WaspЕсть целое направление в прикладной науке: квантовые сенсоры. Это сенсоры, использующие квантовые эффекты для обнаружения и/или измерения каких-то явлений окружающего мира. К таким сенсорам относятся и квантовые радары, про которые сейчас можно нередко услышать. При этом квантовые эффекты в таких системах используются для того, чтобы повысить чувствительность, не более. Ни о каких “измерениях одной частицы из пары запутанных, чтобы определить, что случилось со второй” – речи идти не может (потому что для квантовой системы, используемой в составе сенсора, всё равно, какую “частицу” измеряли – измерение относится ко всей системе в целом).

В нестрогом виде, идея квантового радара может быть изложена следующим образом. Пусть у нас есть пара запутанных фотонов, тогда мы можем один фотон отправить зондировать пространство в поисках цели, а второй – оставить для последующего использования в измерении, в качестве “эталона”. Измерение принятого сигнала (возможно, отражённого целью) будем проводить после того, как сложим принятый фотон с “эталонным”. При этом в приёмник могут попадать и другие фотоны, из фонового излучения (это – шум). Квантовые эффекты влияют следующим образом: вероятность детектировать запутанный фотон при использовании эталона существенно выше, чем в случае с классической схемой, работающей без использования запутанности. Это приводит к тому, что существенно улучшается отношение сигнал/шум в детекторе целей. Понятно, что классический радар тоже использует фотоны, потому что работает на электромагнитном излучении. На практике, конечно, всё сложнее: предложены схемы и с единичными фотонами, и с потоками запутанных фотонов. Для реализации квантовых эффектов можно использовать оптическую (световую) систему, но есть схемы, в которых оптическая часть при помощи специального резонатора связывается с микроволновым излучением, транслируя квантовые состояния в обоих направлениях. Фактически, эта последняя схема и может быть использована в качестве основы для практического радара, потому что радар, конечно, должен быть с частотой пониже, чем ультрафиолетовый лазер.

Квантовый радар (как, впрочем, и обычный) работает в следующей логике – выбирается некий сектор пространства, измерительная система радара настраивается на этот сектор, производится измерение, а результат служит источником данных для выбора между двумя гипотезами: в рассматриваемом секторе есть цель или её там нет. Всё достаточно просто. Включение в схему квантовой запутанности позволяет с гораздо большей вероятностью правильно угадать фотоны: то есть, отличить вернувшиеся зондирующие фотоны от фотонов, составляющих шум, поступающий на вход приёмника. Но для этого нужен опорный поток запутанных фотонов, который, например, сохраняется в линии оптической задержки на время, необходимое зондирующей половине для полёта до рассматриваемого сектора и обратно. С такой задержкой связаны и проблемы: удерживать опорный “луч” длительное время (а для лазерного излучения “длительно” – измеряется наносекундами) очень сложно, поэтому квантовые радары трудно сделать дальнодействующими.

Другими словами: когда говорят о квантовом радаре, речь идёт лишь о радикальном увеличении чувствительности, и, как следствие, разрешающей способности, относительно классического радиолокатора при той же излучаемой мощности. Почему “лишь”? Потому что научно-фантастических возможностей, эксплуатирующих некую “связь” (нелокальность) между запутанными частицами, у квантового радара нет. Зато квантовые измерения позволяют лучше защититься от помех, в том числе, активных.

Сама идея создания квантовых сенсоров и квантового радара в частности, как ни странно, достаточно старая, относится к концу 50-х годов прошлого века. Но только недавно технологии позволили как-то приблизиться к реализации этой идеи в полевом устройстве. Квантовый радар, действительно, сможет обнаруживать малозаметные цели (“Стелс”) на значительном расстоянии, потому что у него высокая чувствительность (а не потому, что измеряет “одну частицу пары”). Однако он оказывается в том же положении, что и другие решения с высокой чувствительностью: радар может начать видеть крылья комара на расстояниях в десятки километров, поэтому потребуется немало вычислительной мощности, чтобы отфильтровать отметку, соответствующую комариным крыльям.



