СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ЗАЩИЩЕННОЙ РАДИОСВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ Российский патент 1998 года по МПК H04B13/02 

Предлагаемые объекты изобретения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области радиотехники, а именно к технике радиосвязи и, в частности, могут быть использованы при организации защищенных от дестабилизирующих воздействий низкоскоростных радиолиний связи, использующих диапазон очень низких частот (ОНЧ).

Известны способы построения защищенных радиолиний с использованием ОНЧ (см. пат. США, N 2989621, кл. H 04 B 13/00, 20.06.1961). Способ заключается в формировании информационного сигнала, модуляции высокочастотного (в.ч.) сигнала в диапазоне ОНЧ, его излучении с помощью излучателя магнитного типа, размещенного в толще земли, возбуждающего поверхностную волну, приеме сигнала на антенну магнитного типа, помещенную в земле, селекции принятого в.ч. сигнала и выделении информационного сигнала.

Здесь и далее под в.ч. сигналом в диапазоне ОНЧ понимается частота несущей, излучаемой в свободное пространство.

Недостатком данного способа является его невысокая защищенность от воздействия различного рода электромагнитных помех и несанкционированного прослушивания работы радиолинии. Указанные недостатки обусловлены использованием поверхностной волны.

Известен также способ построения защищенных радиолиний, исключающий выход электромагнитных волн в верхнее полупространство (см. пат. США N 3967201, кл. H 04 B 13/02, 29.06.76). Способ заключается в размещении приемо-передающей аппаратуры в скважине, пробуренной в толще земли, формировании информационного сигнала, модуляции им в.ч. несущей (ОНЧ), излучении электромагнитных колебаний излучателем магнитного типа, приеме сигнала несущей частоты на излучатель магнитного типа, установленный в скважине, селекции сигнала, его обработке и выделении на нагрузке.

Однако данный способ приемлем только для относительно коротких трасс, не превышающих несколько единиц километров, что связано с большим затуханием электромагнитной волны в полупроводящей земле.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ ведения защищенной радиосвязи на ОНЧ, описанный в книге Artur D.Watt "VLF Radio Engineering", Oxford, London, N.Y., Pergamon press, 1967, p. 583-585. Способ-прототип заключается в формировании информационного сигнала, его трансляции по кабельным линиям связи на передающий узел с передатчиком ОНЧ, модуляции этим сигналом в.ч. сигнала ОНЧ, усиление и излучении с помощью малогабаритной антенны, приеме в.ч. сигнала с предварительной его селекцией, демодуляции, вторичном преобразовании его для передачи по кабельным или радиорелейным линиям связи к пользователю, обработке сигнала с выделением информационной составляющей и выделении на нагрузке.

Данный способ позволяет обеспечить устойчивую связь практически на любые расстояния благодаря использованию на ОНЧ пространственной волны и упростить передачу информационного сигнала от пользователей на приемно-передающие центры за счет преобразований сигнала ОНЧ в диапазон УКВ и передаче его по радиорелейным (кабельным) линиям связи.

Однако способ-прототип имеет недостатки:
невысокую защищенность радиосвязи от несанкционированного прослушивания работы канала и преднамеренных помех;
большие энергетические затраты, связанные с необходимостью достижения требуемого превышения уровня сигнала над уровнем помех в точке приема, обеспечивающего устойчивую работу канала связи.

Кроме того, применение кабельных или радиорелейных линий снижает защищенность радиосвязи от физических воздействий на элементы системы радиосвязи.

Известны системы защищенной радиосвязи на ОНЧ (см., например, пат. США N 2992325, кл. H 04 B, 11.07.61; пат. США N 3867710, кл. H 04 B 13/02, 18.02.1975). Система по пат. N 2992325 включает на передающем узле передатчик, размещенный в подземном бункере и подключенный ко входу подземной антенны, а на приемном узле подземную антенную решетку, связанную через блоки фазирования и амплитудные делители со входом приемного устройства.

Система по пат. N 3867710 состоит из одного или более узлов связи, установленных на объектах под водой и/или узла связи на суше. Узлы, находящиеся под водой, включают приемник, передатчик, выпускные антенны и дополнительные системы с приемопередатчиком, выбрасываемые подводным объектом на поверхность воды. Узел, находящийся на земле, включает стационарную антенну и приемопередатчик. Такая система обеспечивает связь с объектом, находящимся в сильнопроводящей среде (морской воде), благодаря ретрансляции сигнала через выбрасываемую на поверхность воды дополнительную аппаратуру с антенной.

Однако известные системы защищенной радиосвязи имеют недостатки:
невысокая энергетика каналов связи из-за значительного затухания электромагнитной волны в полупроводящей среде;
низкая защищенность канала от воздействия электромагнитных помех (пат. N 3867710), т. к. связь осуществляется с выходом излучения в верхнее полупространство;
относительно малые протяженности радиотрассы (пат. N 2992325) из-за больших потерь в малогабаритных антеннах, устанавливаемых в толще земли.

