Термином «шум» называют разного помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации.

Технические причины возникновения помех:

Плохое качество линий связи;

Незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам.

Наличие шума приводит к потере информации.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важнейших идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным.

Избыточность кода – это многократное повторение передаваемых данных.

Избыточность кода не может быть слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи.

Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной , а достоверность принятой информации – максимальной .

Ранее отмечалось, что при передаче сообщений по каналам связи могут возникать помехи, способные привести к искажению принимаемых знаков. Так, например, если вы попытаетесь в ветреную погоду передать речевое сообщению человеку, находящемуся от вас на значительном расстоянии, то оно может быть сильно искажено такой помехой, как ветер. Вообще, передача сообщений при наличии помех является серьезной теоретической и практической задачей. Ее значимость возрастает в связи с повсеместным внедрением компьютерных телекоммуникаций, в которых помехи неизбежны. При работе с кодированной информацией, искажаемой помехами, можно выделить следующие основные проблемы: установления самого факта того, что произошло искажение информации; выяснения того, в каком конкретно месте передаваемого текста это произошло; исправления ошибки, хотя бы с некоторой степенью достоверности.

Помехи в передачи информации - вполне обычное дело во всех сферах профессиональной деятельности и в быту. Один из примеров был приведен выше, другие примеры - разговор по телефону, в трубке которого «трещит», вождение автомобиля в тумане и т.д. Чаще всего человек вполне справляется с каждой из указанных выше задач, хотя и не всегда отдает себе отчет, как он это делает (т.е. неалгоритмически, а исходя из каких-то ассоциативных связей). Известно, что естественный язык обладает большойизбыточностью (в европейских языках - до 7%), чем объясняется большая помехоустойчивость сообщений, составленных из знаков алфавитов таких языков. Примером, иллюстрирующим устойчивость русского языка к помехам, может служить предложение «в словох всо глосноо зомононо боквой о». Здесь 26% символов «поражены», однако это не приводит к потере смысла. Таким образом, в данном случае избыточность является полезным свойством.

Избыточность могла бы быть использована и при передаче кодированных сообщений в технических системах. Например, каждый фрагмент текста («предложение») передается трижды, и верным считается та пара фрагментов, которая полностью совпала. Однако, большая избыточность приводит к большим временным затратам при передаче информации и требует большого объема памяти при ее хранении. Впервые теоретическое исследование эффективного кодирования предпринял К.Шеннон.

Первая теорема Шеннона декларирует возможность создания системы эффективного кодирования дискретных сообщений, у которой среднее число двоичных символов на один символ сообщения асимптотически стремится к энтропии источника сообщений (в отсутствии помех). Задача эффективного кодирования описывается триадой:

Х = {X 4i } - кодирующее устройство - В.

Здесь X, В - соответственно входной и выходной алфавит. Под множеством х i можно понимать любые знаки (буквы, слова, предложения). В - множество, число элементов которого в случае кодирования знаков числами определяется основанием системы счисления (например, т = 2). Кодирующее устройство сопоставляет каждому сообщению х i из Х кодовую комбинацию, составленную из п i символов множества В. Ограничением данной задачи является отсутствие помех. Требуется оценить минимальную среднюю длину кодовой комбинации.

Для решения данной задачи должна быть известна вероятность Р i появления сообщения х i , которому соответствует определенное количество символов п i алфавита В. Тогда математическое ожидание количества символов из В определится следующим образом:

n c р = п i Р i (средняя величина).

Этому среднему числу символов алфавита В соответствует максимальная энтропия Нтаx = n ср log т. Для обеспечения передачи информации, содержащейся в сообщениях Х кодовыми комбинациями из В, должно выполняться условие H4mах ≥ Н(х), или п cр log т ≥ - Р i log Р i . В этом случае закодированное сообщение имеет избыточность п cр ≥ H(x) / log т, n min = H(x) / log т.

Коэффициент избыточности

К u = (H max – H (x )) / H max = (n cp – n min) / n cp

Выпишем эти значения в виде табл. 1.8. Имеем:

N min = H (x ) / log2 = 2,85, K u = (2,92 - 2,85) / 2,92 = 0,024,

т.е. код практически не имеет избыточности. Видно, что среднее число двоичных символов стремится к энтропии источника сообщений.

Таблица 3.1 Пример к первой теореме Шеннона

N	Рх i	x i	Код	n i	п i - ∙ Р i	Рх i ∙ log Рх i
	0,19	X 1			0,38	-4,5522
	0,16	X 2			0,48	-4,2301
	0.16	X 3			0,48	-4,2301
	0,15	X 4			0,45	-4,1054
	0,12	X 5			0,36	-3,6706
	0,11	X 6			0,33	- 3,5028
	0,09	X 7			0,36	-3,1265
	0,02	X 8			0,08	-3,1288
	Σ=1	Σ=2,92	Σ=2,85

Вторая теорема Шеннона гласит, что при наличии помех в канале всегда можно найти такую систему кодирования, при которой сообщения будут переданы с заданной достоверностью. При наличии ограничения пропускная способность канала должна превышать производительность источника сообщений.

Таким образом, вторая теорема Шеннона устанавливает принципы помехоустойчивого кодирования. Для дискретного канала с помехами теорема утверждает, что, если скорость создания сообщений меньше или равна пропускной способности канала, то существует код, обеспечивающий передачу со сколь угодно мглой частотой ошибок.

Доказательство теоремы основывается на следующих рассуждениях. Первоначально последовательность Х = {xi} кодируется символами из В так, что достигается максимальная пропускная способность (канал не имеет помех). Затем в последовательность из В длины п вводится r символов и по каналу передается новая последовательность из п + r символов. Число возможных последовательностей длины и + т больше числа возможных последовательностей длины п. Множество всех последовательностей длины п + r может быть разбито на п подмножеств, каждому из которых сопоставлена одна из последовательностей длины п. При наличии помехи на последовательность из п + r выводит ее из соответствующего подмножества с вероятностью сколь угодно малой.

Это позволяет определять на приемной стороне канала, какому подмножеству принадлежит искаженная помехами принятая последовательность длины п + r, и тем самым восстановить исходную последовательность длины п.

Эта теорема не дает конкретного метода построения кода, но указывает на пределы достижимого в создании помехоустойчивых кодов, стимулирует поиск новых путей решения этой проблемы.

Большой вклад в научную теорию связи внес советский ученый Владимир Александрович Котельников (1940-1950 г. XX века). В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче:

Все сообщение разбивается на порции – блоки;

Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком;

В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, если она не совпадает с первоначальной, передача повторяется.