Комментировать »

На страницах dxdt.ru немало заметок про РЛС. Правда, сейчас новые заметки на эту тему появляются всё реже. Нужно будет попытаться исправить ситуацию. А пока что – небольшая подборка из опубликованного:



Comments Off on Подборка заметок про РЛС

U. S. ArmyВновь приходится слышать утверждения, что невозможно “вывести из строя комплекс ПВО” при помощи передачи в адрес его РЛС особого сигнала помехопостановщиком. Мотивировка примерно такая: “РЛС служит только для измерения расстояния до цели, воздействовать на комплекс через неё невозможно; вычислительные машины комплекса не подключены к Интернету, их тоже не достать”. В реальности, к сожалению, всё не так просто. Я уже писал на эту тему ранее, в этот раз добавлю пару детальных примеров.

Для начала, случай из моей практики, не имеющей отношения к комплексам ПВО. Однажды мы разрабатывали систему автоматического анализа изображений, для некоторой коммерческой аппаратуры. В задачи системы входил разбор поступившей с видеокамеры картинки, распознавание и подсчёт неких объектов. Как вы понимаете, “видеокамера служила только для получения картинки”. На очередном этапе отладки неожиданно выяснилось, что при наблюдении видеокамерой некоторых сцен – программная часть, реализующая анализ изображения, “падает”, в результате критической ошибки. К счастью, ситуация довольно хорошо воспроизводилась, поэтому, при помощи отладчика, удалось выяснить, что данные изображения, в момент их разбора одной из процедур, приводили к порождению большого числа (миллионы) мелких объектов в памяти компьютера. Построение индекса объектов, конечно, было реализовано с мелкой и достаточно традиционной ошибкой – переполнялся буфер, что и приводило к сбою. При этом, в случае подавляющего большинства других изображений, ничего подобного не возникало, так как ситуация с порождением миллионов объектов, вообще-то, оказалась довольно редкой: подходящее изображение попалось чисто случайно.

Собственно, в этой истории нет ничего уникального: практически все программно-аппаратные системы, работающие с реальностью, сталкиваются с тем, что некое непрограммное воздействие извне – будь то подходящая “картинка”, громкий звук или неожиданное ускорение, – приводит к аварии. Комплекс ПВО – не исключение. Программы для комплексов разрабатывают такие же инженеры-программисты, как и те, которые работают с коммерческими системами реального времени. Думаю, миф о том, что комплекс – изолированная система, сложился в головах не чуждых программирования и информационных технологий людей, которые, при этом, никогда не имели дела с разработкой систем управления, а ограничивались “электронными таблицами” и базами данных.

Перейдём к комплексам ПВО. Понятно, что активная система РЭБ может сформировать такую помеху, такой сигнал, который временно выведет вычислительные системы РЛС из строя, использовав ту или иную ошибку в программном коде. Ошибка, при этом, может считаться и не ошибкой вовсе, а особенностью, поскольку в практике применения разработчикам с её проявлением сталкиваться не приходилось. Например, рассуждая сугубо теоретически, можно представить следующую ситуацию: для индикации и сопровождения целей программное обеспечение циклически вычисляет их координаты в некоторой собственной системе; РЛС при этом проводит подсвет разных целей, перемещая луч; задача активной помехи состоит в формировании ложной цели, которая, будучи поставленной на сопровождение, начнёт давать отметку, противоречащую текущему положению луча РЛС. Возникшая в программе, после преобразования координат, конфигурация переменных не была предусмотрена программистом – пожалуйста, получаем глобальный сбой, придётся перезапускать.

Современные комплексы ПВО, оставаясь системами реального времени, имеют достаточно сложные и, в какой-то мере, гибкие программы управления. Но если речь идёт о старых советских комплексах, например о тех же классических “Буках”, то они работают по жёсткой и весьма простой временной диаграмме, что сильно упрощает получение атакующей стороной данных о том, в каком состоянии находится комплекс, что он будет делать в следующую миллисекунду.