Наиболее близкой по своей технической сущности является система защищенной радиосвязи на ОНЧ, описанная в книге Artur D.Watt "VLF Radio Engineering", Oxford, London, N.Y., Rergamon press, 1967, p. 584, fig. 7.1.1.

Устройство-прототип состоит из приемного и передающего узлов. Передающий узел включает информационный процессор, подключенный выходом ко входу блока преобразователя сигнала, связанного кабельной (или радиорелейной) линией с блоком управления, выход которого подключен к модулятору передатчика. Выход передатчика через блок согласования подключен к малогабаритной мачтовой антенне. Приемный узел состоит из антенны, через предварительный селектор связанной демодулятором, выход которого подключен к блоку преобразования. Блок преобразования кабельной или радиорелейной линией подключен ко входу блока обработки сигнала, выход которого связан с оконечной аппаратурой.

Благодаря использованию наружных антенн достигаются (при соответствующих мощностях передатчиков) неограниченные дальности связи на ОНЧ.

Однако устройство-прототип имеет недостатки:
низкая защищенность канала радиосвязи от воздействия внешних электромагнитных полей и несанкционированного прослушивания радиоканала, что обусловлено применением свободно распространяющихся в атмосфере электромагнитных волн;
большие энергетические затраты, связанные с достижением требуемого соотношения уровней сигнала/помеха в месте приема; это обусловлено необходимостью работы на ОНЧ относительно широкополосными сигналами и применением неэффективных малогабаритных антенн.

Целью заявляемых объектов изобретения является разработка способа ведения защищенной радиосвязи и системы, его реализующей, которые обеспечивают повышение защищенности радиосвязи от воздействия электромагнитных помех, физических воздействий на элементы системы и от несанкционированного прослушивания работы каналов при одновременном снижении энергетических затрат на достижение требуемого качества работы радиолинии.

Поставленная цель в заявляемом способе достигается тем, что в известном способе ведения защищенной радиосвязи, заключающемся в формировании информационного сигнала, выработке управляющего сигнала, генерировании в.ч. сигнала, его излучении, приеме с предварительной селекцией и выделении информационного сигнала, управляющий сигнал вырабатывают последовательно через каждый установленный временной интервал. В.ч. сигнал генерируют в форме совокупности узкополосных разнесенных по частоте составляющих. Затем их суммируют, усиливают и излучают. Принимают с предварительной селекцией. Переносят спектр принятого сигнала в низкочастотную область диапазона ОНЧ с последующей повторной его селекцией. После чего из группового сигнала выделяют частотные составляющие. Идентифицируют принятый сигнал и выделяют его информационную составляющую. Процессы выработки управляющего сигнала и идентификации принятого сигнала синхронизированы.

Управляющий сигнал в каждом временном интервале дополнительно может вырабатываться по случайному закону. Излучать в.ч. сигнал можно как с использованием наружных, так и подземных антенн. Для синхронизации процессов выработки управляющего и идентификации принятого сигналов могут использовать систему сигналов единого времени.

Указанная новая совокупность существенных признаков позволяет информационный сигнал передавать в квазиузкополосном режиме (узкополосной для каждой частной составляющей), чем достигается, при существенно меньших энергетических затратах, требуемая надежность работы радиоканала и выделение передаваемого сигнала даже на фоне помех, превышающих по своему уровню в точке приема уровень сигнала. Этим достигается возможность работы электромагнитными волнами, распространяющимися в верхнем полупространстве, при существенно большей защищенности канала радиосвязи.

Поставленная цель в заявляемом устройстве достигается тем, что в известной системе защищенной радиосвязи, включающей на передающем узле информационный процессор, связанный своим выходом с входом блока управления, в.ч. генератор и антенну, а на приемном узле антенну, подключенную ко входу предварительного селектора, усилитель и окончательную аппаратуру, на передающем узле дополнительно введены блок синхронизации (БС), блок в.ч. генераторов (БВЧГ), содержащий N в.ч. генераторов (N≥3), сумматор и усилитель мощности (УМ). N выходов блока управления (БУ) подключены к N входам БВЧГ, N выходов которого связаны с N входами сумматора. Выход сумматора подключен ко входу УМ, который в свою очередь выходом связан с антенной. N выходов БС подключены к первым N входам БУ, ко вторым N входам которого подключены N выходов информационного процессора. Дополнительный выход БС связан дополнительным входом БУ. На приемном узле дополнительно введены преобразователь группового сигнала (ПГС), генератор, фильтр группового сигнала (ФГС), блок канальных фильтров (БКФ), блок интеграторов (БИ), идентификатор, блок синхронизации (БС), дешифратор и оконечное устройство. Выход предварительного селектора подключен ко входу группового усилителя (ГУ), выход которого подключен к первому входу ПГС. Второй вход ПГС связан с выходом генератора, а выход ПГС подключен ко входу ФГС.

