Применение режима СИЧ в перспективных войсковых радиостанциях УКВ-связи
| К. т. н. Клименко Н. Н. |
Принципиальное отличие перспективных радиостанций УКВ-связи от существующего парка радиостанций состоит в наличии модуля ЕССМ и возможности организации связи в режиме СИЧ, что обеспечивает защиту от организованных помех, исключает возможность радиоперехвата и дезинформации, затрудняет пеленгацию радиостанций.
Ключевыми элементами радиостанции, работающей в режиме СИЧ, являются синтезатор частоты, генератор ПСП и блок синхронизации по задержке. Генераторы ПСП управляют синтезаторами частоты на передающем и приемном концах линии связи. Для синхронизации по задержке производятся установка (вручную или программатором) исходной кодовой комбинации, получившей название базового ключа (base key), и одновременный запуск генераторов ПСП на всех радиостанциях в сети по синхросигналу управляющей станции, задающему время запуска, или «время дня» (TOD — Time-of-Day).
В радиостанциях диапазона 30...88 МГц первоначальная синхронизация генераторов ПСП производится во временной шкале, устанавливаемой по часам оператора. В радиостанциях диапазона 225...400 МГц предусмотрены встроенные источники единого времени, шкала которых синхронизируется со шкалой UTC (гринвичское время) по сигналам ИСЗ TRANSIT (а в перспективе ИСЗ NAVSTAR). Вследствие конечной стабильности тактовой частоты происходит периодическая рассинхронизация генераторов ПСП. Поэтому периодически производится принудительная перезагрузка и перезапуск генераторов ПСП по синхросигналам управляющей станции.
Синхросигнал, как правило, включает синхрослово и ПСП. В составе синхрослова наряду с текущей кодовой комбинацией для загрузки генераторов ПСП передается маркер типа сообщения для автоматического опознавания синхросигнала. Синхросигналы излучаются на подмножестве частот, отведенных данной сети, и внешне не отличаются от текущей информации, что затрудняет их обнаружение. Конкретные частоты для передачи синхросигналов определяются базовым ключом. Несмотря на то, что синхрослово формируется с периодом, зависящим от стабильности тактовой частоты, излучение синхрослов осуществляется через псевдослучайные интервалы времени. Это обусловлено несовпадением по времени моментов формирования синхрослова и моментов настройки радиостанции на частоты передачи синхросигналов.
Синхронизация генераторов ПСП является необходимым, но еще недостаточным условием организации связи в режиме СИЧ. В общем случае для установления сети в режиме СИЧ в качестве исходных данных служат следующие характеристики:
- адресная группа частот (hop set) — под-множество рабочих частот, используемых для СИЧ;
- код идентификации сети (net ID), задающий частоту, с которой начинается СИЧ;
- «время дня» — время начала СИЧ;
- «слово дня» (WOD — Word-of-Day), или транзективная переменная (transect va-riable) — правило соответствия адресной группы частот и кодовых комбинаций, формируемых генератором ПСП.
Эти данные получили название ключевых переменных (key variables) и полностью определяют сеть. Ввод ключевой информации производится оператором или по радиоканалу. Установление нескольких сетей основано на изменении любой из ключевых переменных.
К важным характеристикам перспективных радиостанций УКВ-связи относятся адресная группа частот, скорость СИЧ, защищенность от естественных и организованных помех, разведзащищенность, ЭМС и совместимость с другими радиостанциями.
Адресная группа частот для СИЧ формируется из всего допустимого множества частот: 2320 частот в диапазоне 30...88 МГц, 4000 частот в диапазоне 225...4000 МГц. Как правило, адресная группа частот рассредоточена по всему диапазону. Однако в ряде случаев, например в радиостанциях JAGUAR V. адресная группа частот может быть компактной и сосредоточенной в пределах одного из равновеликих поддиапазонов частот. В первом случае имеет место широкополосный, а во втором — узкополосный режим СИЧ.
Различают ортогональные и неортогональные адресные группы частот. Ортогональные группы формируются путем разбиения всего множества рабочих частот на непересекающиеся подмножества. При назначении различным сетям ортогональных адресных групп частот исключается явление взаимного блокирования частотных каналов при высокой интенсивности радиообмена. Режим СИЧ с использованием ортогональных адресных групп частот получил название ортогонального и применяется наряду с неортогональным режимом в радиостанциях JAGUAR V и SCIMITAR V. Ортогональные адресные группы частот ассоциированы с кодом идентификации сети. Поэтому задание последнего в составе ключевых переменных автоматически обеспечивает выбор адресной группы частот. Код идентификации сети также определяет частоту передачи синхросигналов. Неортогональные адресные группы частот формируются либо путем поэлементного назначения частот, либо путем назначения допустимых полос частот, из которых процессор формирует адресную группу. В большинстве перспективных радиостанций предусмотрено отключение частотных каналов, пораженных помехами. Как правило, адресная группа частот включает 128 или 256 ча-стот. Однако в ряде случаев используются 4, 8 или 16 частот.
