Основные виды шумовых помех. Виды активных помех

Виды помех процессу получения информации о воздушной и надводной обстановке.

Все виды помех работе радиолокационных средств можно разделить на три группы (рис.10.1): преднамеренные, взаимные и естественные.

Преднамеренные помехи создаются противником с помощью специальных технических средств и в зависимости от способа образования разделяются на активные и пассивные . Наибольшие трудности работе радиолокационных средств создаются авиационными средствами создания преднамеренных помех в процессе воздушного нападения на надводные корабли.

Взаимные помехи создаются главным образом работой других радиолокационных средств своего корабля и корабельного соединения. Особенно интенсивное воздействие оказывают зондирующие импульсы однотипных станций, находящихся на близких расстояниях.

Так как излучение зондирующих импульсов мешающих станций происходит несинхронно с запуском зондирующих импульсов подавляемой РЛС, то по своему существу такие помехи являются несинхронными импульсными .

Естественные помехи также разделяются на два класса: активные и пассивные. К активным естественным помехам относят индустриальные помехи от работающих электрических устройств; внутренний шум приёмника; собственный шум сопротивления потерь антенны; шум, обусловленный излучением внеземных источников или шум космического пространства, шум, обусловленный тепловым излучением Земли, атмосферный шум (помехи, обусловленные грозовыми разрядами в атмосфере). Пассивные естественные помехи представляют собой мешающие отражения от морской и земной поверхности, атмосферные неоднородности, стаи птиц, насекомых, гидрометеоров (дождя, града, грозовых очагов, облачности).

космические

активные

Рис.10.1. Виды помех работе РЛС

пассивные – мешающие отражения от:

Естественные

Преднамеренными активными помехами называются радиосигналы, создаваемые специальными радиопередатчиками и предназначенные для ухудшения или исключения нормальной работы радиолокационных средств.

Передатчики помех могут находиться как на самом объекте наблюдения, например, на самолёте ударной группы, так и вне его, например, на самолёте РЭБ, действующим из зоны барражирования в интересах прикрытия одного или нескольких направлений воздушного удара. В первом случае помеха называется совмещённой с целью, во втором случае - несовмещённой .

В зависимости от полосы частот, используемой передатчиком помех, различают заградительные и прицельные помехи. Заградительной называется такая помеха, ширина спектра которой равна или превышает диапазон несущих частот, в пределах которого может работать РЛС. Прицельной называется такая помеха, ширина спектра которой равна или превышает полосу пропускания приёмника подавляемой РЛС. Скользящей называется такая помеха, которая создаётся путём независимой плавной перестройки частоты передатчика помехи в широком диапазоне частот.

По характеру мешающего воздействия на РЛС различают маскирующие и имитирующие активные преднамеренные помехи.

Маскирующие активные преднамеренные помехи создают на входе приёмного устройства подавляемой РЛС фон, аналогичный резкому увеличению внутреннего шума приёмника, который затрудняет или делает невозможным обнаружение полезных сигналов и их распознавание, а также вызывает перегрузку приёмника, после которой в течение некоторого времени наблюдение полезных сигналов делается невозможным.

Маскирующие активные помехи можно разделить на три группы: непрерывные шумовые помехи, хаотические импульсные помехи и последовательности детерминированных импульсных сигналов .

Непрерывные шумовые помехи представляют собой высокочастотные колебания, один или несколько параметров которых (амплитуда, частота, фаза) изменяется случайным образом. Помехи этой группы делятся на три вида: прямошумовые , амплитудно-модулированные шумовые и частотно-модулированные шумовые . Прямошумовые помехи создаются СВЧ генераторами шума на газоразрядных лампах или низкочастотными генераторами на диодах прямого накала, тиратронах в магнитном поле и др. с последующим переносом шума в область СВЧ; эти помехи в наибольшей степени приближаются к нормальному "белому" шуму. Амплитудно-модулированные шумовые помехи представляют собой незатухающие гармонические колебания, модулированные по амплитуде шумом; в отличие от прямошумовой помехи здесь имеется составляющая на несущей частоте, которая сигнал не маскирует, что и определяет более низкую эффективность амплитудно-модулированной помехи. Частотно-модулированные шумовые помехи создаются путём случайного изменения частоты колебаний; непостоянство спектральной плотности этой помехи существенно снижает её эффективность по сравнению с прямошумовой и амплитудно-модулированной шумовой помехой.

Хаотической импульсной помехой называется последовательность радиоимпульсов с заданной частотой заполнения, амплитуда и длительность которых, а также интервалы между соседними импульсами изменяются случайным образом.

Примером последовательностей детерминированных импульсных сигналов являются многократные синхронные импульсные помехи, представляющие собой серию радиоимпульсов, излучаемых передатчиком помех в ответ на зондирующий импульс РЛС. Импульсы помехи по форме и длительности соответствуют полезному сигналу.

Имитирующие помехи создают ложные отметки, аналогичные отметкам реальных целей; эти ложные отметки затрудняют работу оператора и перегружают автоматизированные оконечные устройства РЛС. Имитирующие помехи подразделяются на многократные и однократные .

Многократная ответная имитирующая импульсная помеха представляет собой серию радиоимпульсов, излучаемых в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС. Различают синхронные и несинхронные по отношению к частоте следования зондирующих импульсов РЛС ответные помехи. Несинхронные импульсные помехи могут создаваться для имитации взаимных помех, чтобы усложнить общую радиотехническую обстановку. Синхронные импульсные помехи формируются станциями многократных импульсных помех, построенными по принципу многократной ретрансляции зондирующих импульсов подавляемой РЛС.

Однократная ответная помеха - это радиоимпульс, излучаемый в ответ на принятый сигнал подавляемой РЛС с некоторой изменяющейся задержкой. Время задержки обычно меняется так, чтобы создать на экране РЛС имитацию реально движущейся цели.

Радиолокационным станциям слежения могут быть созданы имитирующие помехи в каналах сопровождения по направлению, по дальности и скорости.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Динамический диапазон приемного устройства.

Наиболее эффективной преднамеренной активной помехой является прямошумовая заградительная помеха, по своим свойствам близкая "белому" шуму. Шумовые колебания создают эффект, аналогичный резкому увеличению внутреннего шума, что вызывает уменьшение отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства, а, следовательно, ухудшает качество, а подчас и исключает возможность обнаружения отраженного от цели сигнала.

При действии помех большой интенсивности радиолокационные приемники могут перегружаться. При перегрузке приемник не реагирует на изменение амплитуды полезного сигнала, а, следовательно, теряет возможность воспроизводить отраженный сигнал. Перегрузка наступает из-за того, что режим работы усилительных приборов становится резко нелинейным: они периодически переходят от насыщения к отсечке.

Перегрузка возможна в любой части приемника: усилителе промежуточной частоты, детекторе или видео-усилителе. Однако, прежде всего, перегружается последний каскад УПЧ. До наступления перегрузки амплитудная характеристика линейной части приемника, то есть зависимость амплитуды U вых напряжения на выходе УПЧ от амплитуды U вх сигнала на входе смесителя или на выходе антенны имеет монотонно нарастающий характер (рис.10.2).

