instrukcja dla autorów 1 - Wojskowy Instytut Łączności

SYSTEMY ROZPOZNANIA I WALKI ELEKTRONICZNEJ
PISZ 23 ÷ 25 LISTOPADA 2010
KNTWE’10
PODSYSTEM ZAKŁÓCEŃ ZAUTOMATYZOWANEGO SYSTEMU
WALKI ELEKTRONICZNEJ - DOŚWIADCZENIA I ZALECENIA
Bogusław GROCHOWINA, Paweł KANIEWSKI, Jarosław MILEWSKI,
Zakład Radiokomunikacji i Walki Elektronicznej
Wojskowy Instytut Łączności
05-130 Zegrze, ul. Warszawska 22 A
Arkadiusz SALA
Instytut Telekomunikacji Wydziału Elektroniki
00-908 Warszawa, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2
Streszczenie
Analiza funkcjonowania współczesnych, zautomatyzowanych systemów walki radioelektronicznej (WE)
ukazuje ważną rolę procesu oceny skutków (efektywności) zakłócania. Proces taki powinien być realizowany
w każdym systemie WE i rozpatrywać go należy w kategorii sprzężenia zwrotnego inicjowanego w systemie
w ramach przetwarzania informacji związanych z prowadzeniem walki. Brak lub ograniczona realizacja tego
procesu może wpływać na skuteczność działania systemu WE.
Elementami wykonawczymi systemu WE odpowiedzialnymi za realizację przeciwdziałania radiowego
są stacje zakłóceń. Stacje te otrzymują zadania zakłócania z podsystemu dowodzenia WE, realizują je
zgodnie z wbudowanymi algorytmami i przesyłają meldunki o ich wykonaniu. W trakcie działania stacji
zakłócających, system WE wykorzystując ich funkcjonalność, może szybko uzyskiwać wstępną ocenę
efektywności zakłócania i podejmować decyzję o ewentualnej dalszej emisji odpowiednich sygnałów.
Wdrożenie tego procesu umożliwia zwiększenie skuteczności prowadzonych zakłóceń.
W artykule zaproponowano przybliżoną miarę efektywności zakłócania i przedstawiono możliwość
wykorzystania tej oceny w procesie decyzyjnym realizowanym w systemie walki elektronicznej.
1.
SKŁAD SYSTEMU WALKI ELEKTRONICZNEJ I JEGO FUNKCJONOWANIE
W skład współczesnego, zautomatyzowanego systemu walki elektronicznej WE wchodzą
następujące podsystemy: dowodzenia, analizy operacyjnej i technicznej, nasłuchu, namierzania
i zakłócania. Ich zadaniem jest rozpoznanie, przechwyt, namierzanie, lokalizacja oraz zakłócanie
emisji radiowych. Głównym elementem systemu jest podsystem dowodzenia, który odpowiada
za kierowanie pracą podległych podsystemów. Zadania te realizowane są poprzez
zautomatyzowaną wymianę komend i meldunków z wykorzystaniem odpowiednich relacji
łączności. Wymiana informacji we współczesnych systemach WE odbywa się głównie poprzez
relacje bezprzewodowe (KF, UKF, wyższe zakresy częstotliwości do satelitarnych włącznie).
