Материал: Теория скрытности. Часть 1, Основы теории скрытности. Каневский З.М., Литвиненко В.П

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

З.М. Каневский В.П. Литвиненко Г.В. Макаров

ТЕОРИЯ СКРЫТНОСТИ

Часть 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ СКРЫТНОСТИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2004

УДК 621.372: 519.722: 623.61: 355.40

Каневский З.М., Литвиненко В.П., Макаров Г.В. Теория скрытности. Часть 1, Основы теории скрытности: Учеб. пособие. Под редакцией З.М. Каневского. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. 127 с.

В первой части учебного пособия вводится понятие скрытности состояния объекта и ее числовые характеристики, предложена мера скрытности. Рассматриваются алгоритмы поиска, дерево поиска и их свойства, алгоритмическая, потенциальная и энтропийная скрытность, решаются задачи оптимизации. Исследуется арсенальная скрытность сигналов, скрытность состояний с непрерывным множеством значений.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 654200 «Радиотехника», специальности 200700 «Радиотехника», дисциплине "Основы теории скрытности" дневной формы обучения.

Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2002 и содержатся в файле Скрытность1.doc.

Табл. 8 Ил. 45. Библиогр.: 4 назв.

Научный редактор профессор З.М. Каневский

Рецензенты: кафедра электроники Воронежского Государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Э.К. Алгазинов );

канд. физ.-мат. наук Ю.П. Сбитнев

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

Каневский З.М., Литвиненко В.П., Макаров Г.В. 2004 Оформление. Воронежский государственный технический университет, 2004

ВВЕДЕНИЕ (вступительная лекция)

Вопросы радиоэлектронного противодействия, опыт электронных войн

Радиотехника, которой студенты радиотехнического факультета намерены посвятить свою деятельность, с самого рождения развивалась в двух направлениях – гражданском и военном.

Было время, когда летчики оставляли на земле радиостанции, снижавшие боевые качества самолетов из-за большого веса. Осенью 1941 года вышел приказ Верховного главнокомандующего, категорически запрещавший подобные действия.

С тех пор обстановка существенно изменилась. Современные боевые летательные аппараты напичканы различными радиоэлектронными средствами и системами для связи, навигации, обнаружения цели и управления оружием. Строятся самолеты, основной функцией которых являются радиотехническая разведка и радиопротиводействие.

Втакой же степени это относится к всем остальным видам вооружения на земле, в море, воздухе и космосе. Широкое распространение получили радиоэлектронные системы связи, локации, навигации гражданского, военного и так называемого двойного назначения.

Всовременных системах радиосвязи военного, специального (милиция, скорая помощь и т.д.) и гражданского применения часто необходимо обеспечивать защиту передаваемой информации от перехвата, несанкционированного использования и изменения и радиоканала от подавления умышленными помехами.

Вторая мировая война богата примерами успешного и неудачного применения радиотехнических средств в боевых операциях.

3

Готовясь к войне, гитлеровское командование покрыло свою территорию множеством радиолокационных станций орудийной наводки, связанных с зенитными орудиями. Однако при их проектировании была допущена существенная ошибка – все станции работали на одной частоте без возможности ее изменения, то есть радиолокационные сигналы не обладали скрытностью. Противник достаточно быстро это выяснил и ввел в действие необходимое количество передатчиков помех. В результате мощная система противовоздушной обороны «Вюрцбург» была полностью выведена из строя.

Аналогичная участь постигла немецкие управляемые по радио авиационные торпеды, предназначенные для поражения морских целей. В результате пришлось отказаться от радиоуправления и связать торпеду и самолет проволочной линией передачи сигнала. Тонкая проволока длиной 30 км сматывалась с двух катушек на самолете и торпеде, что усложнило устройство управления, повысило его вес и снизило надежность. Таким образом, отсутствие возможности скрытной и защищенной от помех передачи сигналов управления привело к необходимости отказа от удобного для решения рассматриваемой задачи радиоканала.

Радиоэлектронное противодействие играло существенную роль в борьбе с японскими летчиками – камикадзе на дальнем востоке и Тихом океане при их атаках на суда антигитлеровской коалиции.

Наряду с активными электромагнитными помехами для подавления радиоканалов в ту памятную войну использовались так называемые пассивные помехи, которые повышали скрытность защищаемых объектов для средств разведки противника.

Английские летчики в качестве помех немецким радиолокационным станциям обнаружения воздушных целей стали применять сбрасываемые с самолетов отражатели радиоволн в виде металлизированных листов бумаги. Они создавали на экранах локаторов ложные отметки, искажающие обстановку

4

в воздухе. Позднее стали использовать металлизированные стеклянные волокна, размеры которых были согласованы с длиной волны радиолокатора.

Для маскировки (повышения скрытности) своих аэродромов стали использовать их макеты, в том числе с ложные радиолокаторы в виде имитаторов радиолокационных антенн (отражателей электромагнитных волн уголкового типа).

В современной военной авиации широко применяются специальные конструктивные решения и поглощающие радиоволны покрытия самолетов для обеспечения их радиолокационной «невидимости» (скрытности). Это достигается резким ослаблением отраженного от цели сигнала, который теряется в шумах на входе радиолокационного приемника.

