Идентификация параметров местоположения источников сигналов несанкционированного излучения в системах спутниковой связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

идентификация параметров местоПОложения источников сигналов НЕСАНКЦИОНИРОВАННого излучения в системах спутниковой связи

Попов В.В.

The presented mathematical model is based on the device of discrete messages transfer theory and allows to spend the analysis of not authorized users signals in networks of a satellite communication and to estimate the parameters necessary for definition of their site.

дискретное сообщение неавторизованный пользователь

В последние годы заметно возросла активность в области спутниковой связи. Сети передачи информации с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ) получили широкое распространение для решения государственных и коммерческих задач (сети связи для передачи данных, речевых сообщений, доступа в Internet, телерадиовещания и др.).

Организация эксплуатации линий спутниковой связи происходит в условиях, когда на ограниченные частотные, временные и энергетические ресурсы сетей спутниковой связи приходится большое количество различных пользователей.

Коммерческие операторы спутниковой связи (ГПКС, ОАО Газком), осуществляющие контроль собственного орбитально-частотного ресурса, отмечают, что в последнее время неуклонно увеличивается интенсивность несанкционированного занятия ресурса бортовых ретрансляционных комплексов (БРК). Данные операторы имеют собственные подсистемы мониторинга своего орбитально-частотного ресурса, которые позволяют определить только сам факт пиратского использования ресурса БРК. Определить принадлежность пиратской станции, ее точное месторасположение, а значит, и принять действенные меры противодействия и защиты ресурса собственных БРК на данном этапе они не могут.

В связи с этим актуальным вопросом является определение координат земных станций, несанкционированно использующих ресурс БРК.

Рассмотрим сеть спутниковой связи (ССС) с многостанционным доступом с частотным разделением сигналов (МДЧР), функционирующую через БРК с прямой ретрансляцией (ПР) на геостационарной орбите (ГСО). Земные станции (ЗС) излучают сигналы на разных несущих таким образом, что их спектры практически не перекрываются. Хотя усиление сигналов всех ЗС в БРК является нелинейной операцией и сопровождается появлением продуктов интермодуляции, относительно каждого индивидуального сигнала эту операцию можно считать линейной [1]. Можно предположить, что передача сигнала в ССС с МДЧР осуществляется по линейному каналу с гауссовским шумом и совокупностью различного рода помех.

В соответствии с теорией потенциальной помехоустойчивости наилучшие показатели достоверности приема двоичной информации без избыточности обеспечиваются в случае использования противоположных сигналов и их когерентной обработки на приеме. Данному требованию удовлетворяют только некоторые типы фазоманипулированных сигналов.

В спутниковой связи наиболее широкое распространение получили следующие виды манипуляции сигналов:

- двухпозиционная фазовая манипуляция (BPSK);

- четырехпозиционная фазовая манипуляция (QPSK);

- относительная (офсетная) ФМ-4 (offset QPSK);

- частотная манипуляция с минимальным сдвигом частоты (CPFSK).

Помимо 2- и 4-фазных методов манипуляции в современных системах связи используются также восьмипозиционная фазовая манипуляция (8PSK) и 16-позиционная квадратурная амплитудная манипуляция (16QAM).

Дальнейшее увеличение градаций несущей в радиопосылках фазы приводит к резкому снижению помехоустойчивости, поэтому многофазные сигналы (с количеством фаз 16 и более) в спутниковых системах используются очень редко [2].

Статистическая модель канала спутниковой связи представлена на рис. 1 в форме, принятой для описания радиоканалов [3].

Рисунок 1 - Статистическая модель канала спутниковой связи

На рисунке 1 обозначено:

- пространство сообщений (информации);

- пространство псевдослучайных последовательностей и дальномерных кодов;

- пространство излучаемых ЗС сигналов;

- пространство параметров смещения излученных сигналов по времени и частоте;

- пространство принимаемых БРК сигналов;

- пространство принимаемых БРК шумов;

- пространство принимаемых БРК помех;

- пространство наблюдений по входу БРК;

- пространство излучаемых БРК сигналов;

- пространство принимаемых ЗС сигналов;

- пространство наблюдений по входу ЗС;

- пространство решений по входу ЗС;

, , , , , , , , , , , - соответственно векторы перечисленных выше пространств;

- оператор высокочастотной манипуляции (модуляции) несущей информационное сообщение, при необходимости псевдослучайной последовательностью или дальномерным кодом, ;

- оператор смещения излученных сигналов по времени и частоте, характеризующий данные сигналы;

- оператор преобразования принимаемых сигналов, шумов и помех в наблюдаемые сигналы, , ;

- оператор преобразования принимаемых сигналов по частоте;

- оператор оценивания, характеризующий процесс формирования оценки в приемном устройстве по наблюдаемым величинам , .

Рассмотрим ситуацию, когда в ССС с МДЧР появляется сигнал источника несанкционированного излучения (ИНИ). Пусть данный сигнал представляет фазоманипулированный сигнал (ФМС), например, ФМ-4. Данный сигнал имеет вид [4]:

, , ,, (1)

, (2)

где , , - амплитуда, средняя частота и начальная фаза ФМС.

Данный сигнал и сигналы легитимных ЗС поступают на вход БРК.

Первичной задачей является анализ радиообстановки на входе земной станции радиомониторинга (ЗСР) с целью оценки параметров спутникового канала связи, значения которых определяются только взаимным расположением и движением объектов (ИСЗ, ИНИ, ЗСР). Количественная оценка таких параметров в дальнейшем позволит определить местоположение ИНИ.

