СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ ИМИТОСТОЙКОСТЬЮ Российский патент 1997 года по МПК H04B7/22 

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигналов, в частности с эллиптической поляризацией волны, путем изменения параметров эллипса поляризации (Гусев К.Г. Филатов А.Д. Сопалев А.П. Поляризационная модуляция. М. Сов. радио, 1974, с. 63-161).

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов по трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, т.к. в противном случае возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии. Однако в большинстве случаев изменяются как параметры распространения сигналов, так и взаимное расположение антенн.

Известно также устройство (патент США N 4087818), в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цепи в виде замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала, имеющие одинаковую частоту и взаимно ортогональные поляризации волны, приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство (а.с. N 1385305), представленное на фиг. 1. Система радиосвязи содержит генератор 1 сигналов, разветвитель 2 мощности, амплитудные модуляторы 3 и 4, противофазный усилитель 5, облучатели 6 и 7 передающей антенны 8, облучатели 9 и 10 приемной антенны 11, суммарно-разностный блок 12, состоящий из сумматора 13 и вычитателя 14, синхронный детектор 15, демодулятор 16 основного сообщения, амплитудный ограничитель 17, фильтры 18 и 19 нижних частот (ФНЧ), блок 20 управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, ключ 21, фазовый детектор 22, фазовращатель 23, линии задержки 24 и 25 и компаратор 26.

Демодулятор 16 основного сообщения состоит из фазового детектора (ФД) 27, ФНЧ 28 и генератора управляемого напряжения (ГУН) 29.

Система работает следующим образом.

Генератор 1 сигналов формирует сигнал основных сообщений, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями. Этот сигнал имеет вид:
U_c(t) = Ucos[ωt+Φ(t)] (1),
где U -постоянная амплитуда сигнала;
Φ(t) функция измерения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции, основными сообщениями S_o;
ω угловая частота.

Сигнал (1) поступает на вход разветвителя 2 мощности, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3 и 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 следующие:

где U₃(t) и U₄(t) сигналы на выходах модуляторов 3 и 4 соответственно;
U₁ постоянная амплитуда;
f(t) функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям S_д.

Сигналы (2) и (3) поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8. Передающая антенна 8 может быть сделана в виде зеркальной антенны с двумя облучателями 6 и 7 или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией. Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют взаимно ортогональные линейную или круговую поляризации. Приемная антенна 11 с облучателями (возбудителями) 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходах облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 получаем сигналы:

где n_x(t) флуктуационная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси Х;
n_x(t) импульсная помеха составляющей оси Х;
α угол рассогласования по поляризации.

где n_y(t) флуктуационная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси Y;
n_yn(t) импульсная помеха составляющей оси Y.

С выхода сумматора 13 получаем сигнал

В качестве демодулятора 16 используется синхронно-фазовый демодулятор (СФД) с устройством отбраковки аномальных перескоков фазы, кратных 2π радиан, возникающих во входной смеси сигнала с помехой под действием как флуктуационных, так и импульсных помех, что позволяет повысить помехоустойчивость при воздействии комплекса помех на единицы и десятки децибел в зависимости от базы сигнала.

На выходе демодулятора 16, работающего в синхронном режиме, возникает напряжение, изменяющееся согласно закону изменения частоты или фазы входного сигнала, т.е. демодулированное сообщение.

Для компенсации постоянного фазового сдвига использован фазовращатель 23 на 90^o, с выхода которого поступает опорный сигнал, не содержащий информацию о помехе, на синхронный детектор 15.

При воздействии на вход системы флуктуационного шума и импульсной помехи (ИП) на первый вход фазового детектора 22 поступает суммарный сигнал с выхода амплитудного ограничителя 17, а на второй вход фазового детектора 22 опорный сигнал с выхода фазовращателя 23. Возникающая разница между опорным и входным сигналами вызывает появление на выходе ФНЧ 19 напряжения помехи. В случае превышения порога чувствительности компаратора 26 на его выходе появляется сигнал запрета, который закрывает ключ 21, и сигнал "Пораженный ИП" не проходит на вход демодулятора 16 на время действия ИП. При этом, как правило, постоянная времени ФНЧ 18 больше, чем время действия ИП. Таким образом, демодулятор 16 не выходит из состояния синхронизма на время ИП.

В случае отсутствия на входе устройства ИП на выходе компаратора 26 сигнал запрета отсутствует и ключ 21 открыт.

На время анализа помеховой обстановки и выработки сигнала управления для ключа 21 необходимо задержать суммарный сигнал в канале обработки с угловой модуляцией. На это время необходимо задержать и разностный сигнал в другом канале, для чего служат линии 24 и 25 задержки. Время задержки линий 24 и 25 задержки выбирается одинаковым. Это время, в основном, определяется полосой пропускания ФНЧ 19.

