Методический подход к оценке надежности систем радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочих частот

А.Н. Обухов, О.А. Черникова

кандидат технических наук,

Брянский филиал ВИПК МВД России

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ

РАБОЧИХ ЧАСТОТ

METHODICAL APPROACH TO ESTIMATION OF RELIABILITY OF RADIOCOMMUNICATION SYSTEMS WITH PSEUDO-REARRANGEMENT OF THE OPERATION FREQUENCY

Предложен методический подход, позволяющий оценивать надежность систем радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Рассмотрен режим псевдослучайной перестройки рабочей частоты как мера защиты передаваемой информации от преднамеренных помех.

Methodical approach which helps to estimate reliability of radiocommunication systems with pseudo-rearrangement of the operation frequency is offered. Regime of pseudorearrangement of the operation frequency as measure ofprotection of transferred information from deliberate interferences is considered.

Тенденции применения радиосвязи органами внутренних дел свидетельствуют о расширении применения современных систем радиосвязи (СРС), в том числе использующих радиосигналы с псевдослучайной перестройкой рабочих частот (ППРЧ). К системам радиосвязи, применяемым органами внутренних дел, предъявляются высокие требования. Одним из основных требований является надежность. Реализация требуемой надежности на этапе проектирования и создания систем радиосвязи обеспечивает выполнение ими возлагаемых на них функций. Именно поэтому задача построения моделей надежности систем радиосвязи с ППРЧ является актуальной.

Надежность является одним из важнейших показателей систем радиосвязи ОВД. Очевидно, что надежность системы связи определяют три ее основные составляющие:

1) надежность технической составляющей — надежность радиостанций, составляющих линию или сеть радиосвязи;

2) надежность технической эксплуатации радиостанций — надежность персонала, определяемая умением и готовностью выполнять свои функции в различных условиях оперативной обстановки;

3) надежность среды передачи сигнала — готовность среды к доставке сигнала от передающей радиостанции до принимающей радиостанции с требуемым качеством. При этом на готовность среды к передаче сигнала воздействуют как природные факторы (дальность, препятствия, подстилающая поверхность, космические шумы, активность ионосферы и т.п.), так и искусственные — результаты деятельности человека, которые, в свою очередь, носят случайный характер (помехи от функционирования различного рода технических устройств, в т.ч. радиостанций других систем радиосвязи) и неслучайный характер (преднамеренное радиоэлектронное подавление).

Присутствие в структуре надежности составляющих, определяемых человеческим и природными факторами, позволяет классифицировать систему радиосвязи как информационную [1]. Анализ функционирования информационных систем позволяет утверждать, что критериями их надежности могут быть те же критерии, которые в теории надежности применяются для анализа надежности восстанавливаемых технических систем. Отличие состоит лишь в их физическом смысле. Основными из них являются[1]:Р^)— вероятность безотказной работы; Т1— среднее время безотказной работы; К Г (1)— функция готовности; Кг — коэффициент готовности;Т — наработка на отказ.

Очевидно, что наиболее понятным и удобным для исследований является коэффициент готовностиКг , равный отношению времени Тг , когда система радиосвязи готова к передаче сигнала, к общему времени Т при стремлении последнего к бесконечности

кг = 1ип Т¥ Т ,

где Т = Тг + Тотк, Тотк — время, когда система связи не готова к передаче сигнала, т.е.

находится в состоянии отказа.

С учетом вышесказанного коэффициент готовности системы оценивается выражением

КГ = К г ТС К г ТЭК СПС ,

где КгТС — коэффициент готовности технической составляющей системы связи (линии или сети радиосвязи); К гТЭ — коэффициент готовности персонала к технической эксплуатации; КСПС — коэффициент готовности среды распространения сигнала.

Надежность технической составляющей системы радиосвязи определяется надежностью всех радиостанции, входящих в сеть (линию) радиосвязи.

К Г ТС =П"К РС,

где К г РС — коэффициент готовности ьй радиостанции в сети, [ = 1 (1,...^), N — количество радиостанций в сети. Для линии радиосвязи N =2.

При использовании в сети радиосвязи однотипных радиостанций

К = Кы тс ~ рс .

В свою очередь, надежность радиостанций определяется надежностью составляющих их технических устройств: надежностью приемопередающего устройства

КГТС = КГ ППУКГ ИПКГ КУКГ Ант .

Вопросы оценки надежности таких устройств достаточно глубоко изучены и освещены в известной литературе, например [1,2].

Надежность технической эксплуатации системы радиосвязи определяется умением и готовностью персонала, обслуживающего технические средства системы радиосвязи, выполнять свои функции в различных условиях оперативной обстановки

К Г ТЭ = П£К Г га,

где К г ТЭ-1 — коэффициент готовности персонала ьй радиостанции.

При использовании в сети радиосвязи однотипных радиостанций

К = Кы ЛГТЭ — ЛГ ТЭРС >

где К ТЭРС — коэффициент готовности персонала одной радиостанции.