После достижения амплитуды входного сигнала некоторого значения U вх.макс рост амплитуда U вых прекращается, и в дальнейшем она остается постоянной или даже убывает. Вследствие ограничения резко ухудшаются условия приема полезного сигнала на фоне помех большого уровня.

пом

ха

помеха

вых

вх.макс

вых

вх

Для неперегруженного приемника результирующая амплитуда выходного сигнала во время поступления отраженных от цели импульсов будет изменяться, что делает возможным обнаружение полезного сигнала на фоне помехи. При большой интенсивности помехи, когда наступает перегрузка, эти изменения отсутствуют, сигнал "срезается". При действии помехи, интенсивность которой резко изменяется, могут наблюдаться перегрузки в течение некоторого промежутка времени, после которого приемник вновь становится способным воспроизводить огибающую входного сигнала. Такую перегрузку можно считать временной.

Способность радиолокационного приемного устройства воспроизводить отраженные от цели импульсы в присутствии помехи большой мощности оценивается его динамическим диапазоном . Под динамическим диапазоном приемника понимается отношение максимальной величины входного сигнала U вх макс (P вх макс ), приём которого происходит ещё с допустимыми нелинейными искажениями, к предельной чувствительности приёмника U вх мин , определяемой мощностью внутренних шумов P ш . Обычно это отношение определяется в децибелах

В качестве допустимого нелинейного искажения обычно принимают уменьшение на 1 дБ или на 25% усиления, т.е. крутизны амплитудной характеристики приёмника. Динамический диапазон позволяет определить перегрузочную способность приёмника и качественно оценить ухудшение избирательности его линейной части при помехах большой интенсивности, которые могут вызвать нелинейные явления в приёмнике.

ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Дальность действия РЛС в условиях преднамеренных активных помех.

- дальность действия РЛС при воздействии совмещённой помехи

Наглядное представление об эффективности воздействия совмещённой шумовой помехи в зависимости от удаления помехоносителя можно получить путём анализа графиков изменения мощности полезного сигнала P с и помехи P п (рис. 10.3).

В общем, следует ожидать, что при входе помехоносителя в область пространства, контролируемую РЛС, т.е. при его достаточно большом удалении, мощность создаваемой им помехи на входе РЛС Р п значительно превышает мощность отражённого от него сигнала Р с , что исключает возможность его обнаружения.

Р П

Р С

Р ПЕРЕГР

РЛС

Р П, Р С

Д МАКС ПС

Д П

Рис.10.3. Зоны действия помехи

С приближением помехоносителя мощность помехи Р П возрастает обратно пропорционально квадрату его удаления Д 2 П (распространение радиоволн в одном направлении), в то время как мощность сигнала, отражённого от помехоносителя, изменяется обратно пропорционально четвёртой степени удаления Д 4 П (распространение радиоволн в прямом и обратном направлениях), т.е. мощность полезного сигнала возрастает интенсивнее, чем мощность помехи. В соответствии с этим по мере приближения помехоносителя увеличивается отношение Р С /Р П ; его обнаружение на максимальной дальности Д МАКС ПС (дальность обнаружения в условиях помехи совмещённой (пс )) с заданным качеством (Р ОБН,Р ЛО ) обеспечивается, когда это отношение станет равным коэффициенту различимости на фоне данной помехи

(10.2)

где α - коэффициент неоднородности помехи, характеризующий степень её отличия от гауссова шума; о < α <1.

m Р - коэффициент различимости сигнала на фоне гауссова шума.

Поскольку в общем случае в реальных условиях α < 1, то коэффициент различимости на фоне помехи меньше коэффициента различимости на фоне внутреннего шума приёмника (m РП <m Р ). На рис. 10.3 показан случай, когда обнаружение помехоносителя с заданным качеством обеспечивается при m РП > 1; вместе с тем, при использовании достаточно эффективных способов первичной обработки информации необходимое качество обнаружения может быть достигнуто и при m РП ≤ 1.

Заметим, что в радиопротиводействии для оценки эффективности воздействия помех пользуются величиной, обратной коэффициенту различимости на фоне данной помехи m РП , называя её коэффициентом подавления , а максимальную дальность обнаружения помехоносителя Д МАКС ПС называют дальностью самозащиты РЛС .

При дальнейшем приближении помехоносителя мощность помехи достигает величины, вызывающей перегрузку приёмника и подавление отражённого сигнала, в результате чего на удалении Д ≤ Д П помехоноситель не наблюдается.

Известно, что в отсутствии преднамеренных помех, когда возможность обнаружения пачки отражённых импульсов ограничена спектральной плотностью мощности внутреннего шума приёмника N О =kTN Ш , максимальная дальность обнаружения пачки с заданным качеством (Р ОБН, Р ЛО ) определяется уравнением радиолокации для свободного пространства

Интенсивность маскирующих шумовых помех определяется их спектральной плотностью мощности на выходе антенны станции помех

(10.4)

где G ПП - коэффициент усиления станции помех;

P ПП - мощность передатчика помех;

∆f ПП - ширина энергетического спектра помехи.

При удалении помехоносителя, равном Д МАКС ПС спектральная плотность мощности шумовой помехи в приёмном устройстве РЛС будет равна

где - эффективная площадь антенны; не приём;

- коэффициент, учитывающий различие поляризации помехи и поля-ризации, оптимальной для антенны РЛС, и принимающий значения от 1 до 0.

Маскирующее действие шумовой помехи является следствием ухудшения чувствительности приёмного устройства РЛС, вызванного увеличением спектральной плотности мощности шума с величины N O до величины N O +N П . Поэтому, если в отсутствии преднамеренных помех (10.3)

то при воздействии шумовых помех по основному лепестку (F(Δβ) = 1 )

Если в присутствии интенсивной преднамеренной помехи пренебречь внутренним шумом приёмника m P N O стремится к «0» и учесть, что энергетические потери на приём L ПР свойственны как отражённому от цели сигналу, так и помехе, а следовательно, при воздействии помех учитывать потери только на передачу зондирующих импульсов L ПЕР = L ∑ , то из (10.6) следует, что

(10.7)

Поскольку, в отличие от работы РЛС в беспомеховых условиях, дальность действия РЛС в совмещённой помехе пропорциональна не корню четвёртой степени, а корню квадратному из энергетического потенциала, то в этих условиях оказываются оправданными "силовые" способы борьбы с преднамеренной помехой. Эти способы основаны на увеличении энергии зондирующего сигнала и коэффициента усиления антенны.

Очевидно, что энергия зондирующего сигнала будет рационально использоваться при приёме только в случае приближения обработки пачки отражённых импульсов к оптимальной; в противном случае будет возрастать величина m РП, т.е. будут увеличиваться энергетические потери полезных сигналов. Увеличение коэффициента усиления антенны в направлении на цель - помехоноситель, создавая концентрацию полезной энергии, может в то же время замедлить обзор пространства, если такая концентрация будет в равной мере обеспечиваться для всех направлений. Вместе с тем, при использовании последовательной процедуры обнаружения может быть использован управляемый обзор пространства, при котором время облучения цели зависит от условий обнаружения и, в частности от помеховой обстановки. Особенно широкие возможности для использования программного автоматически управляемого обзора пространства открываются при электронном управлении положением ДНА с помощью фазированных решеток. При использовании последовательного анализа в случае неодинакового воздействия помех с разных направлений выигрыш может составлять от 5 до 22 дб.