Почему сложные активные атаки РЭБ не случались раньше, а о них рассуждают только сейчас? Всё просто: двадцать лет назад, и ранее, во-первых, не было элементной базы, которая позволила бы реализовать подобный помехопостановщик. Речь, заметьте, не столько о центральных арифметических процессорах и памяти, сколько о приёмо-передающих элементах и специальных сигнальных процессорах. Во-вторых, на перенос теоретического математического аппарата в практическую электронику требуются время, а сам нужный прикладной математический аппарат мог появиться только после накопления опыта взаимодействия с системами ПВО. Ну и в-третьих, да, огромная вычислительная мощность оказалась доступной “в поле” только относительно недавно.

Дополнение: в комментариях верно заметили, что для эффективного анализа ошибок (или особенностей) в работе комплекса ПВО нужен сам комплекс, либо образцы программного обеспечения. Это так. Однако, в теории, можно выявить потенциальные дефекты и особенности внешним наблюдением, не имея прямого доступа к самой системе. Особенно это касается старых комплексов, которые устроены по хорошо известным принципам, выдают детали внутренней работы через побочные каналы и имеют небольшое пространство состояний (что упрощает моделирование). А вот и старая записка по этой теме.

(Кстати, записка по теме – активация аппаратных закладок.)



Комментарии (6) »

В комментариях на dxdt.ru неоднократно обсуждалась радиолокационная система, использующая в качестве зондирующего поля существующие в эфире сигналы, например, от телевизионных передатчиков. Например, была такая заметка по этой теме: “РЛС поневоле“.

Jno навёл на свежее сообщение Thales – эта корпорация планирует “исследовать вопрос” использования ТВ-сигналов для создания радиолокационных систем, следящих за трафиком в воздушном пространстве. Собственно, в исходном сообщении описана равно та же схема, что и в заметках на dxdt.ru – скажем, вот в этой, двухгодичной давности: “GPS для энтузиастов: доступность технологий“. Естественно, в качестве опорного сигнала упоминают цифровое ТВ.

Замечу, что подобные РЛС конструировали и раньше. В Thales сейчас просто продвигают эту технологию в гражданский сектор, параллельно популяризируясь с ней в СМИ (куда ж там без телевидения, хоть бы и в контексте радаров, да).



Comments Off on Пассивная радиолокация на TV-сигналах от Thales

Что касается очередного авиарейда Израильских ВВС на территорию Сирии, в разрезе ПВО и РЭБ – поделюсь тематическими ссылками на прошлые записки dxdt.ru:

И даже вот: радиолокация и уязвимости DNS.

Вообще, уже много лет очевидно, что в преодолении ПВО силами РЭБ важную роль играют правильная математическая подготовка, мощные вычислители, добротная информационная сеть. Если в этих областях есть технологическое превосходство, то появляется существенное преимущество.

(Напомню, что на dxdt.ru есть целый раздел про РЛС.)



Комментарии (4) »

Кстати, было такое вот довольно изящное решение с устройством полуактивной антенны бортовой РЛС (советской), позволяющее, в теории, одновременно обстреливать две цели: антенна РЛС имела электронное сканирование (“движение луча”) в одной плоскости, а механический привод позволял поворачивать антенну таким образом, что обе цели оказывались в плоскости сканирования. То есть, переходя в режим работы по двум выбранным целям, антенна разворачивалась, останавливалась, после чего включалось самое простое, какое только можно придумать, электронное сканирование луча, успешно перебрасывающее его от одной цели к другой.

(Для того, чтобы получать точную прицельную информацию о целях – их нужно зондировать радарным импульсом часто, иначе точность сопровождения оказывается непригодной для успешной атаки. Антенны с чисто механическим сканированием в принципе не могут обеспечить высокоточную работу по нескольким воздушным целям, если только те не летят сверхплотной группой: антенны поворачиваться не успевают. Поэтому в типичной “механической” РЛС есть “режим атаки” одной выбранной цели, когда радар никаких других задач не решает, а только ведёт заданную цель.)



Комментарии (1) »

Как-то я писал о том, что, например, комплекс ПВО не является “изолированной” вычислительной системой, а, напротив, работает с данными, поступающими извне. Это означает, что состоянием комплекса можно манипулировать, создавая активные помехи (так выстраивается один из путей активации аппаратных закладок, если таковые имеются в вычислительных системах).

