Search

The ability of modern departmental communication systems to perform tasks in conditions of radio-electronic suppression by the enemy characterizes their immunity to interference. It is known that the interference protection of radio equipment in conditions of enemy radio reconnaissance and electronic suppression can be described by a set of probability indicators that characterize its secrecy (energy) and interference resistance. Secrecy (energy) is the ability of departmental communication systems to counteract the enemy's radio reconnaissance means, which are aimed at detecting the fact of the departmental communication system's operation, determining the parameters of its radio emissions, intercepting information for further deliberate radio-electronic and electromagnetic interference. One of the methods that significantly increases the secrecy of departmental communication systems is the use of signals with software-defined frequency conversion. These signals are a set of radio pulses (signal elements) whose frequencies change over time according to the law of pseudorandom sequence. The enemy searches for and detects the elements of these signals in a wide frequency band. This search is carried out under conditions of partial a priori uncertainty regarding their spectral-time structure using panoramic receivers. It should be noted that the basis of the radio reconnaissance means of the world's leading states is Fourier processors, which perform Fourier transforms from the implementation of a set of input signals. When designing and developing methods for interference protection, the problem of evaluating their energy stealth arises. Known research results and existing methodologies allow for a simplified assessment of the energy stealth of radio equipment with software frequency hopping under time constraints for decision making and do not take into account the peculiarities of the construction of modern panoramic analysis tools. In particular, the known methodologies do not take into account the peculiarities of the process of frequency-time searching for elements of such signals in a wide frequency range using panoramic receiving devices based on the complex application of different types of Fourier processors, the order of spectral-time processing of signal elements at the output of Fourier processors, requirements for their threshold sensitivity and dynamic signal range. Therefore, the article proposes a methodology for evaluating the stealthiness of communication systems with software-defined frequency tuning to determine the indicators of interference protection based on Fourier processors in the conditions of the opponent's use of modern radio-electronic intelligence tools., Спроможність сучасних систем відомчого зв’язку виконувати завдання в умовах ведення противником радіоелектронного подавлення характеризує їх завадозахищеність. Відомо, що завадозахищеність радіозасобів в умовах ведення противником радіоелектронної розвідки та радіоелектронного подавлення може бути описана сукупністю ймовірнісних показників, які характеризують її скритність (енергетичну) та завадостійкість. При цьому, скритність (енергетична) – це спроможність систем відомчого зв’язку протидіяти засобам радіоелектронної розвідки противника, що спрямовані на виявлення факту роботи СВЗ, визначення параметрів її радіовипромінювань, перехоплення інформації для подальшої постановки навмисних радіоелектронних та електромагнітних завад. Одним з методів, що дозволяє суттєво підвищити скритність систем відомчого зв’язку є застосування сигналів із програмною перебудовою робочої частоти. Дані сигнали являють собою сукупність радіоімпульсів (елементів сигналу), несучі частоти яких змінюються у часі за законом псевдовипадкової послідовності. Противник у широкій смузі частот здійснює пошук та виявлення елементів зазначених сигналів. Даний пошук здійснюється в умовах часткової апріорної невизначеності відносно їх спектрально-годинної структури за допомогою панорамних приймальних пристроїв. Варто зауважити, що основою засобів радіорозвідки провідних держав світу є Фур’є-процесори, які виконують перетворення Фур’є від реалізації сукупності вихідних сигналів. При проектуванні та розробці методів завадозахисту виникає задача оцінки їх енергетичної скритності. Відомі результати досліджень та існуючі методики дозволяють спрощено оцінити енергетичну скритність радіозасобів із програмною перебудовою робочої частоти в умовах обмежень часу на прийняття рішення та не враховують особливості побудови новітніх засобів панорамного аналізу. Зокрема, у відомих методиках не враховані особливості процесу частотно-часового пошуку елементів зазначених сигналів у широкій смузі частот панорамними приймальними пристроями на основі комплексного застосування різних типів Фур’є-процесорів, порядок спектрально-часової обробки елементів сигналів на виході Фур’є-процесорів, вимоги до їх порогової чутливості та динамічного діапазону сигналу. Тому, у статті запропонована методика оцінки прихованості систем відомчого зв’язку з програмною перебудовою робочої частоти для визначення показників завадозахищеності на основі Фур’є-процесорів в умовах застосування противником сучасних засобів радіоелектронної розвідки.