Выход ФГС подключен ко входу БКФ, N выходов которого подключены к N входам БИ. N выходов БИ связаны с первыми N входами идентификатора, вторые N входов которого связаны с N выходами БС. N выходов БИ подключены к N входам дешифратора, выход которого подключен к оконечному устройству. Дополнительный выход БС подключен к дополнительному входу БИ.

БУ состоит из N исполнительных элементов и N сумматоров по модулю два, первые и вторые входы которых являются соответственно первой и второй группами N входов БУ. Выходы N сумматоров по модулю два подключены к соответствующим первым входам N исполнительных элементов, вторые входы которых включены в параллель и связаны с дополнительным входом БУ. Выходы N исполнительных элементов являются выходами БУ.

Идентификатор состоит из N сумматоров по модулю два, первые и вторые входы которых являются соответственно первой и второй группами N входов идентификатора, а их выходы являются N выходами идентификатора.

Блок синхронизации (БС) состоит из опорного генератора (ОГ), счетчика, одновибратора, элемента И и кольцевого регистра (КР). Выход ОГ подключен ко входу счетчика, первый выход которого связан с входом одновибратора и одновременно является дополнительным входом блока синхронизации. Второй выход счетчика подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора. Выход элемента И подключен ко входу кольцевого регистра, N выходов которого являются N выходами блока синхронизации. Вход ОГ связан с каналом управления запуска.

Во втором варианте исполнения БС вместо кольцевого регистра устанавливают датчик псевдослучайных чисел (ДПСЧ). Вход ДСПЧ подключен к выходу элемента И, а его N выходов являются N выходами БС. Все другие связи остаются такими же, как и в первом варианте исполнения БС.

В качестве антенн на приемном и передающем узлах могут использоваться подземные антенны. На передающем узле антенна может быть реализована в виде воздушной линии электропередачи.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков заявленного устройства обеспечивает при относительно невысоких значениях выходной мощности передатчика устойчивую работу канала на уровнях сигнала ниже уровня шумов, что обеспечивает полную безопасность связи от несанкционированного прослушивания. Это достигается формированием информационного сигнала в виде дискретных узкополосных частотных составляющих, а преобразование и многократная селекция принятого сигнала, в том числе поканальная селекция каждой составляющей, обуславливают возможность реализации фильтров с достижимой добротностью. Дополнительная защита обеспечивается формированием управляющего сигнала в каждом цикле по случайному закону.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5 - схемы, поясняющие сущность заявленного способа; на фиг. 6, 7 - общая структурная схема заявленного устройства; на фиг. 8 - вариант построения схемы блока управления; на фиг. 9 - схемы элементов, входящих в блок управления; на фиг. 10 - вариант схемы сумматора; на фиг. 11 - схема идентификатора; на фиг. 12 - схема интегратора; на фиг. 13 - варианты построения схемы блока синхронизации; на фиг. 14, 15 - рисунки, поясняющие принцип работы заявленного устройства; на фиг. 16 - схема экспериментальной установки.

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

Известно, что радиолинии ОНЧ используют, в частности, в случаях, когда тракт распространения радиоволн или его часть проходит в средах с потерями (одна или более антенны радиолинии расположены в толще земли или воды; электромагнитные волны между пунктами связи распространяются без выхода в верхнее полупространство и т.д.). Применение радиоволн диапазона ОНЧ обусловлено их меньшим затуханием в этих условиях, большей глубиной проникновения в толщу земли. Однако достижение требуемого превышения уровня сигнала P_с над уровнем помех P_п в точке приема в таких радиолиниях связано с большими энергетическими затратами. Приемлемая безопасность связи, реализуемая в полной мере в радиолиниях ОНЧ без выхода электромагнитных волн (ЭМВ) в свободное пространство возможна на относительно небольшие расстояния (единицы километров) даже при мощности передатчиков в несколько сот киловатт. Практически любые дальности связи на ОНЧ достигаются при использовании заглубленных антенн, но с выходом ЭМВ в свободное пространство.

Однако при таком подходе снижается безопасность связи как из-за возможности несанкционированного прослушивания работы радиоканала, так в силу более значительного влияния помех. Последнее требует для обеспечения заданного уровня P_с/P_п вновь поднимать энергетику передатчиков, и, как следствие, снижать безопасность связи. С точки зрения глубины проникновения ЭМВ в полупроводящую среду целесообразно снижать рабочие частоты. Но это резко снижает эффективность антенн. Работа на более высоких частотах упрощает реализацию антенн с приемлемой эффективностью, но для достижения требуемой глубины проникновения в этом случае необходимо повышать энергетику канала, что в свою очередь снижает безопасность связи. Указанное противоречие преодолевается в заявленном способе.

Информационный сигнал в форме комбинации цифр или букв преобразуют в управляющий сигнал в виде комбинации символов 0 или 1 (фиг. 1). Число символов N в комбинации выбирают равным числу управляемых генераторов, каждый из которых работает на своей частоте f_i (i=1, 2, 3, 4, ... N). Частоты всех управляемых генераторов выбраны в интервале Δf , симметричном относительно центральной несущей частоты f₀. Причем интервал Δf составляет единицы Гц, а центральная частота десятки кГц (фиг. 2). Рабочие частоты управляемых генераторов распределены равномерно в интервале Δf и имеют значения
.