Таблица 3.2. Модель Клода Шеннона по передаче информации в технических системах связи

Дополнительная литература:

№	Тема урока	Литература
	Информация как единство науки и технологии.	Могилев “Информатика”
	Социальные аспекты информатики.	“Социокультурные аспекты хакерства” (по материалам из Википедии-свободной электронной энциклопедии)
	Правовые аспекты информатики.	“Правовые аспекты информатики”(по материалам сайта “Информатика на 5”) http://www.5byte.ru/referat/zakon.php
	Информация и физический мир. Информация и общество.	«Введение в информатику» из учебника Н.Угринович «Информатика и информационные технологии» стр.12-17
	Информатизация общества.	по материалам электронного журнала “Мир ПК” http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/pres/cw-01-2000.htm
	Телекоммуникации в Башкортостане	Портал «Республика Башкортостан» - раздел Телекоммуникации http://башкортостан.рф/potential/telecommunications/
	Информационная безопасность общества и личности.	«Информационная безопасность личности, общества, государства» (по материалам электронной книги В.А Копылова «Информационное право», главы 10-11) http://www.i-u.ru/biblio/archive/kopilov_iform/04.aspx
	Тема 2.1. Различные уровни представлений об информации. Значения термина в различных областях знания.	«Семантический подход к определению информации» (материалы из Википедии - свободной электронной энциклопедии, раздел «Информация в человеческом обществе») http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8%ED%F4%EE%F0%EC%E0%F6%E8%FF

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

Исследование методов помехозащищенности радиотехнических систем

Работу выполнил

Андрияш Максим Владимирович

Специальность 210302 - Радиотехника

Научный руководитель

Доцент, к.т.н.

А.Н. Казаков

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Андрияш М.В.ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Курсовая работа: 29 с. 1 рис., 4 источника.

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ, ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ, СКРЫТНОСТЬ СИСТЕМ.

Целью данной курсовой работы является, совершенствование учебно-методического комплекса дисциплины радиотехнические системы, которое включает в себя: обосновать необходимость использования и совершенствования помехозащищенных РТС, провести анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных РТС, основных методов повышения скрытности РТС, основных методов повышения устойчивости РТС к преднамеренным помехам.

Основные результаты курсовой работы заключаются в следующем: в ходе проделанной курсовой работы было проведено обоснование необходимости использования и совершенствования помехозащищенных РТС, сделан анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных РТС, проведен анализ основных методов повышения скрытности РТС и проведен анализ основных методов повышения устойчивости РТС к преднамеренным помехам.

Введение

1. Помехозащищенность

2. Общие сведения об методах защиты от помех

2.1 Общие характеристики помехозащищенности

2.2 Взаимосвязь эффективности радиосистемы и ее помехозащищенности

2.3 Помехозащищенность систем

2.4 Скрытность систем

2.5Общие характеристики помехозащищенности

4. Помехозащищенность СРС

4.1 Общая характеристика помехозащищенности систем радиосвязи с ППРЧ

Заключение

помехозащищенность радиотехнический скрытность

Введение

Проблема повышения помехозащищенности систем управления и связи является весьма острой и до сих пор не нашла своего решения в большинстве прикладных задач. Решению этой проблемы способствует комплексное использование различных методов и средств (сигналов сложной формы, оптимальных методов их обработки, фазированных антенных решеток, быстродействующей цифровой техники, современной технологии, организационных мер).

Важнейшим путем достижения требуемой помехозащищенности систем радиосвязи (СРС) при воздействии организованных (преднамеренных) помех является использование сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и применения оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки таких сигналов.

Тем не менее, проблема эффективности СРС с ППРЧ, исследование и разработка перспективных способов повышения помехозащищенности СРС, особенно в условиях постоянного совершенствования тактики и техники радиоэлектронного подавления (РЭП), остаются актуальными и важными как с научной, так и с практической точки зрения.

Появившиеся в последнее время возможности широкого внедрения в СРС быстродействующей микропроцессорной техники и современной элементной базы позволяют реализовать новые принципы формирования, приема и обработки сигналов с ППРЧ, включая и частотные разнесения символов с высокой кратностью и малой длительностью элементов, совместное использование М-ичной частотной манипуляции (ЧМ) и помехоустойчивого кодирования сигналов с ППРЧ и адаптивных антенных решеток. Все это позволяет обеспечить высокую помехозащищенность СРС при воздействии различных видов организованных помех.

1. Помехозащищенность

Способность радиотехнической системы (РТС) функционировать с заданным качеством в условиях радиоэлектронного противодействия (РЭП) называют её помехозащищённостью. Помехозащищённость можно охарактеризовать следующим показателем вероятности:

(1)

Где, Pпд - вероятность подавления РТС, характеризует скрытность системы; пу0 - вероятность (помехоустойчивость) успешного выполнения своей задачи РТС при отсутствии РЭП; пу1 - вероятность успешного выполнения задачи РТС в условиях РЭП. В свою очередь вероятность Pпд предложено определять в виде:

(2)

Где, Ррз - вероятность того, что параметры сигналов, используемых в РТС, будут определены (разведаны) системой РЭП противника;

Рисп - вероятность использования противником РЭП при условии, что параметры сигналов разведаны с точностью, необходимой для организации подавления;

Рпп - вероятность действия помехи радиоэлектронного подавления на приёмник рассматриваемой РТС при условии, что параметры сигналов разведаны (оценены) с заданной точностью и средства радиоэлектронного подавления использованы.

Пропускную способность С одноканальной или многоканальной, но с однородными каналами РТС, обычно оценивают в битах в секунду. Для разнородных каналов при цифровой обработке данный показатель также измеряется в этих же единицах. Таким образом, пропускная способность

(3)

При Е ЕТП,

Где, J - количество информации, извлекаемое за время Т,

е - показатель точности,

едоп - его допустимое значение.

2. Общие сведения о методах защиты от помех

В любой радиотехнической системе может существенно сказываться влияние различного рода помех, способы защиты от которых основаны на использовании различий сигналов и помех. Эти различия позволяют осуществить первичную селекцию сигналов: частотную, временную, пространственную и поляризационную. При наложении спектров сигнала и помехи подавление помехи возможно в устройствах обработки, учитывающих отличия в тонкой структуре сигнала. Возможные различия между сигналом и помехой, которые используются для подавления действия помехи, сводятся к следующим.

В случае различия спектров сигнала и помехи для борьбы с помехами применяют фильтрующие схемы. Возможны следующие ситуации:

− спектры помехи и сигнала не перекрываются,

− спектр помехи сосредоточен на участке спектра сигнала,

− спектры помехи и сигнала перекрываются, но имеются различия в их тонкой структуре.

При перекрытии спектров помехи и сигнала, когда перестройка по частоте или режекция неэффективна, используют гребёнчатые или согласованные фильтры. Различия в структуре спектров сигнала и помехи используются также в устройствах селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне пассивных помех. Принципы СДЦ будут рассмотрены ниже.

Различия во временной структуре сигналов и помех используютдля борьбы с импульсными помехами, имеющими отличающиеся от сигнала параметры: длительность, период повторения, момент времени прихода. Применение кодирования сигнала по числу импульсов и интервалу между ними, селекция по длительности при автосопровождении цели - вот некоторые из существующих методов борьбы с указанными видами помех.

Различия в пространственном положении источников сигнала и помехи позволяют существенно ослабить действие помехи за счёт повышения разрешающей способности РЛС и РНС по угловым координатам, подавления боковых лепестков ДН, компенсации помех, попадающих по боковым лепесткам ДН.

