USER-MASTER.ORG

Емельянов С. Л. Некоторые аспекты оптимизации помех в системах активной защиты информации / С. Л. Емельянов // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2009. – №1. – С.63-65.

УДК 621.396.96:621.391.26

У статті вирішується актуальна задача оптимізації форми спектра перешкод, яка мінімізує якість обробки сигналів, що розвідуються. Обґрунтовується величина енергетичного виграшу у відношенні сигнал/перешкода при використанні протиборчою стороною негаусових перешкод.

In the article the actual task of optimization of noise oscillations spectrum form, minimizing the quality of explored signals processing, is considered. The value of energetic advantage in signal/noise relation, using nongaussian noise by opposite side, is substantiated.

Введение. Постановка и анализ проблемы

Сегодня накоплен значительный теоретический и практический опыт в решении проблемы оптимизации видов и параметров полезных сигналов, принимаемых на фоне различных помех, а также методов их обработки, позволяющих добиться максимального качества приема [1-3]. Но не менее актуальна и "обратная" проблема оптимизации видов и параметров помеховых колебаний, минимизирующих качество приема в различных ситуациях.

Анализ последних исследований и публикаций, в которых положено начало решения проблемы [4-9], показал перспективность проведения дальнейших исследований в упомянутой области, их актуальность и целесообразность.

Известно, например, что при ограничении на среднюю мощность наилучшей помехой является гауссов шум, обеспечивающий минимально возможное отношение сигнал/помеха (с/п) и обладающий максимальными маскирующими свойствами [3, 4].

Однако в ряде практических случаев при построении и применении комплексов радиоэлектронного подавления и систем активной защиты информации предложено формирование отличных от гауссовых помех, что позволяет снизить энергетические требования к ним и упростить их техническую реализацию в широком диапазоне защищаемых частот [4-8].

В связи с этим актуальными являются задачи обоснования оптимальной формы спектра помеховых колебаний, минимизирующей качество обработки разведываемых сигналов, а также учет возможного выигрыша в отношении с/п на разведывающей стороне в случае использования противоборствующей стороной негауссовых помех, что и является целью данной статьи.

1. Нахождение оптимальной формы спектра помехи

Найдем оптимальную форму спектра помехи при условии, что она является стационарным случайным процессом с неравномерной спектральной плотностью мощности N(f).

В этом случае оптимальная частотная характеристика фильтра обнаружителя определяется выражением [1-3]

,

где g(f) – спектр сигнала. Отношение с/п (параметр обнаружения) при этом определяется как

. (1)

Помеха определяется из условия, т.е. путем отыскания такого N(f)опт, при котором минимизируется интеграл (1), при условии постоянства энергии сигнала и мощности (дисперсии) помехи, соответственно

. (2)

Такая задача относится к изопериметрическим [1]. Ее решением является

. (3)

Здесь λ – неопределенный множитель Лагранжа, определяемый из (2),

. (4)

Поскольку λ – постоянная величина, спектральная плотность оптимальной помехи N(f)опт должна совпадать на основании (3) с точностью до постоянного множителя с амплитудным спектром сигнала. При этом обязательным условием является существование интеграла (4), что для реальных сигналов выполняется всегда. Решение (3) соответствует минимуму (1)

. (5)

Предположим, что сигнал и помеха сосредоточены в некоторой области частот F. Согласно неравенству Буняковского из (5) следует, что

. (6)

Равенство в (6) выполняется только при .

Таким образом, если помеха подстраивается под сигнал, то максимум отношения с/п будет тогда, когда спектр сигнала равномерный. Неравномерность спектра помехи обуславливает принципиальную возможность увеличения отношения с/п, поскольку [1-3]

, (7)

где

– выходное отношение с/п при гауссовой помехе с дисперсией ;

µ≥1 – коэффициент улучшения отношения с/п при негауссовой помехе. Показано [1-3], что µ=1 только для гауссовой помехи.

2. Оценка возможного энергетического выигрыша на разведывающей стороне при применении противоборствующей стороной негауссовых помех

Известно [1-3], что повышение помехозащищенности приемных устройств от негауссовых помех в обнаружителях слабых сигналов может достигаться применением специального нелинейного преобразования сигналов. Вид и эффективность нелинейной обработки зависят как от модели сигнала (широкополосный или узкополосный), так и от вероятностных свойств помехи.

