Способ создания активных помех для подавления мобильной связи в условиях многолучевости
Владельцы патента RU 2351077:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) (RU)
Изобретение относится к области радиоэлектронного подавления радиоэлектронных средств и может использоваться для прицельной постановки помех средствам мобильной связи. Достигаемый технический результат - снижение мощности излучения случайной помехи для гарантированного подавления мобильного средства в заданной области пространства. Способ характеризуется тем, что формируют два помеховых сигнала на частоте настройки подавляемого средства, которые излучают из двух точек пространства, разнесенных относительно друг друга на расстояние λ/2, где λ - длина волны помехового сигнала, при этом начальная фаза первого помехового сигнала постоянна, а фаза второго помехового сигнала меняется во времени относительно фазы первого помехового сигнала. 5 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области радиоэлектронного подавления (РЭП) радиоэлектронных средств (РЭС), и может использоваться для прицельной постановки помех средствам мобильной связи в условиях многолучевого распространения радиоволн.
Известен способ [1, с.12, 13] подавления РЭС прицельной по частоте помехой с помощью станции помех (СП) с перестраиваемой по частоте узкополосной помехой. Формируемая СП прицельная по частоте узкополосная помеха по своим параметрам согласуется с частотой настройки и шириной полосы пропускания приемника подавляемого РЭС и отличается высокой спектральной плотностью мощности.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом к заявляемому изобретению) является способ создания немодулированных активных радиопомех [1, с.13-15]. Сущность способа заключается в формировании и излучении непрерывного гармонического колебания на частоте настройки подавляемого РЭС. Способ реализуется с помощью СП, структурная схема которой приведена на рис.2.11 [1, с.34], а описание работы СП - на с.34-35 [1].
Для подавления связи необходимо выполнение условия превышения отношения помеха/сигнал над коэффициентом подавления Kп на входе приемника мобильной станции (МС)
где Pп,с - мощность помехи, сигнала на входе приемника МС соответственно.
Как известно [2, с.50-51], распространение радиоволн в городских условиях и внутри зданий сопровождается многолучевостью, которая приводит к значительным изменениям уровней полей (до 40 дБ) сигнала и помехи в пределах сравнительно небольшой пространственной области. Зная эту особенность многолучевого распространения радиоволн, абонент МС, определив, что его МС подавляют, начинает искать в пространстве точку, в которой соблюдается требуемое отношение сигнал/помеха. Таким образом, даже при выполнении условия (1) для средних уровней помехи и сигнала, в некоторых точках внутри здания связь будет функционировать с требуемым качеством, что является существенным недостатком прототипа. Недостаток прототипа - необходимость повышения мощности излучения СП с целью компенсации глубоких замираний помехи в точках приема.
Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, состоит в устранении постоянных во времени глубоких интерференционных замираний поля помехи в точках приема.
Технический результат выражается в снижении мощности излучения СП, необходимой для гарантированного подавления МС в заданной области пространства. Под гарантированным будем понимать такое подавление, при котором в подавляемой области пространства отсутствуют точки с приемлемым качеством связи.
Технический результат достигается тем, что в известном способе создания активных помех, заключающемся в приеме сигнала МС, формировании и излучении непрерывного помехового сигнала на ее рабочей частоте, формируют два помеховых сигнала на частоте настройки МС, которые излучают из двух точек, разнесенных относительно друг друга на расстояние λ/2, где λ - длина волны помехового сигнала, при этом начальная фаза первого помехового сигнала постоянна, а фаза второго помехового сигнала постоянно меняется во времени относительно фазы первого помехового сигнала.
На фиг.1 представлена схема комнат на одном этаже здания, в которых размещены СП, передающая МС и приемная (подавляемая) МС.
Сущность заявляемого способа состоит в следующем.
