СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛА, ВСТРОЕННОГО В МАСКИРУЮЩУЮ ПОМЕХУ
METHOD OF GENERATING AND PROCESSING SIGNAL BUILT IN MASKING INTERFERENCE

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для передачи конфиденциальной информации по каналам радиосвязи с ограниченным частотным ресурсом.
Известен способ защиты информационного обмена в локальной системе радиосвязи по патенту РФ №2114513 от 27.06.98, бюл. №18. В известном способе защита информационного обмена в локальной системе основана на уменьшении отношения сигнал/шум (ОСШ) для приемников, принимающих попытку несанкционированного доступа к передаваемой информации. Для гарантированной защиты при всех всевозможных ситуациях обеспечивают ОСШ меньше единицы за счет того, что во время работы системы радиосвязи непрерывно излучают за периметр системы и вверх шумовые сигналы, имеющие мощность большую, чем мощность рабочих сигналов в системе радиосвязи, и которые перекрывают всю полосу частот, используемую в системе.
Реализация известного способа предполагает наличие двух подсистем: создания шумовой помехи и информационного обмена. Абонентские радиостанции защищают от шумового воздействия, используя априорную информацию о структуре помехи.
Недостатки известного способа следующие. Согласно указанному способу предполагается применение в качестве информационной подсистемы - системы связи с кодовым разделением каналов, что является его функциональным ограничением, так как он не применим для систем связи с временным разделением каналов. Помимо этого, в KB и УКВ диапазонах периметр может составлять сотни километров. Следовательно, размещение по периметру десятков и сотен передатчиков помех, имеющих даже незначительные излучения «назад» диаграмм направленности своих антенн, приведет к существенному увеличению напряженности помехового электромагнитного поля внутри зоны, ограниченной периметром, и возможному появлению в ней локальных областей с недопустимыми уровнями помехового поля.
Известен способ защиты информации и система радиосвязи с повышенной разведзащищенностью Патент РФ №2253184, опубликований 27.05.2005 г.
В известном способе в систему радиосвязи, содержащую информационную подсистему и подсистему шумовой помехи, а также элементы информационной подсистемы, элементы подсистемы создания шумовой помехи, введен блок сопряжения элементов подсистем, обеспечивающий постановку заградительных помех в свободные промежутки времени и на разрешенных частотах, включенный между элементами информационной подсистемы и подсистемы создания шумовой помехи, элементы информационной подсистемы и элементы подсистемы создания шумовой помехи интегрированы в единый мобильный комплекс, причем каждый элемент информационной подсистемы выполнен в виде многоканальной радиостанции с временным разделением каналов, а каждый элемент подсистемы создания шумовой помехи выполнен в виде передатчиков заградительных помех (ПЗП) на базе автостохастических генераторов.
Недостатком известного способа является техническая сложность его реализации, предполагающая наличие вспомогательного оборудования, что значительно усложняет абонентскую радиостанцию и тем самым снижает ее надежность. Кроме того, применение ПЗП приведет к существенному ухудшению условий электромагнитной совместимости для «дружественных» радиоэлектронных средств, работающих поблизости.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ, реализованный в патенте РФ №2329608 «Когерентная радиолиния» от 26.02.2007 г., опубликованном 20.07.2008 г.
Сущность способа-прототипа по патенту РФ №2329608 заключается в создании шумовой завесы из шумоподобных сигналов, имеющих мощность большую, чем мощность рабочих (полезных) сигналов в когерентной радиолинии для защиты передаваемой дискретной информации от несанкционированного доступа посторонних лиц.
Решение поставленной задачи в способе-прототипе достигается тем, что в когерентную радиолинию, содержащую на передающей стороне последовательно включенные источник дискретных сообщений, кодирующее устройство, первый модулятор, первый передатчик и первую передающую антенну, а на приемной стороне последовательно включенные приемную антенну, приемник, блок поиска по частоте, блок выделения опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом приемника, и первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, последовательно включенные декодирующее устройство и блок регистрации и анализа сообщений, дополнительно снабжают на передающей стороне двумя генераторами высокой частоты, генератором псевдослучайной последовательности, вторым модулятором, вторым передатчиком и второй передающей антенной, причем первый генератор высокой частоты подключен к второму входу первого модулятора, к выходу генератора псевдослучайной последовательности подключены второй модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго генератора высокой частоты, второй передатчик и вторая передающая антенна, а на приемной стороне фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, двумя вычитателями, вторым и третьим синхронными детекторами, причем к выходу блока выделения опорного напряжения последовательно подключены фазовращатель на +30°, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый вычитатель, фазовращатель на +90° и второй вычитатель, второй вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора, а выход подключен к входу декодирующего устройства, к выходу блока выделения опорного напряжения последовательно подключены фазовращатель на -30° и третий синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, а выход подключен к второму входу первого вычитателя.
