СПОСОБ РАДИОПОДАВЛЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ КАНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике создания искусственных радиопомех, и, в частности, может быть использовано для радиоподавления (РП) спутниковых командно-программных радиолиний (КПРЛ), функционирующих по стандартам CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems, Международный Консультативный Комитет по космическим системам передачи данных) [1].

КПРЛ - радиолиния, обеспечивающая служебную связь между космическим аппаратом (КА) и наземной станцией управления (НСУ).

Известен способ формирования радиопомех: Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Военное издательство, 1989. - С. 34, рис. 2.11. Аналог включает в себя прием сигнала источника излучения, определение параметров этого сигнала (несущую частоту, вид модуляции и ширину спектра), формирование структуры модулирующего помехового напряжения, модуляцию сигнала возбудителя полученным модулирующим напряжением. Усиление и излучение в эфир помехового радиосигнала. Однако указанный аналог имеет следующий недостаток - он обеспечивает подавление радиопомехами только радиолиний, абоненты которой работают на одной частоте в симплексном режиме (поочередная работа приемопередатчиков источника и получателя сообщения) и не способен надежно подавлять современные системы связи, использующие эффективные методы борьбы с замирениями сигнала и помехами в канале связи, основанные на частотном разнесении каналов приема и передачи (дуплексный разнос по частоте между каналами прямой и обратной передачи).

Известен способ формирования радиопомех: Европатент ЕР 0293167 А2, опубликованный 30.11.88, бюл. 88/48, МПК Н04К 3/00. Этот аналог включает прием сигнала источника излучения, определение частотных и структурных параметров этого сигнала (несущей частоты, длительности передачи, момента начала и окончания передачи соседнего "дружественного" передатчика), формирование структуры модулирующего помехового напряжения, модуляцию несущего колебания полученным модулирующим напряжением, усиление промодулированного помехового сигнала и излучение его в эфир только после окончания работы соседнего передатчика. Однако указанный аналог не обеспечивает подавление радиопомехами современные системы связи, использующие разнесение по частоте каналов приема и передачи сообщений.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ РП каналов связи по патенту РФ №2104616 С1 от 10.02.98, МПК Н04К 3/00, опубл. 10.02.98, бюлл. №4.

Способ-прототип включает в себя прием сигналов источников излучения, определение их параметров, измерение суммарного времени, в течение которого отсутствует прием сигналов на рабочих частотах источников излучения в заданном промежутке времени, распределение временного ресурса подавления между рабочими частотами источников излучения, подлежащих РП. Формирование структуры управляющих сигналов, задающих режим работы устройства управления передачей и структуру модулирующих напряжений. Модуляцию сигналов возбудителей, усиление их в передатчике помех и излучение в эфир в режиме, заданном сигналом устройства управления передачей согласно временному ресурсу подавления, в течение интервала, равного времени отсутствия приема на подавляемой частоте.

Недостатками способа-прототипа являются:

- осуществление РП только тех систем связи, где используется ограниченное количество рабочих частот и информация о степени их загруженности полностью априори известна;

- отсутствие контроля эффективности постановки помех.