Различия в поляризационной структуре сигналов и помех используют в настоящее время для подавления мешающих отражений от гидрометеоров за счёт применения поляризованных антенн.

1 Общие характеристики помехозащищенности

Помехозащищенность радиосистемы характеризует ее способность сохранять заданную точность извлечения информации и пропускную способность при наличии помех.

Помехозащищенность РТС обеспечивается помехоустойчивостью и скрытностью ее действия. Для научных РТС извлечения информации скрытность системы не является обязательной и поэтому понятие помехозащищенности совпадает с понятием помехоустойчивости.

Пропускная способность РТС извлечения информации определяется максимальной скоростью извлечения информации с заданной точностью

Пропускную способность С одноканальной или многоканальной, но с однородными каналами РТС, обычно оценивают в битах в секунду. Для разнородных каналов при цифровой обработке данный показатель также измеряется в этих же единицах. Таким образом, пропускная способность С = max(Jr) при е ЕТП, где J - количество информации, извлекаемое за время Т, е - показатель точности, ЕДОП - его допустимое значение.

Предельная теоретически достижимая пропускная способность C называется потенциальной. Она зависит от данных, принятых при ее определении. В отсутствие шумов для дискретных сообщений теория информации где Vk - средняя скорость следования к -го сигнала, щ - число видов передаваемых символов.

При наличии помехи в виде нормального белого шума справедлива формула Шеннона

Очевидно, пропускная способность С перестает зависеть от ДД.

В системах извлечения информации идеальное кодирование сообщений источника невозможно.

Разрешающей способностью РТС называется способность системы сохранять заданную точность извлечения информации при мешающем действии смежных сигналов (приходящих со смежных дальностей, с близкими доплеровскими сдвигами и т. п.). Данный показатель полностью определяется разрешением сигналов.

2 Взаимосвязь эффективности радиосистемы и ее помехозащищенности

Радиосистемы управления и связи, как правило, являются составной частью сложных комплексов управления (объектами, людьми) и предназначаются для оценки и передачи измерительной информации, характеризующей вектор состояния управляемых объектов, для передачи командной и различного вида связной информации.

Способность комплекса управления выполнить задачу в заданных условиях принято характеризовать его эффективностью. Естественно, что для радиосистем управления и связи, являющихся частью такого комплекса, целесообразно ввести понятие эффективности, под которой следует понимать способность выполнить задачу (частную, по отношению к комплексу в целом) в заданных условиях. Эффективность систем управления и связи зависит от ряда факторов, таких как точность, живучесть, надежность, помехозащищенность, верность передачи информации. В разных системах управления и связи, а также на разных этапах их работы значимость перечисленных факторов может быть неодинаковой. Так, в системах управления движущимися объектами на первый план, как правило, выступает фактор точности оценки параметров движения или точности оценки вектора состояния объекта. Если же такая оценка осуществляется в условиях радиопротиводействия, то большое значение приобретает фактор помехоустойчивости или помехозащищенности радиосистемы. При этом требуемая точность оценки вектора состояния объекта должна достигаться в сложной помеховой обстановке, что в значительной степени будет определяться помехоустойчивостью системы управления. Точностные характеристики оказываются весьма важными и в системах связи. Так, от точности синхронизации в системах цифровой связи зависит верность принимаемой информации. При этом часто точность и помехоустойчивость оказываются тесно связанными.

Современные радиосистемы управления представляют собой сложные многофункциональные (совмещенные) системы, в которых один и тот же сигнал может использоваться как для измерения параметров движения, так и, синхронизации и передачи командной (связной) информации. Очевидно, что в таких системах взаимосвязь точности и помехоустойчивости становится еще более тесной.

3 Помехозащищенность систем

Под помехозащищенностью системы управления и связи будем понимать ее способность выполнять задачи в условиях радиоэлектронного подавления (РЭП). Таким образом, помехозащищенность представляет собой то слагаемое эффективности систем, которое характеризуется способностью противостоять мерам РЭП. Поэтому количественный критерий помехозащищенности должен согласовываться с критерием эффективности. Так как в качестве критерия эффективности как меры успешности выполнения заданной задачи принимается вероятность ее выполнения, то,в качестве критерия помехозащищенности целе- сообразно принять вероятность выполнения заданной задачи системой (например, заданной верности передачи информации или точности) в условиях РЭП;

В общем случае РЭП включает два последовательных этапа - радиотехническую разведку и радиопротиводействие. Целью радиотехнической разведки является установление факта работы (излучения) радиоэлектронной системы (РЭС) и определение ее параметров, необходимых для организации радиопротиводействия. Целью радиопротиводействия является создание таких условий, которые затруднили бы работу РЭС или вообще привели к срыву выполнения задачи.

Основным способом радиопротиводействия является постановка помех. Постановка помех будет тем эффективнее, чем больше информации о подавляемой РЭС будет выявлено на этапе радиоразведки и использовано при организации радиопротиводействия. Таким образом, помехозащищенность РЭС будет зависеть от технических характеристик РЭС, от взаимного расположения РЭС и аппаратуры разведки и подавления, от тактики использования РЭС, от времени работы и т. д. Сочетание этих характеристик и условий носит случайный характер, поэтому помехозащищенность следует рассматривать для некоторых строго определенных условий.

Если обозначить - вероятность разведки параметров РЭС, необходимых для организации радиопротиводействия, а - вероятность нарушения работы РЭС в результате радиопротиводействия, то критерий помехозащищенности можно представить в следующей форме: . Вероятность количественно отражает свойство РЭС, которое может быть названо скрытностью. Под скрытностью будем понимать способность РЭС противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на обнаружение факта работы РЭС и определения необходимых для радиопротиводействия параметров сигнала. Соответственно величину можно принять в качестве критерия скрытности.

Вероятность зависит от способности РЭС выполнять задачу при действии помех. Поэтому величина может быть принята в качестве критерия помехоустойчивости. Этот критерий определяет вероятность выполнения системой задачи в условиях радиоподавления. Таким образом, помехозащищенность РЭС определяется ее скрытностью и помехоустойчивостью. Рассмотрим отдельные показатели помехозащищенности.

4 Скрытность систем

Радиотехническая разведка, как правило, предполагает последовательное выполнение трех основных задач: обнаружение факта работы РЭС (обнаружение сигнала), определение структуры обнаруженного сигнала (на основе определения ряда его параметров) и раскрытие содержащейся (передаваемой) в сигнале информации. Последняя задача иногда имеет самостоятельное значение (является одной из конечных целей). В общем случае раскрытие смысла передаваемой информации позволяет организовать более эффективное РЭП. Перечисленным задачам радиотехнической разведки могут быть противопоставлены три вида скрытности сигналов: энергетическая, структурная и информационная. Энергетическая скрытность характеризует способность противостоять мерам, направленным на обнаружение сигнала разведывательным приемным устройством. Как известно, обнаружение сигнала происходит в условиях, когда на разведывательный приемник действуют помехи (шумы), и может сопровождаться ошибками двух видов: пропуск сигнала при его наличии на входе и ложное обнаружение (ложная тревога) при отсутствии сигнала. Эти ошибки носят вероятностный характер. Количественной мерой энергетической скрытности может являться вероятность правильного обнаружения (при заданной вероятности ложной тревоги рлт), которые в свою очередь зависят от отношения сигнал-помеха в рассматриваемой радиолинии и правила принятия решения на обнаружение сигнала.