Спроможність сучасних систем відомчого зв’язку виконувати завдання в умовах ведення противником радіоелектронного подавлення характеризує їх завадозахищеність. Відомо, що завадозахищеність радіозасобів в умовах ведення противником радіоелектронної розвідки та радіоелектронного подавлення може бути описана сукупністю ймовірнісних показників, які характеризують її скритність (енергетичну) та завадостійкість. При цьому, скритність (енергетична) – це спроможність систем відомчого зв’язку протидіяти засобам радіоелектронної розвідки противника, що спрямовані на виявлення факту роботи СВЗ, визначення параметрів її радіовипромінювань, перехоплення інформації для подальшої постановки навмисних радіоелектронних та електромагнітних завад. Одним з методів, що дозволяє суттєво підвищити скритність систем відомчого зв’язку є застосування сигналів із програмною перебудовою робочої частоти. Дані сигнали являють собою сукупність радіоімпульсів (елементів сигналу), несучі частоти яких змінюються у часі за законом псевдовипадкової послідовності. Противник у широкій смузі частот здійснює пошук та виявлення елементів зазначених сигналів. Даний пошук здійснюється в умовах часткової апріорної невизначеності відносно їх спектрально-годинної структури за допомогою панорамних приймальних пристроїв. Варто зауважити, що основою засобів радіорозвідки провідних держав світу є Фур’є-процесори, які виконують перетворення Фур’є від реалізації сукупності вихідних сигналів. При проектуванні та розробці методів завадозахисту виникає задача оцінки їх енергетичної скритності. Відомі результати досліджень та існуючі методики дозволяють спрощено оцінити енергетичну скритність радіозасобів із програмною перебудовою робочої частоти в умовах обмежень часу на прийняття рішення та не враховують особливості побудови новітніх засобів панорамного аналізу. Зокрема, у відомих методиках не враховані особливості процесу частотно-часового пошуку елементів зазначених сигналів у широкій смузі частот панорамними приймальними пристроями на основі комплексного застосування різних типів Фур’є-процесорів, порядок спектрально-часової обробки елементів сигналів на виході Фур’є-процесорів, вимоги до їх порогової чутливості та динамічного діапазону сигналу. Тому, у статті запропонована методика оцінки прихованості систем відомчого зв’язку з програмною перебудовою робочої частоти для визначення показників завадозахищеності на основі Фур’є-процесорів в умовах застосування противником сучасних засобів радіоелектронної розвідки. The ability of modern departmental communication systems to perform tasks in conditions of radio-electronic suppression by the enemy characterizes their immunity to interference. It is known that the interference protection of radio equipment in conditions of enemy radio reconnaissance and electronic suppression can be described by a set of probability indicators that characterize its secrecy (energy) and interference resistance. Secrecy (energy) is the ability of departmental communication systems to counteract the enemy's radio reconnaissance means, which are aimed at detecting the fact of the departmental communication system's operation, determining the parameters of its radio emissions, intercepting information for further deliberate radio-electronic and electromagnetic interference. One of the methods that significantly increases the secrecy of departmental communication systems is the use of signals with software-defined frequency conversion. These signals are a set of radio pulses (signal elements) whose frequencies change over time according to the law of pseudorandom sequence. The enemy searches for and detects the elements of these signals in a wide frequency band. This search is carried out under conditions of partial a priori uncertainty regarding their spectral-time structure using panoramic receivers. It should be noted that the basis of the radio reconnaissance means of the world's leading states is Fourier processors, which perform Fourier transforms from the implementation of a set of input signals. When designing and developing methods for interference protection, the problem of evaluating their energy stealth arises. Known research results and existing methodologies allow for a simplified assessment of the energy stealth of radio equipment with software frequency hopping under time constraints for decision making and do not take into account the peculiarities of the construction of modern panoramic analysis tools. In particular, the known methodologies do not take into account the peculiarities of the process of frequency-time searching for elements of such signals in a wide frequency range using panoramic receiving devices based on the complex application of different types of Fourier processors, the order of spectral-time processing of signal elements at the output of Fourier processors, requirements for their threshold sensitivity and dynamic signal range. Therefore, the article proposes a methodology for evaluating the stealthiness of communication systems with software-defined frequency tuning to determine the indicators of interference protection based on Fourier processors in the conditions of the opponent's use of modern radio-electronic intelligence tools.