Символ 1 в последовательности управляющего сигнала соответствует команде на включение соответствующего генератора. Каждый из генераторов вырабатывает в. ч. монохроматический сигнал. Таким образом, суммарный групповой сигнал от всех в.ч. генераторов занимает частотный спектр Δf, , не превышающий единиц Гц. Относительно высокая частота излучения (десятки кГц) упрощает реализацию элементов радиоканала, в частности создания малогабаритных антенн с приемлемой эффективностью.

Излучение группового сигнала производят в свободное пространство, чем достигают снижение требований к уровню энергетики при заданных дальностях связи.

Принятый сигнал для его фильтрации от помех требует, чтобы селективные цепи приемного устройства обладали добротностью Q, определяемой отношением f_oΔf . При f₀ = 40 кГц; и Δf = 4 Гц и Q = 10⁴, что практически нереализуемо. Поэтому после предварительной селекции принятый групповой сигнал переносят в н.ч. область диапазона ОНЧ со средней частотой f_он. Интервал частот в области н. ч. определяется установленным на передающем конце интервалом Δf группового сигнала (см. фиг. 3). Затем групповой сигнал подвергается вторичной селекции. После чего выделяют частотные составляющие. Эта операция реализуется с помощью набора узкополосных фильтров. Причем частотный интервал Δf_i= Δf/N, , в пределах которого находится 1-я частотная составляющая f_i принятого сигнала охватывается группой узкополосных канальных фильтров с примыкающими полосами пропускания
Δf_ij= f_i/Q_pj, ,
где
i = 1, 2, 3, ... M;
M - число узкополосных канальных фильтров, охватывающих частотный интервал f_i;
Q_pj - реализуемая добротность j-го фильтра.

Этим достигается не только высокая степень фильтрации частотных составляющих сигнала, но и возможность дополнительного увеличения безопасности радиосвязи за счет частотной перестройки каждого из в.ч. генераторов в пределах Δf_i. .

Выделенные составляющие идентифицируют, т. е. устанавливают его соответствие комбинации управляющего сигнала на передающем узле (фиг. 4).

Установленную последовательность дешифруют и передают на оконечную аппаратуру.

Реализация данного способа при относительно маломощных передатчиках обеспечивает передачу информационного сигнала даже на уровне ниже уровня шумов. Дополнительное повышение безопасности обеспечивается путем изменения последовательности управляющего сигнала на передающем конце через установленные временные интервалы (например, каждые 10-15 мин).

Комбинация последовательностей управляющего сигнала в каждом временном цикле может выполняться по псевдослучайному закону. В последнем случае синхронизация работы передающего и приемного узлов может быть реализована несколькими известными путями.

Учитывая инерционность работы каналов связи ОНЧ, достаточным оказывается для синхронизации установление по другим каналам связи времени включения системы. Приведение в исходное состояние системы при изменении управляющих сигналов в каждом цикле достигается применением на приемном и передающем узлах высокостабильных опорных генераторов, вырабатывающих управляющий сигнал на перестройку системы. Кроме того, синхронизация системы может достигаться по системе сигналов единого времени.

Учитывая относительно невысокие требования к энергетике при реализации данного способа, практически без ущерба для качества связи могут использоваться подземные антенны, обладающие, как известно, относительно низкой эффективностью. При необходимости увеличения дальности связи могут применяться также наружные антенны.

Возможность работы системы на уровнях сигнала ниже уровня помех исключает несанкционированное прослушивание работы канала с помощью существующей в настоящее время аппаратуры.

Система защищенной радиосвязи, показанная на фиг. 6, 7, состоит из передающего и приемного узлов. Передающий узел состоит из информационного процессора (ИП) 1, блока управления (БУ) 2, блока в.ч. генераторов (БВЧГ) 3, сумматора 4, усилителя мощности (УМ) 5, антенны 6 и блока синхронизации (БС) 7. Приемный узел состоит из антенны 8, предварительного селектора (ПС) 9, группового усилителя (ГУ) 10, преобразователя группового сигнала (ПГС) 11, генератора 12, фильтра группового сигнала (ФГС) 13, блока канальных фильтров (БКФ) 14, блока интеграторов (БИ) 15, идентификатора 16, дешифратора 17, оконечного устройства (ОУ) 18 и синхронизатора 19. N выходов ИП 1 подключены к первым N входам БУ 2, N выходов БУ 2 подключены к N входам БВЧГ 3, N выходов которого связаны с N входами сумматора 4. Выход сумматора 4 подключен ко входу УМ 5. Выход последнего связан с антенной 6.