- дальность действия РЛС при воздействии несовмещённой помехи

В общем случае воздушный налет на корабли осуществляется с нескольких направлений, и средства воздушного нападения прикрываются преднамеренными активными помехами, создаваемыми специализированными самолетами радиоэлектронной борьбы (например, ЕА-6В "Проулер") из зон барражирования. При таком способе прикрытия налета при облучении средств воздушного нападения, т.е. при прохождении основного лепестка ДНА направления на эти средства, помеха воздействует по её боковым или фоновым лепесткам. Таким образом, помеха оказывается несовмещенной по направлению со средствами воздушного нападения (самолетами, ракетами) т.е. с объектами обнаружения (рис.10.4).

В этих условиях величина спектральной плотности мощности помехи в приёмном устройстве РЛС зависит не только от удаления помехоносителя Д ПП , но и от угла Δβ между направлением на объект обнаружения и направлением на помехоноситель. Этот угол определяет уровень боковых (фоновых) лепестков ДНА, а, следовательно, степень воздействия помехи.

В области боковых и фоновых лепестков диаграмма направленности антенны имеет весьма изрезанную форму (рис.10.5), которая практически не поддаётся аналитической оценке и определяется экспериментально. Поэтому для аналитических расчетов форму ДНА аппроксимируют различными функциями. Эти функции выбирают так, чтобы с одной стороны, достаточно точно воспроизвести полученную зависимость, а с другой - не усложнить расчетов. Так, например, в качестве аппроксимирующей боковые лепестки функции принимают огибающую максимумов ДНА с равномерным распределением амплитуды и фазы поля в ее раскрыве.

(10.8)

где - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;

d β - протяженность раскрыва антенны в плоскости отсчета угла .

(Уровень боковых лепестков оценивается, как правило, в дБ относительно главного, но в основное уравнение радиолокации значение необходимо подставлять в числовом выражении, а не в дБ).

Зависимость максимальной дальности обнаружения цели в условиях воздействия несовмещённой помехи Д МАКС ПН (дальность обнаружения в условиях помехи несовмещённой (пн )) от удаления помехоносителя и уровня боковых лепестков в направлении на него находят отражение в следующей форме уравнения радиолокации для этих условий

При воздействии несовмещённых помех:

Дальность действия РЛС при воздействии несовмещённой помехи

(При анализе в двух плоскостях – горизонтальной и вертикальной, что справедливо для трёхкоординатных РЛС значение F() необходимо возвести в квадрат)

В соответствии с этим основной тактической мерой создания благоприятных условий функционирования РЛС является использование истребительной авиации прикрытия и огневых средств ПВО для удаления помехоносителя от кораблей с целью снижения эффективности создаваемых им помех.

Основной технической мерой ослабления влияния несовмещённой помехи является снижение уровня боковых лепестков ДНА. Из теории антенн известно, что снижение уровня боковых лепестков может быть достигнуто за счёт увеличения размеров антенны, рационального распределения поля в раскрыве, повышения точности изготовления, снижения влияния переотражений от близко расположенных мачт и надстроек. Повышение избирательности антенны относят к категории улучшения пространственной селекции отражённых сигналов.

Классификация помех

Характеристика помех в канале связи

В реальном канале связи сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.

Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных его звеньев. Как линейные, так и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала и могут быть устранены путём коррекции. Помехи заранее не известны, поэтому не могут быть устранены.

Изучение физических свойств помех необходимо для грамотного построения всех элементов канала связи.

Классификация помех

Помехой будем называть любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

Самая грубая характеристика помехи заключается в указании её спектральной плотности. С этой точки зрения помехи разделяются на широкополосные , спектр которых значительно шире спектра сигнала, и узкополосные или сосредоточенные, ширина спектра которых соизмерима с шириной спектра сигнала.

По своей временной структуре помехи разделяются на гладкие и импульсные . Для гладких помех характерно то, что их огибающая с большой вероятностью находится в некотором небольшом интервале около своего среднего значения. Огибающая импульсных помех с большой вероятностью находится вне этого интервала. Резкой грани между гладкими и импульсными помехами нет.

Рис. 1. Сосредоточенная помеха.

Рис. 2 . Импульсная помеха.

На рис. 1, 2 показан пример огибающих А(t) и спектральных плотностей мощности G(f) типичных реализаций сосредоточенной и импульсной помех.

В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере, и, прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн.

Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях электроустановок. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, систем зажигания двигателей.

Распространённым видом помех являются помехи от посторонних радиостанций и каналов.

Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи . Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрёстными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах и других элементах аппаратуры.

Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в УКВ диапазоне. В этом диапазоне имеют место и космические помехи , связанные с электромагнитными процессами, происходящими на солнце, звёздах и других внеземных объектах.

Выводы

1. Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так, излучение радиопередатчика является полезным сигналом для приёмника, которому предназначено это излучение, и помехой для другого приёмника. Электромагнитное излучение звёзд является одной из причин космического шума в диапазоне СВЧ и поэтому является помехой для систем связи. С другой стороны, это излучение является сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические параметры.

радиопомеха-воздействие электромагнитной энергии на прием радиоволн, вызванное одним или несколькими излучениями, в том числе радиацией, индукцией, и проявляющееся в любом ухудшении качества связи, ошибках или потерях информации, которых можно было бы избежать при отсутствии воздействия такой энергии.

Внешние помехи принимаются антенной вместе с полезным сигналом и создаются: а) электромагнитными процессами, происходящими в атмосфере, ионосфере и космическом пространстве; б) электроустановками и соседними р/станциями; в) средствами постановки преднамеренных помех.

Внутренние помехи локализованы в различных элементах системы радиосвязи (флуктуационные шумы ламп и полупроводниковых приборов, нестабильность питающих напряжений и т.п.). Характеристики внутренних помех приемного устройства обычно пересчитываются к его входу.

Внутренние и внешние помехи являются аддитивными, когда на входе ПрУ сигнал представляется в виде:

где S(t) - передаваемый сигнал, n(t) - помеха. Аддитивные помехи: флуктуационные, импульсные и синусоидальные.

А. К Флуктуационным помехам (ФП) относятся шумы приемника и шумы среды распространения сигнала. Их спектр на входе ПУ обычно шире полосы пропускания ПУ. Плотность вероятности ФП часто является нормальной. В большинстве случаев ее принимают как аддитивный БГШ.

Б. Импульсные помехи представляют собой непериодическую последовательность одиночных радиоимпульсов и создаются атмосферными и промышленными источниками помех. (В некоторых случаях посторонними каналами связи).

В. Синусоидальные помехи (СП) - помехи, сосредоточенные по спектру (ширина их спектра мала по сравнению с полосой пропускания приемного тракта). Источники СП:

станции преднамеренных помех;

генераторы ВЧ сигналов;

радиостанции эталонных частот. К синусоидальным можно отнести комбинированные помехи внутри самого приемника.

