КОДИРОВАНИЕ И ДЕКОДИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ОПОЗНАВАНИЯ
Кодирование запросных и ответных сигналов является важной особенностью систем опознавания, которая определяет принципы их построения и функционирования. Необходимость кодирования сигналов в системах САЗО обусловлена следующими причинами:
1) Коды запросных сигналов содержат требования к характеру выдаваемой информации ответчиков, а ответных сигналов – информацию о параметрах воздушного объекта;
2) Кодирование запросных сигналов повышает надежность работы линий опознавания, так как снижает вероятность ошибочного запуска ответчиков помехами;
3) Кодирование запросных и ответных сигналов повышает имитоустойчивость системы опознавания.
С целью приспособления формы информации к линии САЗО как каналу связи, информацию представляют в виде сообщений, построенных по определенному правилу (коду). Сообщение состоит из одного или нескольких слов. Каждое слово представляет собой конечную последовательность кодовых знаков (символов). Под кодовым знаком понимают условное обозначение элементарного сигнала, обладающего определенными параметрами. Количество различных символов, которые используются в словах данного кода, называют основанием кода.
Элементарные сигналы формируются путем изменения таких их параметров, как несущая частота, параметры амплитудной, частотной или фазовой модуляции, количество и временное положение сигналов и др.
Выбор того или иного кода зависит от количества различных сообщений N, которое нужно передавать по линии связи. При основании кода n и размерности слов l максимальное число различных сообщений N определяется выражением 
.
Чем больше основание n кода, тем больше можно передавать различных сообщений размерностью l. Но при большом основании кода ухудшается различимость его элементарных сигналов, усложняется построение кодирующих и декодирующих устройств. Поэтому во многих областях техники наибольшее распространение получили коды с основание два, которые называют двоичными кодами. В САЗО наряду с двоичным кодом и его разновидностями (импульсно-временным кодом (ИВК) и частотно-временным кодом (ЧВК)) применяется код амплитудно-модулированных импульсов (АМИ).
В двоичном коде каждый символ слова представляет собой один разряд двоичного числа, который принимает значение ноль или единица. В качестве элементарных сигналов в радиолиниях САЗО применяют радиоимпульсы определенной несущей частоты. Наличие элементарного сигнала на данной позиции – передача единицы в данном разряде, а отсутствие сигнала – передача нуля (рис.1.16, а). При использовании кода с активной паузой для передачи одного разряда применяются две позиции: одна для передачи единицы, вторая – для передачи нуля (рис.1.16, б). Код с активной паузой обладает избыточностью, но лучшей достоверностью передачи информации.
| 1 0 1 1 t |
| 1 0 0 1 1 0 1 0 t |
| U a) |
| U б) |
| Рис.1.16 Структура двоичного кода а) и двоичного кода с активной паузой б) |
В ИВК используются слова определенной размерности l. Количество единиц в каждом слове остается неизменным, а изменяется лишь временное положение единичных разрядов.
ЧВК отличается от ИВК тем, что элементарные сигналы имеют и разные несущие частоты. Применение двух различных частот эквивалентно добавлению еще одного разряда в слово размерность l.
В качестве элементарных сигналов в коде АМИ используются радиоимпульсы, промодулированные по амплитуде синусоидальным напряжением кодовой частоты Fi(i=1,2,…,n). Для модуляции используются напряжения n различных частот. Число n этих частот является основанием кода АМИ (рис.1.17).
| t |
| U |
| Рис.1.17. Структура кода АМИ |
| Fi |
| fn |
Информация о государственной принадлежности объектов должна быть скрыта от противника. Снизить эффективность системы радиолокационного опознавания противник может двумя способами: подавить систему опознавания помехами или имитировать действующие в системе ответные коды сигнала. Поэтому имитоустойчивость – свойство системы, затрудняющие или делающие невозможной имитацию противником кодов, действующих в системе, - одна из важнейших ее характеристик.
Для сокрытия информации о государственной принадлежности объектов (повышения имитоустойчивости системы) в САЗО применяют открытое и закрытое кодирование запросных и ответных сигналов общего опознавания.
