ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/22 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигналов, в частности с эллиптической поляризацией (К.Г. Гусев, А.Д. Филатов, А.П. Сополев "Поляризационная модуляция", М.: Сов. радио, 1974, с. 63-161).

Недостатком этого устройства является то, что оно может быть использовано 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 практических 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 заявляемому является устройство радиосвязи с повторным использованием частоты по а.с. N 1385305, принятое за прототип.

Но данное устройство-прототип имеет недостаточно высокую помехоустойчивость по отношению к узкополосным и импульсным помехам, а также долгое вхождение в синхронизм.

Для увеличения помехоустойчивости по отношению к узкополосным и импульсным помехам, а также для ускорения поиска сигнала устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, два выхода которого соединены соответственно с высокочастотными входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам парафазного усилителя, выходы амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, на приемной стороне два облучателя (возбудителя) приемной антенны через устройство управления поляризацией подключены к двум входам сумматора и двум входам вычитающего устройства, синхронный детектор, один из входов которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, а выход синхронного детектора через узкополосный низкочастотный фильтр соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации и демодулятор введен на передающей стороне синтезатор частот, выход которого соединен с одним из входов генератора сигналов основных сообщений, а n-входов синтезатора соединены соответственно с n-выходами дешифратора, два входа которого присоединены соответственно к двум выходам генератора ПСП, третий выход которого соединен с входом парафазного усилителя, а выход опорного генератора соединен с входом генератора ПСП, на приемной стороне первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а выход - с входом синхронного детектора, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход - с входом блока обработки, второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход присоединен ко входу амплитудного ограничителя, опорный генератор, выход которого через формирователь тактовых импульсов соединен с входом синхронизатора, второй вход которого соединен с выходом блока обработки и одним из входов регистра сдвига, выход синхронизатора соединен с входом делителя, выход делителя соединен с входом регистра сдвига, n - выходов которого соединены соответственно с n - входами, кодопреобразователя и управляющими входами n - ключей, n - сигнальных входов которых соединены между собой и со вторым входом синхронного детектора и выходом амплитудного ограничителя, n - выходов кодопреобразователя соединены соответственно с n - входами синтезатора частот, выход которого соединен со вторым входом смесителя, выходы n - ключей через третьи полосовые фильтры соединены соответственно с n - входами второго сумматора, выход которого через смеситель соединен с входом демодулятора основных сообщений.

На фиг. 1 и 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения:
1 - генератор сигналов основных сообщений,
2 - разветвитель мощности,
3,4 - первый и второй амплитудные модуляторы,
5 - парафазный усилитель,
6,7 - облучатели передающей антенны,
8 - передающая антенна,
9,10 - возбудители приемной антенны,
11 - приемная антенна,
12 - первый сумматор,
13 - вычитающее устройство,
14 - синхронный детектор,
15 - амплитудный ограничитель,
16 - демодулятор основных сообщений,
17 - узкополосный низкочастотный фильтр,
18 - устройство поворота поляризации,
19 - синтезатор частот передатчика,
20 - дешифратор,
21 - генератор ПСП,
22 - опорный генератор передатчика,
23 - первый полосовой фильтр,
24 - фильтр нижних частот,
25 - блок обработки,
26 - второй полосовой фильтр,
27 - опорный генератор приемника,
28 - формирователь тактовых импульсов,
29 - синхронизатор,
30 - делитель,
31 - регистр сдвига,
32 - кодопреобразователь,
33 - синтезатор частот приемника,
34₁-34_n - ключи,
35₁-35_n - третьи полосовые фильтры,
36 - второй сумматор,
37 - смеситель.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Передатчик - генератор 1 сигналов основных сообщений, на первый выход которого подается основная информация S_осн., второй вход этого генератора соединен с выходом синтезатора частот 19, а выход присоединен к входу разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с двумя выходами парафазного усилителя 5, а выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому 6 и второму 7 облучателям передающей антенны 8. Вход парафазного усилителя 5 соединен с выходом генератора ПСП 21, вход которого присоединен к выходу опорного генератора 22, два других выхода генератора ПСП 21 соединены соответственно с двумя входами дешифратора 20, n - выходов которого соединены соответственно с n - входами синтезатора частот 19.

