ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/10 

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

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции сигналов с эллиптической поляризацией поля. Поляризационная модуляция сигналов с эллиптической поляризацией осуществляется путем изменения либо угла ориентации, либо угла эллиптичности и угла эллиптичности одновременно ("Поляризационная модуляция", УДК 621.3.096.1, Москва, "Сов.радио", 1974 г., стр. 63-161).

Однако описанные в этой книге устройства имеют существенные недостатки, а именно: эти устройства могут быть использованы только при тех условиях, когда параметры распространения сигналов на трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны. Если эти условия не выполняются, возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии.

На практике в большинстве случаев изменяются как параметры распространения, так и взаимное расположение антенн.

Известны также устройства для радиосвязи с повторным использованием частоты (ПИЧ) (см.патент США N 4087818, кл. H 04 B 7/02, публикация 1978 г., патент Японии N 54-41851, кл. 96(7) 1, МКИ H 04 B 7/10, 1979 г.), в которых ПИЧ 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.

Эти устройства в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеют сложную систему автоподстройки, использующую специальные пилот-сигналы. Применение пилот-сигналов требует выделения дополнительных частотных каналов, не совпадающих со спектром передаваемых сигналов, что существенно усложняет конструкцию устройства и ухудшает его помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство "Система радиосвязи" по авторскому свидетельству СССР N 1385305, кл. H 04 B 7/04, 1988 г., взятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1а и б, где введены обозначения:
1 - генератор сигналов;
2 - разветвитель мощности;
3,4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - противофазный усилитель;
6,7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9, 10 - первый и второй облучатели приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - суммарно-разностный блок;
13 - сумматор;
14 - вычитающий блок;
15 - синхронный детектор;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - амплитудный ограничитель;
18 - первый фильтр нижних частот (ФНЧ);
19 - второй фильтр нижних частот (ФНЧ);
20 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
21 - ключ;
22 - фазовый детектор;
23 - фазовращатель;
24 - первая линия задержки;
25 - вторая линия задержки;
26 - компаратор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне вход генератора сигналов 1 является входом для основной информации S₀, а его выход соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым входами противофазного усилителя 5, вход которого соединен с источником дополнительной информации S_g; выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов присоединены к первому 6 и второму 7 облучателям передающей антенны 8; на приемной стороне - первый 9 и второй 10 облучатели (возбудители) приемной антенны 11 присоединены соответственно к двум входам блока управления 20 положением осей поляризации облучателей (возбудителей) приемной антенны, два выхода которого присоединены к двум входам сумматора 13 и двум входам вычитающего блока 14; выход сумматора 13 через амплитудный ограничитель 17 соединен со входами фазового детектора 22 и первой линии задержки 24, выход вычитающего блока 14 через вторую линию задержки 25 соединен с первым входом синхронного детектора 15, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя 23 и вторым входом фазового детектора 22, выход которого через второй фильтр нижних частот 19 присоединен ко входу компаратора 26, выход которого соединен с первым входом ключа 21, второй вход которого соединен с выходом первой линии задержки 24, выход ключа 21 соединен со входом демодулятора основных сообщений 16, первый выход которого является выходом для основной информации S_о, а второй выход этого демодулятора соединен со входом фазовращателя 23, выход синхронного детектора 15 является выходом для дополнительной информации S_g, а через первый фильтр нижних частот 18 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 11.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Генератор 1 сигналов формирует сигнал основных сообщений, модулированный по фазе основными сообщениями.

Этот сигнал имеет вид
U_c(t) = Ucos[ωt+Φ(t)], (1)
где U_с - постоянная амплитуда сигнала;
Φ(t) - функция изменения фазы сигнала; соответствующая фазовой модуляции основным сообщением S_о;
ω - угловая частота.

Сигнал (1) поступает на вход разветвителя мощности 2, 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:
U₃(t) = U₁[1+f(t)]cos[ωt+Φ(t)] (2),
U₄(t) = U₁[1-f(t)]cos[ωt+Φ(t)] (3),
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 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, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют взаимно ортогональную линейную или круговую поляризацию. 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 X;
n_xu(t) - импульсная помеха составляющей оси X;
α - угол рассогласования по поляризации.

где n_y(t) - функциональная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси y;
n_gn(t) - импульсная помеха составляющей оси y.