Структурная скрытность характеризует способность противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие сигнала. Это означает распознавание формы сигнала, определяемой способами его кодирования и модуляции, т. е. отождествление обнаруженного сигнала с одним из множества априорно известных сигналов. Следовательно, для увеличения структурной скрытности необходимо иметь по возможности больший ансамбль используемых сигналов и достаточно часто изменять форму сигналов. Задача определения структуры сигнала является также статистической, а количественной мерой структурной скрытности может служить вероятность раскрытия структуры сигнала при условии, что сигнал обнаружен. Таким образом, является условной вероятностью.

Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам, направленным на раскрытие смысла передаваемой с помощью сигналов информации. Раскрытие смысла передаваемой информации означает отождествление каждого принятого сигнала или их совокупности с тем сообщением, которое передается. Эта задача решается выяснением ряда признаков сигнала, например, места данного сигнала в множестве принятых, частости его появления, связи факторов появления того или иного сигнала с изменением состояния управляемого объекта и т. д. Наличие априорной и апостериорной неопределенностей делает эту задачу вероятностной, а в качестве количественной меры информационной скрытности принимают вероятность раскрытия смысла передаваемой информации при условии, что сигнал обнаружен и выделен (т. е. структура его раскрыта). Следовательно, также является условной вероятностью.

Скрытность определяется вероятностью разведки сигнала РЭС , поэтому . Часто задача раскрытия смысла передаваемой информации не ставится, и тогда можно принять и . В ряде случаев для организации радиопротиводействия достаточно обнаружить сигнал подавляемой РЭС. При этом отождествляется с . Энергетическая и структурная скрытность являются важнейшими характеристиками сигнала и РЭС, с которыми сталкиваются как инженеры-проектировщики радиоаппаратуры, так и инженеры, эксплуатирующие ее. Поэтому этим видам скрытности в дальнейшем будет уделено основное внимание.

5 Помехоустойчивость

Под помехоустойчивостью РЭС понимается способность выполнять задачу при действии помех, создаваемых при организации РЭП. Таким образом, помехоустойчивость - это способность РЭС противостоять вредному влиянию помех. Часто анализ помехоустойчивости осуществляют независимо от причины появления помехи на входе РЭС. Поскольку помехоустойчивость зависит от ряда случайных причин, то количественной мерой ее может быть вероятность нарушения функционирования РЭС (невыполнение заданной задачи) при воздействии помех.

Вероятность можно определить как вероятность! того, что фактическое значение отношения сигнал-шум { на выходе приемника РЭС станет меньше некоторого критического (для данного вида помехи), при котором функционирование РЭС нарушается, т. е. ). Помехоустойчивость РЭС зависит от сочетания большого числа факторов - вида (формы) помехи, ее интенсивности, формы полезного сигнала, структуры приемника, антенны, применяемых способов борьбы с помехами и т. д. Эти факторы определяют направления исследования помехоустойчивости, которые частично будут рассмотрены в дальнейшем. Здесь остановимся на энергетической помехоустойчивости приема, которая определяется энергетическими характеристиками сигнала и помехи в предположнии различия их по форме и согласования приемника с сигналом при флуктуационной помехе. Это согласование в реальных условиях имеет место и не нарушает общности анализа. Такое рассмотрение позволяет выявить ряд полезных закономерностей, а также предъявить требования к сигналам РЭС, которые обеспечивают повышение помехоустойчивости.

Вначале рассмотрим помехоустойчивость собственно приемника сложного сигнала, а затем помехоустойчивость РЭС. Известно, что максимальное отношение сигнала к белому шуму на выходе оптимального приемника не зависит от формы сигнала и равно Следовательно, если выделение сигнала происходит на фоне только внутренних шумов приемника, то помехоустойчивость приемников, согласованных с сигналами любой формы, будет одинаковой. Если же помеха создается внешним источником помех, то удобно представить q в виде отношения мощностей сигнала и помехи. Если помеха имеет равномерную спектральную плотность в полосе сигнала F, то для сигнала длительностью Т можно записать

(4)

Где, .

Покажем, что формула (1.20) будет справедлива и при действии узкополосной помехи мощностью . Так, если представить оптимальный приемник в виде коррелятора, то на выходе перемножителя коррелятора произойдет расширение спектра этой помехи до значения полосы сигнала F, а через интегратор с пределом интегрирования Т пройдет лишь часть спектра помехи. В результате мощности помехи и сигнала на выходе коррелятора соответственно будут равны , а отношение сигнал помеха определится из (1.20). Из формулы (1.20) следует, что чем больше база сигнала, тем большая мощность помехи потребуется для подавления приемника при заданных значениях q, .

Нетрудно показать, что помехоустойчивость приемника сложного сигнала относительно импульсной помехи длительности будет определяться Очевидно, когда на вход приемника будут действовать смесь широкополосной и узкополосной помех с мощностями и, то

3. Обоснование необходимости использования и совершенствования помехозащищенных РТС

Интенсивное развитие средств передачи информации (радиосвязи, телеметрии, радиолокации и т.д.) привело к значительной насыщенности эфира электромагнитными излучениями. Причем ситуация осложняется тем, что в ограниченном пространстве одновременно могут работать десятки и сотни РЭС в непрерывном и импульсном излучении, простыми и сложными сигналами, на прием и на передачу. Так, на океанском корабле, используемом в качестве пункта слежения, связи и управления космическим кораблем имеется: радиосвязное КВ и УКВ оборудование; система определения координат корабля; система единого времени; система приема данных о координатах спутника; система медицинского контроля состояния космонавтов; система слежения за спутником при помощи РЛС (Ризл=1 МВт, fÎ5,4¸5,8 Гц); система командного управления (Ризл=10 кВт, fÎ400¸500 МГц); система приема телеметрических данных (Рпр= -127 дб/В, fÎ105¸140 МГц, 210¸200 МГц; 2,2¸2,3 ГГц); система КВ и ДМВ радиосвязи для передачи в реальном масштабе времени телеметрических данных, полученных от спутника и т.д.

Тесноту в эфире увеличивает не только количественный рост радиоэлектронной техники, но и некоторые ее качественные изменения. Высокий уровень чувствительности (до 10-22 Вт) и широкая полоса пропускания многих современных РПУ делает их весьма подверженными радиопомехам. Это относится, например, к приемной аппаратуре с малошумящими ПУ, ЛБВ и ТУ, при разработке которых главное внимание уделяется повышению чувствительности. Подобная аппаратура подвержена не только регулярным излучениям передатчиков, но и от хаотических широкополосных помех, порождаемых разнообразными переключателями, коммуникационными устройствами, системами зажигания и т.д.

Создание сверхмощных импульсных передатчиков (например, МЦР) привело к росту излучений на второй, третьей и последующих гармониках основной частоты.