N выходов БС 7 подключены ко вторым N входам БУ 2. Дополнительный выход БС 7 (выход a) подключен к дополнительному входу БУ 2, (вход a). На приемном узле антенна 8 подключена ко входу ПС 9, который каскадно включен с ГУ 10, ПГС 11 и ФГС 13. Второй вход ПГС 11 связан с выходом генератора 12. Выход ФГС 13 подключен к входу БКФ 14, N выходов которого связаны с N входами БИ 15. N выходов БИ 15 подключены к первым N входам идентификатора 16, а его вторые N входы связаны с N выходами блока синхронизации 19. N выходов идентификатора подключены к N входам дешифратора 17, выход которого связан оконечным устройством 18. Дополнительный выход (выход c) синхронизатора 19 подключен к дополнительному входу (вход c) БИ 15.

БУ 2, показанный на фиг. 7, включает N сумматоров по модулю два: 2.1¹, 2.1², 2.1³ . . . 2.1^N и N ключей: 2.2¹, 2.2², 2.2³ ... 2.2^N. Первые входы (входы k) каждого сумматора 2.1 подключены к соответствующим первым входам БУ 2, а их вторые входы (входы m) связаны с соответствующими вторыми входами БУ 2. Выходы каждого сумматора по модулю два 2.1¹ ... 2.1^N подключены к первым входам соответствующих ключей 2.2¹ ... 2.2^N. Вторые входы всех ключей включены в параллель и связаны с дополнительным входом (вход a) БУ 2, а их выходы связаны с соответствующими N выходами БУ 2.

Схема сумматора по модулю два может быть реализована различным образом. В частности на фиг. 9а показан вариант сумматора, выполненный на логических элементах И-НЕ.

Функциональное предназначение ключей состоит в передаче от соответствующего сумматора сигнала на включение в.ч. генератора и на его отключение по команде от БС 7. Вариант реализации схемы ключа 2.2 показан на фиг. 9б.

Идентификатор 16 (фиг. 11) включает N сумматоров по модулю два первые (входы k) и вторые (входы m), входы которых являются соответственно первыми и вторыми N входами идентификатора, а их выходы N выходами идентификатора.

Сумматор 4 может быть выполнен по трансформаторной схеме (см. фиг. 10).

В качестве УМ 5 может быть использован любой стандартный усилитель ОНЧ, применяемый в настоящее время.

Блоки синхронизации 7 и 19 идентичны и в общем случае могут быть выполнены в двух вариантах: при априорных значениях частотных составляющих для данного информационного сигнала во всех циклах (фиг. 13а) и при выборе в каждом цикле частотных составляющих для данной команды по псевдослучайному закону (фиг. 13б).

В первом случае (фиг. 13а) БС 7 состоит из опорного генератора (ОГ) 7.1, вход которого связан с каналом управляющего сигнала (вход "запуск"), а выход подключен к счетчику импульсов 7.2. Первый выход счетчика 7.2 является дополнительным выходом (выходом a) БС 7 и, кроме того, этот выход подключен ко входу одновибратора 7.3, выход которого подключен к первому входу элемента И 7.4. Второй вход элемента И 7.4 подключен ко второму выходу счетчика 7.2. Выход элемента И 7.4 подключен ко входу кольцевого регистра 7.5, N выходов которого являются N выходами БС 7.

Во втором случае (фиг. 13б) вместо кольцевого регистра в схему включен датчик псевдослучайных чисел (ДПСЧ) 7.5. Остальные элементы и связи между ними остаются без изменений.

На приемном узле схема блока синхронизации 19 полностью должна быть аналогична схеме БС 7 на передающем узле.

При использовании схемы БС 7, показанной на фиг. 13а, необходимо предварительно в кольцевой регистр записать последовательность в двоичном коде. Для этого можно использовать схемы формирователей двоичных импульсов с запуском от механических переключателей. Такие схемы известны, см., например, книгу: Микросхемы и их применение. - М., Радио и связь, 1983, с. 211, рис. 7.5 д, е. В этой же книге на с. 211, рис. 7.5 г приведена схема формирователя длинных импульсов, по сути являющегося одновибратором.

На с. 211-213 данной книги приведены варианты генераторов импульсов, которые могут быть использованы в качестве опорных генераторов в БС 7 (БС 19).

Входящие в описанные схемы БС 7 (БС 19) элементы и принцип их работы известны и описаны, например, в книге: Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М., Энергоатомиздат, 1988 г.:
счетчик 7.2 - на с. 252-276;
кольцевой регистр 7.5 - на с. 285-290;
ДПСЧ 7.5 - на с. 290-294;
элемент И - на с. 14.

Информационный процессор 1 по своей сути является шифратором, схема которого и принцип работы известны, см., например, указанную выше книгу Потемкина И.С., с. 102-107.

В этой же книге на с. 87-96 приведены варианты построения и описание работы дешифраторов, которые могут быть использованы в качестве дешифратора 17, в схеме на фиг. 7.

Интеграторы, входящие в БИ 15, в простейшем варианте могут быть реализованы на основе накопительных конденсаторов (фиг. 12).

