Оценка электромагнитных полей
Оценка электромагнитных полей полезных и мешающих сигналов в месте приема или оценка собственно радиосигналов на входе приемника (после преобразования электромагнитного поля в радиосигналы антенной приемного устройства) составляет сущность электромагнитной обстановки, которая отражается статической моделью (рис. 5.3).
Модель содержит блоки канала передачи информации и звенья описания состояний информации. Блоки модели соответствуют материальным элементам, обеспечивающим формирование, передачу, распространение и, частично, прием радиосигналов. В соответствии с этим модель электромагнитной обстановки (ЭМО) включает в себя следующие блоки: источник полезных сигналов; источники мешающих сигналов (непреднамеренных помех); среда распространения электромагнитных колебаний.
Информационное описание процессов формирования ЭМО с учетом наличия непреднамеренных помех осуществляется в звеньях (пространствах): пространстве сообщений L, пространстве полезных сигналов S, пространстве мешающих сигналов V и пространстве входных сигналов U.
Рис. 5.2. Классификация радиоканалов утечки информации
Рис. 5.3. Статическая модель формирования электромагнитной обстановки
При этом входные сигналы могут рассматриваться в двух вариантах:
- на входе приемного устройства в форме электромагнитных полей;
- на входе приемника в форме радиосигнала.
Начальным в модели является звено, представляемое пространством сообщений L. Пространство сообщений объединяет множество всех возможных классов (разновидностей) сообщений. Каждое из сообщений является строго детерминированным, но появление того или другого сообщения на приемном конце канала передачи информации для получения сообщения является случайным событием. С учетом этого сообщение будет рассматриваться как случайное событие конечного множества возможных сообщений.
Смысл сообщения и количество классов сообщений зависят от функциональных задач, выполняемых радиоэлектронными средствами.
Множество классов сообщений l = (l, l, ..., l) в любом случае полагается ограниченным (m ¹ ¥).
Каждый из l классов сообщений отличается от другого класса сообщения существом информационного содержания. Особый смысл имеет нулевой класс сообщения l — он означает отсутствие сообщения. Так, для радиоэлектронных средств (РЭС) радиоэлектронной разведки при решении задачи обнаружения источника излучения множество всех возможных сообщений состоит из двух классов: l — излучение отсутствует, l — излучение от объекта имеется. Для разносвязных каналов при передаче символов, алфавит которых содержит m различных символов, пространство сообщений состоит из m + 1 класса. Нулевой класс l и в этом случае соответствует отсутствию передачи какого-либо из m символов.
Статистическая характеристика пространства сообщений выражается совокупностью априорных вероятностей всех возможных сообщений. Это означает, что каждому классу сообщения приписывается определенная вероятность его появления. Априорные вероятности сообщений полагаются либо заранее известными, либо определяемыми каким-либо известным способом.
Важным свойством сообщений является их классификационная упорядоченность, при которой имеется строгое соответствие каждого класса своему классу решения задачи в классификационной схеме задач.
Все многообразие функциональных задач, реализуемых радиоприемными устройствами РЭС может быть сведено к трем основным задачам: обнаружение, распознавание и измерение параметров сигнала.
В свою очередь, три основные задачи могут быть систематизированы и объединены единой схемой классификации (рис. 5.4).
Схема классификационных задач имеет иерархическую структуру. Верхний уровень схемы отвечает двухвариантной задаче обнаружения, все последующие ниже расположенные уровни соответствуют многовариантным задачам распознавания и измерения. Каждому ниже расположенному уровню соответствует более детальное распознавание и, соответственно, большее число классов решений. Нижний уровень отражает задачу измерения, которая представлена набором дискретов значений измеряемого параметра.
Это означает, что сообщениям, как и возможным решениям задач РЭС, свойственна единая иерархическая структура классификационной схемы с горизонтальной несовместимостью и вертикальной совместимостью классов сообщений как случайных событий.
Отметим, что с учетом нулевого класса сообщений, сумма вероятностей классов сообщений по горизонталям классификационной схемы равна единице, т.е. все классы сообщений (включая и нулевой класс) по каждому из видов задач РЭС составляют полную группу случайных событий.
Рис. 5.4. Классификация функциональных задач РЭС
Источник полезного сигнала, следующий по схеме за звеном пространства сообщений, осуществляет формирование радиосигнала из сообщения
S = F(l)
Оператор F определяет способ формирования сигнала из сообщения, т.е. характеризует выбор переносчика информации и способ его кодирования (модуляции) сообщением. Типичным переносчиком информации при функционировании РЭС выступают гармонические колебания, модулированные тем или иным способом.
Множество всех полезных сигналов заполняет пространство полезных сигналов S = S, S, ..., S, где S — нулевой сигнал, соответствующий отсутствию сообщения. Излучаемые сигналы представляются функциями пространственных координат (x, y, z) источника сигналов, времени t, совокупности существенных параметров a и совокупности несущественных параметров b:
S = s(x, y, z, a, b)
Каждому классу сообщения ставится в соответствие свой класс полезного сигнала. При этом сообщение закодировано в существенных параметрах, а сигнал i-го класса является узкополосным:
S = s( x, y, z, t, a) b exp(jwt),
где s(x, y, z, t, a) — комплексная модулирующая функция, соответствующая i-му сообщению; b — комплексный множитель, являющийся функцией несущественных параметров; w — частота несущей высокочастотного сигнала.
Заметим, что i-му сообщению может соответствовать множество сигналов, но все они принадлежат сигналам i-го класса. Это обусловлено наличием множества возможных значений несущественных параметров, которые являются случайными величинами и свойства которых могут существенно влиять на обеспечение ЭМО.
Полезные сигналы в форме высокочастотных колебаний излучаются в пространство и через среду распространения поступают на вход приемного устройства.
Среда распространения отображается оператором F преобразования сигналов, который характеризует рассеяние, затухание и мультипликативные искажения последних во времени и пространстве:
U (x, y, z, t, a, b) = F (s, x, y, z, t), (5.1)
где x, y, z, t — пространственно-временные координаты в месте приема сигнала.
Входной полезный сигнал может рассматриваться как на входе антенны приемного устройства, так и на входе собственно приемника (после антенны). В первом случае выражение (5.1) относятся к электромагнитному полю на входе приемного устройства (на входе антенны приемника), во втором — к напряжению полезного сигнала после антенны.
Совместно с полезным сигналом на вход приемника поступают и мешающие сигналы (непреднамеренные помехи). Каждый из мешающих сигналов создается своим источником непреднамеренных помех, расположенном в определенном месте и излучающим свойственный ему сигнал. В результате на входе приемника имеет место аддитивная смесь полезного сигнала, мешающего сигнала и входных шумов приемника:
U(x, y, z, t) = U (x, y, z, t, a, b) + U (x, y, z, t, b) + U (x, y, z) ,
где a, b — существенные и несущественные параметры полезного сигнала; b — параметры непреднамеренной помехи, являющиеся несущественными для получателя полезной информации.
Все множество возможных принимаемых сигналов представляется в пространстве U входных сигналов. Это пространство является оконечным звеном в статической модели формирования электромагнитной обстановки. Представляемые в нем входные сигналы составляют описание электромагнитной обстановки, в которой функционирует РЭС.