Необходимо отметить, что значительное количество РЭС работает одновременно в одном и том же диапазоне частот. Отсюда видно, что в современных условиях на вход радиоприемных устройств (РПУ) весьма вероятно поступление помехи от близ расположенных РЭС, причем эта помеха может иметь весьма большой уровень. Несмотря на это, часто основное внимание разработчиков радиоаппаратуры уделяется получению максимально возможного отношения сигнал/шум. Здесь необходимо остановиться на критерии целесообразности, т.е. в столь сложной помеховой ситуации, о которой было сказано выше, может быть и нецелесообразно добиваться очень большого отношения сигнал/шум. Целесообразно при определенном (удовлетворительном для практики) отношении сигнал/шум стремиться к получению лучших характеристик совместимости РЭС. Таким образом, одной из проблем, возникающих при создании и эксплуатации РЭА, является обеспечение электромагнитной совместимости РЭС (ЭМС РЭС). Под этим названием понимается также совокупность свойств РЭС и условий их работы, при которых возможна нормальная работа РЭС (т.е. сохранение их определенных качественных характеристик). Эта проблема охватывает широкую область радиоэлектроники и включает в себя:

математическую модель - анализ помеховых ситуаций и прохождения сигналов (взаимных помех) через типовые РЭС;

синтез сигналов РПУ, передатчиков и антенных устройств, обеспечивающих ЭМС РЭС;

организацию работы РЭС, обеспечивающую минимальное влияние РЭС друг на друга (частотная, временная и поляризационная регламентация и т.д.);

разработка нормирования и методов измерения параметров ЭМС.

4. Помехозащищенность СРС

Радиосистемы управления и связи, как правило, являются составной частью сложных комплексов управления (объектами, людьми) и предназначаются для передачи измерительной информации, характеризующей вектор состояния управляемых объектов, передачи командной и различного вида связной информации. При этом требуемая точность передачи сообщений, а также и выполнение других функций должны достигаться в сложной помеховой обстановке, что в значительной степени будет определяться помехоустойчивостью канала связи.

В связи со сложной криминогенной обстановкой и террористической угрозой важное значение имеет устойчивость канала связи к действию преднамеренных помех, создаваемых третьими лицами с целью искажения, приостановки или прекращения передачи информации. Отдельного внимания требуют объекты, имеющие критически важное значение (например, магистральные продуктопроводы), использующие открытые каналы связи для мониторинга технического состояния.

Как правило, для таких объектов известен характер и структура передаваемой по каналу связи информации (сигналы с датчиков, команды управления отдельными устройствами). Сообщения обычно передаются периодически и в пакетном режиме. Третьими лицами с помощью средств радиотехнической разведки возможно длительное накапливание информации о режиме связи, используемых частотных диапазонах, типах сигналов, модуляции и пр.

Данная информация может использоваться как для формирования режима противодействия системе связи в целом, так и конкретных преднамеренных помех каналу. Поэтому для повышения помехоустойчивости возникает необходимость своевременного обнаружения факта присутствия преднамеренной помехи в принятом сигнале и адаптации канала связи к действию помехи.

Как известно, помехозащищенность средств радиосвязи (СРС) достигается за счет комплекса организационных мер, способов и средств, направленных на обеспечение устойчивой работы СРС в условиях воздействия организованных (преднамеренных) помех радиоэлектронного подавления (РЭП).

Процесс функционирования СРС в условиях организованных помех по своей физической сущности может быть представлен как радиоэлектронный конфликт, в котором с одной стороны участвуют СРС, а с другой - система РЭП, состоящая в общем случае из станции радиотехнической разведки (РТР) и непосредственно станции помех. На рисунке 1 в общем виде представлена структурная схема радиоэлектронного конфликта.

Защищенным считается канал, обеспечивающий требуемые показатели скрытности передачи информации и устойчивости к действию преднамеренных помех. Модель защищенного канала связи (ЗКС) должна дополнительно содержать модель специально разработанного передаваемого сигнала, модель преднамеренных помех, способы борьбы с помехами.

1 Общая характеристика помехозащищенности систем радиосвязи с ППРЧ

Помехоустойчивость систем радиосвязи с ППРЧ

Известно, что помехоустойчивость и скрытность являются двумя важнейшими составляющими помехозащищенности СРС.

При этом в общем случае под помехоустойчивостью СРС с ППРЧ (впрочем, как и любых других СРС) понимается способность нормально функционировать, выполняя задачи по передаче и приему информации в условиях действия радиопомех. Следовательно, помехоустойчивость СРС - это способность противостоять вредному воздействию различного вида радиопомех, включая, в первую очередь, организованные помехи.

Стратегия борьбы с организованными помехами СРС с ППРЧ заключается, как правило, в «уходе» сигналов СРС от воздействия помех, а не в «противоборстве» с ними, как это реализуется в СРС с ФМ1ИПС. Поэтому в СРС с ППРЧ при защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте. Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что сигналы СРС с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех.

Помехоустойчивость СРС с ППРЧ зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от других важных параметров станции помех (СП) и СРС, например, от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемного устройства и заложенных в СРС способов помехоустойчивости.

Эффективное воздействие помех на СРС с ППРЧ может быть достигнуто лишь при условии знания постановщиком помех соответствующих параметров сигналов СРС, например, центральных частот каналов, скорости скачков частоты, ширины информационной полосы частот, мощности сигнала и помехи в точке нахождения приемного устройства СРС. Указанные параметры СРС постановщик помех добывает, как правило, непосредственно с помощью станции радиотехнической разведки (РТР), а также путем пересчета измеренных параметров СРС в другие, функционально связанные с ними, характеристики СРС. Например, измерив длительность скачка частоты, можно рассчитать ширину полосы частотного канала приемника СРС.

В общем случае РТР путем приема и анализа перехваченных сигналов не только СРС, но и других радиоэлектронных средств (РЭС) обеспечивает сбор информации о противной стороне в целом. Сигналы СРС и РЭС содержат много технических характеристик, являющихся разведывательными сведениями. Эти характеристики определяют «электронный почерк» СРС и РЭС и позволяют установить их возможности, назначение и принадлежность.

Обобщенный алгоритм сбора данных радиотехнической разведкой о параметрах сигналов и характеристиках СРС изображен на рис.1

Рисунок 1 - Обобщенный алгоритм сбора данных радиотехнической разведкой о параметрах сигналов и характеристиках СРС

Для оценки помехоустойчивости СРС в условиях воздействия различных видов помех необходимо иметь соответствующие показатели. При выбранных моделях сигнала, собственного шума приемного устройства и аддитивных помех в системах передачи дискретных сообщений предпочтительным показателем количественной меры помехоустойчивости является средняя вероятность ошибки (СВО) на бит информации.

Другие показатели помехоустойчивости СРС, например, требуемое отношение сигнал-помеха, при котором обеспечивается заданное качество приема информации, вероятность ошибки в кодовом слове и другие, могут быть выражены через СВО на бит. Минимизация СВО на бит при условии равновероятной передачи символов может быть достигнута за счет использования алгоритма, реализующего правило максимального правдоподобия

, (6)

которое для двоичных СРС имеет вид:

, (7)

где - отношение правдоподобия для -го сигнала.