С выхода синхронного детектора 15 сигнал идет на узкополосный ФНЧ 18, с помощью которого выделяется постоянная составляющая, знак которой зависит от знака угла рассогласования a. С выхода ФНЧ 18 эта составляющая поступает на блок управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей), который поворачивает облучатели так, что угол a становится равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол a -отрицательный) указанная составляющая положительная, облучатели повернуты в противоположную сторону.

ФНЧ 18 имеет полосу пропускания, значительно меньшую по сравнению с шириной спектра функции. Поэтому ФНЧ 18 может пропускать только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

Блок 20 с помощью напряжения, снимаемого с ФНЧ 18, устраняет рассогласование между поляризацией проходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны. При этом система регулирования работает по принимаемому сигналу, несущему информацию о передаваемых сообщениях.

Недостатком такой системы является низкая имитостойкость. Для повышения имитостойкости в устройстве-прототипе, содержащем на передающей стороне генератор сигналов, выход которого соединен со входом разветвителя мощности, выходы разветвителя мощности через первый и второй амплитудные модуляторы соединены с облучателями передающей антенны, вторые входы амплитудных модуляторов соединены с выходами противофазного усилителя; на приемной стороне, содержащей приемную антенну, облучатели которой соединены с двумя входами устройства поворота поляризации, третий вход которого соединен с выходом первого ФНЧ, а два выхода соединены с объединенными входами сумматора и вычитателя суммарно-разностного устройства, выход сумматора соединен со входом амплитудного ограничителя, выход которого соединен с линией задержки, а также соединяющей синхронный детектор, выход которого соединен со входом первого ФНЧ, второй ФНЧ и демодулятор, введены на передающей стороне последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор импульсов псевдослучайных длительностей, выход которого соединен со входом генератора сигналов, линией задержки, выход которой соединен со входом противофазного усилителя; на приемной стороне введены последовательно соединенные формирователь порога и схема сравнения, выход которой соединен со входом демодулятора, вход формирователя порога и второй вход схемы сравнения соединены с выходом второго ФНЧ, кроме того, один вход синхронного детектора соединен с выходом выключателя, второй с выходом амплитудного ограничителя, а выход со входом второго ФНЧ.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения: 1 генератор сигналов основных сообщений (фазовый манипулятор), 2 разветвитель мощности, 3, 4 амплитудные модуляторы, 5 парафазный усилитель, 6, 7 облучатели передающей антенны, 8 передающая антенна, 9, 10 облучатели приемной антенны, 11 приемная антенна, 12 суммарно-разностное устройство, 13 -сумматор, 14 вычитающее устройство, 15 синхронный детектор, 16 амплитудный ограничитель, 17 демодулятор основных сообщений, 18 узкополосный низкочастотный фильтр (УФНЧ), 19 устройство поворота поляризации.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи. На передающей стороне: генератор тактовых импульсов 20 через генератор импульсов псевдослучайных длительностей (ГПСД) 21 соединен со входом линии задержки 22 и входом модулятора 1, выход которого через разветвитель мощности 2 подключен одним выходом ко входу первого 3 и второму входу второго 4 амплитудных модуляторов, ко вторым входам которых подключены выходы противофазного усилителя 5, вход которого соединен с выходом линии задержки 22, выходы амплитудных модуляторов 3 и 4 подключены соответственно к облучателям 6, 7 передающей антенны 8; на приемной стороне: облучатели 9, 10 приемной антенны 11 через устройство поворота поляризации 19 соединены с двумя входами сумматорами 13 и вычитателя 14 суммарно-разностного устройства 12, выход сумматора 13 через амплитудный ограничитель 16 и линию задержки 26 соединен с одним из входов демодулятора 17, выход вычитателя 14 через последовательно соединенные синхронный детектор 15, ФНЧ 23 и формирователь порога соединен с одним из входов схемы сравнения 25, второй вход которой подключен к выходу ФНЧ 23, выход схемы сравнения 25 подключен ко второму входу демодулятора 17, выход амплитудного ограничителя 16, кроме того, соединен со вторым входом синхронного детектора 15, выход которого, кроме того, через узкополосный ФНЧ 18 соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации 19.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Тактовые импульсы, вырабатываемые генератором 20, поступают на генератор 21, который генерирует импульсы псевдослучайных длительностей. На один из входов модулятора 1 поступают информационные символы, а на второй импульсы псевдослучайной длительности с генератора 21, пример реализации которого приведен на фиг. 3, где обозначено: 21-1 счетчик; 21-2 дешифраторы; 21-3 - схема ИЛИ.

На выходе модулятора 1 выделяется высокочастотное колебание, промодулированное по фазе (или частоте) по закону информационных символов и импульсов псевдослучайной длительности, поступающих с ГПСД 21. Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его мощности пополам, и выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3 и 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей. В модуляторах 3 и 4 амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону следования импульсов с генератора псевдослучайных длительностей 21, задержанных во времени на t_з в линии задержки 22 и поданных на вход противофазного усилителя 5. С выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 сигнал поступает соответственно на облучатели 6, 7 передающей антенны 8, причем когда на выходе амплитудного модулятора 3 максимум энергии, то на выходе амплитудного модулятора 4 минимум, и наоборот.