Выбор скорости СИЧ в перспективных радиостанциях УКВ-связи обсуждается в [13, 26, 39]. Заказчикам и разработчикам перспективных радиостанций УКВ-связи при выборе скорости СИЧ пришлось решить задачу многокритериальной оптимизации на основе системного подхода. Сущность задачи состоит в следующем. Очевидно, что с увеличением скорости СИЧ повышается защищенность от организованных помех и ухудшаются условия для обнаружения и пеленгации. С другой стороны, повышается стоимость радиостанций, ухудшается ЭМС, а также увеличивается время синхронизации. На рис. 4 приведены графики качественных зависимостей показателей качества соответствующих процессов от скорости СИЧ, из которого видно, что приемлемые скорости заключены в диапазоне 50...500 скачков/с.
Рис. 4. Зависимость вероятного обеспечения связи от дальности связи в условиях мешающих сигналов:
/ — в режиме фиксированной настройки частоты:
2 — п режиме СИЧ при 10 °о блокированных каналов, 3—в режиме СИЧ при 30 °о блокированных каналов
Как следует из рисунка, при таких скоростях защищенность от организованных помех следящего типа оказывается теоретически невысокой. Однако на практике постановка следящей помехи оказывается нереализуемой из-за высокой плотности радиостанций в полосе дивизии, а также вследствие наличия многолучевости и доплеровских сдвигов частоты. Поэтому в [39] отмечено, что увеличение скорости СИЧ свыше 2000 скачков/с не дает никаких преимуществ. В связи с этим теряется практический смысл ранее применяемых терминов — «быстрый» и «медленный» режим СИЧ. В большинстве перспективных радиостанций скорость СИЧ составляет 80...200 скачков/с.
На работоспособность радиостанций УКВ-связи в режиме СИЧ существенное влияние оказывают помехи различного типа. Воздействие помех приводит к так называемому блокированию частотных каналов (частот адресной группы) и, как следствие, к снижению качества речи на линии связи. Блокированным считается частотный канал, отношение сигнал-шум на входе которого ниже 3 дБ. Степень ухудшения качества речи зависит от числа блокированных частотных каналов, как показано в табл. 7.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блокирование частотных каналов происходит из-за замираний сигналов при многолучевом распространении радиоволн или под воздействием мешающих сигналов от других радиостанций. На рис. 5 приведен график зависимости относительного числа блокированных каналов от средней дальности связи, полученный моделированием в предположении, что имеет место релеевский канал с замираниями и используются мобильные радиостанции мощностью 50 Вт [26]. Из графика видно, что дальность связи с разборчивой речью ограничена 30 км. Таким образом, в отличие от режима фиксированной настройки частоты, при котором качество многолучевого канала непредсказуемо, в режиме СИЧ существует возможность предсказания дальности удовлетворительной связи.
Рис. 5. Зависимость вероятности обеспечения связи от дальности связи:
в режиме фиксированной настройки частоты:
/ — без помех. 2 — с помехами от соседних станций; 5 — с узкополосной помехой и помехами от соседних станций.
в режиме СИЧ:
2 — без помех: 3 — с помехами от соседних станции: 4 — с широкополосной помехой и помехами от соседних станции
Влияние мешающих сигналов от других радиостанций оценивалось фирмой RACAL путем моделирования функционирования сетей на основе типового сценария [26, 39]. Типовой сценарий соответствует развертыванию 3 армейских корпусов в составе 2 дивизий первого эшелона и 1 дивизии второго эшелона. В каждой дивизии развернуты 256 сетей УКВ-связи. В дивизиях первого эшелона 100 % сетей, а в дивизиях второго эшелона 50 % сетей работают на излучение одновременно, мощность излучения радиостанций 50 Вт. Дивизии первого эшелона занимают полосу 20Х40 км , дивизии второго эшелона — 40Х40 км2. Координация использования частотного диапазона производится между дивизиями одного корпуса и не производится между дивизиями разных корпусов. Аналогичный сценарий положен в основу модели развертывания и противостоящей стороны. При этом предполагалось, что 75 % радиостанций работают в режиме фиксированной настройки частоты. Результаты моделирования приведены на рис. 6 [26], из которого видно, что в режиме СИЧ 90 % радиостанций могут поддерживать связь с удовлетворительным качеством на дальности 8.5...12,5 км. Следует отметить, что использование ортогонального режима СИЧ для борьбы с мешающими сигналами неэффективно, когда значительное число мешающих радиостанций работает в режиме фиксированной настройки частоты.
Рис. 6. Качественные зависимости основных характеристик радиостанций от скорости СИЧ:
/ — защищенность от следящей помехи; 2 — время синхронизации; 8 — стоимость; 4 — ЭМС; 5 — возможность обнаружения и пеленгации; 6 — защищенность от простой помехи; 1 — хорошее качество II — ухудшение качества
Аналогичная модель была использована для моделирования воздействия организованных помех на блокирование частотных каналов в радиостанциях УКВ-связи в режиме СИЧ. Дополнительный элемент — помехопостановщик — имел мощность излучения 2 кВт и был удален от линии развертывания на 3 км. Широкополосная помеха занимала полосу, равную 100 частотным каналам, а узкополосная — 1 частотный канал. Результаты моделирования приведены на рис. 7 [39].