В режиме открытого кодирования используется шифр, состоящий из нескольких типов запросных и ответных сигналов. Каждый запросный сигнал содержит команду «Кто ты, свой или чужой?». Ответный сигнал передает информацию «Я свой». Ключ соответствия запросных и ответных сигналов устанавливается единым для всех линий САЗО и изменяется в определенное время по расписанию. Число различных типов запросных и ответных сигналов, применяемых в шифре, мало. Частая и одновременная смена ключей во всех линиях САЗО практически невозможна, так как связана с преодолением технических и организационных сложностей. Поэтому противник может быстро разведать действующий ключ и обеспечить имитацию сигналов общего опознавания, что является существенным недостатком режима открытого кодирования. Режим открытого кодирования применяется в мирное время и для определения государственной принадлежности гражданских воздушных объектов. Режим открытого кодирования получил название «Общее неимитостойкое опознавание».
В режиме закрытого кодирования используется шифр, состоящий из большого числа различных запросных З1, З2,…, Зi ,…, Зn и ответных O1, O2,…, Oi,…ON сигналов. В любой из линий опознавания в каждом периоде формирования запросного сигнала для его кодирования из всей совокупности запросных сигналов случайным образом выбирается один. В каждой линии опознавания выбор запросных сигналов производится независимо. Ключ соответствия запросных и ответных сигналов един для всех линий САЗО и меняется по расписанию. Ответчик при получении запросного сигнала в соответствии с действующим ключом формирует и излучает ответный сигнал. Запросчик принимает ответный сигнал и проверяет по ключу его соответствие ожидаемому сигналу. В случае соответствия принимаемого и ожидаемого сигналов формируется сигнал общего опознавания. такой режим называют режимом с зависимым ответом.
При кодировании запросных сигналов двоичным кодом в режиме закрытого кодирования необходимо обеспечить выполнение следующих условий:
При кодировании запросных сигналов двоичным кодом в режиме закрытого кодирования необходимо обеспечить выполнение следующих условий:
1) вероятность формирования любого из запросных сигналов совокупности должна быть одинакова;
2) должно быть обеспечено определение ответчиком начала запросного сигнала;
3) необходимо обеспечить высокую достоверность передачи запросного сигнала.
Для выполнения первого требования можно формировать каждый двоичный разряд сообщения с помощью датчика случайных чисел, который с одинаковой вероятностью (Pp=0,5) формирует единичные и нулевые сигналы. Тогда вероятность P∑ появления любой из N комбинаций (N=2l) l – разрядных сообщений будет одинакова и равна:
.
В ответчике для правильного формирования ответного сигнала необходимо обеспечить точное определение начала запросного сигнала. Поскольку в этом режиме используется обычный двоичный код (а не код с двоичной паузой), то не исключена возможность формирования датчиком случайных чисел нулей в первых разрядах. Для точной фиксации начала запросного сигнала вводится специальная синхрогруппа – постоянное li – размерное слово. Второе слово сообщения, формируемое случайным образом, называют информационной группой. Структура синхрогруппы выбирается такой, чтобы обеспечить малую вероятность ее формирования случайным потоком импульсов. Разрядность синхрогруппы значительно меньше разрядности информационной группы.
Искажение даже одного разряда информационной группы запросного сигнала приведет к тому, что ответный сигнал будет отличаться от ожидаемого. В этом случае лучше отказаться от формирования «неправильного» ответного сигнала, тем самым, повысить пропускную способность ответчика. для обнаружения ответчиком искажений информационной части запросного сигнала в нем предусмотрено формирование третьего слова (проверочной группы). Структура проверочной группы по определенному правилу соответствует информационной части запросного сигнала. В ответчике после приема информационной части запросного сигнала по тому же правилу формируется своя проверочная группа. При совпадении структур проверочных групп формируется ответный сигнал.
Таким образом, при закрытом кодировании общий характер запросного сигнала имеет сложную структуру (см. рис.1.18), что обеспечивает повышенную имитоустойчивость системы опознавания.
| сихро-группа |
| информационная часть |
| провероч-ная группа |
| U |
| t |
| Рис.1.18 Общая структура запросного сигнала при закрытом кодировании |
Кодирование запросных и ответных сигналов для получения
координатной и полетной информации осуществляют с целью приспособления ее формы к каналу связи (линии САЗО), а также для сокрытия содержания информации. В запросном сигнале первое слово также представляет собой синхрогруппу, но отличающуюся по структуре от синхрогрупп других режимов работы. Второе слово содержит запрос соответствующей информации (принадлежность объекта к определенной группе, индивидуальный номер, высота полета, состояние бортовых систем). Для кодирования применяют импульсно-временной код и слова одинаковой размерности.