В известном способе формируемая помеха излучается антенной, имеющей круговую форму диаграммы направленности (ДН), так как неизвестно направление на приемник РЭС. Кроме того, трассы распространения сигнала и помехи различные, в результате чего пространственные распределения напряженности поля сигнала и помехи в комнате 2 не совпадают. При перемещении абонента вместе с МС в области подавления могут быть найдены точки, в которых наблюдается минимум помехи, а качество связи будет приемлемым.
В предлагаемом способе излучают два помеховых сигнала из двух точек, при этом фаза помехового сигнала, излучаемого из второй точки, меняется постоянно относительно фазы помехового сигнала, излучаемого из первой точки.
Следует отметить, что излучаемые помеховые сигналы являются когерентными, поскольку их фазы имеют детерминированную связь.
Напряжение первого помехового сигнала U1 и второго помехового сигнала U2 на входе приемника подавляемой МС описывается выражением
,
где A1,2 - амплитуды первого и второго помеховых сигналов соответственно;
ϕ1,2 - фазы первого и второго помеховых сигналов соответственно.
При одновременном воздействии на приемное устройство двух помеховых сигналов напряжение результирующего сигнала на входе приемника подавляемой МС выражается суммой напряжений этих сигналов Up=U1+U2, а его амплитуда имеет вид:
Выражение (2) согласуется с выражением для результирующего напряжения, приведенным в [2] на стр.14-15.
Фазы первого и второго помеховых сигналов на входе приемника
ϕ1,2=ϕ01,02+ϕR1,R2,
где ϕ01,02 - первого и второго помеховых сигналов в точке излучения соответственно;
ϕR1,R2 - дополнительные фазовые набеги, получаемые при распространении в пространстве от точки излучения к точке приема радиоволн первого и второго помеховых сигналов соответственно.
С учетом этого выражение (2) может быть записано в виде
где Δϕ=ϕ01-ϕ02, ΔϕR=ϕR1-ϕR2.
Допустим, что фаза второго помехового сигнала меняется линейно относительно фазы первого помехового сигнала от 0 до 2π за период Т (фиг.2). Учитывая, что разность фаз излучаемых помеховых сигналов меняется во времени Δϕ=Δϕ(t), из выражения (3) видно, что и амплитуда результирующего помехового сигнала также меняется во времени, а скорость ее изменения зависит от скорости изменения разности фаз.
На фиг.3 представлена временная зависимость отношения помеха/сигнал на входе приемника МС, нормированного относительно коэффициента подавления
Видно, что при изменении разности начальных фаз двух помеховых сигналов от 0 до 2π значение qн может изменяться до 30 дБ. В этом случае абонент МС не может найти точки с постоянным минимальным уровнем помехи.
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.4.
Устройство содержит:
- аппаратуру обнаружения и анализа сигналов 1;
- устройство формирования помехи 2;
- передатчик помехи 3;
- разветвитель помеховых сигналов 4;
- фазовращатель 5;
- ненаправленные антенны 6 и 7;
- аппаратуру управления 8.
Станция помех, реализующая заявляемый способ, работает следующим образом.
Сформированная в устройстве формирования помех 2 и в передатчике помех 3 помеха поступает на разветвитель, с одного выхода разветвителя помеха поступает на вход ненаправленной антенны 6, с другого выхода разветвителя помеха поступает на вход фазовращателя, фаза которого постоянно меняется во времени, с выхода фазовращателя помеха поступает на вход ненаправленной антенны 7. Помеховый сигналы излучаются разнесенными в пространстве ненаправленными антеннами 6 и 7.
Аппаратура управления 4 на основе данных, поступающих от аппаратуры обнаружения и анализа сигналов 1, в зависимости от параметров обрабатываемых сигналов выбирает наиболее оптимальные режимы работы СП.
Пример.
