СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ ИМИТОСТОЙКОСТЬЮ Российский патент 2002 года по МПК H04B7/10 H04B7/22 

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано 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 (К. Г. Гусев, А. Д. Филатов, А.П. Сополев "Поляризационная модуляция", М., "Сов. радио", 1974 г., стр. 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, так как 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 по патенту США 4087818, в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечении ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цепи замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала с одинаковой частотой с взаимно ортогональной поляризацией волны.

Приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Однако это устройство в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеет сложную систему автоподстройки. Кроме того, реализация этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является система радиосвязи по а. с. 1385305, представленная на фиг.1, где введены обозначения:
1 - генератор сигналов основных сообщений;
2 - разветвитель мощности;
3, 4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - противофазный усилитель;
6, 7 - первый и второй облучатели (возбудители) передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9, 10 - первый и второй облучатели (возбудители) 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 - электронный ключ;
22 - фазовый детектор;
23 - фазовращатель;
24, 25 - первая и вторая линии задержки;
26 - компаратор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне - вход генератора сигналов 1 является входом для основной информации S_o, выход этого генератора соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом для дополнительной информации S_доп; выход первого амплитудного модулятора 3 соединен с первым облучателем 6 передающей антенны 8, а выход второго амплитудного модулятора 4 соединен со вторым облучателем 7 передающей антенны 8; на приемной стороне - первый 9 и второй 10 облучатели (возбудители) приемной антенны 11 присоединены к двум входам блока управления 20 положением осей поляризации облучателей 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 электронного ключа 21 соединен со входом демодулятора основных сообщений 16, первый выход которого является выходом для основной информации S_o, а второй выход демодулятора 16 соединен со входами фазовращателя 23; выход синхронного детектора 15 является выходом для дополнительной информации S_дoп, через первый фильтр нижних частот 18 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20.

Устройство-прототип 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 изменения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции основными сообщениями S_o;
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 приходящих 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_доп.

Сигналы (2) и (3) поступают на облучатели 6 и 7 передающей антенны 8, которая 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 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 X;
n_xu(t) - импульсная помеха составляющей оси X;
α - угол рассогласования по поляризации/

где n_у(t) - флуктуационная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси У;
n_yn(t) - импульсная помеха составляющей оси У.

С выхода сумматора 13 получаем сигнал

С выхода вычитателя 14 получаем сигнал

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 основных сообщений 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 появляемся сигнал запрета, который закрывает электронный 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 электронного ключа 21 необходимо задержать суммарный сигнал в канале обработки с угловой модуляцией. На это же время необходимо задержать разностный сигнал в другом канале, для чего служат линии задержки 24 и 25. Время задержки линий 24 и 25 выбирается одинаковым. Это время, в основном, определяется полосой пропускания второго ФНЧ 19.

С выхода синхронного детектора 15 сигнал идет на узкополосный первый ФНЧ 18, с помощью которого выделяется постоянная составляющая, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. С выхода первого ФНЧ 18 эта составляющая поступает на блок управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей) 20, который поворачивает облучатели так, что угол α становится равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол α - отрицательный), указанная составляющая - положительная и облучатели повернуты в противоположную сторону.

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

Блок управления положением осей поляризации облучателей 20 с помощью напряжения, снимаемого с первого 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 имитостойкость.

Предлагаемое устройство в некоторой степени решает проблему повышения имитостойкости.