С выхода сумматора 13 получаем сигнал:

а с выхода вычитающего блока 14:

В качестве демодулятора основных сообщений 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, то есть 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 второго 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 первого ФНЧ 18 больше, чем время действия ИП. Таким образом, демодулятор основных сообщений 16 не выходит из состояния синхронизма на время действия 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 же время необходимо задержать и разностный сигнал в другом канале, для чего служат линии задержки 24 и 25, время 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 α. С выхода ФНЧ 18 эта составляющая поступает на блок управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей), который поворачивает облучатели так, что угол становится равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол α - 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 управления 20 с помощью напряжения, снимаемого с ФНЧ 18, устраняет рассогласование между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны. При этом система регулирования работает по принимаемому сигналу, несущему информацию о передаваемых сообщениях.

Но данное устройство-прототип имеет недостаточную скрытность передаваемой информации, а также небольшой объем передаваемой информации.

Для устранения указанных недостатков в устройство, содержащее на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены с высокочастотными входами амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, вход которого является входом для дополнительной информации S_д, выходы амплитудных модуляторов присоединены к первому и второму облучателям передающей антенны; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны присоединены к двум входам блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, два выхода которого соединены с двумя входами сумматора и двумя входами вычитающего блока, выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, выход первого фильтра нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, а также синхронный детектор и демодулятор основных сообщений, выход которого является выходом для информации основных сообщений, введено на передающей стороне - кодер, вход которого является входом для информации S₁, а выход соединен с одним из входов генератора псевдослучайной последовательности, n - выходов которого соединены с n - входов синтезатора частот, n - выходов которого соединены с гетеродинными входами n смесителей передатчика, сигнальные входы которых соединены между собой и с выходом фазового модулятора, вход которого соединен с первым выходом источника информации основных сообщений, второй выход которого соединен со вторым входом генератора псевдослучайной последовательности. При этом n смесителей передатчика через соответствующие n полосовые фильтры передатчиков соединены с n входами схемы выбора максимума передатчика, выход которой соединен со входом разветвителя мощности. На приемной стороне - демодулятор, выход которого является выходом для дополнительной информации S_д, а вход соединен с выходом синхронного детектора и входом фильтра нижних частот; n - выходы синтезатора частот приемника соединены с первыми входами n смесителей приемника, вторые входы которых соединены между собой и с выходом первого полосового фильтра, вход которого соединен со вторым входом синхронного детектора и выходом амплитудного ограничителя; выходы n смесителей приемника через n вторые полосовые фильтры приемника соединены с n - входами схемы выбора максимума приемника, выход которой соединен со входом демодулятора основных сообщений и через соединенные между собой входы n третьих полосвых фильтров приемника соединена с n-входами декодера для информации, выход которого является выходом для информации S₁, а один из его входов соединен с выходом порогового блока приемника, вход которого соединен с выходом демодулятора основных сообщений и выходом для информации S_о.

На фиг. 2a и б приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - кодер для информации;
2 - разветвитель мощности;
3, 4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - противофазный усилитель;
6, 7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9, 10 - первый и второй облучатели приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - сумматор;
13 - вычитающий блок;
14 - синхронный детектор;
15 - амплитудный ограничитель;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
18 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
19 - источник основных информационных сообщений;
20 - генератор псевдослучайной последовательности;
21 - фазовый модулятор;
22 - синтезатор частот передатчика;
23₁ - 23_n - смесители передатчика;
24₁ - 24_n - полосовые фильтры передатчика;
25 - схема выбора максимума передатчика;
26 - демодулятор;
27 - первый полосовой фильтр приемника;
28 - синтезатор частот приемника;
29₁ - 29_n - смесители приемника;
30₁ - 30_n - вторые полосовые фильтры приемника;
31 - схема выбора максимума приемника;
32 - декодер для информации S₁;
33₁ - 33_n - третьи полосовые фильтры приемника;
34 - пороговый блок приемника.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне.