При проведении радиомониторинга сигналов ИНИ необходимо учитывать динамику движения ИСЗ, условия распространения радиоволн, а также различные помехи естественного и искусственного происхождения.

Сигнал ИНИ на входе БРК в общем случае описывается аддитивным многокомпонентным процессом:

, при , (3)

где - ФМС, поступивший на вход БРК от ИНИ; - i-я помеха; - количество помех в полосе частот сигнала; - аддитивная гауссовская помеха, обусловленная совокупностью внутреннего шума ИНИ, космических и атмосферных помех, излучений Земли; , - моменты начала и конца распространения сигнала на линии «вверх».

ФМС ИНИ на входе БРК имеет вид:

, (4)

, ,,, (5)

где , , - амплитуда, доплеровский сдвиг и начальная фаза ФМС ИНИ на линии «вверх»; - средняя частота ФМС излучаемого ИНИ; - временное запаздывание ФМС, соответствующее дальности между ИНИ и БРК; - набег фазы ФМС, при распространении радиоволны на трассе ИНИ-БРК.

Кроме того, можно представить в следующем виде:

, (6)

где - информационная часть набега фазы при распространении радиоволн на линии «вверх»; - дополнительный фазовый набег, который обусловлен влиянием электрических свойств Земли, ионосферы и тропосферы на процесс распространения радиоволн на линии «вверх»; - рассогласование по фазе между колебаниями бортового опорного генератора (ОГ) и колебаниями ОГ ИНИ.

В БРК с ПР производится фильтрация, усиление и перенос принятых сигналов на частоту передачи «вниз». Излученный передатчиком БРК сигнал достигает всех ЗС ССС и земной станции радиомониторинга.

Наблюдаемый на входе ЗСР в условиях помех сигнал описывается аддитивным многокомпонентным процессом:

, при , (7)

где - ФМС ИНИ, принятый с БРК; - j-я помеха; - количество помех в полосе частот сигнала; - аддитивная гауссовская помеха, обусловленная совокупностью внутреннего шума ЗСР, космических и атмосферных помех, излучений Земли; , - моменты начала и конца распространения сигнала на линии «вниз».

ФМС на входе ЗСР подсистемы радиомониторинга имеет вид:

, (8)

, , ,, (9)

где , , - амплитуда, доплеровский сдвиг и начальная фаза ФМС при распространении на линии «вниз»; - средняя частота ФМС излучаемого БРК; - временное запаздывание ФМС, соответствующее дальности между БРК и ЗСР подсистемы радиомониторинга; - набег фазы ФМС, при распространении радиоволны на трассе БРК-ЗСР.

аналогично можно представить в следующем виде:

, (10)

где - информационная часть набега фазы при распространении радиоволн на линии «вниз»; - дополнительный фазовый набег, который обусловлен влиянием электрических свойств Земли, ионосферы и тропосферы на процесс распространения радиоволн; - рассогласование по фазе между колебаниями бортового ОГ и колебаниями ОГ ЗСР подсистемы мониторинга.

Полагаем, что параметрами, значения которых определяются только взаимным расположением и движением объектов (ИСЗ, ИНИ, ЗСР) участвующих в сеансе мониторинга являются время задержки , фазовый сдвиг и доплеровское смещение частоты . Данные параметры функционально связаны с искомыми координатами. В дальнейшем измерительная информация подвергается существенным неизоморфным преобразованиям.

В условиях беззапросного (относительно ИНИ) характера измерений устранение погрешностей обусловленных отсутствием сведений о начальной фазе сигнала ИНИ, дрейфа фаз и частот бортовых эталонов частоты РС, возможно либо за счет включения этих погрешностей в число определяемых параметров, либо путем разностных измерений. Объективно возможен только второй вариант.

Необходимо отметить, что модель гауссовского канала для спутниковых линий связи, которая часто используется для теоретической оценки помехоустойчивости приема радиосигналов, может быть применена лишь с определенным приближением, в предположении отсутствия замираний и воздействия внешних помех.

Таким образом, представленная математическая модель сигнала несанкционированного пользователя в сети спутниковой связи ориентирована на определение местоположения источника сигнала. Показано, что измерение значений таких параметров спутникового канала связи, как время задержки , фазовый сдвиг и доплеровское смещение частоты позволит определить местоположение источника ИНИ. Отличительной особенностью модели является использование информации, получаемой беззапросным путем, т.е. только за счет анализа параметров сигналов в канале спутниковой связи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Банкет, В.Л. Цифровые методы в спутниковой связи [Текст] / В. Л. Банкет, В.М. Дорофеев. - М. : Радио и связь, 1988. - 240 с., ил.

2. Диденко, М.Г. Радиосигналы в спутниковых системах связи [Текст] / М.Г. Диденко // Спутниковая связь и вещание: специальный выпуск. - Москва, 2005. - с. 76-82.

3. Фалькович, С.Е. Оценка параметров сигнала [Текст] / С.Е. Фалькович. - М. : Сов. радио, 1970. - 320 с.

4. Кантор, Л.Я. Спутниковая связь и вещание [Текст]: Справочник. - 3-е изд., перераб. И доп. / Л.Я. Кантор [и др.]. - М. : Радио и связь, 1997. - 528 с., ил.

Размещено на Allbest.ru