В условиях априорной неопределенности относительно видов и параметров негауссовых помех и их статистических характеристик возможно применение противоборствующей стороной адаптивных методов нелинейной обработки при приеме как когерентных, так и некогерентных сигналов [2, 10-12].

Если, например, помеха представляет собой аддитивную смесь гауссова внутреннего шума с дисперсией и внешнего частотно-модулированного колебания с амплитудой Ао при относительной интенсивности , то переход от квадратичной характеристики детектирования H(А) (рис. 1, кривая 1), оптимальной для гауссовых помех (α=0), к полиномиальной характеристике детектора вида H(А)=С0+С1А2+С2А4 (рис.1, кривая 2 при α=20дБ) путем соответствующей оптимизации полиномиальных коэффициентов С1, С2 позволяет добиться выигрыша в отношении с/п (7) [11].

Рис. 1. Оптимальные характеристики детектирования

Выводы

  1. Оптимальной в целях активной радиотехнической маскировки является помеха, которая не имеет спектрально-временных различий с разведываемым сигналом.
  2. Если помеха "подстраивается" под сигнал, то максимум отношения сигнал/помеха будет при равномерном спектре сигнала.
  3. Переход в практических задачах радиоподавления и активной радиотехнической маскировки к негауссовым видам помеховых колебаний, несмотря на заманчивую простоту их технической реализации (путем, например, амплитудной, частотной или фазовой модуляции узкополосным шумовым процессом гармонического сигнала высокочастотного генератора), дает потенциальную возможность противоборствующей стороне улучшить качество приема за счет ответной оптимизации обработки разведываемых сигналов на фоне негауссовых помех.
  4. Оптимизация обработки разведываемых сигналов на фоне негауссовых помех возможна путем адаптации полиномиальной нелинейной обработки входной смеси сигнал + помеха к априори неизвестным видам и параметрам распределения помехи, как в радиочастотном, так и в видеочастотном трактах обработки.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов. – М.: Радио и связь, 1983. – 320 с.
  2. Теория обнаружения сигналов / П. С. Акимов, П. А. Бакут, В. А. Богданович и др.; Под ред. П. А. Бакута. – М.: Радио и связь, 1984. – 440 с.
  3. Ширман Я. Д., Манжос В. Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. – М.: Радио и связь, 1981. – 416 с.
  4. Вакин С. А., Шустов Л. Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. – М.: Сов. радио, 1968. – 448 с.
  5. Змиевский В. В., Емельянов С. Л. Теория радиоэлектронного подавления, техника РЭП и ее эксплуатация. Часть 1. Теория радиоэлектронного подавления: Учебное пособие. – Харьков: Изд-во ВИРТА ПВО, 1991. – 239 с.
  6. Емельянов С. Л. и др. Проблемные аспекты реализации пространственного и линейного зашумления в системах активной защиты информации // Правове, нормативне та метрологічне забезпечення системи захисту інформації в Україні: Наук.-техн. зб. – К., 2001. – Вил. 2. – С. 135-138.
  7. Маркин А. В. Оптимальные маскирующие помехи для используемых критериев работы приемника перехвата побочных излучений компьютера // Безопасность информационных технологий. – 1996. – №2. – С. 49-51.
  8. Демин В. П., Куприянов А. П., Сахаров А. В. Радиоэлектронная разведка и радиомаскировка. – М.: Изд-во МАИ, 1997. – 156 с.
  9. Емельянов С. Л. Альтернативные подходы к оптимизации помех в системах активной защиты информации // Hayковi записки Українського науково-дослідного інституту зв'язку: Наук.-виробничий зб. – 2007. – №2. – С. 97-100.
  10. Ю. Кобзев А. В., Емельянов С. Л. Адаптивные нелинейные методы обработки радиосигналов на фоне негауссовых помех // Изв. вузов. Радиоэлектроника. – 1989. – №4, Т. 32. – С. 80-83.
  11. Кобзев А. В., Емельянов С. Л. Адаптивные методы подавления негауссовских помех при амплитудном детектировании некогерентных сигналов // Радиотехника. – 1991. – №11. – С. 22-24.
  12. Емельянов С. Л. Возможные методы адаптации нелинейной обработки слабых сигналов на фоне негауссовских помех // Праці Міжнародної наук.-практ. конф. "Обробка сигналів i негаусciвськиx процесів пам'яті проф. Кунченка Ю. П.": Тези доповідей. – Черкаси: ЧДТУ, 2007. – С. 82-84.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Поиск