Разному, в том числе принято различать помехи внешние и внутренние, пассивные и активные, гладкие и импульсные. Их можно также классифицировать по природе происхождения: промышленные,

Атмосферные, космические, помехи мешающих радиостанций и внутренние помехи радиоустройств.

Промышленные помехи создаются в результате работы сравнительно близко расположенных к радиоустройствам электродвигателей, релейно-контактных мощных систем, аппаратов дуговой электросварки, электроплавильных печей, рентгеновской аппаратуры « множества других различных электрических устройств, вызывая возникновение в окружающем пространстве электромагнитных полей различной частоты и интенсивности. Эти поля и оказывают мешающее действие для нормальной работы чувствительных радиотехнических устройств и систем.

Атмосферные помехи создаются естественными электромагнитными процессами в земной атмосфере, например, грозовыми разрядами. Эти помехи также представляют собой электромагнитные поля различной частоты и интенсивности.

Космические помехи вызываются электромагнитными излучениями и процессами за пределами земной атмосферы.

Помехи мешающих радиостанций создаются обычными радиовещательными и специальными станциями помех, а также постоянно действующими источниками электромагнитного излучения ¦ постоянной частоты или спектра частот и волн.

Активными помехами принято называть те, которые вызваны активными естественными или искусственными источниками электромагнитных колебаний. Что касается пассивных помех, то к ним относятся те помехи, которые обусловлены в основном природными явлениями и не связаны с действием посторонних источников электромагнитных волн. К пассивным помехам, например, можно отнести явления феддинга (замирания сигнала) волн, спорадическое (внезапное) поглощение радиоволн, возникновение радиоэха и т. п. В радиоустройствах, действие которых не связано с распространением радиоволн, например, усилителях и им подобных устройствах, почти нет надобности учитывать пассивные радиопомехи. Только в отдельных случаях с ними приходится считаться, как косвенными причинами возникновения активных помех.

Гладкими помехами принято называть такие, которые создают почти неизменяющееся по величине напряжение по-мех Un. Точнее говоря, когда максимальная амплитуда помех не превышает среднее их значение больше чем в 3 4 раза. Импульс-

Н ы е же помехи могут создавать кратковременные амплитуды в десятки раз большие, чем их среднее значение. К гладким помехам, например, относятся флуктуационные шумы (ламп, транзисторов.

Резисторов). - Атмосферные помехи могут быть как гладкими, так и импульсными, проявляясь в виде шорохов и тресков. Промышленные помехи чаще всего имеют импульсный характер. Причем их воздействие на радиотехническое устройство почти любого вида значительно резче сказывается на его работе по сравнению с действием гладких помех. Это обусловлено тем, что импульсные помехи вызывают собственные колебания резонансных цепей устройства. Такие колебания затухают не мгновенно и могут распространяться далее по блокам радиоустройства.

Вы включаете телевизор, чтобы посмотреть новости или хоккей, и вдруг экран заполняется черными точками, а из динамиков вместо голоса диктора раздается противное шипение. Что это? А это ваш сосед бреется неисправной электробритвой. Бритву выключили, но стало еще хуже: экран дергается, синхронизация изображения нарушена, а в звуковом канале что-то грохочет и взрывается. А это что? – спросите вы. А это соседка сняла трубку китайского радиотелефона, который по странной случайности настроен на несущую первого метрового телевизионного канала.

В последние десятилетия проблема взаимного воздействия на радиоэлектронные устройства непреднамеренных помех (специалисты говорят о проблеме электромагнитной совместимости, ЭМС) стала настолько острой, что иногда для обеспечения ЭМС приходится искусственно снижать технические характеристики аппаратуры.

В последние десятилетия проблема взаимного воздействия на радиоэлектронные уст-ройства непреднамеренных помех (специалисты говорят о проблеме электромагнитной совместимости, ЭМС) стала настолько острой, что иногда для обеспечения ЭМС приходится искусственно снижать технические характеристики аппаратуры.

Не лучше обстоит дело и при передаче на большие расстояния изображения и звука. Человеческий глаз и ухо – очень чувствительные инструменты, мгновенно замечающие малейшие нарушения качества. Инженерам приходится искать все более сложные и дорогостоящие технические решения, чтобы обеспечить передачу изображения и звука на большие расстояния без существенной потери качества.

Индустриальные помехи;
Наводки от соседних цепей;
Разъемы низкого качества;

До недавних пор борьба с шумами и помехами велась методом проб и ошибок при слабом понимании физики процессов, вызывающих эти шумы и помехи. Такой подход поглощал массу времени, а при малейшем изменении конфигурации аппаратуры все приходилось начинать сначала.

Оставив в стороне эфирные каналы передачи информации, кратко рассмотрим источники шумов и помех в проводных линиях передачи аудио- и видеоинформации.

Итак, требуется передать сигнал (телевизионный, компьютерный, звуковой и т.д.) из одного пункта (Источник ) в другой пункт (Приёмник ). Если кабель короток (например, 1 метр), то многие из рассматриваемых проблем, скорее всего, не возникнут, хотя в некоторых случаях даже такое расстояние может оказаться губительным для сигнала.

Если же реальному кабелю суждено проделать длинный и извилистый путь в помещении или на открытом пространстве, сигнал в нём неизбежно подвергнется воздействию многих негативных факторов.

Основными источниками шумов и помех принято считать:

Индустриальные помехи;
Наводки от соседних цепей;
Разъемы низкого качества;
Реактивное сопротивление кабеля и низкое качество кабеля;
Неточное согласование кабеля с волновым сопротивлением передатчика и приемника;
Питание от разных фаз и наличие «петель заземления», дающих помехи по «земле».

Второстепенными источниками шумов являются гальванические и электролитические процессы, трибоэлектрический эффект 1 и вибрации кабелей.

Индустриальные помехи – эти помехи, называемые также промышленными помехами, проявляют себя в местностях, где работают электростанции и различные электрические установки, аппараты и приборы: электродвигатели, аппараты электросвязи, медицинские приборы, ЭВМ, электросварочные аппараты, электрические звонки, системы электрического зажигания двигателей внутреннего сгорания. Помехи, создаваемые приему другими радиостанциями также можно отнести к индустриальным помехам.

Наводки от соседних цепей возникают в тех случаях, когда сигнальный провод или кабель попадает в зону действия электромагнитного поля, создаваемого другим проводом или кабелем.

Наводки от соседних цепей возникают в тех случаях, когда сигнальный провод или кабель попадает в зону действия электромагнитного поля, создаваемого другим проводом или кабелем. Например, если в квартире рядом проложены телефонный провод и радиотрансляционная линия, то, сняв телефонную трубку, иногда можно будет услышать музыку или речь. Это и есть наводки от соседних цепей. Особенно чувствительны к таким наводкам кабели для небалансных сигналов (например, коаксиальные) с невысоким качеством экранировки (один слой небрежно выполненной оплётки).