Оценим выигрыш по мощности от применения заявляемого способа создания помех по сравнению с традиционным излучением помехи из одной точки. Для реализации предлагаемого способа создания помех достаточно разнести передающие антенны на расстояние λ/2 друг от друга. Кроме того, период изменения разности начальных фаз помеховых сигналов должен быть не более средней длительности слова. В этом случае искажаться будут все слова, и, в итоге, информация будет потеряна. Введем коэффициент W, равный отношению времени, в течение которого связь подавлена, к периоду изменения разности начальных фаз 
На фиг.3 время tΣp соответствует заштрихованной площади. Как известно, для потери информации необходимо накрытие помехой половины слова, что соответствует W=0.5. Отметим, что для случая использования традиционного способа создания помех коэффициент W может принимать только два значения - 1 (связь подавлена) и 0 (связь не подавлена).
На фиг.5 представлена зависимость коэффициента W при перемещении МС вдоль оси 0у (а - применяется заявляемый способ создания помех; б, в - применяется известный способ создания помех). Фиг.5а, б соответствует среднему для подавляемой области значению нормированного отношения помеха/сигнал 
, равному 14 дБ, фиг.5в - значению 
, равному 28 дБ.
Из фиг.5 видно, что при излучении двух когерентных помех, разность фаз которых линейно меняется во времени, из двух точек, разнесенных на расстояние λ/2 друг от друга, при значении 
, равном 14 дБ, абонент МС не сможет найти точки с приемлемым качеством связи (гарантированное подавление области пространства). При традиционном излучении помехи из одной точки пространства (фиг.5б) точки с приемлемым качеством связи в этом случае могут быть найдены, кроме того, в этих точках коэффициент W равен 0 (искажение информации вообще отсутствует). Даже при увеличении отношения до 28 дБ (фиг.5в) в подавляемой области пространства могут быть найдены точки с приемлемым качеством связи. При дальнейшем увеличении отношения подавление данной области пространства будет гарантированным. Нетрудно заметить, что при использовании заявляемого способа создания помех выигрыш по мощности составляет порядка 14 дБ по сравнению с прототипом.
Таким образом, при использовании заявляемого способа создания помех в подавляемой области пространства отсутствуют точки с четкими провалами помехового поля. Поле помехи в подавляемой области постоянно меняется, причем со скоростью, равной скорости изменения разности фаз помеховых сигналов, излучаемых разнесенными антеннами. Это делает невозможным попытки абонента МС приспособиться к помеховой обстановке путем поиска точек пространства с минимальным уровнем помехи.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ создания активных помех, основанный на излучении двух помеховых сигналов из двух точек, разнесенных на расстояние λ/2, где λ - длина волны помехового сигнала, при этом фаза помехового сигнала, излучаемого из второй точки, меняется постоянно относительно фазы сигнала, излучаемого из первой точки.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ формирования активных помех путем излучения помехового сигнала из двух точек, разнесенных на расстояние λ/2, и постоянного изменения фазы одного из помеховых сигналов относительно фазы другого приводит к снижению минимальной требуемой для гарантированного подавления данной МС мощности СП.
На практике заявляемый способ РЭП может быть реализован с помощью аппаратуры серийно выпускаемых радиотехнических устройств.
Заявляемый способ создания активных помех для подавления мобильной связи в условиях многолучевости позволяет на практике значительно снизить требуемую мощность излучения СП или увеличить дальность подавления МС в условиях городской застройки.
Источники информации
1. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, изд. 2-е, перераб. и доп., 1989, с.12-15, 34-35.
2. Ли У. Техника подвижных систем связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985, с.50-51.
Способ создания активных помех для подавления мобильной связи в условиях многолучевости, заключающийся в приеме сигналов подавляемого средства, формировании и излучении непрерывного помехового сигнала на его рабочей частоте, отличающийся тем, что формируют два помеховых сигнала на частоте настройки подавляемого средства, которые излучают из двух точек пространства, разнесенных относительно друг друга на расстояние λ/2, где λ - длина волны помехового сигнала, при этом начальная фаза первого помехового сигнала постоянна, а фаза второго помехового сигнала постоянно меняется во времени относительно фазы первого помехового сигнала.
