|
Bevezetés
A szórt spektrumú adástechnika kialakulásának és főbb típusainak rövid áttekintése után részletesebben megvizsgáltuk a frekvenciaugratásos és a direkt szekvenciális eljárások működését. Részletesen kitértünk a felderítési, lehallgatási és helymeghatározási problémákra, amely során megállapítottuk, hogy sem a hagyományos szuperheterodin rendszerű vevők, spektrum-analizátorok, panoráma display-ek, sem a hagyományos rádió iránymérő berendezések nem alkalmasak az ilyen adásmódot alkalmazó rádiók felderítésére, helyzetük meghatározására. Ebből egyenesen következik, hogy a korábbi, és még rendszerben álló rádiózavaró állomások sem alkalmasak a szükséges jellemzőkkel rendelkező elektronikai zavarok előállítására, mivel például a frekvenciaváltáshoz szükséges idő még a korszerű állomásokban sem teszi lehetővé a frekvenciaugratásos adások követését. A fentebb hivatkozott cikkben megtalálható a direkt szekvenciális adások felfedésének egy lehetséges módszere, de a szélessávú zavaróadónál jobb módszer kidolgozása még újabb kutatásokat igényel. A továbbiakban ezért a frekvenciaugratásos rádiók zavarásának elvi megfontolásaival és gyakorlati konstrukciós lehetőségeivel fogunk részletesen foglalkozni. Mivel megkülönböztetünk úgynevezett lassú hopping (Slow Frequency Hopping - SFH) és gyors hopping (Fast Frequency Hopping - FFH) rendszereket, célszerű a vizsgálatot külön-külön elvégezni. A konstrukciós szempontok várhatóan több különböző rendszertechnikai felépítésű zavaróállomás típust igényelnek, amelyek alapvető harcászati-műszaki paramétereit is keressük. A frekvenciaugrás és a harctér geometriai modellje
A modellalkotáshoz rögzítenünk kell néhány kiinduló adatot, amelyek segítségével a számvetéseket elvégezhetjük, majd ha szükséges, megvizsgáljuk az ezektől való eltérések hatását is. Az első használatos állandó a rádióhullámok terjedés sebessége, amely a fénysebességgel azonos, 3x108 m/s, vagyis 300 m/µs. A lefogandó összeköttetésben üzemelő rádiók alapvető paraméterei a frekvenciatartomány, amelyben az ugrásfrekvenciák előfordulhatnak, az adóteljesítmény, az elemi benntartózkodási idő, a frekvenciaváltáshoz szükséges idő, valamint a másodpercenkénti ugrások száma. Alapvetően 30-100 MHz között üzemelő, 1-50 W teljesítményű harcászati-hadműveleti rádiókészülékekkel számolunk. Az egyes ugrások időtartama és a másodpercenkénti ugrások száma matematikailag fordított arányban állna egymással, ha nem vennénk figyelembe a frekvenciaváltáshoz szükséges időtartamot. A továbbiakban legyen a gyors frekvenciaugratás gyakorisága például 4000 ugrás/s, a benntartózkodási ideje pedig 125 µs, vagyis 1:1 arány legyen az adás és az áthangolások időtartama között. A lassú frekvenciaugratás legyen másodpercenként 100 ugrás, a benntartózkodási idő pedig 5 ms, vagyis itt is 1:1 az arány. Ezek a számok nem egy konkrét eszköztípusra vonatkoznak, hanem csak a gondolatkísérlethez kellenek. Minden további konkrét adatot ezekhez hasonlítva fogunk értékelni. A harctér geometriai modelljének felvétele során egyelőre tekintsünk el a domborzati viszonyoktól, legyen a hullámterjedés ideálisan szabadtéri (1). A legfontosabb paraméter tehát a távolság. A távolság azért is fontos paraméter, mert például egy 125 µs időtartamú jel a térben 125 x 300 = 37,5 km hosszú, ami összemérhető a terepen elhelyezkedő rádiórendszer és a zavaróállomás pozíciójának geometriai méreteivel. Így tehát nemcsak az energetikai viszonyok, hanem a futási idők is szerepet fognak játszani. A valós, több állomásból álló rádiórendszerek esetén a zavarhatékonyság elemzéséhez meg kell vizsgálni, hogy az egyes állomások adási periódusaiban mely vevők foghatók le, tisztán az energetikai szempontokat figyelembe véve. Ez hagyományos adástechnikát (RH, URH, - AM, FM) használó hírrendszerek esetén meg is valósítható, mivel a közlemények viszonylag