ПС 9, ФГС 13 являются фильтрами на сосредоточенных элементах. Правила расчета их параметров при заданных значениях полосы пропускания известны, см. , например книгу: Справочник по радиоэлектронике, т. 1/Под ред. А.А.Куликовского. - М., Энергия, 1967, с. 197.

Каждый из N канальных фильтров, входящих в БКФ 14, выполнен в виде включенных в параллель M узкополосных канальных фильтров, каждый с полосой пропускания Δf_ij (j=1,2,...M). Причем полоса пропускания Δf_ij каждого j-го узкополосного канального фильтра, входящего в состав i-го канального фильтра, выбрана из условия
Δf_ij= Δf_i/Q_pj, ,
где
Δf_i - общая полоса i-го канального фильтра;
Q_pj - реализуемая добротность j-го узкополосного канального фильтра.

Причем .

При включении в систему подземных антенн в качестве передающей и приемной может использоваться известная подземная антенна по пат. США N 3435457, кл. H 01 Q 1/04, 25.03.1969.

Также в качестве передающей могут применяться линии электропередачи (ЛЭП), с использованием развязывающих фильтров. Описание схемы антенны ОНЧ на основе ЛЭП содержится, например, в работе: R.S.Macmillan, W.V.Rusch, R.M. Golden "A Very-Low-Frequensy Antenna for Investigating the Ionosphe with Horisontally Polariset Radio Waves". Jornal of Research of the National Bureau of Standards, D.Radio Propagation, vol.64 D, No.1, January-Februaru, 1960, Fig. 13, p. 35.

Заявленное устройство работает следующим образом.

При введении в информационный процессор 1 команды в виде набора букв или цифр (например, с помощью клавиатуры) в нем формируется последовательность двоичного кода, включающая N символов (фиг. 14а). N равно числу управляемых в.ч. генераторов. Одновременно по команде "запуск" включаются блоки синхронизации 7 и 19 соответственно на передающем и приемном узлах. Учитывая большую инерциональность системы на ОНЧ, команда на запуск может в самом простейшем случае осуществляться одновременно на узлах в предварительно оговоренный момент времени операторами путем включения опорных генераторов, входящих в состав блока синхронизации. Запуск может, кроме того, осуществляться по системе единого времени, также в заранее установленный момент.

Сформированная последовательность с выхода информационного процессора и одновременно вторая последовательность, сформированная в блоке синхронизации 7 (фиг. 14б), поступают соответственно на входы k и входы m элементов 2.1 в блоке управления 2. При совпадении сигналов на входах k и m любого из сумматоров по модулю два (элементы 2.1) в блоке управления 2 на его выходе формируется символ 0, а при несовпадении - символ 1 (фиг. 14в). Одновременно с началом каждого цикла по команде от входа а (фиг. 14г) все ключи приводятся кратковременно в положение "отключено", чем приводятся в исходное "отключенное" состояние все в. ч. генераторы. В соответствии со сформированной комбинацией на выходах элементов 2.1 в блоке управления 2 срабатывают ключи (фиг. 9б), на вход которых поступил символ 1, и подают управляющее напряжение на включение соответствующих передатчиков, частоты которых f_i предварительно установлены в интервале ± Δf/2 относительно центральной частоты f₀ (фиг. 14д). По истечении установленного временного интервала (например 10-15 мин), от блока синхронизации поступает повторно с выхода а команда на отключение всех передатчиков и их повторное включение в соответствии с вновь сформированным управляющим сигналом на выходе блока управления 2. Все включенные в данном цикле в.ч. генераторы вырабатывают, как отмечалось при описании способа, монохроматические сигналы, которые после суммирования и усиления излучаются в свободное пространство в виде группового сигнала.

Принятый на приемном узле групповой сигнал подвергается предварительной селекции. Однако, как отмечалось в описании способа, в силу практически невыполнимых требований к добротности входных контуров, сигнал (при его невысоком уровне) не может быть выделен на фоне шумов. Поэтому с помощью ПГС 11 и генератора 12 спектр группового сигнала переносят в низкочастотную область диапазона ОНЧ со средней частотной f_он. Следовательно, частота генератора 12 должна иметь значение f_r = f_o - f_он. Повторная селекция группового сигнала обеспечивает более высокую фильтрацию помех в силу менее жестких требований к добротности используемых контуров. Окончательная селекция составляющих группового сигнала происходит в блоке канальных фильтров 14. Причем каждый из N канальных фильтров с полосой Δf_i выполнен в виде совокупности M узкополосных фильтров с примыкающими полосами пропускания Δf_ij так, что
.