Целью данного изобретения является разработка способа РП спутниковых каналов управления (КУ), обеспечивающего РП спутниковых КУ с заранее неизвестными значениями рабочих частот и объективный контроль эффективности РП при постановке помех.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе РП принимают сигналы источника излучения, определяют их параметры, формируют сигналы управления режимом передачи и структурой модулирующих напряжений, модулируют, усиливают и излучают помеховые сигналы. Принимают сигналы источника излучения во всех поддиапазонах работы Δf_1, Δf₂ … Δf_i, где i - номер поддиапазона работы источника излучения. Идентифицируют обнаруженный сигнал, как сигнал КУ "космический аппарат - Земля" ("КА-Земля") f_{КУ"КА-Земля"}. Определяют и запоминают значение частоты КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"}, причем значение частоты рассчитывают по соотношению , где n - условный номер частоты КУ "Земля-КА", k - условный номер частоты КУ "КА-Земля", а величина соотношения задана предварительно. Формируют сигналы управления режимом передачи, где в качестве параметров используют ширину спектра и вид модуляции сигнала КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}. Модулируют, усиливают и излучают помеховый сигнал с уровнем эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ), равным максимально заявленному уровню ЭИИМ наземной станции управления (НСУ) на частоте, соответствующей ранее запомненному значению частоты КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"}. Оценивают эффективность РП КУ, для чего повторно принимают сигнал источника излучения на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}, фиксируют наличие в нем информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ. При этом, если в сигнале источника излучения информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ отсутствует, то РП считают эффективным, в обратном случае итеративно на ΔР (%) увеличивают ЭИИМ помехового сигнала и оценивают эффективность РП КУ до тех пор, пока при очередной итерации в принятом сигнале КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} не будет отсутствовать информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, в заявленном способе осуществляется РП спутниковых КУ с заранее неизвестными значениями рабочих частот и ведется объективный контроль эффективности РП при постановке помех.

Заявленный способ поясняется на следующих рисунках:

на фиг. 1 отражается сущность заявленного технического решения;

на фиг. 2 - алгоритм РП спутниковых КУ;

на фиг. 3 - структура кадра канального уровня стандарта CCSDS;

на фиг. 4 - структура поля квитирования телекоманд стандарта CCSDS.

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - НСУ КА, 1.1 - тракт приема НСУ КА, 1.2 - тракт передачи НСУ КА, 2 - источник излучения (КА), 2.1 - частотный КУ "КА-Земля", в котором содержатся квитанции о приеме телекоманд с НСУ, 2.2 - частотный КУ "Земля-КА" для передачи телекоманд управления на КА, 3 - автоматическая станция помех (АСП), 3.1 - тракт излучения помехового сигнала, 4 - пост контроля (ПК) АСП, 4.1 - тракт приема ПК АСП, осуществляющий контроль эффективности РП спутниковых КУ.

Возможность реализации предложенного способа объясняется следующим. Известно, см., например стр. 330-333 [2], что спутниковые КПРЛ управления КА функционируют следующим образом. С входом КА (объект 2 на фиг. 1) в зону радиовидимости НСУ (объект 1 на фиг. 1) начинается сопровождение антенными системами НСУ траектории предполагаемого перемещения КА по небосводу, а рабочие частоты приемо-передающих устройств НСУ устанавливаются в соответствии с рабочими частотами бортовой аппаратуры КА. На частоте КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"} (канал 1.2 объекта 1 на фиг. 1) осуществляется выдача телекоманд с НСУ на управление бортовой аппаратурой КА и закладка полетного задания. При этом на частоте канала управления "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} (канал 1.1 объекта 1 на фиг. 1) осуществляется прием квитанций об исполнении телекоманд. Значения квитанций о приеме телекоманд с НСУ доступны и для ПК АСП (канал 4.1 объекта 4 на фиг. 1) при оснащении его соответствующими приемниками сигналов КУ "КА-Земля".

Поскольку значение частоты КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"} определяется исходя из значения частоты КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}, то постановка помех от АСП (по каналу 3.1 объекта 3 на фиг. 1) на частоте" f_{КУ"Земля-КА"} приведет к тому, что бортовая аппаратура КА не осуществит прием телекоманд с НСУ. Соответственно, в сигнале источника излучения на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} (канал 2.1 объекта 2 на фиг. 1), будет отсутствовать информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ.

Указанные обстоятельства позволяют путем контроля на ПК АСП (по каналу 4.1 объекта 4 на фиг. 1) наличия информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}, судить об эффективности постановки помех, т.е эффективности РП спутниковых КПРЛ. Так, наличие информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} указывает на низкую эффективность постановки помех на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}.

