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 Selektywne Odzewowe Zaporowe Liczba celi, częstotliwości sygnału w.cz., demodulatory i pasma demodulacji, progi detekcji sygnałów w.cz.: minimalne i maksymalne Liczba celi, częstotliwość sygnału w.cz.: dolna i górna, próg detekcji sygnału w.cz.: minimalny i maksymalny, krok przestrajania 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 t z, wskazuje na brak aktywności radiowej celu i stan ten utrzymuje się do chwili upłynięcia okresu czasu przewidzianego na zakłócanie T z, 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 T z, 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: E z 1 N n1 tzn 1 100% 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 T z, a jest równa 0%, gdy przez okres T z 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 T z, 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 T z ), 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 t z, 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