При таком исполнении достигается практически полная отфильтровка сигнала от помех. Кроме того, выполнение каждого из канальных фильтров в виде совокупности узкополосных фильтров обеспечивает возможность перестройки в.ч. генераторов в интервале Δf_i без потери качества фильтрации сигнала. Последнее обеспечивает дополнительную возможность изменения частотной структуры сигнала и, следовательно, более высокую безопасность связи. Частотные монохроматические составляющие в блоке интеграторов формируют уровни напряжений, поступающие на первые входы (входы k) соответствующих сумматоров по модулю два, образующих блок идентификации 16. Одновременно на входы m этих же элементов поступает последовательность с выхода блока синхронизации 19 (фиг. 15) в результате на выходе идентификатора 16 формируется последовательность (фиг. 15в), полностью повторяющая последовательность на выходе информационного процессора 1 (см. фиг. 14а). В дешифраторе 17 происходит операция восстановления исходной информационной команды, т.е. выполняется операция, обратная операции, выполненной в информационном процессоре 1. Исходная информационная команда фиксируется оконечной аппаратурой, в качестве которой может использоваться любое индикаторное устройство: самописец, цифровое табло, ПЭВМ и т.п.

По завершению временного цикла с выхода c блока синхронизации 19 на выход c блока интеграторов поступает сигнал "сброса" напряжений с накопителей блока интеграторов 15 (см. фиг. 12), чем достигается приведение приемного тракта в исходное состояние.

Последовательности, формируемые в блоках синхронизации 7 и 19, могут задаваться по определенной программе или на основе датчика псевдослучайной последовательности 7.3 (фиг. 13б). В последнем случае достигается более высокая степень безопасности работы канала как с точки зрения воздействия помех, так и вероятности несанкционированного прослушивания работы радиоканала.

Возможность достижения поставленной цели проверена путем организации работы канала радиосвязи на основе заявленного способа.

Структурная схема экспериментальной установки показана на фиг. 16.

На передающем узле блок в.ч. генераторов включал три (N = 3) генератора ГЗ-110, рабочие частоты которых f₁, f₂, f₃ выбирались в интервале Δf = (26,999-27) кГц со скважностью Δf_i= 0,05 Гц, , т.е. всего 200 возможных рабочих частот.

Усилитель мощности с регулируемой выходной мощностью P = 1-5 кВт. В качестве передающей антенны использована однопроводная стелющаяся антенна длиной 2 км.

В качестве информационного процессора использована ПЭВМ, через буферное устройство подключенная к блоку управления, состоящего из трех электронных ключей. Выходы генераторов ГЗ-110 нагружались на трансформаторный сумматор.

На приемном узле в качестве приемной антенны использована десятивитковая экранированная квадратная рамка со стороной 1 м. Предварительная селекция группового сигнала и его усиление осуществлялось селективным нанавольтметром "UNIPAN-237" (рабочий диапазон 1 Гц - 150 кГц). В качестве преобразователя группового сигнала использован фазовый вольтметр "UNIPAN-232B", а генератора - высокостабильный генератор ГЗ-110, настроенный на частоту f_r = 26,999 кГц. Т. о. перенос спектра Δf группового сигнала выполнен в область частот 0,05 - 1 Гц. Поканальная фильтрация составляющих группового сигнала выполнена анализатором спектра СК4-72, рабочий диапазон которого в интервале (0 - 2) Гц разбит на 200 узкополосных поддиапазонов, каждый из которых снабжен узкополосным канальным фильтром с полосой пропускания Δf_ij= 0,01 Гц. . Выходы СК4-72 через переходное устройство были подключены ко входу ЭВМ для регистрации принятого сигнала.

Одновременно аналогичный сигнал передавался традиционным способом (по способу прототипу). Протяженность трассы 2000 км. Работа велась в телеграфном режиме.

Результаты испытаний показали:
устойчивый неискаженный прием информационного сигнала при работе заявленным способом обеспечивался при уровнях сигнала в точке приема
E_c≈1 - 3 мкВ/м;
устойчивый неискаженный прием информационного сигнала при работе системы по способу-прототипу достигался при уровне сигнала в точке приема
E_c≈100 мкВ/м;
известной аппаратурой контроля работу канала заявленным способом обнаружить не представилось возможным;
факт работы канала способом-прототипом устойчиво фиксировался.

Результаты экспериментальной проверки подтвердили возможность повышения безопасности радиосвязи при одновременно существенно меньших энергетических затратах, обеспечивающих стабильную работу радиоканала ОНЧ.