In this report metrics for jamming resistance and radar performance of waveform sets are described and developed, and different sets of waveforms are optimized, evaluated and compared. It is shown that without additional processing or PRI jitter, waveform sets can reach jamming resistance a few dB worse than what is provided by PRI jitter alone, and together with PRI jitter a few dB better. Waveforms with better jamming resistance tend to have worse range sidelobes and Doppler tolerance, but show less structure in their spectrograms, suggesting better LPI properties. The Doppler tolerance metric is new, as well as the comparative analysis of waveform sets on multiple metrics including jamming resistance. Radar är fundamentalt i modern krigsföring. Med en radar kan man avfyra vapen från säkra avstånd och med precision mäta in mål. En radarstörare har som mål att förhindra en radar från att mäta in sitt mål. Då radarn fungerar genom att sända ut specifikt modulerade radiovågspulser och lyssna efter ekot från omgivningen kan störaren förhindra detta genom att antingen sända mycket starkt brus, eller genom att sända radiovågspulser med samma specifika modulation. Den senare metoden kallas för DRFM-störning, där förkortningen står för Digitalt RadioFrekvens-Minne, vilket antyder att störaren kan minnas radarns modulation och själv använda den. Om radarn använder en ny modulation (eng: waveform) för varje puls kan störaren inte använda modulationen den minns från förra pulsen utan måste vänta på att nästa puls träffar den innan den kan repetera pulsen, vilket begränsar dess störförmåga. Denna rapport tänker sig att radarn har en begränsad uppsättning av modulationer att byta mellan, och undersöker olika sådana uppsättningar och bedömer och jämför dem på olika mått av radarprestanda och störtålighet. Radioprestandamåtten inkluderar hur mycket förstärkning och hur fin upplösning man får av modulationen, hur väl modulationen kan hantera mycket snabba mål, och hur stora "sidolober" som uppstår runt starka mål. Sidolobsfenomenet är jämförbart med det optiska fenomenet där små men ljusstarka saker på natten kan se ut att ha en ljus halo eller ljusa utstrålningar runt sig. Störtålighetsmåtten kvantifierar hur distinkta de olika modulationerna i radarns uppsättning är, och på så vis hur väl radarn kan urskilja en modulation från de andra, tillsammans med hur liten sannolikheten är att störaren lyckas välja just den modulation vi kommer använda till nästa puls. Resultaten visar att metoden av modulationsbyten kan ge nästan lika stor störtålighet som en välkänd metod, PRI-jitter, ger själv och något högre i kombination med den metoden. Bättre störtålighet visas gå hand i hand med sämre mått på radarprestanda, men mindre strukturerade spektrogram vilket antyder att de kan vara svårare att upptäckas av radarspanare. Försämringen i måtten på radarprestanda innebär inte nödvändigtvis en lika stor försämring i faktisk radarprestanda, då sidoloberna tar an en brusartad karaktär vilket leder till praktiska fördelar gentemot de vanliga fixa sidoloberna.

The primary mission of the Finnish Air Force is to ensure a continuous surveillance and policing of the national airspace. The wartime mission is defensive counter-air fighter operations. Implementation of the air surveillance is carried out mainly with air surveillance radars — policing and defensive actions with fighters. A foundation to a well-executed flight operation is a situation awareness. Pilots have to have a real time air picture in their use, i.e., exact information of the own and enemy’s fighters, and instructions of the mission command. The later has to have information for example about the remaining flight time of the fighters. To keep up the situation awareness the fighters participating the flight operation and the mission command on the ground are connected via real time robust communications system. In this thesis, the system development of the experimental SIHTI (Suomen ilmavoimien hajaspektritietovuo) spread spectrum data link fulfilling the national requirements is considered from the requirement specification to the performance measurements of the airproof prototype. The SIHTI system, which has to be secure, robust and having good LPD/LPI (Low Probability of Detection/Low Probability of Interception) properties has to enable bidirectional transmission between fighters and base stations as well as the fighters themselves. The SIHTI system has to operate in the case when many of similar nets are operating simultaneously in the same region and under heavy jamming. The system concept and its implementation has to be configurable so that an end user and a maintenance of the system can affect on the performance of the system only via