Реализация способа-прототипа по патенту РФ №2329608 заключается в следующем. Дискретные сообщения с выхода источника через кодирующее устройство в виде модулирующего кода поступают на первый вход модулятора, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода генератора высокой частоты. На выходе модулятора образуется фазоманипулированный (ФМ) сигнал, который после усиления в передатчике (усилителе мощности) излучается передающей антенной с направленной диаграммой направленности в сторону приемной части когерентной радиолинии. Псевдослучайная последовательность (ПСП) с выхода генератора поступает на первый вход модулятора, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода генератора высокой частоты. На выходе модулятора образуется шумоподобный сигнал (ШПС), фаза которого изменяется в соответствии с ПСП. Указанный сигнал после усиления в передатчике (усилителе мощности) излучается передающей антенной с направленной диаграммой направленности в сторону приемной части когерентной радиолинии. Мощность этого сигнала много больше, чем мощность информационного сигнала, для которого он создает шумовую завесу.
Смесь ФМ-сигнала и ШПС-сигнал с выхода приемной антенны через приемник (усилитель высокой частоты) одновременно поступает на первые (информационные) входы синхронных детекторов, на вторые входы которых подаются опорные напряжения соответственно с выхода блока выделения опорного напряжения непосредственно и через фазовращатели на +30° и -30°. На выходе синхронных детекторов соответственно выделяются низкочастотные напряжения. А на выходе вычитателя образуется разностное напряжение, которое представляет собой оценку ШПС-сигнала и отличается от ШПС-сигнала на выходе синхронного детектора поворотом по фазе на 90°.
Разностное напряжение с выхода вычитателя поступает на вход фазовращателя на +90°, на выходе которого образуется напряжение, которое поступает ступает на второй вход вычитателя, на выходе которого образуется разностное напряжение, представляющее собой аналог передаваемого сообщения. Напряжение с выхода вычитателя поступает на вход декодирующего устройства для дальнейшей обработки.
Таким образом, в результате такого построения когерентной радиолинии когерентная радиолиния под прикрытием мощной шумовой завесы может успешно выполнять свои функции.
Недостаток способа-прототипа заключается в том, что он имеет ограниченную область применения, так как для эффективного функционирования радиолинии необходимо наличие дополнительного оборудования для формирования и радиопередачи ШПС-сигнала.
Целью данного изобретения является расширение области применения способа-прототипа, а именно разработка способа формирования и обработки сигнала встроенного в маскирующую помеху, реализуемого посредством одного радиопередающего устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования и обработки сигнала, встроенного в маскирующую помеху, формируют полезный сигнал и маскирующую помеху на передающей стороне радиолинии, передают их по радиолинии, принимают и выделяют полезный сигнал путем компенсации маскирующей помехи в результате когерентной обработки на приемной стороне радиолинии. При этом формируют полезный сигнала и маскирующую помеху на передающей стороне в одном радиопередающем устройстве, причем несущую частоту полезного сигнала выбирают таким образом, чтобы занимаемый им частотный спектр находился в пределах полосы частот, занимаемой маскирующей помехой. При этом структуру маскирующей помехи выбирают такой, чтобы на частотных позициях, занимаемых полезным сигналом, спектральные компоненты маскирующей помехи отсутствовали или же значение модуля их амплитуд не превышало 5% от значений модуля амплитуд спектральных компонент полезного сигнала, а на остальных частотных позициях, не занятых полезным сигналом, амплитуда спектральных компонент маскирующей помехи по модулю была бы равной амплитуде спектральных компонент полезного сигнала.
Благодаря новой совокупности существенных признаков, заключающейся в формировании полезного сигнала и маскирующей помехи на передающей стороне в одном радиопередающем устройстве, в выборе несущей частоты таким образом, чтобы спектр сигналом находился в пределах полосы частот, занимаемой маскирующей помехой, а также выборе такой структуры маскирующей помехи, чтобы ее спектральные компоненты на частотных позициях, занимаемых полезным сигналом, отсутствовали или же значение модуля их амплитуд не превышало 5% от значений модуля амплитуд спектральных компонент полезного сигнала, а на остальных частотных позициях, не занятых полезным сигналом, амплитуда спектральных компонент маскирующей помехи по модулю была бы равной амплитуде спектральных компонент полезного сигнала.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых:
на фиг. 1 - модули спектра полезного сигнала и маскирующей помехи, причем в спектре маскирующей помехи на частотных позициях, соответствующих спектральным компонентам полезного сигнала, амплитуда спектральных компонент маскирующей помехи имеет значения близкие к нулевым;
на фиг. 2 - модуль спектра суммарного сигнала, представляющего аддитивную сумму полезного сигнала и маскирующей помехи;
на фиг. 3 - модуль спектра маскирующей помехи, которую аддитивно вычитают в радиоприемном тракте;
на фиг. 4 - спектр восстановленного полезного сигнала, полученного в результате вычитания из суммарного сигнала маскирующей помехи;
на фиг. 5 - временное представление: суммарного сигнала, маскирующей помехи, восстановленного полезного сигнала в результате аддитивного вычитания из суммарного сигнала маскирующей помехи и исходного сигнала.