hosszú idejűek, frekvenciában, üzemmódban elkülöníthetőek, az iránymérési eredmények alapján gyorsan lokalizálhatóak. A felderítő-iránymérő technológia gyorsabb, mint a híradás üteme, ezért van arra is idő, hogy az újra és újra megszólaló adókra mérve azonosítsuk őket, kijelöljük a zavarokkal célszerűen lefogható, vagy le nem fogható állomásokat. Az elektronikai támogatás információinak, mérési eredményeinknek analizálása és matematikai modellek lefuttatása után automatizálttá tehetjük a zavaró rendszert. További fontos paraméter a zavaró adó válaszkésleltetési ideje (Jammer Response Time). Ezt úgy definiálhatjuk, hogy ez az az idő, amely az ellenséges rádióadó jelének, a zavaró állomás pozíciójában való megjelenésétől a zavarjel kisugárzásának kezdetéig eltelik. Érezhető, hogy az a cél, hogy olyan berendezés struktúrát alakítsunk ki, amely ezt az időt minél alacsonyabb értékre képes leszorítani. Ez alatt az idő alatt meg kell határozni a jel frekvenciáját, át kell adni az adónak, azt le kell hangolni, és indítani kell a zavarást. Különböző konstrukciós megoldásokkal persze lehet csökkenteni azt. Ilyen lehet például, hogy a letapogató (scannelő) - akár gyorsműködésű - vevő helyett mátrix vevőt, szűrőbank vevőt stb. alkalmazunk, azaz keresés nélküli, azonnali frekvencia meghatározó vevőt. Adóként gyors frekvenciaszintetizátort és ultralineár végfokozatot alkalmazhatunk, amit nem kell a frekvenciaváltáskor kihangolni. A számításokhoz vegyünk a zavaró adó válaszkésleltetési idejére példaképpen 100 µs-ot. Ez nem egy nagy követelmény, mivel például az azóta a rendszerből kivont rádiótechnikai válaszzavaró állomások hasonló időparamétere mintegy 50-70 µs volt. Meg kell gondolnunk, hogy az ilyen impulzus üzemű adásoknál mit nevezünk gyenge, közepes és erős zavarnak. A hatékonyság szempontjából meg kell különböztetnünk a különböző modulációs módokat, mivel azok alapvetően befolyásolják a hatékonyságot. Vegyünk például egy lassú hopping rendszert, ahol például egy adási periódus alatt 50-200 bit adat is átmegy. Ha számításba vesszük a digitális rendszerekbe épített redundanciákat és a hibajavító kódolás hatását, azt mondhatjuk, hogy várhatóan az impulzusból elveszett 1-3 bit (2-5%) még nem okoz látványos hibákat. Ha azonban a zavar eléri a 20%-ot, akkor komoly hibák jönnek létre, és e fölött hirtelen teljesen összeomolhat a közlemény. Most vizsgáljuk meg, hogy mi a helyzet a gyors és a lassú hopping rendszerek zavarásakor, ha a fenti peremfeltételeket vesszük figyelembe. A gyors frekvenciaugratásos rendszerek zavarása
Vegyünk egy általános helyzetet, (1. ábra) amelyben legyen egy adó (A), egy vevőkészülék (V) és egy zavaró berendezés (Z).
 1. ábra: A zavarás alapkonfigurációja
Az adó által kibocsátott elemi jelcsomag (hop) 300 m/µs sebességgel elindul a vevő és a zavaró adó felé egyaránt. A hullámfront eleje a vevőt tAV idő múlva éri el, a zavaróadó vevőjét pedig tAZ idő múlva. Ettől az időpillanattól számítjuk a Tkésl zavaró adó válasz késleltetési idejét. A 100 µs elteltével a zavarjel elindul a vevőkészülék felé és tZV idő alatt ér oda. Ha a 125 µs benntartózkodási időt távolságban számoljuk, az 37,5 km-nek felel meg. A zavaróállomás 100 µs-os késleltetése 30 km, ami azt jelenti, hogy ha a zavaró jel (tAZ-tAV) + Tkésl + tZV időben 25 µs-nál (7,5 km) hosszabb, akkor a zavaró jel lekéste a vételi tartományt, vagyis nem találkozik a hasznos jellel a vevő bemenetén. Vizsgáljuk meg szélső esetekre. Ha a zavaró adót az adó (A) pontba tesszük, akkor tAZ=0, a zavarási késleltetés azonnal indul, ahogy az adó kezd sugározni, majd tAV idő múlva a hasznos jel odaér a vevőhöz. 100 µs + tAV idő elteltével a zavarjel is eléri a vevőt. Esetünkben a hasznos jel és a zavarjel 125-100=25 µs ideig átfedik egymást, vagyis a lefogás időben teljesül. (2) Ha a zavaró adót a vevőpontban helyezzük el, akkor tAZ = tAV és tZV =0, a jel vételének pillanatától indul a zavaró adó késleltetési ideje, majd a 100. µs-tól indul a zavarás, vagyis ismét 25 µs az átfedés. Belátható, hogy a zavaró adót bárhol elhelyezve az adót és a vevőt összekötő egyenes mentén, ugyanezt az eredményt kapjuk. Mekkora az a távolság, ahol az átfedés a legnagyobb 25 µs-ról éppen 0-ra csökken? Ez azon pontok halmaza, amelyek az adó-vevő távolság+7,5 km állandó távolságban vannak, vagyis egy ellipszis (3) pontjai. (2. ábra)