parameters and changes in algorithms. In this thesis, it will be shown that the experimental SIHTI prototype with minor changes can fulfil the set requirements. Tiivistelmä Suomen ilmavoimien perustehtävä on kansallisen ilmatilan jatkuva valvonta ja vartiointi sekä sodan aikana ilmatilan puolustus. Ilmatilan valvonta hoidetaan pääasiassa ilmavalvontatutkilla — vartiointi ja puolustus sotilaskoneilla. Sotilaskoneiden tehokkaan toiminnan edellytyksenä on tilannetietoisuus. Lento-operaatioon osallistuvilla tahoilla tulee olla käytettävissä ajan tasalla oleva ilmatilannekuva eli tarkat tiedot omista ja vastapuolen koneista, taistelujohdon toimintaohjeet sekä tietoa muun muassa operaatioon osallistuvien koneiden jäljellä olevasta toiminta-ajasta. Tilannetietoisuuden ylläpitäminen edellyttää, että lento-operaatioon osallistuvia lentokoneita ja maassa olevaa taistelujohtoa yhdistää reaaliaikainen varmatoiminen tiedonsiirtoyhteys. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kansallisen sotilasilmailun tarpeet täyttävän lentokelpoisen SIHTI (Suomen ilmavoimien hajaspektritietovuo) -hajaspektritiedonsiirtokoejärjestelmän järjestelmäkehitystä aina vaatimusmäärittelystä lentokelpoisen koelaitteiston suorituskykymittauksiin. Turvallisen, varmatoimisen ja vaikeasti tiedusteltavan tiedonsiirtojärjestelmän tulee mahdollistaa niin lentokoneiden kuin lentokoneiden ja maa-asemien välinen kaksisuuntainen sanomansiirto useiden lähekkäin toimivien verkkojen tapauksessa hyvinkin voimakkaassa tahallisessa häirinnässä. Tiedonsiirtojärjestelmässä ja sen toteutuksessa tulee olla myös riittävä määrä muunneltavuutta, jotta järjestelmän loppukäyttäjä ja järjestelmän ylläpitäjä pystyvät parametri- ja algoritmimuutoksin vaikuttamaan järjestelmän suorituskykyyn. Väitöskirjassa osoitetaan, että FH/DS-CDMA (Frequency Hopping / Direct Sequence Code Division Multiple Access)- ja TDMA (Time Division Multiple Access) -monikäyttömenetelmiin pohjautuva SIHTI-koejärjestelmä pystyy pienin muutoksin täyttämään sille asetetut vaatimukset.

Bandwidth hopping spread spectrum (BHSS) has recently been proposed as a spectrum-efficient technique to combat jamming. In BHSS, the transmitter is randomly hopping the signal bandwidth in order to make it unpredictable to an attacker. When the signal bandwidth is unpredictable, the attacker cannot match its interference bandwidth to the signal bandwidth of the transmitter, and the receiver can filter out the interference power (or parts of it) prior demodulation, and thus increase decoding performance. The main challenge in BHSS is that the bandwidth must be hopping very rapidly at the symbol level in order to prevent a reactive jammer from following the hopping pattern by simple tracking techniques. Existing receiver filtering techniques as proposed in prior work require a long time to estimate the filter parameters and are thus unable to suppress the interference from the jammer when the bandwidth is hopping at the symbol level. In this paper, we propose a new filtering approach adapted for BHSS which is able to suppress arbitrary jamming interference even when the signal bandwidth is hopping after every symbol. Our approach is based on a filter bank which applies different filters in parallel and dynamically selects the best filter for every symbol according to the soft-state output of the demodulator. We evaluate the improvement of our method over classical filtering techniques in experiments using software-defined radios. Our results show a gain in interference suppression above 30 dB with respect to state-of-the-art solutions. We further implement frequency hopping for a BHSS system, and demonstrate the superiority of a system combining hopping in bandwidth, code and frequency against jamming attacks. TRUE pub

We present bandwidth hopping spread spectrum (BHSS), a novel technique to improve the jamming resistance of wireless communications. In BHSS, the bandwidth of a signal is hopped rapidly in a manner that is unpredictable to the jammer. We show in this work that by combining bandwidth hopping at the transmitter with adaptive filtering at the receiver, BHSS is able to improve the jamming resistance of the communication beyond the processing gain of conventional spread spectrum techniques such as DSSS and FHSS without an increase in RF spectrum requirements. We have designed and implemented a BHSS transmitter and receiver system on off-the-shelf software-defined radios. Our experimental results with different hopping patterns show that BHSS is able to boost the power advantage of spread spectrum communication by 8 to $20$\,dB for jammers of fixed bandwidth. When both transmitter and jammer hop randomly, the average power advantage we achieve with our system is 11.4 dB. TRUE pub