Рис. 7. Зависимость относительного числа блоки рованных каналов от дальности связи в режиме СИЧ на линиях связи с многолучевым распространением радиоволн
В отсутствие помех вероятность обеспечения связи не хуже 0,9 может быть достигнута на дальности до 27 км в режиме фиксированной настройки частоты и до 19 км в режиме СИЧ. Ситуация резко изменяется в случае применения узкополосной помехи. В режиме СИЧ воздействие узкополосной помехи остается практически незаметным. В режиме фиксированной настройки частоты дальность связи уменьшается до 2 км. По отношению к широкополосной помехе оба режима оказываются равноценными. Дальность связи достигает при этом 8...10 км. Очевидно, что появлением радиостанций с СИЧ помехопостановщик, вынужденный применять для их подавления широкополосные помехи, снижает эффективность своего воздействия на радиостанции с фиксированной настройкой частоты.
Практический интерес вызывают меры по обеспечению совместимости перспективных и существующих радиостанции. С этой целью в перспективных радиостанциях предусмотрено либо включение соответствующего режима работы (например, в радиостанциях SINCGARS V) либо периодическое сканирование в режиме СИЧ заданных фиксированных частот с визуальным или звуковым оповещением оператора о приеме сигнала. В состав сканируемых частот обязательно включается частота, соответствующая коду идентификации сети, с целью обеспечения возможности вхождения в сеть, работающую в режиме СИЧ, новых пользователей. Оператор радиостанции, работающей в режиме СИЧ, получив оповещение о приеме сигнала на контролируемых фиксированных частотах, может поворотом тумблера на панели управления временно перейти в режим фиксированной настройки частоты и провести сеанс связи с соответствующим пользователем.
Наряду с повышением помехозащищенности и скрытности режим СИЧ предоставляет ряд дополнительных возможностей по организации связи. Так, в радиостанциях с ортогональным режимом СИЧ предусмотрен вызов ортогональной сети по коду идентификации сети. Под ортогональными сетями понимают сети радиостанций, работающих в режиме СИЧ с использованием ортогональных адресных групп частот. Коды идентификации сетей, в которых пользователь работает постоянно, вводятся в ОЗУ процессора в составе ключевой информации при предварительном программировании каналов связи. Для временной работы в других ортогональных сетях предусмотрен ввод соответствующего кода идентификации сети с панели управления. Такая мера позволяет осуществлять быстрый переход пользователя из сети в сеть без промежуточной синхронизации. Отметим, что число ортогональных сетей и число кодов идентификации ортогональных сетей не должны превосходить число частот в адресной группе.
В радиостанциях по программам JAGUAR V, JAGUAR U, SCIMITAR V, SCIMITAR U предусмотрен режим SEL CAL (Selective Call) селективного вызова для реализации селективной связи двух и более пользователей. С этой целью за каждой радиостанцией закрепляется индивидуальный адресный код или номер селективного вызова (SELCAL number). Адресный код вводится в ОЗУ модуля управления после ввода ключевых переменных. Один и тот же адресный код в ряде случаев закрепляются за несколькими радиостанциями, что обеспечивает их циркулярный вызов. Для организации селективной линии связи каждому адресному коду (или паре адресных кодов) сопоставляется по определенному правилу индивидуальный сдвиг фазы генератора ПСП относительно его текущей фазы. После пересчета и установки фазы генератора ПСП, соответствующей адресному коду, соответствующие радиостанции оказываются в индивидуальном синхронизме. Остальные станции в сети не имеют возможности принимать их сообщения.
Информация об адресном коде. а также код типа сообщения (аналоговое, цифровое, закрытое, открытое, в режиме SEL CAL) передается в составе синхросообщения и может быть доступной как для других радиостанций в сети, так и для противника, ведущего радиоперехват. Поэтому в [34] предложено безключевое закрытие адресной информации. Для каждой сети назначаются достаточно большие и взаимно простые числа М и N, которые известны всем пользователям в сети и могут быть доступны противнику. За станциями А и В закрепляются адресные коды а и b. В состав синхросообщения включаются коды чисел MamodN и MbmodN, которые также могут оказаться доступными как для пользователей в сети, так и для противника. Индивидуальный сдвиг фазы генератора ПСП, адекватный этим адресным кодам, вычисляется по правилу MabmodN. Поскольку истинные адресные коды а и Ь циркулируют только в процессоре радиостанции, то они оказываются недоступными внешним наблюдателям, а следовательно, оказывается недоступной и информация об индивидуальном сдвиге фазы ПСП для селективной связи.
В реальной обстановке не исключен захват отдельных радиостанций с установленными и нестертыми ключевыми переменными. В этом случае противник может внедриться в сеть и даже реализовать селективный вызов. Для исключения этой ситуации предусмотрен запрет использования отдельных адресных кодов. С этой целью оператор управляющей станции сети переходит в режим селективного вызова, набирает запрещенный адресный код и выдает команду на перевод всей сети в режим SEL CAL, а также на ввод в ОЗУ процессора запрещенного адресного кода. После этого радиостанции переводятся в обычный режим СИЧ для докладов о выполнении команды оператора управляющей станции.