Разъемы низкого качества обычно плохо экранированы, но это еще полбеды. Основным источником шумов в разъемах бывают так называемые контактные шумы, которые возникают вследствие несовершенства контакта между материалами штыря и гнезда. Контактные шумы прямо пропорциональны величине протекающего через контактную пару тока, а плотность распределения мощности шумов обратна частоте. Если разъем совсем скверного качества, то возможно даже возникновение «дребезга» и искрение. Если материалы в разъеме подобраны неправильно, без учета их взаимного положения в гальваническом ряду, то между ними может возникнуть своеобразный электрохимический элемент, создающий шумы и ускоряющий коррозию.

Сам по себе кабель, особенно если он экранированный, не является источником существенных шумов, однако, от его качества сильно зависит затухание сигнала в линии, а от индуктивных и емкостных (реактивных) характеристик – искажения передаваемого сигнала. Любой кабель имеет проходное омическое сопротивление, ёмкость и индуктивность. Последние два параметра, равно как и потери в диэлектрике кабеля (tgδ) и некоторые другие факторы особенно сильно влияют на качество передачи высокочастотных составляющих сигнала – информации о мелких деталях и цвете в аналоговом видео, фронтов импульсов в цифровом сигнале. Чем длиннее кабель и чем шире спектр передаваемого сигнала, тем больше будут потери.

Чем длиннее кабель и чем шире спектр передаваемого сигнала, тем больше будут потери.

Характерное для кабеля волновое сопротивление может колебаться по его длине (за счёт его недостаточного качества или ошибок в прокладке), что приводит к возникновению отражений и «размытию» и ряби на картинке.

Неправильно заземленный кабель – мощный источник искажений и помех.

Режим электрической цепи, при котором сопротивление приемника равно сопротивлению линии, называется режимом согласованной нагрузки . Если нагрузка несогласованна, то часть передаваемого сигнала не поступит в приемник, а отразится в виде обратной волны, снижая уровень передаваемого сигнала и создавая искажения.

Если нагрузка несогласованна, то часть передаваемого сигнала не поступит в приемник, а отразится в виде обратной волны, снижая уровень передаваемого сигнала и создавая искажения.

Неправильно спроектированное питание аппаратуры (от разных фаз сети переменного тока) и неправильно организованные контуры заземления способны вызвать появление мощных помех, борьба с которыми в уже смонтированной аппаратуре чрезвычайно сложна и малоэффективна. Подключение «земли» сигнального кабеля к общему контуру заземления (или зануления) в нескольких точках приводит к образованию «петель» заземления, а запитывание приёмника и источника сигнала от разных фаз сети переменного тока может даже при полностью исправных источниках питания устройств вызвать появление значительной разности напряжений между ними (и небольших токов, которые будут «выравниваться» через экран сигнального кабеля, создавая характерный фон переменного тока).

Все вышеуказанные факторы приводят к уменьшению расстояния, на который можно передать сигнал без заметных искажений (с допустимым уровнем качества). На практике, при использовании только пассивных мер по обеспечению качества передачи (о них – далее), обычно достигаются следующие расстояния:

Аналоговое видео

Композитный видеосигнал – передаётся по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом, используются байонетные разъёмы (BNC, в бытовой технике используются «тюльпаны» – RCA). Спектр стандартного сигнала не превышает 6 МГц, а расстояние передачи достигает 50-100 метров. Ограничивает расстояние, в основном, затухание сигнала (падение его амплитуды). Толстый коаксиальный кабель с толстым одножильным центральным проводником обеспечивает лучшие результаты. Падение амплитуды до некоторой степени парируется регулятором яркости, при дальнейшем увеличении расстояния в сигнале теряется синхронизация.

Видеосигнал S-video (YC) – передаётся по двум параллельным коаксиальным кабелям. Имеет почти такие же спектральные параметры, что и композитный. Передаётся чуть хуже, т.к. может возникать некоторый разбег фаз между сигналами в двух кабелях.

Компонентный видеосигнал (YUV/YPbPr, RGB, RGBS, RGBHV/VGA) – передаётся по нескольким (3-5) параллельным коаксиальным кабелям. Сигнал имеет гораздо более широкий спектр (до 30 МГц для YUV/RGBS, более 300 МГц для VGA/UXGA). Ограничивает расстояние (5-30 метров) подавление ВЧ-составляющих (потеря резкости), затухание сигнала, разбег фаз сигналов. Максимальное расстояние (до 30-60 метров) достигается только при очень качественных и толстых (дорогих) кабелях.

Цифровое видео

Цифровой видеосигнал SDI (Serial Digital Interface) передаётся по толстым коаксиальным кабелям с волновым сопротивлением 75 Ом, используются байонетные разъёмы (BNC). Стандартный видеосигнал имеет полосу до 270 Мбит/с (фактически – МГц), сигналы телевидения высокой чёткости HDTV могут иметь полосу до 1300 Мбит/с. Несмотря на столь широкую полосу сигнала, SDI обычно удаётся передавать на расстояние до 50-200 метров, ограничиваемое, в основном, затуханием сигнала и нарастанием джиттера (дрожания фаз цифровых импульсов). Для сигнала HDTV расстояния обычно значительно меньше.

Цифровой видеосигнал DVI (Digital Video Interface) передаётся по специальному кабелю из медных витых пар. Ширина спектра сигнала – до 165 МГц (для двух каналов получается в сумме до 330 МГц), при этом расстояние передачи ограничено 5 метрами.

Аудиосигналы

Небалансные аудиосигналы обычно передаются по экранированному кабелю, с разъёмами RCA («тюльпаны», иногда используются и другие соединители). На входе приёмника согласованная нагрузка не используется (вход должен быть высокоомным). При спектре сигнала до 20 кГц реально не стоит передавать такие сигналы более чем на 10-30 метров.

Различают пассивные и активные методы борьбы с шумами и помехами.

Балансные аудиосигналы чаще всего транслируются по экранированным витым парам проводов с разъёмами XLR. Такие сигналы гораздо устойчивее к воздействию помех и наводок, поэтому часто используются для подключения микрофонов. Сигналы большего уровня (линейного и выше) можно передавать на расстояние до 200 м и более.

Все возможные источники помех следует предусматривать на этапе проектирования и тогда же закладывать в систему методы и средства противодействия им.

Различают пассивные и активные методы борьбы с шумами и помехами.

Пассивные методы

В уменьшении длины кабельных сетей до разумного минимума и уменьшении количества кабелей;
В использовании кабелей и разъемов только высокого качества, от известных фирм-производителей;
В прокладке кабелей с радиусами большого изгиба, чтобы избежать помех от так называемого трибоэлектрического эффекта (накапливания заряда внутри кабеля);
В разделении стволов сигнальных и силовых кабелей;
В использовании согласованных нагрузок;
В таком использовании аппаратуры, чтобы ее рабочие режимы находились значительно ниже предельных;
В использовании самого устойчивого к помехам интерфейса. Лучше всего передавать цифровой сигнал SDI, далее – композитный, S-video и, наконец, компонентный и VGA.