Funkcjonowanie systemu WE wymaga wymiany informacji w kilku zasadniczych relacjach,
które wynikają bezpośrednio z przyjmowanych zasad pracy tych podsystemów. Przykładowy,
uproszczony obieg informacji w systemie podzielić można na kilka etapów:
– etap 1 – nasłuch prowadzony przez podsystem nasłuchu, w ramach którego funkcjonują
aparatownie radioodbiorcze wyposażone w odbiorniki wymaganych zakresów
częstotliwości.;
– etap 2 – wykrycie przez aparatownie radioodbiorcze źródła emisji i przekazanie informacji
o tym fakcie do podsystemu dowodzenia (wymiana informacji w relacji: aparatownie
radioodbiorcze - wóz dowodzenia WE);
– etap 3 – przekazanie z podsystemu dowodzenia do podsystemu analizy operacyjnej
i technicznej danych otrzymanych z nasłuchu (wymiana informacji w relacji:
wóz dowodzenia WE - wóz analizy);
– etap 4 – przekazanie z podsystemu dowodzenia do podsystemu namierzania rozkazu
do namierzania źródła emisji (wymiana informacji w relacji: wóz dowodzenia WE namierniki);
– etap 5 – przekazanie do podsystemu dowodzenia informacji o namierzonym źródle emisji
(wymiana informacji w relacji: namierniki - wóz dowodzenia WE);
– etap 6 – przekazanie do podsystemu dowodzenia wyników przeprowadzonych analiz
(wymiana informacji w relacji: wóz analizy - wóz dowodzenia WE);
– etap 7 – wypracowanie w podsystemie dowodzenia decyzji i wydanie rozkazu dotyczącego:
o
prowadzenia dalszego nasłuchu (wymiana informacji w relacji: wóz dowodzenia WE aparatownie radioodbiorcze);
o
zakłócania (wymiana informacji w relacji: wóz dowodzenia WE - stacje zakłócające);
– etap 8 – przekazanie do podsystemu dowodzenia WE meldunku o przebiegu i zakończeniu
procesu zakłócania (wymiana informacji w relacji: stacje zakłócające - wóz dowodzenia
WE).
Etapy 3 i 4 powinny być realizowane równolegle w jednym czasie, taka sama zasada dotyczy
etapów 5 i 6.
Przekazanie do podsystemu dowodzenia WE meldunków o przebiegu realizowanych zadań
powinno odbywać się przez cały czas działania systemu i obejmować wszystkie jego elementy
(aparatownie). Z punktu widzenia tematyki niniejszego artykułu istotne jest zaakcentowanie
procesu dotyczącego podsystemu zakłócającego (etap 8).
2.
PODSYSTEM ZAKŁÓCEŃ
W skład podsystemu zakłóceń systemu walki elektronicznej wchodzą stacje zakłóceń
wykonywane zazwyczaj w formie zabudowy specjalistycznej dedykowanego pojazdu kołowego lub
gąsienicowego. Dodatkowo przewidzieć można także wariant przewoźny – kontenerowy,
przewidziany do uruchomienia po zdjęciu ze środka transportowego.
Stacje zakłóceń systemu WE przeznaczone są do zwalczania środków radiowych przeciwnika
poprzez realizację w sposób zautomatyzowany procesu zakłócania radiowego. Do podstawowych
funkcji każdej stacji zakłóceń zautomatyzowanego systemu WE powinno należeć:
– utrzymanie łączności z podsystemem dowodzenia w celu odbioru rozkazów zakłócania,
powiadomień, alarmów, przekazywania meldunków oraz innych informacji związanych
z realizacją zadań zakłócania i utrzymaniem stacji w gotowości do działania;
– zakłócanie w sposób automatyczny emisji radiowych po otrzymaniu odpowiednio
sformatowanego zadania do zakłócania;
– prowadzenie rozpoznania radiowego z wykorzystaniem odbiorników i systemów
antenowych będących na wyposażeniu stacji zakłóceń.
2
Współpraca podsystemu zakłóceń z podsystemem dowodzenia odbywa się zazwyczaj
z wykorzystaniem środków łączności systemu WE, w skład którego wchodzi stacja lub poprzez
bazowy system łączności. W drugim przypadku stacja zakłóceń wyposażona musi być w urządzenia
zapewniające interfejs do bazowego systemu łączności. Sam system bazowy powinien umożliwiać
przesyłanie informacji systemu WE pomiędzy własnymi węzłami łączności z zachowaniem
wymaganych parametrów jakości QoS (Quality of Service – jakość usługi).
