СПОСОБ РАДИОПОДАВЛЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ КАНАЛОВ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛИНИИ "КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ - ЗЕМЛЯ" И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Область техники

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована для избирательного радиоподавления несанкционированных каналов космических радиолиний «космический аппарат (КА) - Земля», в частности для радиоподавления несанкционированных каналов радиолиний «КА - Земля» «пиратских» терминалов, работающих в спутниковых сетях связи и использующих их частотно-энергетические ресурсы.

Уровень техники

В связи с ростом спутниковых систем значительно расширяется объем предоставляемых услуг пользователям, и несанкционированная работа «пиратских» терминалов ведет к значительным убыткам операторам и пользователям космических систем [1].

Из уровня техники известны способ и система радиоподавления несанкционированных каналов связи «пиратских» терминалов сотовой сети с использованием базовой станции. При этом обеспечивается радиоподавление несанкционированных каналов «пиратских» терминалов со структурой, соответствующей стандарту работы сотовой сети (см. патент Российской Федерации на изобретение № 2149512 от 04.02.1999, опубл.20.05.2000).

Система для реализации способа включает в себя источник сигнала несанкционированного канала связи, а также приемопередающую базовую станцию сотовой сети, содержащую аппаратуру обнаружения и анализа параметров сигнала несанкционированного канала, блок обработки служебной информации, формирователь помех и передатчик помех. Параметры помех устанавливаются с использованием выделенной служебной информации сотовой сети. При этом система обеспечивает избирательное радиоподавление сигналов несанкционированных каналов связи, структура которых известна и соответствует протоколу функционирования сети.

Недостатком изобретения является отсутствие возможности радиоподавления N несанкционированных каналов космических радиолиний «КА - Земля».

Из уровня техники известны способ радиоподавления несанкционированных каналов связи космических радиолиний и система для его реализации за счет использования бортового ретранслятора КА, осуществляющего ретрансляцию искусственных помех «пиратским» наземным терминалам от земной базовой приемопередающей станции [1].

Недостатком известного технического решения является необходимость осуществлять на борту КА линейную ретрансляцию искусственных помех наземным терминалам от земной базовой приемопередающей станции, что приводит к дополнительному увеличению энергетической и частотной загрузки ретранслятора КА и базовой приемопередающей станции. Поскольку линейные ретрансляторы используются только в системах связи, применение известного способа функционально ограничено. В командных радиолиниях, а также в системах связи с обработкой на борту, где линейные ретрансляторы не используются, известный способ неприменим.

Из уровня техники известна система космической связи, содержащая космический аппарат, центральную земную VSAT-станцию, станцию радиомониторинга и «пиратский» терминал (см. патент Российской Федерации на изобретение № 2450284, опубл. 10.12.2011). Система определяет местоположения «пиратского» VSAT-терминала, работающего в заданном формате сети космической связи.

Недостатком известной системы является то, что она не обеспечивает радиоподавление N несанкционированных каналов космических радиолиний «КА - Земля» произвольной структуры.

Заявленное изобретение направлено на устранение недостатков аналогов.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленной группы изобретений является:

- повышение эффективности и быстродействия радиоподавления N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» без использования КА для создания и излучения помех;

- обеспечение подавления N несанкционированных каналов космических радиолиний, работающих в произвольном формате сети космической связи.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии «космический аппарат (КА) - Земля» заключается в том, что:

- излучают в рабочем диапазоне частот КА сигналы N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» на N несущих частотах в направлении N наземных терминалов через среду с М₀ локальными областями интенсивного рассеивания в тропосфере;

- вводят наземную станцию радиомониторинга, содержащую последовательно соединенные приемную антенну, малошумящее устройство и устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА;

- приемную антенну наземной станции радиомониторинга наводят на КА и осуществляют прием и радиомониторинг сигналов рабочего диапазона частот КА;

- из принятых наземной станцией радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА выделяют и идентифицируют сигналы N несанкционированных каналов, не состоящих в каталоге разрешенных компьютера управления;