В этом случае итеративно на ΔР (%) увеличивают ЭИИМ помехового сигнала, причем значение ΔР выбирается в пределах (5-15)%. Указанное увеличение производят до тех пор, пока при очередной итерации в принятом сигнале КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} не будет отсутствовать информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ. При полном, т.е. эффективном РП спутниковых КПРЛ, на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} будет полностью отсутствовать информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ.

Предлагаемый способ РП спутниковых КУ реализуется следующей последовательностью действий (см. алгоритм на фиг. 2).

На начальном этапе принимают сигналы источника излучения во всех поддиапазонах его работы Δf₁, Δf₂ … Δf_i, где i - номер поддиапазона работы источника излучения. Поддиапазоны работы источника излучения заранее определены для конкретной КПРЛ см., например, стр. 34-35, 151-162 [6].

Для идентификации принятого сигнала, как сигнала КУ "КА-Земля", производят его сравнение с сигналом-эталоном из базы данных. В качестве параметров сигнала-эталона могут выступать как частотно-временные характеристики (частота, вид модуляции, тактовая скорость), так и поэлементная структура пакетов данных демодулированных сигналов (длина кадра, значения управляющих полей, механизм вычисления контрольных сумм пакетов). Например, в качестве параметров сигнала-эталона КУ "КА-Земля" в стандарте CCSDS может выступать поэлементная структура протокола канального уровня TM-SDLP (Telemetry Space Data Link Protocol, Телеметрический протокол канального уровня, фиг. 3) [7].

Далее определяют и запоминают значение частоты (КУ) "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"}, причем значение частоты рассчитывают по соотношению , где n - условный номер частоты КУ "Земля-КА", k - условный номер частоты КУ "КА-Земля", а величина соотношения заранее определена для конкретной КПРЛ, см., например, стр. 151-152, 155-156 [6].

Формируют сигналы управления режимом передачи, где в качестве параметров используют ширину спектра и вид модуляции сигнала канала управления "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}. Модулируют, усиливают и излучают помеховый сигнал с уровнем ЭИИМ, равным максимально заявленному уровню ЭИИМ НСУ на частоте, соответствующей ранее запомненному значению частоты КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"} (величина уровня ЭИИМ известна и определена, см. [6, 8]).

После чего оценивают эффективность РП КУ, для чего повторно принимают сигнал источника излучения на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}, и фиксируют наличие в нем информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ. В качестве такой информации может выступать, например, значения параметров квитанции о приеме телекоманд CLCW (Communications Link Control Word, контрольное слово канала, фиг. 4) протокола канального уровня TM-SDLP стандарта CCSDS см. стр 53-59 [9]. При этом, если в сигнале источника излучения информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ отсутствует, то РП считают эффективным, в обратном случае итеративно на ΔР (%), причем значение ΔР выбирается в пределах (5-15)%, увеличивают ЭИИМ помехового сигнала и оценивают эффективность РП КУ до тех пор, пока в принятом сигнале КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"} не прекратится передача информации, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ.

Таким образом, при постановке помех на частоте КУ "Земля-КА" f_{КУ"Земля-КА"} и контроле информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ, на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ"КА-Земля"}, предоставляется возможность контролировать эффективность РП спутниковых КПРЛ.

Указанные обстоятельства позволяют судить о достижении цели заявляемого технического решения, которое обеспечивается только при последовательном выполнении всех перечисленных выше действий.

Использованная литература.

1. Официальный сайт CCSDS. Интернет ссылка https://public.ccsds.org.

2. Мануйлов Ю.С и др. Управление космическими аппаратами и средствами наземного комплекса управления. - СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2010. - 609 с.

3. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Военное издательство, 1989, с. 34, рис. 2.11.

4. Европатент ЕР 0293167 А2, опубликованный 30.11.88, бюл. 88/48, МПК Н04К 3/00

5. Волков В.Е., Чуровский С.Р., Шишков А.Я. Способ радиоподавления каналов связи. Патент РФ №2149512 по заявке №95103151/09, от 06.03.1995.