Podstawowym sposobem wykonywania zadań przez podsystem zakłóceń powinna być
automatyczna praca realizowana w sposób zdalny z podsystemu dowodzenia. Zwiększa się w ten
sposób efektywność wykorzystania systemu WE, a także bezpieczeństwo obsług stacji
zakłócających. We współczesnym, zautomatyzowanym systemie WE należy również zachować
możliwość sterowania lokalnego stacji zakłócających. W takim przypadku sterowanie pojedynczą
stacją lub grupą stacji zakłócających może odbywać się z własnych stanowisk kierowania
zabudowanych w poszczególnych obiektach lub ze stanowiska wynośnego rozwijanego
w oddaleniu od stacji zakłóceń.
3.
RODZAJE ZAKŁÓCEŃ
Zbiór typowych zakłóceń stosowanych we współczesnych systemach walki elektronicznej
obejmuje zakłócenia: selektywne sekwencyjne, selektywne odzewowe, zaporowe,
mylące/dezinformujące.
ZAKŁÓCENIA SELEKTYWNE SEKWENCYJNE - są to zakłócenia realizowane na
określonych wcześniej częstotliwościach według planu priorytetów. Tego typu zakłócenia
pozwalają na jednoczesne, efektywne zakłócanie kilku celów (klasycznych emisji
wąskopasmowych) w środowisku elektromagnetycznym cechującym się wysokim nasyceniem
środków emitujących energię elektromagnetyczną.
Rys. 1 Zakłócenie selektywne
ZAKŁÓCENIA SELEKTYWNE ODZEWOWE - odpowiadają generacji sygnałów
przeznaczonych głównie do zakłócania emisji wąskopasmowych o nieznanych dokładnie
częstotliwościach pracy. Znane są jedynie potencjalne pasma lub zakresy częstotliwości, w których
mogą pojawić się emisje radiowe. Ten rodzaj zakłóceń może być wykorzystany przeciwko środkom
pracującym w trybie ze skaczącą częstotliwością (FH – Frequency Hopping), z małą szybkością
skakania (rzędu 10 skoków/s) i jest przeznaczony do wykorzystywania w środowisku
elektromagnetycznym o małym nasyceniu pracującymi środkami radiowymi.
3
Rys. 2 Zakłócenie selektywne/zakłócenia odzewowe
ZAKŁÓCENIA ZAPOROWE - ten rodzaj zakłóceń wykorzystuje się głównie przeciwko
systemom łączności pracującym z wykorzystaniem emisji ze skaczącą częstotliwością o dużej
szybkości skakania. Cechą charakterystyczną tego rodzaju zakłóceń jest zabezpieczenie własnych
systemów łączności i skuteczne zakłócanie relacji łączności przeciwnika w szerokim zakresie
częstotliwości. Tego rodzaju zakłócenia są przeznaczone do wykorzystania w środowisku
elektromagnetycznym cechującym się wysokim nasyceniem środków emitujących energię
elektromagnetyczną.
Rys. 3 Zakłócenie zaporowe
4
Rys. 4 Zakłócenie zaporowe – automatyczne poszukiwanie
ZAKŁÓCENIA MYLĄCE/DEZINFORMUJĄCE - wykorzystywane są do prowadzenia
dezinformacji w sieciach radiowych przeciwnika. Stacja zakłóceń pracuje jako radiostacja dużej
mocy nadając w zakłócanej sieci fałszywe informacje.
4.
MECHANIZM KONTROLI EMISJI RADIOWYCH I WYZWALANIA ZAKŁÓCEŃ BUDOWA, FUNKCJONOWANIE I PARAMETRY
Mechanizm kontroli emisji radiowych i wyzwalania zakłóceń implementowany jest
w każdej stacji zakłócającej i opiera swe działanie na wykorzystaniu wzbudnika generującego
wymagane sygnały w.cz. oraz odbiornika umożliwiającego prowadzenie nasłuchu
w wybranych zakresach częstotliwości. W układzie tym elementem wyzwalającym generację
zakłóceń jest odbiornik. Komputer sterujący stacji zakłóceń, po otrzymaniu zadania do zakłócania
z podsystemu dowodzenia, programuje parametry pracy odbiornika, który następnie rozpoczyna
nasłuch wybranych zakresów częstotliwości. Wykrycie przez odbiornik emisji o zadanych
parametrach i zgłoszenie tego faktu do komputera sterującego powoduje uruchomienie generacji
zakłóceń. Parametry odbiornika, które służą do wyzwolenia zakłóceń zamieszczono w tabeli
poniżej.