Занятно, что стороны, атакующей комплекс, могут быть подробные сведения о его устройстве (закупили образец). В таком случае, на стороне помехопостановщика можно построить математическую модель комплекса. Наличие такой модели позволяет построить некий интерфейс, автоматически подбирающий помехи таким образом, что аппаратура комплекса переходит в заданное оператором помехопостановщика состояние. Тут в качестве “канала управления” служат сигналы помехопостановщика, а в качестве обратной связи – “ответные” сигналы самого комплекса, в том числе внутренние, если их (или их следы) возможно принимать. Оборудование и сопутствующие системы можно разместить на борту самолёта РЭБ. Понятно, что такой интерфейс нужен для ведения эффективной “игры” против системы ПВО на уровне управляющих ей людей.

Да, добротно сконструированный комплекс ПВО, которым управляют опытные специалисты, не должен бы впадать в какие-то хорошо предсказуемые другой стороной состояния. Ну или хотя бы не должен сигналить в эфир о том, чем в данный момент заняты внутренние радиоэлектронные системы.

Так вот, вопрос в том, какое из двух только что приведённых теоретических построений (об управлении активными помехами и об устойчивом управлении комплексом) окажется ближе к реальности. Особенно в случае с устаревшими системами ПВО.



Комментарии (5) »

РЛС поневоле

Кстати, как некоторое время назад верно напомнили в комментариях, для создания импровизированной бистатической РЛС можно использовать едва ли не любой действующий радиопередатчик. Технология примерно такая. Используется несколько приёмников, один из которых – “опорный” – фиксирует сигнал выбранного передатчика, например, телевизионного, используя остронаправленную антенну. Другие приёмники, расположенные в нескольких удалённых точках, фиксируют возможные отражения этого же сигнала от, скажем, находящихся в воздухе летательных аппаратов. Опять можно использовать направленные антенны. А можно и не использовать.

Вся сеть объединяется в систему с общим синхронным временем и общей обработкой данных. Теперь, зная исходный сигнал, на основе анализа принятых отражённых сигналов, можно вычислить положение наблюдаемых объёктов. В результате получаем вариант РЛС, использующей “чужой” сигнал. При этом дополнительные элементы являются пассивными (ну, если не учитывать каналы связи между ними), обнаружить их сложно.

И такие системы уже есть. (Впрочем, я, вроде, уже писал об этом раньше.)



Комментарии (28) »

В прошлой заметке обсуждаются “малозаметные” радары. Занятно, что в типичной ситуации, когда с одной стороны “играет” радар, и его задача обнаружить цели, но не быть обнаруженным, а с другой стороны – “играет” детектор-приёмник, и его задача обнаружить радар, у детектора есть целых два серьёзных преимущества.

Во-первых, сторона с радаром не знает, где именно находится приёмник, но, по правилам игры, должна сканировать большой сектор пространства. Поэтому рано или поздно “подсветит” лучом приёмник. Во-вторых, приёмник-детектор заведомо получает гораздо большую энергию от передатчика радара, чем приёмник самого радара. Думаю, понятно почему: радар принимает отражённый сигнал, который, даже в самом лучшем случае, угасает пропорционально квадрату расстояния на пути обратно от цели; а приёмник-детектор слушает “прямой” сигнал. Кстати, как известно, именно поэтому хороший детектор может использовать информацию не только из радиосигнала основного лепестка диаграммы направленности антенны, но и из боковых лепестков, а равно и отражённые окружающими объектами сигналы радара – даже в последнем случае положение приёмника может в энергетическом смысле оказаться не хуже, чем у скрывающегося радара.

В общем, приёмнику играть несколько проще. Хотя, да, у радара есть то преимущество, что ему заведомо известны характеристики собственных сигналов, но это уже несколько другая история.

А вот в случае со скрытной радиосвязью между самолётами – ситуация иная: никаких заведомых преимуществ у перехватывающего сеанс связи приёмника нет. Скорее наоборот, все преимущества у тех, кто обменивается радиосообщениями. Они знают и время передачи, и параметры сигналов, могут согласованно использовать узконаправленные антенны.



Комментарии (3) »
Навигация по запискам: Раньше »