Кодер 1, выход которого является входом для информации S₁, а выход соединен с одним из входов генератора ПСП1, n - выходов которого соединены соответственно с n - входами синтезатора частот 22, n - выходов которого соединены соответственно с первыми входами n - смесителей передатчика 23₁ - 23_n, вторые входы которых соединены между собой и с выходом фазового модулятора 21, вход которого присоединен к одному из выходов источника основной информации 19, второй выход которого соединен со вторым входом генератора ПСП 20, выходы смесителей 23₁ - 23_n, через полосовые фильтры 24₁ - 24_n соответственно соединены с n - входами схемы выбора максимума передатчика 25, выход которой соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого присоединены к одним из входов первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом для информации S_д, выход первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов присоединены к первому 6 и второму 7 облучателям передающей антенны 8; на приемной стороне - первый 9 и второй 10 облучатели приемной антенны 11 присоединены соответственно к двум входам блока управления положением осей поляризации 18, два выхода которого соединены с двумя входами сумматора 12 и двумя входами вычитающего устройства 13, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора 14, выход которого соединен со входом демодулятора 26, выход которого является входом для дополнительной информации S_д, и через узкополосный низкочастотный фильтр 17 - с управляющим входом устройства поворота поляризации 18; выход сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 соединен со вторым входом синхронного детектора 14 и входом первого полосового фильтра 27, выход которого соединен с первыми входами смесителей 29₁ - 29_n, вторые входы которых соединены с n - выходами синтезатора частот 28, выходы смесителей 29₁ - 29_n через полосовые фильтры 30₁ - 30_n соединены с n - входами схемы выбора максимума приемника 31, выход которой присоединен ко входу демодулятора основных положений 16 и входам полосовых фильтров приемника 33₁ - 33_n, выходы которых соединены входами декодера для информации 32, выход которого является выходом для информации S₁; выход демодулятора основных сообщений 16 является выходом для информации S_о и, кроме того, он сообщен со входом порогового устройства приемника 34, выход которого присоединен ко входу декодера для информации 32.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Источник основных сообщений 19 выдает сигнал на фазовый модулятор 21. Одновременно в начале информационных импульсов выдаются импульсы синхронизации, которые подаются на генератор ПСП 20.

На кодер 1 подается информация S₁, которая кодируется и подается на другой вход генератора ПСП 20. С генератора ПСП 20 по n - выходам выдается сигнал в определенной последовательности "нулей" и "единиц" на синтезатор частот 22, который выдает определенную последовательность частот. Причем частота в течение одного такта T не меняется, а после окончания такта T может меняться по закону генератора ПСП 20 в зависимости от информации S₁. Частоты с N - выходов синтезатора частот 22 поступают соответственно на гетеродинные входы смесителей 23₁ - 23_n, на сигнальные входы которых подается сигнал с фазового модулятора 21. Полосовые фильтры 24₁ - 24_n выделяют сигнал на промежуточных частотах в соответствии с частотами гетеродина (синтезатора частот 22), который затем подается на схему выбора максимума 25, которая выбирает канал с максимальным сигналом, а это будет тот из n - каналов, в котором присутствует информационный сигнал. 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 передаваемых дополнительных сообщений S_д с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5.

Эти сигналы поступают на облучатели 6 и 7, имеющие горизонтальную и вертикальную поляризацию передающей антенны 8.

Сигналы, излучаемые передающей антенной 8, принимаются приемной антенной 11, аналогичной передающей антенне.

Принятый сигнал через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 18 поступает на входы сумматора 12 и вычитающего блока 13. Сигнал с выхода сумматора 12 поступает на амплитудный ограничитель 15, где производится ограничение сигнала, и затем поступает на один из входов синхронного детектора 14 в качестве опорного, на второй вход которого подается сигнал с вычитающего устройства 13. На выходе синхронного детектора 14 сигнал содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования α между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией возбудителей приемной антенны. Эта постоянная составляющая выделяется с помощью фильтра нижних частот 17 и подается на блок управления положением осей поляризации 18, которая повернет возбудители так, что угол α станет равным нулю. Сигнал с выхода синхронного детектора 14, кроме того, поступает на демодулятор 26, с которого снимается дополнительная информация S_д. Сигнал с амплитудного ограничителя 15, кроме того, поступает на первый полосовый фильтр 27, имеющий полосу частот, равную полосе частот всего сигнала, и далее на входы n - смесителей 29₁ - 29_n, на гетеродинные входы которых подаются фиксированные частоты с синтезатора частот 28. Частоты синтезатора приемника 28 совпадают с частотами синтезатора 22 на передатчике. Отличие: в приемном устройстве частоты с синтезатора 28 постоянны.