Tabela 1 Przykładowe parametry kontroli emisji radiowych i wyzwalania zakłóceń stacji zakłóceń
Rodzaj zakłóceń
Parametry mechanizmu kontroli emisji radiowych i wyzwalania zakłóceń
Selektywne
Sekwencyjne
Liczba celi, częstotliwości sygnału w.cz., demodulatory
i pasma demodulacji, progi detekcji sygnałów w.cz.: minimalne i maksymalne
Selektywne
Odzewowe
Liczba celi, częstotliwość sygnału w.cz.: dolna i górna, próg detekcji sygnału
w.cz.: minimalny i maksymalny, krok przestrajania
Zaporowe
Częstotliwość sygnału w.cz.: dolna i górna, próg detekcji sygnału w.cz.:
minimalny i maksymalny, krok przestrajania
Całkowity czas trwania zakłóceń jest ściśle określony i równy czasowi realizacji zadania
przekazanego w formie sformalizowanego rozkazu z podsystemu dowodzenia.
Po jego upływie komputer sterujący stacji zakłóceń generuje meldunek do podsystemu dowodzenia
o wykonaniu zadania, następnie uruchamia nowe zadanie zakłócania lub pozostaje w stanie
oczekiwania.
5
5.
MIARA EFEKTYWNOŚCI ZAKŁÓCANIA
I OCENA EFEKTYWNOŚCI ZAKŁÓCANIA
Rozpatrując efektywność zakłócania, na wstępie przyjmuje się, że efektywne (skuteczne) jest
takie zakłócanie, które powoduje zaprzestanie aktywności radiowej celu, zgodnie z zamierzeniem
zakłócającego. Tak rozumiana efektywność zakłócania ma charakter binarny, tzn. zakłócanie jest
efektywne gdy cel przestał pracować, a nie jest efektywne, gdy cel pracuje nadal.
Powyższe
rozumienie
efektywności
zakłócania
znajduje
zastosowanie
w elementarnym cyklu procesu zakłócania obejmującym okres zakłócania i okres kontroli istnienia
emisji radiowej celu. W przypadku stwierdzenia dalszej aktywności celu stwierdza się brak
efektywności zakłócania i uruchamia ponowne zakłócanie. Czynności te mogą się powtarzać
wielokrotnie,
aż
do
chwili
skutecznego
zdławienia
celu.
W
rzeczywistości
w systemach walki elektronicznej proces generacji zakłóceń zostaje przerwany po upływie
zadanego czasu, przewidzianego do realizacji zadania. Ponieważ w okresie zaplanowanym na
zakłócanie celu może wystąpić n cykli elementarnych, dlatego elementarna ocena efektywności
może być wykorzystana do dokładniejszej, wielowartościowej oceny efektywności zakłócania celu.
W przypadku gdy wynik kontroli dokonanej po elementarnym okresie trwania zakłóceń
o długości tz, wskazuje na brak aktywności radiowej celu i stan ten utrzymuje się do chwili
upłynięcia okresu czasu przewidzianego na zakłócanie Tz , to z wysokim prawdopodobieństwem
można uznać, że zakłócanie było skuteczne. W sytuacji gdy wynik kontroli wskazuje na dalszą
aktywność celu i jednocześnie nie upłynął czas Tz , powinny zostać uruchomione następne
elementarne cykle zakłócania i kontroli. W przypadku, gdy po każdej kontroli konieczne było
wznowienie zakłócania i proces powtarzał się w całym okresie T z , to uzasadniony jest wniosek,
że zakłócanie było nieskuteczne.