Реализации заявленного способа формирования и обработки сигнала, встроенного в маскирующую помеху, осуществляется следующим образом. На передающей стороне формируют полезный сигнал и формируют маскирующую помеху. Причем маскирующую помеху формируют таким образом, чтобы спектр полезного сигнала располагался в пределах полосы частот, занимаемой маскирующей помехой. При этом структуру маскирующей помехи выбирают такой, чтобы на частотных позициях, занимаемых полезным сигналом, ее спектральные компоненты отсутствовали или же значение модуля их амплитуд не превышало 5% от значений модуля амплитуд спектральных компонент полезного сигнала, а на остальных частотных позициях, не занятых полезным сигналом, амплитуда спектральных компонент маскирующей помехи по модулю была бы равной амплитуде спектральных компонент полезного сигнала. В качестве примера на фиг. 1 показаны модули спектров полезного сигнала и маскирующей помехи, удовлетворяющие указанным выше условиям.
Поскольку полезный сигнал и маскирующая помеха формируются в одном радиопередающем тракте, то на выходе радиопередающего тракта будет суммарный сигнал, представляющий аддитивную смесь полезного сигнала и маскирующей помехи, причем спектр суммарного сигнала будет по своей структуре близок к спектру маскирующей помехи, у которой все спектральные коэффициенты имеют примерно равные значения. В качестве примера на фиг. 2 представлен модуль спектра суммарного сигнала, спектральные коэффициенты которого имеют примерно равные значения.
В результате выполнения процедур, указанных в заявляемом способе, обеспечивается формирование и обработка сигнала, встроенного в маскирующую помеху.
Сигнал, встроенный в помеху, становится недоступным для средств радиоприема, которым неизвестна форма спектра маскирующей помехи.
Принимают и выделяют полезный сигнал путем компенсации маскирующей помехи в результате когерентной обработки на приемной стороне радиолинии. Реализация указанных процедур осуществляется в результате вычитания маскирующей помехи из принятого суммарного сигнала.
В качестве примера на фиг. 3 показан модуль спектра маскирующей помехи, которую аддитивно вычитают в радиоприемном тракте. На фиг. 4 показан спектр восстановленного полезного сигнала, полученного в результате вычитания из суммарного сигнала маскирующей помехи.
На фиг. 5 показано временное представление: суммарного сигнала, маскирующей помехи, восстановленного полезного сигнала в результате аддитивного вычитания из суммарного сигнала маскирующей помехи и исходного сигнала.
Визуальный анализ подтверждает близость структуры восстановленного полезного сигнала и исходного полезного сигнала, что указывает на физическую реализуемость процедур заявляемого способа.
Процедуры формирования и приема полезного сигнала и маскирующей помехи по радиоканалу известны, см. патент RU (11) №2253184 от 19.05.2003 «Способ защиты информации и система радиосвязи с повышенной разведзащищенностью».
Процедуры формирования спектров сигналов, а также технических особенностей их приема и обработки известны, см. Патент РФ №2329608, от 26.02.2007 г. «Когерентная радиолиния».
Процедуры формирования аддитивной смеси полезного сигнала и маскирующей помехи, в роли которой может выступать гауссов шум, известны, см. с. 124, Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: Пер. с англ. М.: Вильямс, 2003. 1104 с.
Процедуры когерентной обработки сигналов (реализация операции аддитивного вычитания маскирующей помехи) известны, см. с. 207, Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: Пер. с англ. М.: Вильямс, 2003. 1104 с.
Таким образом, в заявляемом способе при его реализации за счет выполнения процедур формирования полезного сигнала и маскирующей помехи на передающей стороне в одном радиопередающем устройстве, в выборе несущей частоты таким образом, чтобы спектр сигнала находился в пределах полосы частот, занимаемой маскирующей помехой, а также выборе такой структуры маскирующей помехи, чтобы ее спектральные компоненты на частотных позициях, занимаемых полезным сигналом, отсутствовали или же значение модуля их амплитуд не превышало 5% от значений модуля амплитуд спектральных компонент полезного сигнала, а на остальных частотных позициях, не занятых полезным сигналом, амплитуда спектральных компонент маскирующей помехи по модулю была бы равной амплитуде спектральных компонент полезного сигнала, обеспечивается расширение области применения способа формирования и обработки сигнала, встроенного в маскирующую помеху.