При дальнейшем изложении наибольшее внимание будет сосредоточено на разработке и анализе алгоритмов расчета СВО на бит информации. Анализ СВО на бит будет проводиться в условиях действия гауссовских шумов приемного устройства СРС и аддитивных организованных помех, в основном, применительно к каноническим (типовым) системам с ЧМ, которые являются базовой основой более сложных СРС.

Заключение

Основные результаты курсовой работы заключаются в следующем:

Было проведено обоснование необходимости использования и совершенствования помехозащищенных РТС.

Был сделан анализ основных характеристик и параметров помехозащищенных РТС.

Был проведен анализ основных методов повышения скрытности РТС.

Был проведен анализ основных методов повышения устойчивости РТС к преднамеренным помехам.

Список использованных источников

Информационные технологии в радиотехнических системах: учебное пособие/ В.А.Васин, И.Б.Власов, Ю.М.Егоров и др, Под ред. И.Б.Федорова. -м.:изд-во МГТУ им Н.Э.Баумана, 2004.-672с

Радиотехнические системы: Учеб.для вузов по спец. Радиотехника. Под ред.Ю.П.Казаринова. - М.:Высшая школа, 2005.

Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. -М.: Радио и связь, 1986.-512 с.

Основы радиотехнических систем: учебное пособие / Ю.Т.Зырянов, О.А.Белоусов, П.А.Федюнин. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО ТГТУ , 2011. - 144с.

Помехозащищенность РСА в условиях РЭБ

Помехозащищенность является важнейшей характеристикой РСА, определяющей возможность эффективного решения функциональных задач в условиях ведения радиоэлектронной борьбы (РЭБ) .

В настоящее время РЭБ определяется как комплекс мероприятий и действий конфликтующих сторон, направленных на обнаружение и радиоэлектронное подавление (РЭП) радиоэлектронных средств (РЭС) противника и радиоэлектронную защиту своих РЭС от преднамеренных и непреднамеренных помех, а также технической разведки сигналов РЭС. При этом помехозащищенность РЭС характеризует способность выполнения функциональных задач с заданной эффективностью в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех, а также возможность противодействовать радиотехнической разведке (РТР) своих сигналов.

Анализ помехозащищенности требует системного (целостного) подхода с учетом всех структур, участвующих в РЭБ, взаимосвязей целей, задач и критериев оценки их функционирования в динамике взаимодействия и развития. Динамика взаимодействия (противоборства) средств и способов РЭП и РТР составляет основу РЭБ. В этом смысле, помехозащищенность как часть РЭБ является военно-технической категорией и означает способность реализовывать целевую функцию при организованном противодействии противника.

Помехозащищенность РЭС достигается путем сочетания оборонительных и наступательных действий (рис. 7.11). К наступательным действиям относится уничтожение постановщиков помех, например, ударной авиацией путем наведения ракет на источник излучения, а также радиоэлектронное подавление средств РТР и управления станциями активных помех противника (контрРЭП). К оборонительным действиям относится защита РЭС от конкретных помех и технической разведки, которая обеспечивается совокупностью устройств и алгоритмов РЭС, в том числе адаптацией к помехоцелевой обстановке, резервированием и комплексированием каналов, а также повышением скрытности излучения, имитации и маскировки.

Оценка помехозащищенности РЭС требует знания сил и средств РЭБ, возможностей и ТТХ систем противника, взаимной информации о действиях РЭП и РТР (тактики применения). Поэтому характеристики помехозащищенности могут быть определены, если заданы все возможные условия функционирования РЭС (помехоцелевая обстановка) и их изменения в процессе РЭБ.

Помехозащищенность как часть РЭБ оценивается по многим критериям: информационным, энергетическим, оперативно-тактическим и военно-экономическим. Учитывая сложный многофакторный характер взаимодействия РЭС и систем РЭП в процессе РЭБ, далее рассматриваются только технические характеристики конфликтующих систем, которые определяют частные показатели защиты РЭС от конкретных помех, входящих в общую оценку помехозащищенности.

Применительно к РСА землеобзора помехозащищенность определяется скрытностью и помехоустойчивостью работы.

Скрытность характеризует степень защищенности излучаемых сигналов РСА от обнаружения и измерения их параметров системой РТР противника.

Помехоустойчивость характеризует эффективность функционирования РСА в условиях воздействия заданных помех.

Таким образом, показатели помехозащищенности определяются в результате анализа антагонистического конфликта систем РТР, РЭП и РСА в условиях РЭБ. Так, создание эффективных помех работе РСА землеобзора возможно только при наличии достаточно полной информации о параметрах излучения РСА. Поэтому система непосредственной РТР комплекса РЭБ противника должна осуществлять с требуемой эффективностью обнаружение и оценку параметров сигналов РСА в интересах РЭП. В свою очередь, эффективность решения задач РТР зависит от характеристик излучаемых сигналов РСА, а эффективность воздействия помех зависит не только от вида помех, но и от алгоритмов обработки сигналов РСА.

Скрытность работы РСА землеобзора

Хотя скрытность и помехоустойчивость РСА взаимосвязаны прежде всего со структурой и алгоритмами обработки сигналов, целесообразно рассматривать их характеристики отдельно. Это обусловлено последовательностью действий конфликтующих сторон в ходе РЭБ.

На рис. 7.12 представлена функциональная схема информационного конфликта РСА и комплекса РЭП в виде станции активных помех (САП). Информационное обеспечение САП выполняет станция непосредственной радиотехнической разведки (НРТР).

На приемные антенны НРТР приходит поток сигналов РСА и других источников излучения, находящихся в зоне приема НРТР. Обнаружение и определение параметров излучения (несущую частоту, модуляцию, направление прихода) выполняет приемное устройство. На основе анализа полученных и хранящихся в базе данных (БД) характеристик сигналов распознаются источники излучения и принимается решение на подавление работы РСА.

На основе сведений о параметрах рациональных (оптимальных) помех для обнаруженных сигналов РСА, хранящихся в базе данных САПЭ формируется, усиливается (генерируется) и излучается помехо-вый сигнал в направлении РСА.

Процессор РСА анализирует помехоцелевую обстановку и изменяет параметры зондирующего сигнала и алгоритм обработки принимаемых сигналов и помех с целью оптимизации решения заданной тактической задачи, например картографирования.

Далее процесс противодействия РЭП и РСА повторяется. Важно отметить, что в информационном конфликте с РЭП инициатива принадлежит РСА. Реакция РЭП на появление сигналов РСА всегда запаздывает. Чем более непредсказуемо начало излучения и изменение параметров сигналов РСА, тем больше запаздывание помехи и тем больше эффективность работы РСА в условиях РЭБ.

Скрытность работы РСА определяется как свойствами излучаемого сигнала, так и возможностями системы НРТР по обнаружению и измерению их параметров.

Основными характеристиками НРТР являются: рабочая чувствительность, перекрытие по диапазону и одновременная (мгновенная) полоса частот приема, точность измерения параметров сигналов, запаздывание реакции и пропускная способность.