Активные методы борьбы с шумами и помехами состоят:

В использовании промежуточных усилителей сигналов, которые компенсируют их затухание в линии из-за омического сопротивления и потери на высоких частотах из-за реактивности кабеля;
В переходе на витую пару. Если вместо коаксиального кабеля использовать неэкранированную витую пару (UTP), то кроме весьма существенного экономического выигрыша (витая пара намного дешевле коаксиального кабеля), мы получаем возможность передавать сигналы на очень большие расстояния – композитный или S-video-сигнал на расстояние до 1 км, а VGA-сигнал – на 300 м. Проблемы с наводками и помехами по «земле» при этом в значительной мере снижаются.
В переходе на оптоволоконный кабель при необходимости передачи сигнала на очень большие расстояния (до 25 км.). Оптоволоконная линия связи полностью развязана по «земле» и в ней гарантированно отсутствуют помехи.

Если возможности пассивного решения проблемы доставки сигналов исчерпаны (или не дают полной гарантии качества), следует ввести в схему дополнительные активные элементы.

При работе на длинную линию связи многие источники сигнала могут оказаться неспособными «вытянуть» такую линию. К тому же в них обычно не предусмотрено никаких регулировок, способных скомпенсировать потери сигнала в линии. Решением может быть добавление усилителя мощности на выходе источника сигнала.

Использование усилителя мощности

В таком усилителе обычно предусматривается как регулировка усиления (амплитуды сигнала на выходе), позволяющая скомпенсировать омическое сопротивление кабеля, так и регулировка амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в области высоких частот – для компенсации высокочастотных потерь в кабеле из-за его проходной ёмкости, индуктивности и диэлектрических потерь.

Достоинства:

Усилитель компенсирует затухание сигнала (из-за сопротивления кабеля) и потери на высоких частотах (из-за ёмкости и индуктивности);
Немного улучшает отношение сигнал/шум или помеха (на величину своего усиления, обычно не более 1-2 дБ);
Усилитель может иметь несколько выходов для работы на несколько приёмников (называется усилителем-распределителем; стандартный видеовыход источника сигнала не может работать одновременно на несколько приёмников);
В некоторых случаях позволяет скомпенсировать (своими регуляторами) различия в уровнях сигналов, выдаваемых источником (иногда даже небольшие отклонения в выходном напряжении передатчика и чувствительности приёмника могут приводить к искажениям яркости и цвета на экране, а иногда и к подрывам синхронизации).

Недостатки:

Усилитель не может бороться с помехами эффективно. Максимальное расстояние ограничивается в этом случае именно помехами, т.к. кабель работает в той же помеховой обстановке, что и без усилителя.
Возможно ограничение сигнала при слишком сильном усилении. Возможности любого усилителя небезграничны, и слишком большие потери в линии скомпенсировать не удастся - в этом случае можно посоветовать либо разбить длинный кабель на части с промежуточными усилителями между ними (каскадное включение), либо перейти на другой способ передачи (скажем, на витую пару или оптоволоконный кабель)
Каскадное включение нескольких усилителей (см. предыдущий абзац) может привести к искажению и зашумлению сигнала, поскольку каждый последующий усилитель усиливает также и все шумы и помехи, которые накопились в линии связи до него.

Использование витой пары (UTP)

Иногда использование коаксиальных кабелей не даёт нужного результата – расстояние оказывается слишком большим, помехи – слишком сильными, а проблемы с «петлями» по контуру заземления – трудноразрешимыми. В этом случае следует с помощью специальных устройств преобразовать сигнал в балансный и передавать его по кабелям из обычной витой пары – и при этом избавляться от перечисленных проблем.

Специальный передатчик преобразует входной сигнал в сигнал для стандартного кабеля UTP категории 5 или выше (используется для прокладки компьютерных сетей Ethernet), приёмник на другом конце линии связи осуществляет обратное преобразование. Для связи используется только неэкранированный кабель (Unshielded Twisted Pair, UTP), экранированный кабель STP работать не будет (у него слишком большая проходная ёмкость). Кабель UTP много дешевле высококачественного коаксиального кабеля, и при больших длинах линии связи (даже с учётом цены дополнительных передатчика и приёмника) тракт передачи сигнала в целом оказывается даже дешевле. Кабели UTP обычно закладываются в современных зданиях уже на этапе проектирования, то есть во многих случаях для передачи сложных видео и аудиосигналов можно воспользоваться уже имеющейся проводкой, что дополнительно удешевляет проект. Использование специального балансного сигнала и качественной витой пары позволяет передавать сигналы на очень большие расстояния: композитный или S-video – до 1 км, VGA – более 300 м, при этом уменьшаются и проблемы с наводками и помехами по «земле».

Использование ВОЛС

Если нужно передавать видеосигнал на особо длинные расстояния, можно перейти к использованию волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Если нужно передавать видеосигнал на особо длинные расстояния, можно перейти к использованию волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). При этом проблем с помехами и контурами заземления не возникает в принципе. При использовании многомодового кабеля композитный сигнал можно передавать на расстояние до 5 км, а при использовании одномодового кабеля – до 25 км.

Выводы:

Проектирование систем передачи сигналов на большие расстояния должно проводиться с учетом их защиты от шумов и помех.
Защищать от воздействия шумов и помех уже спроектированные без учета ЭМС системы, как правило, сложно, дорого и малоэффективно.
Основными источниками шумов и помех принято считать: индустриальные помехи; наводки от соседних цепей; разъемы низкого качества; реактивное сопротивление кабеля и низкое качество кабеля; неточное согласование кабеля с волновым сопротивлением передатчика и приемника; питание от разных фаз и наличие «петель заземления». Второстепенными источниками шумов являются гальванические и электролитические процессы, трибоэлектрический эффект и вибрации кабелей.
Методы борьбы с шумами и помехами принято делить на пассивные и активные. Пассивные методы, в общем, дешевле, но менее эффективны. Наибольший эффект дают активные методы, состоящие в использовании специальных промежуточных усилителей сигнала, передаче балансного сигнала по витой паре и переходе на оптоволоконные линии связи.

Таблица. Ограничение по расстоянию передачи

Вид сигнала	Тип кабеля	Разъемы	Полоса пропускания	Дальность передачи
Видеосигнал
композитный	коаксиальный кабель75 Ом	разъёмы BNC, в бытовой технике – RCA	до 6 МГц	до 50-100 м
S-video (YC)	практически как для композитного (разъемы - 4-конт. mini-DIN)
компонентный (YUV, RGB, VGA)	коаксиальный кабель 75 Ом	разъёмы BNC (в бытовой технике – RCA) или D-Sub 15 для VGA	до 300 МГц (UXGA), до 70 МГц (HDTV/1080i)	до 5-30 м
цифровой SDI (несжатое стандартное видео)	коаксиальный кабель 75 Ом	разъёмы BNC	до 270 Мбит/с (стандарт), до 1300 Мбит/с (HDTV)	до 50-200 м
цифровой DVI-D	витая пара	разъёмы DVI	до 165/330 МГц	до 5 м
Аудиосигнал
аналоговый небалансный	экранированный кабель	разъёмы RCA	до 20 кГц	до 10-30 м
аналоговый балансный	экранированный кабель из витой пары проводов	разъёмы XLR	до 20 кГц	до 200 м

1 Трибоэлектрический эффект – это процесс накапливания электрического заряда на диэлектрике кабеля. Обычно он бывает вызван механическим изгибом кабеля. В результате трибоэлектрического эффекта кабель начинает «шуметь».