6. Radio Frequency and Modulation Systems: Part 1. Earth Stations and Spacecraft, CCSDS 401.0-B, October 2016.

7. TM Space Data Link Protocol. Recommendation for Space Data System Standarts, CCSDS 132.0-B-1, September 2003.

8. Nasa System Engineering Processes and Requirements 4. (NPR 723.1A, 26.03.2007).

9. Packet Telecommand Standard. ESA PSS-04-107 Issue 2, April 1992.

Изобретение относится к технике связи, в частности для создания искусственных радиопомех, и может быть использовано для радиоподавления (РП) спутниковых командно-программных радиолиний (КПРЛ), функционирующих по стандартам CCSDS. Технический результат изобретения заключается в разработке способа РП спутниковых каналов управления (КУ), обеспечивающего РП спутниковых КУ с заранее неизвестными значениями рабочих частот и объективный контроль эффективности РП при постановке помех. Для радиоподавления спутниковых каналов управления принимают сигналы источника излучения во всех поддиапазонах работы Δf₁, Δf₂ … Δf_i, идентифицируют обнаруженный сигнал как сигнал КУ "космический аппарат - Земля" ("КА-Земля"), определяют и запоминают значение частоты КУ "Земля-КА", формируют сигналы управления режимом передачи и излучают помеховый сигнал на частоте, соответствующей ранее запомненному значению частоты КУ "Земля-КА". Оценивают эффективность РП КУ, для чего повторно принимают сигнал источника излучения на частоте КУ "КА-Земля" и фиксируют наличие в нем информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с наземной станции управления. Если указанная информация имеет место, то последовательно увеличивают эффективную изотропно излучаемую мощность помехового сигнала до тех пор, пока не прекратится передача квитанций о приеме телекоманд на частоте КУ "КА-Земля". 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ радиоподавления (РП) спутниковых каналов управления (КУ), заключающийся в том, что принимают сигналы источника излучения, определяют их параметры, формируют сигналы управления режимом передачи и структурой модулирующих напряжений, модулируют, усиливают и излучают помеховые сигналы, отличающийся тем, что принимают сигналы источника излучения во всех поддиапазонах работы Δf₁, Δf₂…Δf_i, где i - номер поддиапазона работы источника излучения, идентифицируют обнаруженный сигнал как сигнал КУ "космический аппарат - Земля" ("КА-Земля") f_{КУ”КА-Земля”}, определяют и запоминают значение КУ "Земля-КА" f_{КУ”3емля-КА”}, причем значение частоты рассчитывают по соотношению , где n - условный номер частоты КУ "Земля-КА", k - условный номер частоты КУ "КА-Земля", а величина соотношения задана предварительно, формируют сигналы управления режимом передачи, где в качестве параметров используют ширину спектра и вид модуляции сигнала канала управления "КА-Земля" f_{КУ”КА-Земля”}, модулируют, усиливают и излучают помеховый сигнал с уровнем эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ), равным максимально заявленному уровню ЭИИМ наземной станции управления (НСУ) на частоте, соответствующей ранее запомненному значению частоты КУ "Земля-КА" f_{КУ”3емля-КА”}, после чего оценивают эффективность РП КУ, для чего повторно принимают сигнал источника излучения на частоте КУ "КА-Земля" f_{КУ”КА-Земля”}, фиксируют наличие в нем информации, передаваемой в целях квитирования телекоманд с НСУ, при этом, если в сигнале источника излучения информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ, отсутствует, то РП считают эффективным, в обратном случае итеративно на ΔР (%) увеличивают ЭИИМ помехового сигнала и оценивают эффективность РП КУ до тех пор, пока при очередной итерации в принятом сигнале КУ "КА-Земля" f_{КУ”КА-Земля”} не будет отсутствовать информация, передаваемая в целях квитирования телекоманд с НСУ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию обнаруженного сигнала как сигнала КУ "КА-Земля" осуществляют путем сравнения с эталонными значениями сигналов КУ "КА-Земля" из базы данных.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение ΔР (%) выбирают в пределах ΔР (%)=(5-15)%.