- по каждому из выделенных и идентифицированных сигналов N несанкционированных каналов формируют N помеховых канальных сигналов с помощью N канального формирователя помеховых канальных сигналов;

- вводят М распределенных передающих тропосферных станций помех, содержащих последовательно соединенные передающую антенну, усилитель мощности, преобразователь частоты и опорный генератор;

- вводят устройство комбинирования помеховых канальных сигналов;

- подключают к входам преобразователей частоты М распределенных передающих тропосферных станций помех выходы N канального формирователя помеховых канальных сигналов через устройство комбинирования помеховых канальных сигналов;

- передающие антенны М распределенных передающих тропосферных станций помех наводят на М₀ локальных областей интенсивного рассеивания в тропосфере сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» по сигналам компьютера управления;

- с помощью передающих антенн М распределенных передающих тропосферных станций помех излучают N помеховых канальных сигналов в направлении на М₀ локальных областей интенсивного рассеивания в тропосфере сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», формирующих

N отраженных помеховых сигналов на N несущих частотах, которые поступают на вход N наземных терминалов совместно с сигналами несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», обеспечивая их радиоподавление.

Система радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии «космический аппарат (КА) - Земля» включает:

- N наземных терминалов, осуществляющих прием излученных в рабочем диапазоне частот КА сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» на N несущих частотах через среду с М₀ локальными областями интенсивного рассеивания в тропосфере;

- наземную станцию радиомониторинга, содержащую последовательно соединенные приемную антенну, наведенную на КА, малошумящее устройство и устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА;

- М распределенных передающих тропосферных станций помех, каждая из которых содержит последовательно соединенные передающую антенну, наведенную на локальную область интенсивного рассеивания в тропосфере сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», усилитель мощности, преобразователь частоты и опорный генератор;

- устройство выделения и идентификации сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля»;

- N канальный формирователь помеховых канальных сигналов;

- устройство комбинирования помеховых канальных сигналов,

причем устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА наземной станции радиомониторинга через последовательно соединенные устройство выделения и идентификации N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», N канальный формирователь помеховых канальных сигналов и устройство комбинирования помеховых канальных сигналов подключен к входам преобразователей частот М распределенных передающих тропосферных станций помех,

а одни из входов наземной станции радиомониторинга, устройства выделения и идентификации сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», N-канального формирователя помеховых канальных сигналов, устройства комбинирования помеховых канальных сигналов и М>М₀ распределенных передающих тропосферных станций помех подключены к компьютеру управления, содержащего каталог разрешенных каналов и программу управления системой.

Краткое описание чертежей

Признаки и сущность заявленной группы изобретений поясняются в последующем детальном описании (фиг.1), где представлена структурная схема системы радиоподавления N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» для реализации способа и обозначено:

1₁... 1_м - наземные терминалы;

2 - космический аппарат;

3₁...3_м0 - локальные области интенсивного рассеивания в тропосфере излучаемых КА сигналов N несанкционированных каналов;

4₁…4_м - распределенные передающие тропосферные станции помех;

5₁... 5_м - передающие антенны;

6₁…6_м - усилители мощности;

7₁.. .7_м преобразователи частоты;

8₁... 8_м - опорные генераторы;

9 - наземная станция радиомониторинга;

10 - приемная антенна;

11 - малошумящее устройство (МШУ);

12 - устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА;

13 - устройство выделения и идентификации сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля»;

14 - компьютер управления с каталогом разрешенных каналов КА;

15 - N канальный формирователь помеховых канальных сигналов;

16 - устройство комбинирования помеховых канальных сигналов.

