vit ).

Анализ графиков на рис. 4.10 показал следующее. Значения показателей P e out Vit на выходе декодера Витерби в райсовской линии (полет БПЛА в прямой радиовидимости ПУ) соответствует ухудшению их на 1,5–5 дБ относительно гауссовой линии, что соответствует значению потерь за счет приема переотраженных сигналов. По мере роста ОСШ q увеличивается отклонение показателей P b out Vit , что соответствует изменению структуры ошибок (наблюдается группирование ошибочно принятых бит) в радиолинии и на выходе декодера Витерби.

Аналогичный эффект характерен и для рэлеевской модели радиолинии (полет БПЛА в отсутствии радиовидимости ПУ в пересеченной местности или в городских условиях) — рис. 4.11. Наблюдается сдвиг значений P b out Vit на выходе декодера Витерби на 10–20 дБ вправо, в рэлеевской линии относительно гауссовской, а также серии ошибочных битов (до 10 бит), разделенных интервалами безошибочного приема до нескольких десятков секунд. Данное исследование качественно и количественно соответствует результатам, полученным в работе [335].

Рис. 4.10. Зависимость P b ( q )на входе ( P b in Vit ) и выходе кодера Витерби ( P b out Vit ) для гауссовской и райсовской радиолиний

Рис. 4.11. Зависимость P b ( q )на входе ( P b in Vit ) и выходе кодера Витерби ( P b out Vit ) для гауссовской и рэлеевской радиолиний

Оценка вклада помехоустойчивого кодирования в повышение помехозащищенности радиолиний связи с БПЛА проводилось путем оценки значения вероятности ошибки на бит на входе ( P b in Vit ) и на выходе декодера Витерби ( P b out Vit ). Данные значения для райсовской и рэлеевской радиолиний для кодовых скоростей R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 для сигнала 64QAM представлены на рис. 4.12.

По результатам анализа можно сформировать приблизительные предельные значения ОСШ q (таблица 4.9), при которых достигается требуемый уровень достоверности приема для типовых схем сигнально-кодовых конструкций, используемых в КРУ и в линии передачи данных. При ориентировании на эти данные следует иметь ввиду, что, как правило, разработчиками КРУ закладывается дополнительный запас на помехоустойчивость порядка 10 дБ. Указанные в таблице 4.9 данные является очень приблизительной и грубой оценкой, окончательная оценка требуемых энергетических затрат необходимых для нарушения функционирования КРУ и линии передачи данных средствами РЭП проводится после вскрытия сигнально-кодовых конструкций, используемых в радиолиниях «ПУ — БПЛА».