Приемник - первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 через устройство управления поляризацией 18 присоединены к двум входам сумматора 12 и двум входам вычитающего устройства 13, выход сумматора 12 через второй полосовой фильтр 26 соединен с входом амплитудного ограничителя 15. Выход вычитающего устройства 13 через первый полосовой фильтр 23 соединен с одним из входов синхронного детектора 14, второй вход которого присоединен к выходу амплитудного ограничителя 15, и сигнальными входами n - ключей 34₁-34_n, выход синхронного детектора 14 через узкополосный низкочастотный фильтр 17 соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации 18, а через фильтр нижних частот 24 - с входом блока обработки 25. Выход блока обработки 35 соединен со вторыми входами синхронизатора 29 и регистра сдвига 31. Выход опорного генератора 27 соединен с входом синтезатора частот 33 и через формирователь тактовых импульсов 28 соединен с входом синхронизатора 29, выход которого через делитель 30 соединен с первым входом регистра сдвига 31, n - выходов которого соединены соответственно с n - входами кодопреобразователя 32 и соответственно с управляющими входами n - ключей 34₁-34_n, n - выходов кодопреобразователя 32 соединены соответственно с n - входами синтезатора частот 33, выход которого присоединен к одному из входов смесителя 37. Выходы n - ключей 34₁-34_n соответственно через третьи полосовые фильтры 35₁-35_n соединены с n - входами второго сумматора 36, выход которого через смеситель 37 соединен с входом демодулятора основных сообщений 16, с выхода которого снимается основная информация.

По материалам отечественной и зарубежной литературы большой интерес представляют сигналы с расширенным спектром класса дискретные частотные (Д. Ч. ) и дискретные составные частотные - частотно-манипулированные сигналы (фазоманипулированные) ДСЧ-4М (ДСЧ-ФМ).

Основное отличие ДЧ от фазоманипулированных сигналов заключается в том, что при одинаковой базе ДЧ сигналы имеют меньшую область сильной корреляции. Многочастотность сигналов ДЧ делает их весьма перспективными, т.к. появляется возможность "взвешенного" распределения энергии сигнала по частоте и времени непосредственно внутри области частота - время (FT).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Гармонические колебания определенной частоты, вырабатываемые опорным генератором 22, поступают на генератор 21, где из этих колебаний формируется псевдослучайная последовательность заданной структуры. Генератор ПСП 21, кроме того, вырабатывает установочные импульсы, начало которых совпадает с началом ПСП и периодом ПСП.

Реализация таких генераторов приведена в источнике: Петрович Н.Т., Размаxнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами.- М.: Сов. радио, 1969, с. 146.

Установочные импульсы с периодом T, вырабатываемые генератором ПСП 21 используются для быстрой синхронизации по каналу дополнительной поляризационной модуляции. Причем T = nτ, где n - число частотных позиций, τ - длительность одной частотной позиции (см. фиг. 2).

Сигнал с генератора ПСП 21 поступает по двум выходам (канал "1" и канал "0") на дешифратор 20, который структуру ПСП преобразует в код, необходимый для получения частот в синтезаторе 19. Синтезатор 19 вырабатывает частоты, как, например, приведено на фиг. 4, где показана частотно-временная плоскость, на которой штриховкой выделено распределение энергии ДСЧ-ФМ сигнала
Сигнал с синтезатора частот 19 поступает на генератор колебаний основных сообщений 1, на второй вход которого подается основная информация S_осн. В этом генераторе 1 формируется сигнал, модулированный по фазе основным сообщением в каждой из n - частотных дискрет. Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его мощности пополам, и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3 и 4. В этих модуляторах амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону установочных импульсов с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5.

С выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 сигнал поступает на антенные облучатели 6 и 7 передающей антенны 8. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одно относительно другого линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11 с возбудителями 9, 10, выполненными аналогично передающей антенне.

Сигналы, принятые приемной антенной, поступают на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13. В сумматоре 12 производится частичное сглаживание амплитудной модуляции, Сигнал с выхода сумматора 12 через полосовой фильтр 26, имеющего полосу пропускания ΔF = n·Δf (где n - число частотных позиций, равное числу ПСП) и через амплитудный ограничитель 15 поступает на один из входов синхронного детектора 14 в качестве опорного сигнала. На другой вход этого синхронного детектора поступает сигнал с выхода вычитающего устройства 13 через полосовой фильтр 23, имеющего полосу ΔF = n·Δf.
С выхода синхронного детектора 14 сигнал через узкополосный низкочастотный фильтр 17 поступает на управляющий вход устройства поворота поляризации 18. Этот сигнал содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования. Эта постоянная составляющая выделяется фильтром 17 и повернет облучатели 9 и 10, так, чтобы угол рассогласования стал равным нулю.