Stanom pośrednim efektywności zakłóceń można przypisać miarę, np. obliczoną w oparciu
wzór:
  N
 
   t z n   1
  100%
Ez  1   n 1


N 1




gdzie:
 1 - gdy w n - tym cyklu uruchomiono zakł
,
t z n   
0 - gdy w n - tym cyklu nie uruchomiono zakł
N - liczba elementarnych akcji obejmujących zakłócanie i kontrolę emisji radiowej celu.
W rozważaniach założono, że cel jest aktywny, a parametry mechanizmu kontroli emisji
radiowych i wyzwalania zakłóceń są prawidłowe (nie są przyczyną jego nie zadziałania).
Obliczona ze wzoru efektywność zakłócenia jest równa 100% w przypadku, gdy niezbędna
była tylko jednokrotna elementarna akcja zakłócająca w okresie realizacji zadania Tz , a jest równa
0%, gdy przez okres Tz uruchomiono N elementarnych akcji zakłócania.
6
6.
SPOSÓB WYKORZYSTANIA OCENY EFEKTYWNOŚCI ZAKŁÓCANIA
W PROCESIE DECYZYJNYM ZAUTOMATYZOWANEGO SYSTEMU
WALKI RADIOELEKTRONICZNEJ
W zautomatyzowanym systemie walki elektronicznej podstawowym sposobem wykonywania
zadań przez podsystem zakłóceń powinna być automatyczna praca realizowana w sposób zdalny
z podsystemu dowodzenia. Dostarczenie zadania do komputera sterującego stacji zakłócającej
skutkować będzie wygenerowaniem właściwej emisji radiowej z użyciem wzbudnika
i wzmacniacza mocy oraz wykorzystaniem odbiornika znajdującego się na wyposażeniu stacji
do nasłuchu właściwego zakresu częstotliwości. Zadanie zakłócania powinno być realizowane
zgodnie z przyjętym algorytmem pracy elementów wykonawczych stacji zakłócającej i obejmować
odpowiednią liczbę cykli (akcji) zakłócających adekwatnie do aktywności celu.
Jeżeli w okresie kontroli istnienia emisji radiowej stwierdza się dalszą aktywność celu,
algorytm działania stacji zakłócającej powinien założyć brak efektywności zakłócania
i uruchomić kolejny cykl elementarny. Proces generacji zakłóceń jest przerywany po upływie
zadanego czasu ściśle określonego w rozkazie przesłanym z podsystemu dowodzenia.
Moment zakończenia procesu generacji zakłóceń, rozumiany jako koniec okresu czasu Tz,
definiowany jest przez odpowiednią osobę funkcyjną na stanowisku kierowania podsystemem
zakłóceń podsystemu dowodzenia. Czas trwania zakłóceń zawarty w rozkazie do zakłócania, jest
wynikiem analiz dokonywanych na stanowisku dowodzenia na podstawie danych przekazywanych
przez
elementy
systemu
walki
elektronicznej
(obiekty
wchodzące
w skład pozostałych podsystemów systemu WE) oraz doświadczenia osoby kierującej
podsystemem zakłóceń.
Wymagania współczesnego pola walki oraz założone obszary wykorzystania systemu WE,
zarówno w wariancie operacyjnym jak i taktycznym, powodują, że w zasadzie jedynym
dopuszczalnym sposobem transmisji informacji pomiędzy obiektami zautomatyzowanego systemu
walki elektronicznej powinno być wykorzystanie łączy bezprzewodowych.
W przypadku korzystania z łączy wąskopasmowych (KF i UKF) należy liczyć się
z ograniczoną dostępną przepustowością, która w skrajnych przypadkach może osiągać wartości
rzędu kilkudziesięciu bitów na sekundę. Należy także zdawać sobie sprawę z możliwości
występowania wysokiej stopy błędów w kanale transmisyjnym, co wymuszać będzie konieczność
retransmisji przesyłanych informacji. Jednocześnie nie wydaje się możliwe, aby wszystkie relacje
łączności pomiędzy obiektami systemu WE, realizowane były z wykorzystaniem środków łączności
typu radiolinia lub terminale satelitarne gwarantujące wysoką odporność na błędy transmisji oraz
duże szybkości transmisji.