Активные помехи могут быть смодулированными и модулированными. Первые характеризуются неизменной амплитудой, частотой и фазой излучаемых колебаний, вторые - изменяемыми параметрами излучения.

Смодулированные помехи для акустических технических средств разведки создаются как непрерывные квазигармонические (близкие к ним) колебания, излучаемые на частотах, расположенных выше полосы переда чи речевого сигнала и воздействующие на элементы входного тракта технического средства перехвата речевой информации (например, телефонные радиозакладки) таким образом, что спектр перехваченного конфиденциального сигнала "размывается", уменьшается или полностью предотвращается возможность несанкционированного перехвата информации. Направленность таких помех определяется в данном случае проводными (телефонными) линиями передачи.

Ультразвуковые устройства подавления акустических средств разведки обеспечивают воздействие на приемный тракт ТСР через микрофоны этих приемных устройств.

Направленность помех определяется расположением ультразвуковых излучателей в помещении с определенным ТТТ на подавитель объемом.

Подобные устройства обеспечивают подавление ТСР в защищаемых помещениях.

Модулированные помехи создаются изменением одного или нескольких параметров несущего колебания, создаваемого передатчиком помех.

Непрерывные помехи представляют собой колебания, модулированные по амплитуде, частоте (фазе) или одновременно по амплитуде и частоте (фазе).

В соответствии с видом модуляции различают амплитудно-модулиро-ванные (АМ), частотно-модулированные (ЧМ) или амплитудно-частотно-модулированные помехи. Если в качестве модулирующего напряжения используется шум - шумовые помехи.

Амплитудно-модулированные помехи формируются в простейшем случае модуляцией амплитуды несущего колебания средства создания помех гармоническими колебаниями или полосовым шумом.

Частотно-модулированные помехи формируются изменением во времени несущей частоты средства создания помех в соответствии с законом изменения частоты модулирующего колебания.

Наиболее широко используемые шумовые помехи представляют собой непрерывные акустические колебания с хаотическим изменением по случайному закону амплитуды, частоты, фазы. Поэтому их часто называют флюктуационными.

Напряжение шумовой помехи на входе акустического ТСР представляет собой случайный процесс, имеющий нормальный закон распределения мгновенных значений и равномерный частотный спектр в пределах полосы пропускания ТСР.

Шум, параметры которого сохраняются примерно постоянными в широком диапазоне частот (гладкий шум), называют белым ввиду сходства его частотного спектра со спектром белого света, который в видимой его части является сплошным и равномерным.

В зависимости от принципа генерирования различают прямошумовые помехи и модулированные помехи в виде несущей, модулированной шумовым напряжением (модулированная шумовая помеха).

Прямошумовые помехи, как правило, образуются в результате усиления собственных шумов, возникающих в электронных приборах (полупроводниковые диоды, транзисторы и т.п.). Такие помехи позволяют при сравнительно высокой спектральной плотности мощности перекрыть достаточно широкую полосу частот. Однако из-за сравнительно низкой мощности источника первичного шума и необходимости его последующего многоступенчатого усиления (для создания требуемого по мощности источника помехи) прямошумовые помехи не получили широкого применения.

Более широкое распространение получили шумовые модулированные помехи. Подобные помехи создаются модуляцией несущей источника помех по амплитуде, фазе или частоте флюктуационным шумовым напряжением. На практике часто используют комбинированную амплитудно-частотную или амплитудно-фазовую модуляцию.

Импульсные помехи представляют собой серию смодулированных или модулированных импульсов. Параметры импульсной помехи необходимо подбирать применительно к виду защищаемого сигнала (работа принтера, пишущей машинки и т.п.). Модуляцией по амплитуде, частоте следования, длительности импульсов помех или по нескольким параметрам одновременно возможно повысить эффективность зашумления акустического сигнала.

В последнее время в системах акустической и виброакустической маскировки используются шумовые, речеподобные и комбинированные помехи.

Наиболее широко используются;

- "белый" шум - шум с постоянной спектральной плотностью в речевом диапазоне частот (рис.4.1а);

- "розовый" шум - шум со спадом спектральной плотности на 3 с1В на октаву в сторону высоких частот (рис.4.16);

- "коричневый" шум со спадом 6 ёВ спектральной плотности на октаву в сторону высоких частот (рис.4.1в);

Шумовая "речеподобная" помеха - шум с огибающей амплитудного спектра,подобной речевому сигналу (рис. 4.1г).

"Речеподобные" помехи формируются из наложения определенного количества речевых сигналов.

Характерным представителем помех, формируемых из речевых фрагментов, некоррелированных со скрываемым сигналом, является помеха типа «речевой хор». Такая помеха формируется путем смешения фрагментов речи нескольких человек (дикторов).

При этом в качестве подобного сигнала возможно использовать сам скрываемый сигнал с помощью синтезатора речеподобных помех - фонемного клонера. Формирование помеховых сигналов проходит в два этапа-на первом этапе с помощью компьютера и специального программного обеспечения из записи голоса одного или нескольких человек путем клонирования основных фонемных составляющих их речи синтезируется "псев доречь", представляющая некоторую последовательность сигналов. На втором этапе синтезатор помехи, в памяти которого содержится "псевдоречь", по случайному закону берет из этой последовательности сигналов случайные куски, которые и поступают на вход тракта помехового канала.

Среди помех, формируемых из скрываемого сигнала, можно выделить два типа: «речеподобную» реверберационную и «речеподобную» инверсионную. «Речеподобная» реверберационная помеха формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала путем многократного их наложения с различными уровнями. «Речеподобная» инверсионная помеха формируется из скрываемого речевого сигнала путем сложной инверсии его спектра.

Комбинированные помехи формируются путем смешения различного вида помех, например помех типа «речевой хор» и «белый» шум, «речеподобных» реверберационной и инверсионной помех и т.п.

Оценка эффективности «речеподобных» помех, и особенно формируемых из скрываемого речевого сигнала, осуществляется методом артикуляционных испытаний (измерений).

На рис 4.2 (Л.113) представлены зависимости словесной разборчивости XV от интегрального отношения сигнал/шум ц в полосе частот 180-5600 Гц при различном виде шумовых помех.

Рис.4.2. Зависимость словесной разборчивости \¥ от интегрального отношения сигнал/шум я в полосе частот 180-5600 Гц 1 - «белый» шум; 2 - «розовый» шум; 3 - шум со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот; 4 - шумовая «речеподобная» помеха.

В таблице 4.2 (Л. 113) приведены значения отношений сигнал/шум в октавных полосах q l , при которых словесная разборчивость составляет \У = 0,2; 0,3 и 0,4.

