Классическая парадигма помехозащиты, базировавшаяся на расширении спектра (псевдослучайная перестройка рабочей частоты, метод прямой последовательности для расширения спектра) и подавлении узкополосных шумов, теряет эффективность. Современные средства РЭБ противника оснащаются технологиями ЦРЧП, позволяющими когерентно принимать, модифицировать и переизлучать сигнал с задержкой в десятки наносекунд. В результате на входе приемника формируются СПП — высококоррелированные с полезным сигналом излучения, создающие множественные ложные цели или искажающие фазовый фронт волны.

Проблема осложняется внедрением программно-определяемых радиосистем и ростом вычислительных мощностей, что позволяет средствам подавления динамически менять стратегию. Таким образом, задача противодействия СПП является актуальной. Целью работы является систематизация современных методов противодействия СПП с акцентом на переходе от энергетического противодействия к структурно-логическому разделению сигналов в пространстве и времени.

Под СПП понимается электромагнитное излучение, структура которого идентична или квазиидентична полезному сигналу, но несущее дезинформацию или маскирующее цель [1]. В зависимости от способа формирования выделяют три основных класса:

1. Ретрансляционные помехи (Digital Repeater Jamming). Формируются путем захвата зондирующего сигнала РЛС, его усиления и переизлучения с управляемой задержкой. Эффективны против ЛЧМ-сигналов, так как создают опережающие или запаздывающие ложные отметки.
2. Имитационные помехи (Spoofing). Характерны для спутниковых навигационных систем (GPS/GNSS). Подразумевают генерацию копии навигационного сигнала с заведомо ложными координатами, плавно «уводящей» приемник.
3. Интеллектуальные помехи (Smart jamming). Комбинация шума и полезного сигнала, модулированная по сложному закону (например, свертка с псевдослучайной последовательностью, отличной от кодовой последовательности подавляемой системы).

Ключевой особенностью СПП является их высокая энергетическая скрытность. Для срыва захвата цели или декодирования сообщения не требуется значительного превышения по мощности — достаточно внести когерентные искажения в корреляционный интеграл приемника.

Модель принимаемой смеси на элементах антенной решетки:

где:

— полезный сигнал с направляющим вектором ;

— k-я сигналоподобная помеха, приходящая с направления ;

— вектор собственного шума аппаратуры.

Сложность подавления заключается в том, что корреляционная матрица помех вырождена или плохо обусловлена в случае их высокой когерентности с сигналом. Стандартные методы обращения выборочной ковариационной матрицы (алгоритм SMI — Sample Matrix Inversion) требуют предварительного восстановления ранга матрицы, что обычно достигается методами пространственного сглаживания, но ведет к потере эффективной апертуры.

Перспективным подходом является применение многоантенных систем с цифровым формированием луча — MIMO-систем. В отличие от аналоговых фазированных решеток, такие системы позволяют формировать независимые пространственные каналы.

Если направление на источник СПП априорно неизвестно, эффективным методом является пространственная вобуляция. Приемный луч сканирует не плавно, а скачкообразно меняет фазовое распределение. Постановщик помех, использующий ЦРЧП с задержкой переизлучения,

не успевает адаптироваться к смене пространственного фильтра, что приводит к рассогласованию помехи с текущей диаграммой направленности. Это позволяет «сбрасывать» сопровождение ложной цели.

Для подавления когерентных СПП в литературе предложены модификации адаптивных процессоров, использующих алгоритм Minimum Variance Distortionless Response (MVDR) с декорелляцией. Весовой вектор ищется как решение задачи:

где — восстановленная (сглаженная) ковариационная матрица.

Для восстановления используется метод аппроксимации Тёплица, основанный на свойстве корреляционных матриц стационарных процессов. Практическое применение данного подхода требует точной калибровки приемных трактов, так как амплитудно-фазовые ошибки резко снижают глубину нуля диаграммы направленности в направлении на постановщик помех.

В условиях, когда помеха полностью повторяет форму полезного сигнала (например, навигационный спуфинг), энергетические и пространственные методы бессильны. В этих случаях требуется анализ тонкой структуры сигнала.