При радиоэлектронном противодействии широко используется дезинформация противника. В ходе второй мировой войны при налетах на Германию бомбардировщиков союзников немецкие наблюдатели с наземных командных пунктов наводили на цель свои истребители, подавая речевые команды «цель справа (слева)» и т.д. Английское командование посадило на свои самолеты операторов, владеющих немецким языком, которые прослушивали эфир и подавали немецким летчикам аналогичные ложные команды. Тогда немецкое командование привлекло для передачи своих команд девушек, чтобы летчики могли по голосу отличить своих авиационных наводчиков от дезинформаторов. Через некоторое время на самолетах союзников также появились девушки-операторы для передачи ложных команд.

Эффективным средством радиопротиводействия является подавление радиопередачи противника преднамеренными (организованными) помехами от специальных передатчиков. В военной сфере это делается с целью нарушения управления войсками противника, хотя необходимо учитывать, что создаваемые радиопомехи будут мешать и своим системам связи и управления. Кроме того, всплеск активности радиоподавления раскрывает намерения противника. В мирное время орга-

5

низованные помехи использовались в СССР для «глушения» пропагандистских передач со стороны западных стран.

Для защиты систем радиосвязи от разведки и радиопротиводействия необходимо повышать скрытность передаваемых сигналов и их устойчивость к воздействию помех. С этой целью были разработаны принципиально новые виды модуляции (относительная фазовая модуляция ОФТ в работах Н.Т. Петровича) и сложные сигналы различной структуры (фазоманипулированные на базе псевдослучайных двоичных последовательностей, с программной перестройкой рабочей частоты - ППРЧ).

В настоящее время интенсивно развиваются два направления защиты систем связи от радиоподавления. Первое заключается в повышении устойчивости принимаемых сигналов к действию радиопомех за счет расширения спектра (широкополосные сигналы – ШПС) и совершенствования методов обработки. Второе направление ориентировано на уклонение сигнала от преднамеренной узкополосной помехи, например, за счет быстрого и неожиданного для противника изменения рабочей частоты.

Повышение скрытности сигналов систем радиосвязи затрудняет их разведку и выявление рабочих параметров для последующего подавления. Увеличение необходимых затрат противника (временных и аппаратурных) на радиоразведку повышает устойчивость системы связи к радиопротиводействию. Например, если время разведки оказывается больше длительности сеанса связи, то его подавление становится невозможным.

Проблемы скрытности

К скрытности, как к черте характера эта книга отношения не имеет. Она не имеет отношения также к криптографии, занимающейся шифрованием и расшифровкой сообщений, их засекречиванием. Секретность определяет недоступность для

6

противника (конкурента) сведений о существующих и не меняющихся состояниях или характеристиках объекта.

Скрытность характеризует объекты с состояниями, которые скрываются в множестве себе подобных. Из него объектом выбирается фактически используемое состояние, которое может меняться с течением времени. Наблюдатель располагает сведениями о множестве возможных состояний и их вероятностных характеристиках, может знать предыдущие фактические состояния, но текущее ему не известно.

Скрытными могут быть объекты естественного и искусственного происхождения, а также мирного или военного назначения. Это месторождения полезных ископаемых, заболевания человека, радиосигналы, координаты мобильной ракетной установки.

Впредлагаемой работе речь идет о скрытности случайно изменяющихся состояний объектов различной природы (ме-

ханических, электронных, биологических и других) в исправном и неисправном виде при разведке, ремонте, проверке, диагностике и измерениях. В качестве характеристик состояния могут выступать числовые величины (несущие частоты радиостанций) и их совокупности, ранги (степени тяжести заболеваний), временные реализации наблюдаемых процессов (радиосигналы, кардиограммы, вибрации двигателей).

Выявление наблюдаемых состояний сопряжено с затратами времени, аппаратуры и иных ресурсов, связано с осуществлением простых или сложных операций, а скрытность рассматривается как их обобщенная оценка.

Поисковые процедуры выявления состояния объекта находят применение не только в радиоразведке, но и в технической и медицинской диагностике, прежде всего на базе современной вычислительной техники.

Вразвернутом виде название этой книги может быть сформулировано следующим образом: «Теория потенциаль-

ной скрытности и диагностики состояний недетерминированных объектов и систем».

7

Понятие скрытности тесно связано с разведкой обстановки, заключающейся в установлении всей совокупности состояний наблюдаемых объектов (самолетов в воздухе, радиостанций в эфире).

Разрабатываемая теория скрытности в основном ориенти-

рована на радиотехнические и телекоммуникационные зада-

чи, хотя ее результаты целесообразно распространять и на другие области. Речь идет о скрытности сигналов (их параметров, структуры), местоположения радиостанций, систем радиосвязи (их состава, подчиненности, режимов работы). Оценки скрытности различны в задачах радиомониторинга, радиопротиводействия, подавления или уничтожения систем связи или их элементов, радиоразведки, радиоперехвата и многих других.

Одной из задач теории скрытности является выявление состояний объектов по поступающим от них реализациям случайных или квазислучайных процессов. Это могут быть электрокардиограммы сердца, энцефалограммы мозга, сейсмические процессы, шумы двигателя, звуковые сигналы, шумы электронных приборов, возмущения электромагнитных полей и многие другие.

Резко повышается роль скрытности в современных коммерческих информационных системах для обеспечения конфиденциальности и защиты от несанкционированного доступа и подключения. В условиях массового применения секретность паролей и кодов доступа не обеспечивает необходимой защиты. Требуется создать условия, при которых затраты времени и технических средств на их самый высокоскоростной поиск были бы столь велики, что такие задачи стали бы нереальными.

Предлагаемая читателю книга условно может быть разделена на две части.

В первой части истолковывается само понятие скрытности и вводится элементарная единица ее оценки – двоичное измерение (диз). В качестве наглядной геометрической ин-

8