На входе приемника НРТР, при которой обеспечивается решение задач радиотехнической разведки с заданной эффективностью. Рабочая чувствительность НРТР изменяется в очень широких пределах в зависимости от вида сигнала и типа приемного устройства.

10 МГц. Кроме внутренних

шумов, на входе приемника РТР присутствуют внешние шумы, обусловленные многочисленными источниками излучения.

Для РСА землеобзора характерны широкие полосы частот зондирующего сигнала (100...500 МГц), определяемые требуемым разрешением по дальности (1,5...0,3) м. Поэтому даже потенциальная чувствительность не превышает-100...-110 дБВт при работе по сигналам РСА.

В настоящее время в качестве приемных устройств используют детекторные (энергетические) и супергетеродинные приемники. Супергетеродинные приемники обеспечивают чувствительность, близкую к потенциальной. При этом для просмотра всего диапазона частот (1...10 ГГц) используют быструю перестройку приемника (1...4 ГГц/с) при одновременной полосе анализа 2... 10 МГц. Последовательный просмотр диапазона частот приводит к пропуску сигналов и ошибкам измерения частоты. При быстрой перестройке несущей частоты сигнала РСА (от импульса к импульсу) последовательный анализ диапазона частот приводит к недопустимым ошибкам.

и ложной тревоги

в каждом стробируемом элементе сигнала, что требует

величины отношения сигнал/шум 13... 15 дБ.

С учетом всех шумов и потерь рабочая чувствительность, т.е. минимально необходимая мощность разведываемого сигнала на входе приемника НРТР, изменяется в широких пределах и зависит как от типа приемного устройства, так и от параметров сигнала. Так, при диапазоне частот 4 ГГц (8... 12 ГГц) многоканальный по частоте приемник с полосами фильтров 10 МГц имеет рабочую чувствительность -80...-90 дБВт. При расширении полосы фильтра до 100 МГц, что характерно для РСА, чувствительность снижается в 5... 10 раз.

Величина мощности сигнала РСА на входе приемника зависит от коэффициента усиления антенны системы НРТР. Обеспечение одновременного обнаружения и точного определения координат РСА требует применения многоканальных (многолучевых) антенн и многоканальных по частоте приемников. Это приводит к высокой сложности системы НРТР. Поэтому задачи обнаружения и определения направления прихода сигнала часто выполняют в два этапа. На первом этапе с помощью всенаправленной антенны (несколько лучей) производят обнаружение и измерение несущей частоты сигнала с помощью многоканального по частоте приемника. На втором этапе определяется направление прихода и параметры обнаруженного сигнала с помощью высоконаправленной (многолучевой) антенны. На основе результатов измерений сигнала и базы данных распознается тип РЛС.

Важнейшей характеристикой системы НРТР и комплекса РЭБ в целом является время реакции на появление сигнала РСА и его изменение. Это время определяется запаздыванием, обусловленным выполнением алгоритмов обнаружения, измерения параметров сигналов и распознавания типа РЛС, а также временем формирования помехи.

импульсов/с), которые необходимо обнаружить, определить параметры и распознать источник излучения. Возможности решения этих задач характеризуются пропускной способностью. Пропускная способность НРТР зависит от многоканальное ™ приемника и производительности процессора.

Министерство образования Российской Федерации

Бийский технологический институт (филиал)

Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова

Кафедра МСИА

Реферат по курсу:

«Основы проектирования приборов и систем»

Помехозащищенность приборов и систем

Выполнили:

студент группы ИИТТ-02 Кулишкин М.А.

студент группы ИИТТ-02 Данилов А.В.

Руководитель:

доцент Сыпин Е.В.

Бийск – 2004

Стр.

Введение3

Помехоустойчивость 4

Статическая помехоустойчивость 4

Динамическая помехоустойчивость 5

Применение характеристики динамической помехоустойчивости 8

Заключение 10

Введение

Помехозащищенность - свойство прибора или системы противостоять внешним и внутренним электромагнитным помехам, реализуемое за счет схемоконструкторских способов, которые не нарушают выбранную структуру полезного сигнала и принцип построения прибора или системы.

Помехоустойчивость - свойство прибора или системы противостоять внешним и внутренним электромагнитным помехам, реализуемое за счет выбранной структуры полезного сигнала и принципа построения прибора или системы.

Таким образом, термин "помехоустойчивость " применим в большей степени к схемотехническим аспектам проектирования приборов или систем, а термин "помехозащищенность " к конструкции прибора или системы в целом, т.е. помехоустойчивость основная составляющая помехозащищенности.

Помехоустойчивость

Помехоустойчивость приборов может быть следующих видов:

1.Статическая помехоустойчивость - при воздействии постоянных напряжений.

2.Динамическая помехоустойчивость - к воздействию импульсных помех различной формы.

Статическая помехоустойчивость

На графике можно отметить ряд характерных уровней напряжения:

U пор - пороговый уровень переключения микросхемы. При его достижении микросхема переходит из одного логического состояния в другое;

U 0 ст.пу - уровень статической помехоустойчивости относительно уровня 0;

U 1 ст.пу - уровень статической помехоустойчивости относительно уровня 1.

Пороговый уровень рассчитывается через статические уровни 0 и 1: U пор = 0,5· (U 0 + U 1 ) .

Уровни статической помехоустойчивости при этом рассчитываются следующим образом: U 0 ст.пу = U пор - U 0 ; U 1 ст.пу = U 1 - U пор .

Как видно |U 0 ст.пу | = |U 1 ст.пу | = U ст.пу .

Пример:

В целом, чем выше быстродействие микросхемы, тем ниже её помехоустойчивость, особенно динамическая.

Динамическая помехоустойчивость

В аппаратуре в основном преобладают динамические процессы, связанные с изменением во времени токов и напряжений. Эти изменения индуцируют изменяемые токи и ЭДС, воспринимаемых в виде помех, в проводниках на платах и межплатных соединениях. Поэтому импульсные помехи более типичны для ЭС.

Характеристика динамической помехоустойчивости графически описывает способность интегральных схем противостоять импульсным помехам, которые поступают на вход микросхем. Помехи в этом случае представляются импульсами произвольной формы. Измерения этой характеристики можно провести на установке, упрощенное изображение которой показано на (рисунке 2.11).

Генератор сигналов - это имитатор импульсных помех, который позволяет управлять параметрами импульсов. Форма импульсов должна быть максимально приближена к форме потенциальных помех. Возможные аппроксимации помех приведены на рисунке.

Рис. 3. Аппроксимация импульсов

Генерирование импульсов с управляемыми параметрами является весьма сложной задачей. По этой причине, основное распространение при анализе помехоустойчивости получил прямоугольный импульс, хотя импульсы № 2 - 4 имеют вид более близкий к форме реальных помех. При использовании прямоугольного импульса в качестве тестирующего возникает проблема исследования ИМС предельного быстродействия. При этом генератор сигналов должен быть построен на элементах, быстродействие которых на порядок выше быстродействия тестируемой микросхемы.

Переменными величинами здесь являются амплитуда импульса помехи U п и длительность импульса помехи t п .