Wobec powyższego, realny czas upływający od momentu wykrycia aktywności radiowej
przeciwnika do momentu przekazania do stacji zakłócającej zadania do zakłócania, może wydłużać
się w konkretnych sytuacjach taktycznych. Dla zautomatyzowanych systemów walki elektronicznej
nie jest to sytuacja pożądana i wskazane jest, aby algorytmy działania systemów uwzględniały ją
i potrafiły zapewnić wysoką efektywność działania każdego elementu systemu WE.
W dziedzinie podsystemów zakłócania rozważyć można wykorzystanie mechanizmów oceny
efektywności realizowanych zadań, które to mechanizmy występują w każdej współczesnej stacji
zakłóceń.
Po zakończeniu realizacji zadania zakłócania (po upływie czasu Tz), odbiornik będący
na wyposażeniu stacji pozostaje w stanie oczekiwania, nie zmieniając parametrów pracy. W efekcie
operator stacji zakłóceń (jeżeli przewidziano taką funkcję) jest w stanie obserwować ewentualną
7
aktywność radiową przeciwnika, gdy takowa wystąpi. Ponieważ współczesny system WE
przewidziany jest do pracy zautomatyzowanej, operatorowi nie wolno samodzielnie uruchomić
kolejnych zakłóceń. W takiej sytuacji stacja zakłóceń oczekuje na kolejne zadania do zakłócania,
które przekazywane są drogą radiową z podsystemu dowodzenia. Należy podkreślić fakt,
że zarówno odbiornik stacji niezbędny do wyzwalania wybranych rodzajów zakłóceń, jak
i elementy wykonawcze jak wzbudnik i wzmacniacz mocy, zdolne są w ułamku sekundy do
podjęcia nowych zakłóceń.
Wydaje się wskazane, aby algorytmy wbudowane w oprogramowanie stacji zakłócających
zautomatyzowanych systemów WE, zdolne były w ściśle określonych przypadkach
do samodzielnego uruchamiania zakłóceń. Możliwość wyłączenia takiej opcji powinna być
dostępna zarówno dla uprawnionej osoby na stanowisku dowodzenia systemu WE oraz dla samego
operatora stacji zakłóceń, gdy taki występuje. Mechanizmy uruchamiania zakłóceń powinny
funkcjonować niezależnie od dotychczas przyjętych algorytmów, równolegle z nimi, a priorytet
powinno posiadać sterowanie stacją z podsystemu dowodzenia.
Oprogramowanie stacji zakłóceń powinno posiadać w czasie realizacji każdego zadania
możliwość zbierania statystyk prowadzonych zakłóceń (momenty włączenia nadajnika, czas
trwania elementarnego cyklu pracy tz, liczba uruchomień zakłócania itd.). Zebrane informacje
powinny w sposób automatyczny być przekazywane do podsystemu dowodzenia i służyć osobie
kierującej podsystemem zakłóceń do definiowania optymalnych zadań dla poszczególnych stacji.
Jednocześnie zebrane informacje statystyczne powinny być podstawą w samej stacji zakłóceń
do wypracowania w sposób automatyczny decyzji o kontynuacji zakłóceń i ich ewentualnym
uruchomieniu.
Implementacja opisanych funkcji w oprogramowaniu stacji zakłócających oraz
oprogramowaniu stanowiska kierowania zakłóceniami w podsystemie dowodzenia przyczynić się
może do zwiększenia efektywności wykorzystania stacji zakłócających oraz do poprawy
skuteczności działania zautomatyzowanych systemów walki elektronicznej. Algorytmy,
na podstawie których oprogramowanie podejmowałoby decyzje o uruchomieniu zakłóceń, powinny
zostać opracowane z najwyższą starannością z uwzględnieniem zachowania bezpieczeństwa załóg
stacji oraz samych aparatowni.
8