Одним из таких методов является анализ фазового шума и искажений усилителя мощности. Любой передатчик обладает уникальной сигнатурой, обусловленной неидеальностью синтезатора частот и нелинейностью усилителя мощности. Алгоритм идентификации строится на выделении фазовых шумов с использованием петли Костаса и последующей классификации через сверточные нейронные сети. Исследования показывают, что при отношении сигнал/шум более 10 дБ вероятность правильной идентификации легитимного спутника GPS достигает 0.99 даже при наличии помехи равной мощности.

Также можно использовать метод пространственной аутентификация. Такой метод эффективен против ретрансляционых помех. Если легитимный источник имеет отрицательный угол места, а постановщик помех излучает с земли (положительный угол или многолучевое распространение), используется анализ направления прихода. Современные алгоритмы MUSIC и ESPRIT, дополненные робастными методами оценки числа источников, позволяют разделять два сигнала одной структуры, пришедших с разных азимутальных углов [2].

Кроме того, используются адаптивные стратегии при неизвестной статистике. Традиционная защита предполагает пассивное подавление помех в приемнике. Новым направлением является активное зондирование среды для ухудшения работы постановщика СПП с ЦРЧП.

Еще одним методом борьбы с СПП является применение квазиортогональных зондирующих сигналов с agile-поляризацией. Идея заключается в излучении последовательности импульсов, когерентно обрабатываемых на приеме, но имеющих псевдослучайную поляризацию (переключение с вертикальной на круговую). Типовой ЦРЧП-ретранслятор имеет фиксированную поляризацию приемной антенны. Следовательно,

при смене поляризации зондирования переизлученная помеха будет приходить на приемную позицию с иным соотношением поляризационных компонент, чем полезный сигнал, отраженный от цели (деполяризованный средой).

Математически это описывается через матрицу рассеяния Джонса:

где:

— принимаемое поле цели;

— сложная матрица рассеяния цели;

— передаваемое поле;

— принимаемое поле помехи;

— вырожденная (с одной поляризацией) матрица рассеяния антенны постановщика помех.

Сравнение поляризационных векторов позволяет отсечь помеху

без анализа формы сигнала.

Пределом развития систем защиты от СПП является создание когнитивного радио, способного к самообучению в реальном времени.

В отличие от классических корреляционных приемников, архитектура

на основе глубокого обучения может напрямую аппроксимировать отображение входной смеси в битовый поток или координаты цели, минуя этап явной оценки канала.

В системах связи предлагается замена традиционного помехоустойчивого кодирования и модуляции единой нейросетевой моделью (энкодерно-декодерные сети). В них передатчик (энкодер) превращает сообщение в радиосигнал произвольной формы, а приемник (декодер) обучается извлекать его из смеси с СПП. Обучение происходит в условиях генерируемой состязательной сети, имитирующей поведение самого хитрого постановщика помех.

Однако применение методов глубокого обучения в РЛС и связи ограничено вычислительной сложностью и требованием больших размеченных наборов данных реальных помех, получение которых в условиях конфликта затруднено.

Таким образом, противодействие сигналоподобным помехам в современных условиях перестало быть задачей простого подавления шумов. Это комплексная борьба в пространственно-временной, поляризационной и когнитивной областях. Анализ показал, что наиболее перспективными являются гибридные методы:

1. Пространственная селекция на основе цифровых антенных решеток с быстрой вобуляцией луча.
2. Поляризационная развязка на основе адаптивных сигналов.
3. Интеллектуальная аутентификация источников по тонкой структуре радиосигнала.

Будущее помехозащиты лежит в отказе от фиксированных форматов сигналов и переходе к системам с хаотической динамикой параметров,

где форма излучения генерируется нейронной сетью и не может быть предсказана или точно воспроизведена перехватчиком противника.

Литература:

1. Куприянов А. И. Радиоэлектронная борьба. Основы теории. / А. И. Куприянов, Л. Н. Шустов — 3-е изд. — М.: Вузовская книга, 2017. – 798 с.: ил.
2. Melvin W. L., Scheer J. A. Principles of Modern Radar: Advanced Techniques. — SciTech Publishing, 2022.
3. Gao F., Wang Z., Zheng Z. An Overview of GNSS Spoofing Detection Methods // Sensors. — 2023. — Vol. 21(3). — P. 67–89.
4. O’Shea T. J., Hoydis J. An Introduction to Deep Learning for the Physical Layer // IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking. — 2017. — Vol. 3, No. 4. — P. 563–575.
5. Перов А. И., Харисов В. Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. — М.: Радиотехника, 2010. — 800 с.