Сигнал с выхода синхронного детектора 14 через ФНЧ 24 поступает на блок обработки 25, который выделяет установочные импульсы (фиг. 2, поз. 2), совпадающие по времени с началом ПСП. Установочные импульсы поступают на блок синхронизации 29, где по ним осуществляется синхронизация тактовых импульсов, формируемых генератором 28 тактовых импульсов (фиг. 2, поз. 1) из колебаний задающего генератора 27.

Тактовые импульсы, засинхронизированные с установочными импульсами в блокe синхронизации 29, поступают на вход регистра сдвига 31, на второй вход которого поступают импульсы после делителя 30 (фиг. 2, поз. 3).

C_n - выходов регистра сдвига 31 поступают импульсы на кодопреобразователь 32, в котором формируются коды и которые по n - выходам выдаются на синтезатор частот 33 для образования n - частот, необходимых для смесителя 37 и подаваемых на его гетеродинный вход. На сигнальный вход смесителя 37 поступает сигнал с выхода второго сумматора 36, n - входов которого подключены соответственно к n - фильтрам, имеющим полосу пропускания Δf = ΔF/n, где n - число частотных позиций (равное числу ПСП), ΔF - ширина полосы частот передающего устройства и входной части приемного устройства (фильтры 25 и 28 имеют полосу частот ΔF). На входы фильтров 35₁-35_n сигнал поступает в определенной последовательности, определяемой выходными сигналами с выходов регистра сдвига 31. Прием и обработка сигнала всегда будут начинаться с позиции 4 (см. фиг. 2).

С выхода смесителя 39 сигнал поступает на демодулятор 16, с выхода которого и снимается основная информация.

Таким образом, введение установочных импульсов, передаваемых по дополнительному каналу, позволяет по ним засинхронизировать тактовые импульсы на приемнике, что позволяет значительно ускорить поиск информации.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость в ΔF/Δf = n раз по сравнению с устройством-прототипом.

Реализация предлагаемого устройства не вызывает никаких затруднений, т. к. все блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты. Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, разветвитель мощности, первый и второй амплитудные модуляторы, парафазный усилитель и передающую антенну, на приемной стороне - приемную антенну, сумматор, вычитающее устройство, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор, узкополосный низкочастотный фильтр и устройство поворота поляризации. Введение на передающей стороне синтезатора частот, дешифратора, опорного генератора и генератора ПСП, а на приемной стороне опорного генератора, формирователя тактовых импульсов, синхронизатора, делителя, регистра сдвига, кодопреобразователя, синтезатора частот, n ключей и n полосовых фильтров, сумматора и смесителя, первого и второго полосовых фильтров, блока обработки и фильтра нижних частот позволило в значительной мере ускорить поиск принимаемого сигнала и улучшить помехоустойчивость к сосредоточенным и импульсным помехам, что и является достигаемым техническим результатом. 4 ил.

Линия радиосвязи, содержащая на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, один из входов которого является входом устройства, а выход соединен со входом разветвителя мощности, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к двум выходам парафазного усилителя, выходы первого и второго амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, на приемной стороне первый и второй возбудители приемной антенны присоединены к двум входам устройства поворота поляризации, два выхода которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора и вычитающего устройства, амплитудный ограничитель, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, выход которого подключен к узкополосному низкочастотному фильтру, и демодулятор, выход которого является выходом устройства, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне синтезатор частот, выход которого соединен со входом генератора сигналов основных сообщений, а n входов этого синтезатора частот соединены соответственно с n - выходами дешифратора, два входа которого присоединены соответственно к двум выходам генератора ПСП, третий выход которого соединен со входом парафазного усилителя, а вход генератора ПСП соединен с выходом опорного генератора, на приемной стороне опорный генератор, выход которого соединен со входом синтезатора частот и через формирователь тактовых импульсов с первым входом синхронизатора, второй вход которого соединен с выходом блока обработки и одним из входов регистра сдвига, второй вход которого через делитель присоединен к выходу синхронизатора, n выходов регистра сдвига соединены соответственно с управляющими входами n ключей и n-входами кодопреобразователя, n-выходов которого соединены соответственно с n-входами синтезатора частот, выход которого присоединен к гетеродинному входу смесителя, входы n ключей соединены между собой и с выходом амплитудного ограничителя, а выходы ключей соответственно через n полосных фильтров соединены с n-входами второго сумматора, выход которого присоединен к сигнальному входу смесителя, выход которого соединен со входом демодулятора, первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а выход - со входом синхронного детектора, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход через блок обработки - со вторым входом синхронизатора, второй полосовой фильтр, вход которого присоединен к выходу первого сумматора, а выход - ко входу амплитудного ограничителя, выход узкополосного низкочастотного фильтра подключен к управляющему входу устройства поворота поляризации.