Осуществление изобретения

Сущность заявленного способа радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии «космический аппарат (КА) - Земля» заключается в том, что:

- излучают в рабочем диапазоне частот космического аппарата сигналы N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» на N несущих частотах в направлении N наземных терминалов через среду с М₀ локальными областями интенсивного рассеивания в тропосфере;

- вводят наземную станции радиомониторинга, содержащую последовательно соединенные приемную антенну, МШУ и устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА;

- приемную антенну наземной станции радиомониторинга наводят на космический аппарат и осуществляют прием и радиомониторинг сигналов, излучаемых в рабочем диапазоне частот космического аппарата;

- из принятых наземной станции радиомониторинга сигналов в рабочем диапазоне частот космического аппарата выделяют и идентифицируют сигналы N несанкционированных каналов, не состоящих в каталоге разрешенных компьютера управления;

- по каждому из выделенных и идентифицированных сигналов N несанкционированных каналов формируют N помеховых канальных сигналов с помощью N канального формирователя помеховых канальных сигналов;

- вводят М распределенных передающих тропосферных станций помех, содержащих последовательно соединенные передающую антенну, усилитель мощности, преобразователь частоты и опорный генератор;

- вводят устройство комбинирования помеховых канальных сигналов;

- вводят компьютер управления, содержащий каталог разрешенных каналов и программу управления системой;

- подключают к входам преобразователей частоты М распределенных передающих тропосферных станций помех выходы N канального формирователя помеховых канальных сигналов через устройство комбинирования помеховых канальных сигналов;

- передающие антенны М распределенных передающих тропосферных станций помех наводят на М₀ локальных областей интенсивного рассеивания в тропосфере сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» по сигналам компьютера управления;

- с помощью передающих антенн М распределенных передающих тропосферных станций помех излучают N помеховых канальных сигналов в направлении на М₀ локальных областей интенсивного рассеивания в тропосфере сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», формирующих N отраженных помеховых сигналов на N несущих частотах, которые поступают на вход наземных терминалов совместно с сигналами несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», обеспечивая их подавление.

Система радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» работает следующим образом.

Космический аппарат 2 излучает в рабочем диапазоне частот сигналы S(f_i, t) N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» на N несущих частотах f_i ( i =1,2...N), которые поступают на входы N наземных терминалов 1 через среду с М₀ локальными областями 3 интенсивного рассеивания в атмосфере, а также на наземную станцию радиомониторинга 9. При этом на входе наземной станции радиомониторинга 9, контролирующей рабочий диапазон частот излучаемых КА, присутствуют сигналы а_i S(f_i, t), 1=1,2...N, а на входе j-го наземного терминала 1, настроенного на частоту j-го канала, излучаемого КА, присутствует сигнал b_j S(f_i, t), где а_i, b_i - коэффициенты потерь распространения.

Наземная станция радиомониторинга 9 включает в себя приемную антенну 10, МШУ 11 и устройство приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА.

При наведении приемной антенны 10 в направлении на космический аппарат 2 сигналы, излучаемые КА, поступают с выхода антенны 10 через МШУ 11 на вход устройства 12 приема и радиомониторинга сигналов рабочего диапазона частот КА. Далее сигнал с выхода устройства 12 поступает на сигнальный вход устройства 13 выделения и идентификации сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», на второй вход которого поступает информация с каталога компьютера управления 14 о частотных каналах, разрешенных в рабочем диапазоне частот КА. Выходной сигнал с устройства 13 поступает на вход N канального формирователя 15 помеховых канальных сигналов. Полученные в формирователе 15 выходные помеховые канальные сигналы р₁(t)…р_n(t) для каждого из сигналов N несанкционированных каналов, излучаемых КА, поступают на N входов устройства комбинирования 16 помеховых канальных сигналов. В зависимости от режима работы, определяемого компьютером управления 14 для различных значений М_о, устройство комбинирования 16 формирует М результирующих помеховых сигналов Р₁(t)... P_m(t). При М₀=1, что соответствует среде распространения с одной локальной областью интенсивного рассеивания для сигналов N несанкционированных каналов, устройство комбинирования 16 работает в режиме суммирования и распределения N помеховых канальных сигналов по входам преобразователей 7М распределенных передающих тропосферных станций 4. При М₀>1 суммирование помеховых канальных сигналов производится только для сигналов несанкционированных каналов, распространяющихся через одну локальную область рассеивания в тропосфере.