Схема надежности технической эксплуатации радиостанции может быть построена с учетом количественного состава экипажа радиостанции (количество элементов схемы), разделения функций (последовательное соединение элементов) и взаимозаменяемости (параллельное соединение элементов).

Коэффициент готовности персонала (экипажа в целом или отдельных сотрудников) может быть рассчитан на основе статистических данных, полученных в ходе учений и тренировок личного состава, либо оценен с использованием метода экспертных оценок.

Надежность среды передачи сигнала в системе радиосвязи определяется надежностью всех образующих ее участков передачи сигналов между парами радиостанций, осуществляющих обмен информацией:

к = п Ыупс К

ЛГ спс А1г =1 ЛГ та*

где Кгупс — коэффициент готовности 1-го участка передачи сигналов, 1=1(1^уис, N7^ — количество участков передачи сигналов в сети радиосвязи. Для полносвязной сети радиосвязи

^УПСаех = СЫ .

Как отмечалось выше, надежность среды передачи сигнала зависит от многих факторов, среди которых следует выделить: условия распространения радиоволн, определяющие возможность доставки сигналов (КгРРВ) и поддержание синхронизма

(КГсинх); наличие взаимных (внутрисистемных) помех (Кгвп) и наличие радиоэлектронного подавления со стороны противника ( Кг РЭП).

КГ СПС = КГ РРВКГ СинхКГ ВПКГ РЭП .

Здесь К г РРВ — это вероятность того, что уровень сигнала в точке приема превысит требуемое значение, т.е.

К Г РРВ = РРРВ = Р (Рс - Рстр ) ,

где Рс — уровень сигнала в точке приема; Рстр — необходимое для приема значение уровня сигнала в точке приема.

К Синх — это вероятность того, что при заданных условиях распространения радиоволн будет обеспечена синхронизация радиостанций сети Рсинх

КГ Синх = РСиш .

Расчет величин Рррв и Ратс достаточно подробно рассмотрен в [3,4].

КГвп — вероятность отсутствия в текущий момент на используемой частоте взаимных помех от радиостанций других сетей связи

КГ ВП = 1 - РчекВП,

где РчвкВП — вероятность частотно-временного контакта передаваемого сигнала с взаимными помехами

РчвкВП =1 - п \=\ (1 - РчвкВПР(РВП — КП1РС1)) ,

Р(РВП — КП1РС1)— вероятность радиоподавления сигнала взаимной помехой в 1-й точке приема, 1=1,... Ыт,Ыт — количество трактов передачи;Ыт = 2ЫШС,Кп — коэффициент подавления. Таким образом,

КГВП = п=‘ (1 - РчвкВП Р(РВП — КтиРС1)) .

Здесь Kr РЭП — вероятность отсутствия в текущий момент на используемой частоте помех от средств радиоэлектронного подавления противника

KГРЭП = 1 - РчвкРЭП,

где Рц^крэ^ — вероятность частотно-временного контакта передаваемого сигнала с помехой, созданной средством РЭП противника

РчвкРЭП =1 - P i™ (1 - РчвкРЭПР(РРЭП - КПРСi)) ,

Р(РВП -КП1РС1) — вероятность радиоподавления сигнала помехой средства РЭП в i-й точке приема. Таким образом,

КГРЭП = Pi=l‘(1 -РчвкРЭПР(РРЭП — КтРС1)) •

Расчет величин РчвкВП и РчвкРЗП достаточно подробно рассмотрен в [5].

Таким образом, предложенный в статье методический подход позволяет оценивать надежность систем радиосвязи с ППРЧ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Половко А. М., Гуров С.В. Основы теории надежности. — 2- е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 704 с.

2. Раков А. И. Надежность радиорелейных и спутниковых линий передачи. — М.: Радио и связь, 1981. — 160 с.

3. Борисов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. — М.: Радио и связь, 2000. —384 с.

4. Борисов В.И., Зинчук В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно-временной подход. — М.: Радио и связь, 1999. — 252 с.

5. Обухов А. Н. Частотно-временные аспекты защиты информации в системах радиосвязи: монография. — М.: Экслибрис-Пресс, 2008. — 212 с.

REFERENCES

1. Polovko A.M., Gurov S.V. Osnovyi teorii nadezhnosti. — 2-e izd., pererab. 1 dop. — SPb.: BHV-Peterburg, 2006. — 704 s.

2. Rakov A.I. Nadezhnost radioreleynyih i sputnikovyih liniy peredachi. — M.: Radio i svyaz, 1981. — 160 s.

3. Borisov V.I. Pomehozaschischennost sistem radiosvyazi s rasshireniem spektra sig-nalov metodom psevdosluchaynoy perestroyki rabochey chastotyi. — M.: Radio i svyaz, 2000. —384 s.

4. Borisov V.I., Zinchuk V.M. Pomehozaschischennost sistem radiosvyazi. Veroyat-nostno-vremennoy podhod. — M.: Radio i svyaz, 1999. — 252 s.

5. Obuhov A.N. Chastotno-vremennyie aspektyi zaschityi informatsii v sistemah radiosvyazi: monografiya. — M.: Ekslibris-Press, 2008. — 212 s.