 2. ábra: A pontozott terület azon pontok halmaza, ahol az átfedés nagyobb, mint 0, de kisebb, mint 25 µs
Megállapíthatjuk tehát, hogy a zavarás időben annál hatékonyabb, minél közelebb vagyunk az adót és a vevőt összekötő egyeneshez. A maximum az egyenesen van, ott pedig bárhol. A hatékonyság éppen 0-ra csökken az ellipszis kerületi pontjain. A zavaró adót az ellipszisen belül kell telepíteni, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy egyszeri felhasználású zavaróadó konstrukcióra van szükség, amelyet átlőhetünk, vagy pilóta nélküli repülőről szórhatunk le a meghatározott területre. Vizsgáljuk meg, hogy az egyes paraméterek változása hogyan befolyásolja a zavarás hatékonyságát. Ha a másodpercenkénti ugrások számát növeljük, vagyis a benntartózkodási idő csökken, akkor egyre kisebb átfedés jöhet létre a hasznos jel és a zavarjel között, ami addig tolódhat el, hogy adott zavarkésleltetési idő mellett sehol sem lesz olyan pont, még az összekötő egyenesen sem, ahonnan elérhetné a zavarjel a hasznos jelet időben. Ha az ugrások száma csökken, vagyis azonos jel-szünet arányt tartva nő az elemi adásidő, akkor az ellipszis egyre nagyobb, egyre hatékonyabb a zavarás már nagyobb távolságból is. Ha valamilyen konstrukciós korszerűsítés folytán a zavarkésleltetési időt csökkenteni tudjuk, akkor szintén nő az ellipszis mérete. Konkrét paraméterek ismeretében meghatározható a lefogási ellipszis mérete, vagyis eldönthető, hogy célszerű-e a zavarás, egyszeri zavaró adóval, vagy saját területről kell megoldani, vagy akár hatástalansága miatt felesleges. A lassú frekvenciaugratásos rendszerek zavarása
Ha az 5 ms benntartózkodási időből indulunk ki, láthatjuk, hogy az 5 ms x 300 m/µs = 1500 km, vagyis harcászati-hadműveleti léptékben a 10-50 km-es távolságokon fellépő 33-166 µs futási idők gyakorlatilag elhanyagolhatóak. Szintén jelentéktelen a zavaró adó 100 µs-os késleltetési ideje is, vagyis megállapíthatjuk, hogy lassú frekvenciaugratású rendszerek esetén a "hagyományos", saját területről végrehajtott zavarás impulzusról-impulzusra mintegy 95%-os átfedésre képes időben, vagyis csak az energetikai viszonyok befolyásolják a zavar hatékonyságát. Akkor a probléma miért nem oldható meg ilyen egyszerűen? A korszerű frekvenciaugratásos technikát alkalmazó hírrendszerek esetén a korábbi cikkben bemutatott felderítő és iránymérő technikákkal megoldható a helymeghatározás is, azonban igen nagy gondot okoz, hogy a harctéren várhatóan sok ilyen rendszer fog egyidőben működni. Ezen kisugárzott jelek egymás frekvenciakészletét átlapolják, így gyakorlatilag a vevőnkbe több, különálló rendszer jele fog keveredni, ami az egyértelmű azonosításukat nagyon megnehezíti, akár lehetetlenné is teheti. Elektronikai ellentevékenységi szempontból annál biztonságosabb, védettebb a zavarok ellen a kommunikáció, minél több rendszer üzemel egyidőben. A helyesen megtervezett frekvencia kiosztás alkalmazásával egymásnak sem okoz kölcsönös zavart a nagyszámú üzemelő rádió. A korábbi adástechnikájú rádiók esetében ez pont fordítva volt. Minél több rádió üzemelt egy térségben, annál nagyobb volt a kölcsönös zavartatások, interferenciák kialakulásának valószínűsége. Az elektromágneses kompatibilitást (EMC) térbeli, frekvencia szerinti, időbeli és más elkülönítési módszerekkel igyekeztek biztosítani. Mi lehet a megoldás?