В ответном сигнале первого слово соответствует ответному сигналу режима общего неимитостойкого опознавания, а последующие слова содержат закрашиваемую информацию. Во втором слове сообщения ответного сигнала обычно закодирован признак передаваемой информации, а в третьем и последующих словах непосредственно сама информация. Для кодирования применяется двоичный код.
Информация об аварийном состоянии бортовых систем должна передаваться без специального запроса в ответ на любой запросный сигнал общего опознавания (режим БЕДСТВИЕ) и даже при отсутствии запросных сигналов (режим ТРЕВОГА).
Передача полетной информации должна осуществляться с высокой достоверностью, но и при этом обеспечиваться простота технической реализации устройств запросчика и ответчика.
В линиях САЗО достоверность информации достигается ее избыточностью, которую обеспечивают за счет использования кода с активной паузой и передачи каждого информационного слова дважды. Это приводит к увеличению длительности ответного сигнала τoc, однако обработка его существенно упрощается.
Увеличение длительности τoc ответного сигнала ухудшает разрешающую способность НРЗ по дальности. Действительно, если НРЗ в течение времени τoc обрабатывает ответный сигнал ль одного воздушного объекта, то он не принимает ответные сигналы от других объектов, находящихся на этом же азимуте. В зоне опознавания возникает провал размером ΔДn по дальности:
где С - скорость распространения электромагнитных волн.
Декодирование ответных сигналов в НРЗ.
Декодирование сигналов общего опознавания заключается в проверке соответствия кода принятого сигнала ожидаемому коду. При выполнении этого соответствия формируется импульсный стандартный сигнал.
В случае использования кода АМИ в ответном сигнале в процессе декодирования проверяется соответствие принятой кодовой частоты модуляции Fм частоте Fi, установленной по ключу. Декодирование выполняется с помощью набора переключаемых фильтров и порогового устройства (рис.1.19). Формирователь Ф вырабатывает стандартный сигнал опознавания.
| УПЧ |
| N |
| ПУ |
| Фильтр 1 |
| Ф |
| Рис.1.19 Структура дешифратора кодов АМИ |
В сообщении, закодированном испульсно-временным кодом, необходимо проверить наличие импульсов и правильность их временной расстановки. Такая проверка может быть выполнена с помощью линии задержки с многими отводами и подключенными к ним схемами совпадения, открываемыми в соответствии с действующим ключом (рис.1.20).
| Рис.1.20. Структура дешифратора ИВК |
| Линия задержки |
| от РПрУ |
| Схема управ-ления |
| ключ |
| схема совпадения |
| … |
| … |
| … … |
| … |
| … ... |
| Схема объеди-нения |
| … |
Дешифрация ответного сигнала, закодированного частотно-временным кодом, состоит в проверке частоты кодовых импульсов и их временной расстановке. Поэтому в устройстве дешифрации число приемных подканалов должно соответствовать числу несущих частот в ответном сигнале с ЧВК. Разделение сигналов по частотным каналам (рис.1.21) производится фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС). На выходах ФСС в каждом подканале могут быть установлены многоотводные линии задержки со схемами совпадения (И). Выходы частотных подканалов также замыкаются на схему совпадения. в случае дешифрации части ответного сигнала в каждом частотном подканале на выходе формируется сигнал опознавания.
| ШУПЧ |
| ФСС |
| ЛЗ |
| И |
| … |
| 2 частотный подканал |
| 1 частотный подканал |
| … |
| n частотный подканал |
| И |
| Рис.1.21. Структура дешифратора ЧВК |
В режиме закрытого кодирования с целью уменьшения времени формирования ответного сигнала τос и, соответственно, его дешифрации используют большое число запросных кодов и малое число ответных кодов, что вызывает свои недостатки в системе опознавания.
Противник может осуществлять имитацию, излучая наугад один выбранный случайным образом ответный сигнал. При малом числе ответных сигналов «n» вероятность правильной имитации 
повышается. Для снижения вероятности имитации Pи в запросчиках применяется логическая межпериодная обработка пачка ответных сигналов по критерию «К из N». При такой обработке признак гарантированного опознавания формируется в случае, когда в N смежных периодах посылок запросных сигналов получено от запрашиваемого объекта не менее K правильных ответных сигналов. Значение K и N выбирают исходя из возможного числа ответных сигналов в пачке и допустимого значения вероятности правильной имитации.
При малом числе n ответных кодов противник имеет возможность в ответ на любой запросный сигнал