Таблица 4.2

Значения отношений сигнал/шум, при которых обеспечивается требуемая эффективность защиты акустической (речевой) информации

Виды	Словесная разборчивость W,%	Отношение с/ш q. в октавных полосах					Отношение с/ш в полосе
Помехи		250	500	1000	2000	4000	частот 1800-5600 Гц
«Белый» шум	20	+0,8	-2,2	-10,7	-18,2	-24,7	-10,0
	30	+3,1	+0,1	-В,4	-15,9	-22,4	-7,7
	40	+5,1	+2,1	-6,4	-13,9	-20,4	-5,7
«Розовый»	20	-5,9	-5,9	-11,4	-15,9	-19,4	-8,8
шум	30	-3,7	-3,7	-9,2	-13,7	-17,2	-6,7
	40	-1,9	-1,9	-7,4	-11,9	-15,4	-4,9
Шум	20	-14,1	-11,1	-3.6	-15,1	-15,6	-13,0
со спадом	30	-12,0	-9,0	-11,5	-13,0	-13,5	-10,8
спектральной плотности на 6 дБ на октаву	40	-10,0	-7,2	-9,7	-11,2	-11,7	-9,0
Шумовая	20	-3,9	-7.9	-12,9	-15,9	-16,9	-9,0
«речеподобная»	30	-и	-5,7	-10,7	-13,7	-14,7	-6,8
помеха	40	+0,1	-3,9	-8.9	-11,9	-12,9	-5,0

Анализ, приведенных в таблице 4.2 соотношений показывает, что:

1. наиболее эффективными являются помехи типа «розовый» шум и шумовая «речеподобная» помеха. При их использовании для скрытия смыслового содержания ведущегося разговора (\У = 0,4) необходимо обеспечить превышение уровня помех над уровнем скрываемого сигнала в точке возможного размещения датчика средства акустической разведки на 4,9-5,0 дБ, а для скрытия тематики разговора (\¥ = 0,2) - на 8,8-9,0 дБ;

2. помеха типа «белого» шума по сравнению с помехами типа «розовый» шум и шумовая «речеподобная» обладает несколько худшими маскирующими свойствами, проигрывая по энергетике 0,8-1,2 дБ;

3. более низкими маскирующими свойствами обладает шумовая помеха со спадом спектральной плотности 6дБ на октаву в сторону высших частот. По сравнению с помехами типа «розовый» шум и шумовая «речеподобная» она проигрывает по энергетике 4,1 -4,2 дБ, а при равной мощности приводит к повышению разборчивости более чем в полтора раза.

Действующие нормативные документы устанавливают требуемые значения превышения помехи над информативным сигналом для шумовых помех при защите речевой информации от утечки по акустическому и виб-роакустическому каналам. Нормы определены для октавных полос частот в пределах спектра речевых сигналов.

Номенклатура предлагаемых на рынке средств защиты информации виброакустических (акустических) генераторов помех насчитывает не менее 20 - 30 типов.

В системах акустической и виброакустической маскировки используются помехи как «белого» и «розового» шумов, так и "речеподобные" помехи. В комплексах защиты применяют для маскировки речи помехи похожие по своей структуре на маскируемую речь. Это могут быть помехи от внешнего источника или помехи, создаваемые синтезатором речеподобных помех фонемным клонером. Помехи, создаваемые подобным синтезатором являются не просто речеподобными, фонемный клонер обеспечивает формирование таких помех, которые в максимальной степени соответствуют звукам речи конкретного лица или группы лиц, чьи переговоры защищаются от подслушивания.

Наличие различных видов шумовых помех дает возможность защищающему акустику помещения нейтрализовать такой, достаточно широко используемый злоумышленником, способ снятия информации сразу с нескольких разнесенных в пространстве датчиков с последующим вычитанием полученных сигналов для компенсации помеховой составляющей. Поэтому в современных комплексах акустической защиты используют несколько видов помех и независимых каналов помех.

Например в комплексе "Барон-2" использованы помехи типов:

- "белый" шум;

- "речеподобная" помеха фонемного клонера;

Смесь сигналов трех радиовещательных станций;

Помеха от внешнего источника;

Смесь шумовой помехи,сигналов радиовещательных станций и помехи от внешнего источника.

В системе постановки виброакустических и акустических помех "Шорох-1" используются три независимых канала генерации шумов.

«Речеподобная» комбинированная (реверборационная и инверсионная) помеха используется в системе акустической маскировки «Эхо». Помеха формируется путем многократного наложения смещенных на различное время задержек разноуровневых сигналов, получаемых путем умножения и деления частотных составляющих срываемого речевого сигнала (Л. 60).

Наряду с использованием в современных системах виброзашумления различных видов помех обеспечивается возможность регулировки амплитудно-частотных характеристик каналов зашумления. Благодаря этому возможно учитывать большое разнообразие виброакустических свойств зашумляемых строительных и инженерных конструкций, а также обеспечить в элементах зашумляемых конструкций выполнение требований по уровню помехового сигнала в различных участках частотного диапазона. Последнее связано с тем,что для выполнения требований по уровню помехового сигнала в области низких частот приходится устанавливать более высокий уровень помехового сигнала,чем это необходимо для выполнения требований в области высоких частот,а это приводит к возрастанию шума в помещении из-за побочных шумов вибропреобразователей. Решение задачи может быть достигнуто введением в тракт зашумления эквалайзеров.

В ряде средств виброзашумления предусмотрена возможность коррекции спектральных параметров помехи с помощью встроенных эквалайзеров (к данным средствам относятся виброгенераторы типа «Кабинет», «Барон 1 и 2», "Шорох" и т.п.). В комплексе «Барон-2» возможна независимая регулировка уровня помехового сигнала в пяти частотных диапазонах (поддиапазоны: 60-350Гц, 350-700Гц,700-1400Гц,1400-2800Гц, 2800-16000 Гц). Система «Шорох-1» позволяет регулировать форму генерируемой помехи пятиполосным октавным эквалайзером,с глубиной регулировки по полосам - 20 дБ.

В ряде систем виброакустической маскировки возможна регулировка уровня помехового сигнала. Например, в системах «Кабинет» и ANG -2000 осуществляется ручная плавная регулировка уровня помехового сигнала, а в системе «Заслон-2М» - автоматическая (в зависимости от уровня маскируемого речевого сигнала).

В ряде средств, наряду с шумовой, имеется возможность формирования и «речеподобной» помехи в виде смеси сигналов радиовещательных станций. Подобная помеха, содержащая доминирующий сигнал и «зашумленную» смесь речевых сигналов, обладает лучшими маскирующими свойствами. Она обеспечивает энергетический выигрыш на 2-4 дБ, а при равной энергетике приводит к относительному снижению коэффициента разборчивости речи на 25-40 %.

Разработаны системы цифрового виброакустического шума (SEL SP 51/А), в которых диапазон частот шумового сигнала равен 0,09-11,2 кГц.

По мнению большинства специалистов наиболее эффективным способом активной защиты речевой информации является способ формирования коррелированной по уровню, спектру и времени излучения со скрываемым сигналом «речеподобной» помехи, заключающийся в специальном преобразовании скрываемого речевого сигнала за счет сложной инверсии спектра и акустической псевдореверберации путем умножения и деления его частотных составляющих и многократного наложения принимаемых переотраженных акустических сигналов.

Хотя формирование таких помех представляет технически сложную задачу, связанную с обработкой и преобразованием защищаемых сигналов в реальном масштабе времени, подобные системы уже разработаны.

Основные виды шумовых помех. Виды активных помех

Виды помех процессу получения информации о воздушной и надводной обстановке.