Изобретения относятся к области радиотехники и могут быть использованы при организации низкоскоростных радиолиний связи, использующих диапазон очень низких частот (ОНЧ). Целью изобретений является разработка способа и устройства, реализующих возможность достижения более высокой защищенности радиолиний ОНЧ. Способ включает формирование сигналов в виде совокупности монохроматических составляющих, его излучение в свободное пространство, на приемном узле трехкратную селекцию принятого сигнала: первый раз на частоте несущей, второй - после переноса спектра в область более низких частот, третий - поканально, после идентификации и обработки сигнала его фиксацию на оконечном устройстве. Устройство включает на передающем узле: блок управления 2, блок в.ч.генераторов 3, сумматор 4 и усилитель мощности 5. На приемном узле: блоки предварительной 9, групповой 13 и канальной 14 селекции сигнала, идентификатор 16. На приемном и передающем узлах работа синхронизирована с помощью блоков синхронизации 19 и 7. Предложенные способ и устройство обеспечивают устойчивую работу радиоканала при малых энергетических затратах и более высокой безопасности связи. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ ведения защищенной радиосвязи, заключающийся в формировании информационного сигнала, выработке управляющего сигнала, генерирования высокочастотного сигнала, его излучении, приеме с предварительной селекцией и выделении из него информационного сигнала, отличающийся тем, что управляющий сигнал вырабатывают последовательно через каждый установленный временной интервал, высокочастотный сигнал генерируют в форме совокупности узкополосных разнесенных по частоте составляющих, которые затем суммируют, после чего суммарный высокочастотный сигнал усиливают и излучают, а после приема с предварительной селекцией переносят спектр суммарного высокочастотного сигнала в низкочастотную область диапазона очень низких частот с последующей его повторной селекцией, затем из суммарного высокочастотного сигнала выделяют узкополосные разнесенные по частоте составляющие и идентифицируют высокочастотный сигнал, причем процессы выработки управляющего сигнала и идентификации высокочастотного сигнала синхронизированы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что управляющий сигнал в каждом временном интервале вырабатывают по случайному закону. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что высокочастотный сигнал излучают с помощью подземной антенны. 4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что синхронизацию процессов выработки управляющего и идентификации принятого сигналов выполняют по системе сигналов единого времени. 5. Система защищенной радиосвязи, включающая на передающем узле информационный процессор, подключенный первым выходом к первому входу блока управления, высокочастотный генератор и антенну, а на приемном узле антенну, подключенную к входу предварительного селектора, выход которого подключен к входу усилителя, и оконечное устройство, отличающаяся тем, что на передающем узле введены блок синхронизации, сумматор, усилитель мощности и N - 1 дополнительных высокочастотных генераторов, где N ≥ 3, причем все высокочастотные генераторы объединены в блок высокочастотных генераторов, N входов которого подключены к соответствующим N входам блока управления, а N выходов - к соответствующим N входам сумматора, выход которого подключен к выходу усилителя мощности, выход которого подключен к антенне, информационный процессор дополнительно снабжен N - 1 выходами, которые подключены к соответствующим дополнительным N - 1 входам блока управления, вторая группа из N входов которого подключена к соответствующим N выходам блока синхронизации, управляющий выход которого подключен к дополнительному управляющему входу блока управления, на приемном узле дополнительно введены преобразователь группового сигнала, генератор, фильтр группового сигнала, блок канальных фильтров, блок интеграторов, идентификатор, дешифратор и блок синхронизации, к первому и второму входам преобразователя группового сигнала подключены соответственно выходы усилителя и генератора, а его выход связан с входом фильтра группового сигнала, выход которого соединен с входом блока канальных фильтров, N выходов которого подключены к N входам блока интеграторов, а N выходов блока интеграторов подключены к первым N входам идентификатора, вторые N входов которого подключены к соответствующим N выходам блока синхронизации, а N выходов идентификатора подключены к соответствующим N входам дешифратора, выход которого подключен к оконечному устройству, дополнительный выход блока синхронизации подключен к дополнительному входу блока интеграторов. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что блок управления состоит из N исполнительных элементов, и N сумматоров по модулю два, первые и вторые входы которых являются соответственно первой и второй группами N входов блока управления, выходы N сумматоров по модулю два подключены к соответствующим первым входам N исполнительных элементов, вторые входы которых вкключены в параллель и связаны с дополнительным входом блока управления, выходы N исполнительных элементов являются выходами блока управления. 7. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что идентификатор состоит из N сумматоров по модулю два, первые и вторые входы которых являются соответственно первой и второй группами N входов идентификатора, а их выходы являются N выходами идентификатора. 8. Система по п.5, или 6, или 7, отличающаяся тем, что блок синхронизации состоит из опорного генератора, счетчика, одновибратора, элемента И и кольцевого регистра, выход опорного генератора подключен к входу счетчика, первый выход которого связан с входом одновибратора и одновременно является дополнительным выходом блока синхронизации, а второй подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, выход элемента И подключен к входу кольцевого регистра, N выходов которого являются N выходами блока синхронизации, причем вход опорного генератора связан с каналом управления запуска. 9. Система по п.5, или 6, или 7, отличающаяся тем, что блок синхронизации состоит из опорного генератора, счетчика, одновибратора, элемента И и датчика псевдослучайных чисел, вход опорного генератора связан с каналом управления запуска, а его выход - с входом счетчика, первый выход которого связан с входом одновибратора и одновременно является дополнительным выходом блока синхронизации, а второй подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, выход элемента И подключен к входу датчика псевдослучайных чисел, N выходов которого являются N выходами блока синхронизации. 10. Система по одному из пп.5 - 9, отличающаяся тем, что на приемном и передающем узлах антенны установлены в земле. 11. Система по одному из пп.5 - 9, отличающаяся тем, что на передающем узле в качестве антенны использована воздушная линия электропередачи.