Сформированные в устройстве комбинирования 16 результирующие помеховые сигналы Р₁(t)… P_m(t) поступают на входы преобразователей 7 распределенных передающих тропосферных станций 4. Преобразователи 7 с помощью задающих генераторов 8 преобразуют результирующие помеховые сигналы Р₁(t)... P_m(t) на несущие частоты f₁…f_N сигналов N несанкционированных каналов КА космической радиолинии «КА - Земля». Далее полученные результирующие помеховые сигналы усиливаются в усилителях мощности 6 и излучаются антеннами 5 в направлении на локальные области 3 интенсивного рассеивания в тропосфере.

Излученные помеховые сигналы П₁(t)...П_м(t), распространяясь в локальных областях 3 интенсивного рассеивания в тропосфере, формируют отраженные канальные помеховые сигналы на N несущих частотах П₀(f₁,t)...П₀(f_N,t), которые поступают на входы наземных терминалов 1 совместно с сигналами N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» b₁S(f₁, t)...b_N S(f_N, t) , обеспечивая их подавление.

Оценка эффективности радиоподавления может быть определена по отношению мощности отраженного канального помехового сигнала к мощности сигнала несанкционированного канала космической радиолинии «КА - Земля» на входе наземного терминала 1 и вычислена по формуле:

(Р_П/Р_С)₁ = Р_т/Р_б (дБ) + S_т/S_б (дБ) + (R_б/R_т)² (дБ) - L_отр(дБ), (1)

где Р_т/Р_б - отношение мощности помех Р_т излучаемых передающей тропосферной станцией, к мощности Р_б сигнала, излучаемого передатчиком КА;

S_т/S_б - отношение эффективной площади антенны передающей тропосферной станции к эффективной площади антенны космического аппарата;

(R_б/R_т)² - квадрат отношения дальности от наземного терминала до космического аппарата к величине пути К_т распространения помех от передающей тропосферной станции до наземного терминала;

L_отр - потери отражения канальных помех в локальной области интенсивного рассеивания в тропосфере.

При Р_т / Р_б = 30 дБ, S_т/S_б = 20 дБ, (Кб /К_т )² = 30 дБ, L_отр = 50 дБ отношение мощности отраженного помехового канального сигнала к мощности сигнала несанкционированного канала космической радиолинии «КА - Земля» равно Р_П/Р_С  ⁼ 30 дБ, что обеспечивает полное радиоподавление сигнала несанкционированного канала космической радиолинии «КА - Земля».

Заявленный способ радиоподавления и система для его реализации обеспечивают минимальную величину временной задержки излучения помехового канального сигнала по отношению к моменту излучения сигнала несанкционированного канала космической радиолинии «КА - Земля», которая может быть определена по формуле:

Т₃=R_т/с, (2)

где с - скорость света.

В заявленном способе и системе для его реализации при R_т ≤ 300 км временная задержка составит ≤ 1мс. Известные способы радиоподавления с использованием помехи, излучаемой с ретранслятора КА, имеют временную задержку, равную времени распространения сигнала от КА на стационарной орбите до Земли, что составляет 125 мс, т.е в заявленном способе величина временной задержки в 125 раз меньше, чем в известных.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает повышенную эффективность и быстродействие радиоподавления N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля» без использования КА для создания и излучения помех. При этом подавление несанкционированных каналов космических радиолиний обеспечивается для произвольного формата сетей космической связи.

Для реализации группы изобретений могут быть применены типовые устройства, а также передающие тропосферные станции и станция радиомониторинга, работающие в диапазоне частот космической радиолинии. При этом антенны передающих тропосферных станций должны быть наведены на локальные области интенсивного рассеивания сигналов N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», а антенна станции радиомониторинга - на космический аппарат, излучающий сигналы N несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля». Параметры помех передающих тропосферных станций помех, включая рабочую частоту и моменты времени излучения, устанавливают по выделенным параметрам сигналов несанкционированных каналов космической радиолинии «КА - Земля», принятых станцией радиомониторинга.

Источник информации

1. Специальный выпуск. «Спутниковая связь и вещание», 2009.