Сигналы с выходов полосовых фильтров 30₁ - 30_n поступают на схему выбора максимума 31, которая выбирает канал с максимальным сигналом, а это и будет тот канал, в котором присутствует полезный сигнал. Со схемы выбора максимума 31 сигнал поступает на демодулятор основных сообщений 16, который и выделяет сигнал основных сообщений S_о.

С выхода демодулятора 16 сигнал поступает на пороговый блок 34, в котором выделяются импульсы синхронизации (импульсы начальной установки) для начала отсчета в декодере 32.

Одновременно со схемы выбора максимума 31 сигнал идет на полосовые фильтры 33₁ - 33_n и далее на входы декодера 32. Наличие напряжения на одном из входов фильтров 33₁ - 33_n означает передачу на одной из частот f_n.

Таким образом, в отличие от прототипа в заявляемом устройстве передается три независимых информации S_о, S_д, S₁. При этом большого расширения полосы частот не происходит. Частоты f₁ - f_n, выдаваемые синтезатором частоты 22, находятся в пределах перестройки синтезатора и, например, могут отличаться на несколько КГЦ. Кроме того, использование генератора ПСП позволяет значительно повысить скрытность передаваемой информации S₁.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты. Достигаемый технический результат - увеличение объема передаваемой информации и повышение скрытности передачи. Линия радиосвязи содержит на передающей стороне разветвитель мощности, два амплитудных модулятора, противофазный усилитель, два облучателя передающей антенны, передающую антенну, кодер для информации, источник основных информационных сообщений, генератор псевдослучайной последовательности, фазовый модулятор, синтезатор частот передатчика, n смесителей передатчика, n полосовых фильтров передатчика, схему выбора максимума передатчика, на приемной стороне - приемную антенну, два облучателя приемной антенны, сумматор, вычитающий блок, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор основных сообщений, фильтр нижних частот, блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, первый полосовой фильтр приемника, синтезатор частот приемника, n смесителей приемника, n вторых полосовых фильтров приемника, схему выбора максимума приемника, демодулятор, пороговый блок приемника, n третьих полосовых фильтров приемника, декодер для информации S₁. 2 ил.

Линия радиосвязи, содержащая на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены с высокочастотными входами амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, соответственно вход которого является входом для дополнительной информации S_д выходы амплитудных модуляторов присоединены к первому и второму облучателям передающей антенны; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны присоединены к двум входам блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, два выхода которого соединены с двумя входами сумматора и двумя входами вычитающего блока, выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, выход фильтра нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, а также синхронный детектор и демодулятор основных сообщений, выход которого является выходом для информации основных сообщений, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне - кодер, вход которого является входом для информации S₁, а выход соединен с одним из входов генератора псевдослучайной последовательности, n-выходов которого соединены с n-входами синтезатора частот, n выходов которого соединены с гетеродинными входами n смесителей передатчика, сигнальные входы которых соединены между собой и с выходом фазового модулятора, вход которого соединен с первым выходом источника информации основных сообщений, второй выход которого соединен с вторым входом генератора псевдослучайной последовательности; выходы n смесителей передатчика через соответствующие n полосовые фильтры передатчика соединены с n входами схемы выбора максимума передатчика, выход которой соединен с входом разветвителя мощности; введены на приемной стороне демодулятор, выход которого является выходом для дополнительной информации S_д, а вход соединен с входом фильтра нижних частот и выходом синхронного детектора, первый вход которого соединен с выходом вычитающего блока; n - выходов синтезатора частот приемника соединены с первыми входами n смесителей приемника, вторые входы которых соединены между собой и с выходом первого полосового фильтра, вход которого соединен с вторым входом синхронного детектора и выходом амплитудного ограничителя; выходы n смесителей приемника через n вторые полосовые фильтры приемника соединены с n-входами схемы выбора максимума приемника, выход которой соединен с входом демодулятора основных сообщений и через соединенные между собой входы n третьих полосовых фильтров приемника соединен с n-входами декодера для информации, выход которого является выходом для информации S₁, а один из его входов соединен с выходом порогового блока приемника, вход которого соединен с выходом демодулятора основных сообщений и выходом для информации S₀.