A gyors frekvenciaugratású adások lefogására elsősorban az összeköttetés közelébe kijuttatott egyszeri felhasználású zavaró adók jöhetnek szóba. A cél az, hogy minél kisebb késleltetési idejük legyen, minél nagyobb impulzusteljesítményt adjanak le. Az elemi zavarójel adási hossza a hasznos jel hosszánál lehet kisebb, mivel a hasznos jel végére ér csak oda, felesleges hosszan adni akkor, amikor a vevő már áthangol a következő frekvenciára. Ez tovább csökkenti az adó által kisugárzott átlagteljesítményt, ami az energiaellátó rendszer élettartama szempontjából kedvező. Hogy oldhatjuk meg, hogy adott zavaróadónk nagy valószínűséggel egy adott (általa valahogy kiválasztott) rádiórendszert zavarjon? Igen fontos, hogy ne vigyék el a közelben dolgozó más rádióktól származó impulzusok, mert a zavar hatékonysága rendkívüli mértékben függ attól, hogy milyen kitartóan tudunk az egymást követő hoppokban hibát okozni. Egy módszer lehet a vett jelek térerősség szerinti szelekciója, vagyis például az adott helyen csak egy bizonyos küszöbszintet meghaladó jelekre dolgozna ki a rendszer követő válasz impulzus zavart. Az ettől távolabb dolgozó állomások jelei egy másik zavaró állomáshoz lesznek közelebb, tehát az fog számukra zavarjeleket generálni. További nem kis problémát jelent az, hogy egy adott területre kijuttatott zavaró adók működés közben egymásra akadhatnak. Egy üzembe lépő rádió jelére a legközelebbi válasz zavaró állomás előállítja az első zavarimpulzust, amelyet újabb zavaró állomások fognak venni, és a terjedési, valamint a késleltetési idejük elteltével ezek a zavarimpulzusok is megjelennek. Gyors frekvenciaugrású rádiók esetén azonban ezeknek már semmi közük nincs az eredeti hasznos jelhez, tehát ennek a jelenségnek a kialakulása nem kívánatos. A probléma kiküszöböléséhez például a zavarjelek és a valódi hasznos információt hordozó impulzusok modulációs jellemzőinek összehasonlítása nyújthat segítséget. Ha a zavaró impulzusok például egységesen zajmoduláltak, akkor a zavaró állomás késleltetési idején belül azt is el kell dönteni, hogy a vett jel valamilyen szokásos modulációjú, vagy zajjal modulált. Ez az információ engedélyezheti a kisugárzást, vagy tilthatja le azt. Következtetések
Megállapíthatjuk tehát, hogy a harcászati-hadműveleti frekvenciaugratásos rádiók elektronikai zavarokkal való lefogásának hatékonysága elsősorban az adási periódusok benntartózkodási idejétől és a zavaró állomás válaszkésleltetési idejétől függ. Ez utóbbi paraméter arra ösztönzi a konstruktőröket, hogy minél gyorsabb válaszzavaró berendezéséket fejlesszenek ki. Az is egyértelműen megállapítható, hogy a lassú hoppingot alkalmazó rendszerek - egyéb feltételek teljesülése esetén - a saját harcrendből is lefoghatók, míg a gyorsak a fentebb leírt módszer szerinti ellipszisen belüli területről. Ez azonban egyrészről a felderítő, helymeghatározó berendezések teljesen új filozófia szerinti felépítését, működését igénylik, másrészről teljesen új zavaróállomás konstrukciót is. A mélységbe kijuttatott gyorsműködésű, impulzusról-impulzusra áthangoló egyszeri felhasználású zavaró berendezések kifejlesztésre várnak, úgy ahogy a kijuttatásukra alkalmas hordozók is.
(1) Ez alatt azt értjük, hogy két pont között pusztán a szabadtéri szakaszcsillapítást vesszük figyelembe, eltekintünk a diffrakciós terjedési viszonyoktól, a különböző reflexiós hatásoktól, a domborzattól, a lehetséges többutas terjedéstől és minden más, a valóságban nem elhanyagolható befolyásoló tényezőtől.
(2) Feltételezzük, hogy a zavarás energetikailag is hatékony.
(3) Az ellipszis matematikai definíciója: azon pontok mértani helye, amelyek távolságainak összege két adott ponttól állandó. A két pont, az ellipszis fókuszpontja, amelyen az adó és a vevő helyezkedik el.
Felhasznált irodalom
|