Передающая антенна 8 может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями 6 и 7 или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями.

Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, излучаемые передающей антенной 8, принимаются приемной антенной 11, облучатели (возбудители) 9, 10 которой имеют ортогональную линейную или круговую поляризацию.

Конструктивно приемная антенна выполнена аналогично передающей.

Принятый приемной антенной 11 сигнал через устройство поворота 19 поляризации поступает на два входа суммарно-разностного устройства 12.

В сумматоре 13 сигнал, поступающий с облучателей 9, 10 суммируется с одновременным снятием амплитудной модуляции. С выхода сумматора 13 через амплитудный ограничитель 16 поступает на линию задержки 26, где производится задержка во времени на τ_з, равное времени задержки в линии 22 на передающей стороне. Этот сигнал подается на один из входов демодулятора 17.

Принятый сигнал с облучателей 9, 10 одновременно подается и на входы вычитающего устройства 14, где осуществляются вычитание сигнала, принятого одним облучателем, из сигнала, принятого вторым облучателем, и увеличение глубины амплитудной модуляции. С выхода вычитателя 14 сигнал поступает на вход синхронного детектора 15, опорным сигналом для которого является сигнал с выхода амплитудного ограничителя 16, подаваемый на его второй вход. С выхода синхронного детектора, проходя узкополосный ФНЧ из этого сигнала, выделяется постоянная составляющая, знак которой зависит от знака угла рассогласования между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны.

Эта постоянная составляющая подается на устройство управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей) 19, с помощью которого облучатели повернутся так, что угол рассогласования станет равным нулю.

Узкополосный ФНЧ 18 имеет полосу пропускания, значительно меньшую по сравнению с полосой спектра сигнала, и, следовательно, он может пропускать только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

С выхода синхронного детектора 15 сигнал, кроме того, подается на ФНЧ 23, на выходе которого выделяются огибающая амплитудной модуляции, видеоимпульсы, которые подаются на формирователь порога 24 и на один из входов схемы сравнения 25, где сравнивается с порогом, сформированным в формирователе 24 и поданным на второй вход схемы сравнения 25.

В случае превышения порога сигнал подается на демодулятор 17, который может быть выполнен в виде последовательно соединенных оптимального фильтра, настроенного на последовательность импульсов с псевдослучайными длительностями, формируемых в блоке 21, схемы разрешения (ключа), на управляющий вход которой подается отклик с оптимального фильтра, и демодулятора основных сообщений ФМ (ЧМ).

Таким образом, применение импульсной последовательности с псевдослучайными длительностями импульсов, по закону которых производится фазовая (частотная) модуляция, и задание различной задержки этим импульсам в предлагаемое устройство позволяют в значительной степени повысить имитостойкость этого устройства.

Использование: в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты. Сущность изобретения: система радиосвязи с повышенной имитостойкостью содержит модулятор 1 с угловой модуляцией, разветвитель мощности 2, амплитудные модуляторы 3,4, фазоинверсный усилитель 5, облучатели передающей антенны 6, 7, передающую антенну 8, суммарно-разностный блок 12, сумматор 13, вычитатель 14, фильтры нижних частот 18, 23, блок 19 управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, генератор 20 тактовых импульсов, генератор 21 псевдослучайных последовательностей, линию задержки 22, формирователь порога 24, схему сравнения 25. 3 ил.

Система радиосвязи с повышенной имитостойкостью, содержащая на передающей стороне модулятор с угловой модуляцией, выход которого подключен к входу разветвителя мощности, выходы которого соединены с входами первого и второго амплитудных модуляторов, выходы которых соединены с облучателями передающей антенны и фазоинверсный усилитель, выходы которого соединены с вторыми входами амплитудных модуляторов, а на приемной стороне блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, два входа которого соединены с облучателями приемной антенны, а управляющий вход соединен с выходом первого фильтра нижних частот (ФНЧ), два выхода блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны соединены с соответствующими входами сумматора и вычитателя, выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, выход которого соединен с линией задержки, а также синхронный детектор, выход которого соединен с входом первого ФНЧ, второй ФНЧ и демодулятор, отличающаяся тем, что на передающей стороне введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных последовательностей и линия задержки, выход которой подключен к входу фазоинверсного усилителя, а выход генератора псевдослучайных последовательностей подключен к входу модулятора с угловой модуляцией, а на приемной стороне введены последовательно соединенные формирователь порогового напряжения и блок сравнения, выход которого соединен с входом демодулятора, вход формирователя порогового напряжения и второй вход блока сравнения соединен с выходом второго ФНЧ, первый и второй входы синхронного детектора соединены соответственно с выходами вычитателя, выход синхронного детектора подключен к входу второго ФНЧ.