Возможно проведение вычислительных экспериментов, что снижает ограничение на форму и параметры импульсов, но требует адекватной модели испытуемой микросхемы, что не всегда просто осуществить.

Индикатор - простейшее безинерционное устройство, например, светодиод, фиксирующее события переключения ИМС.

Для получения характристики динамической помехоустойчивости проводят ряд измерений, фиксируя состояние индикатора, приписывая, например, знак "+" событию срабатывания микросхемы, а знак "-" - отсутствию срабатывания. Пусть нами проведены 4 испытания. Итоги эксперимента следующие: в первом и четвёртом случаях срабатывания не происходит, а во втором и третьем - индикатор фиксирует событие срабатывания ИМС: 1.“-“; 2.“+”; 3.“+”; 4.“-“. Результаты эксперимента отражаются на графике в координатах t п , U п . Точки 1, 2, 3, ... имеют координаты, которые соответствуют длительностям и амплитудам задаваемых генератором импульсов.

При длительности помехи меньше t п.min микросхема работает устойчиво при любой амплитуде помехи, но эта длительность мала, что практически исключает наличие таких помех. При наличие на входе микросхемы весьма коротких импульсов помех значительной амплитуды их заряд мал, входные емкости не успевают перезарядиться, и напряжение на входе микросхемы не превосходит допустимое.

Применение характеристики динамической помехоустойчивости

Характеристика динамической помехоустойчивости широко используются при проектировании ЭС для оценки возможного нарушения работоспособности цифровых узлов при наличии индуцированных помех . В качестве примера рассмотрим линию связи, изображённую на рисунке.

В данной задаче при анализе качества функционирования цифровых узлов необходимо определить опасность воздействия помех с теми или иными параметрами. Итак:

Сначала оцениваются взаимные электрические и магнитные параметры связи (т. е. М и С м);

Определяются параметры помехи (U п , t п ) в пассивной линии;

Оценивается опасность воздействия помех (U п , t п ) по характеристике динамической помехоустойчивости.

Если ведётся разработка аппаратуры на определенной серии микросхем, то один раз полученная характеристика для типового вентиля может быть применима для всей серии. При смене элементной базы характеристика должна быть получена заново. В нормативно-технической документации в обязательном порядке приводится статическая помехоустойчивость, и в большинстве случаев - динамическая

Заключение

Для повышения помехозащищенности приборов или систем к воздействию помех способствуют специальные меры, которые закладываются на этапе проектирования и конструирования (экранирование, заземление, рациональный монтаж и т.п.)

Многие думают, что защита электрических сигналов и передаваемой информации от электромагнитных помех обеспечивается исключительно экранированными проводами, удалением от источников помех и испытаниями приемо-передающей аппаратуры. Однако, это не так, существует много способов повысить помехоустойчивость измерительного канала или канала передачи информации. Зачастую проектировщики и разработчики упускают из вида важный моменты, о которых мы расскажем далее. Одним из недостатков проводных линий является низкая помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения. Рассмотрим основные распространенные способы повышения помехоустойчивости.

Выбор среды передачи. Витая пара. Скручивание проводов между собой уменьшают волновое сопротивление проводников, как следствие, и наводки. Витая пара является достаточно помехоустойчивым кабелем. Большую роль при защите от помех играют и соединители, к которым подключается кабель, например, RJ45 для архитектуры Ethernet или RS-соединители со встроенными фильтрами. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети. Коаксиальный кабель - более помехозащищенный, чем витая пара. Снижает собственное излучение, но дороже и сложнее в монтаже. Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель - требует преобразования электрического сигнала в световой, можно совмещать с кодером канала. Чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения при скоростях передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ВВФ, в том числе к ионизирующим излучениям.

Еще одним способом является, как это ни странно, резервирование каналов связи. Очень распространено, например, на атомных электростанциях в каналах АСУ ТП. Здесь хочется еще вспомнить 2 момента: маскировка от удара молнии провода ЛЭП под напряжением за заземленным проводником и ухудшении или улучшении качества приема при перемещении возле ТВ- или радиоантенны. Так что не всегда прокладка вашего кабеля в общем лотке или кабелепроводе играет губительную роль, иногда другие линии могут замаскировать вашу и взять большую часть энергии помехи на себя.

Выбор интерфейса. Унифицированный сигнал 4 – 20 мА уже несколько десятилетий ши­роко используется для передачи аналоговых сигналов при создании автома­тизированных систем управления. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, возможность помехоустойчивой передачи аналого­вого сигнала на относительно большие расстояния. Это яркий пример удаления частоты передачи от характерных частот наиболее вероятных электромагнитных помех. Однако, совершенно ясно, что в современных цифровых САУ он не эффективен. В измеритель­ных системах унифицированный сигнал 4-20 мА может использоваться только для передачи сигнала с датчика к вторичному преобразователю. Помехозащищенность такого сигнала обеспечивает уход от ВЧ помех к постоянному току и простоте схемотехнических решений при фильтрации помех. Интерфейс RS-485 относительно слабо помехозащи­щен. USB лучше защищен, так как является последовательным интерфейсом. Однако, из-за слабых первых протоколов и неудачной в электрическом смысле конструкции соединителя (напоминает микрополосковую линию) достаточно часто сбивается при высокочастотных помехах. Повышение качества кодирования в USB 3.0 и переход к разъемам микро-USB значительно повышают его устойчивость к электромагнитным воздействиям. Ethernet и Intenet – с точки измерительных систем достоинства и недос­татки этих интерфейсов в целом аналогичны интерфейсу USB. Естественно, что при работе средств измерений в больших распределенных сетях эти ин­терфейсы сегодня практически не имеют альтернативы. GPIB или IEEE-488 - принцип работы интерфейса на байт-по­следовательным, бит-параллельным обменом информацией и этим объясняется его высокая помехоустойчивость по сравнению с пакетной передачей.

Логическая помехоустойчивость. На физическом уровне есть много приемов оцифровки сигнала для повышения помехоустойчивости. Например, использование определенного напряжения вместо нулевого проводника или "земли" для логического нуля. Еще лучше, если уровни будут смещены: +12В и -5В или +3В и +12В. Программная реализация помехозащищенности здесь заключается в использовании обратной связи для повторного опроса устройств при искажении информации и использовании помехозащищенных и восстанавливающих способов кодирования.

Еще немного приемов повышения помехозащищенности:

применение дифференциального сигнала и способов приема;

применение отдельных обратных проводников внутри кабеля;

заземление неиспользуемых или резервных проводников;

устранение разных потенциалов в различных точках заземляющих или общих проводников;

увеличение мощности и амплитуд сигналов;

трансляция одного интерфейса по другому, исключая минусы обоих;

увеличение разности потенциалов между логическими уровнями;

удаление передаваемых частот от характерного спектра помех;

выбор методов срабатывания триггеров (по фронтам, амплитуде, приращению, частоте, фазе, определенной последовательности и т.д.);

синхронизация;

использование логической и сигнальной земель и их экранирование;

Список приемов не исчерпывается, пожалуй, ничем, кроме ресурсов, знаний и смекалки конкретного человека или организации.

Комбинируйте вместе с Emctestlab