Для повышения имитостойкости в устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами двух амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, выходы амплитудных модуляторов присоединены к первому и второму облучателям передающей антенны; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны присоединены к первому и второму 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 со входом амплитудного ограничителя; второй фильтр нижних частот, электронный ключ, демодулятор основных сообщений, с второго выхода которого снимается основная информация S_o, а также синхронный детектор, выход которого соединен со входом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны введено на передающей стороне - синхронизатор, производящий совмещение передних фронтов сигналов информации S_o и S_доп, на первый вход которого подается сигнал основной информации S_о, а на второй его вход - сигнал дополнительной информации S_доп; первый выход синхронизатора с входом генератора сигналов основных сообщений, а второй выход синхронизатора соединен с входом противофазного усилителя. Далее на приемной стороне - вход второго фильтра нижних частот соединен с выходом синхронного детектора, первый вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а второй вход синхронного детектора соединен с выходом амплитудного ограничителя и через блок оптимальной обработки шумоподобного сигнала соединен с сигнальным входом демодулятора основных сообщений, первый выход которого соединен с управляющим входим электронного ключа, с выхода которого снимается сигнал дополнительной информации S_доп, а его сигнальный вход соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом второго фильтра нижних частот и входом формирователя порога, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения соответственно.

На фиг. 2а и б приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - генератор сигналов основных сообщений;
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 возбудители приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - сумматор;
13 - вычитающее устройство;
14 - синхронный детектор;
15 - амплитудный ограничитель;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - первый фильтр нижних частот;
18 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
19 - синхронизатор;
20 - второй фильтр нижних частот;
21 - формирователь порога;
22 - схема сравнения;
23 - электронный ключ;
24 - блок оптимальной обработки ШПС.

На передающей стороне - генератор сигналов основных сообщений 1, вход которого соединен с одним из выходов синхронизатора 19, первый вход которого является входом для основной информации S_o, а второй вход - для дополнительной информации S_доп. Выход генератора основных сообщений 1 соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами амплитудных модуляторов 3 и 4 соответственно, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого присоединен ко второму выходу синхронизатора 19. Выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8.

На приемной стороне - первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 соединены с первым и вторым входами блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 18, два выхода которого присоединены к двум входам сумматора 12 и двум входам вычитающего устройства 13. Выход вычитающего устройства 13 соединен с первым входом синхронного детектора 14, второй вход которого через амплитудный ограничитель 15 соединен с выходом сумматора 12. Выход синхронного детектора 14 соединен со входом второго фильтра нижних частот 20 и через первый фильтр нижних частот 17 - с управляющим входом блока поворота поляризации 18, выход второго фильтра нижних частот 20 соединен с первым входом схемы сравнения 22 и через формирователь порога 21 - со вторым входом схемы сравнения 22, выход которой присоединен к сигнальному входу электронного ключа 23, с выхода которого снимается дополнительная информация S_доп, а управляющий вход ключа 23 соединен с выходом демодулятора основных сообщений 16, со второго выхода которого снимается основная информация S_o; вход демодулятора 16 через блок оптимальной обработки ШПС 24 соединен с выходом амплитудного ограничителя 15.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Сигнал основной информации S_o подается на один из входов синхронизатора 19, а сигнал дополнительной информации S_доп поступает на второй вход синхронизатора 19. При этом в синхронизаторе 19 производится совмещение передних фронтов информации S_o с информацией S_доп.

С синхронизатора 19 сигнал основной информации S_o поступает на вход генератора сигналов основных сообщений 1, a сигнал дополнительной информации S_доп с другого выхода синхронизатора 19 поступает на вход парафазного усилителя 5. Генератор 1 формирует сигнал основных сообщений, модулированный по фазе основным сообщением. Этот сигнал (ШПС) 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_доп с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5. Сигналы с амплитудных модуляторов 3 и 4 поступают на облучатели 6 и 7 передающей антенны 8, которая может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями.

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.

Облучатели 9 и 10 приемной антенны 11 имеют также ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

Сигнал с облучателей 9 и 10 через блок управления 18 поступает на входы сумматора 12 и входы вычитающего устройства 13.

Сигнал с выхода сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 поступает на второй вход синхронного детектора 14 в качестве опорного сигнала и одновременно на вход блока оптимальной обработки шумоподобного сигнала 24, которое может быть выполнено либо на корреляторах, либо на оптимальном (согласованном) фильтре.

С выхода блока оптимальной обработки шумоподобного сигнала 24 сигнал в виде сверток поступает на вход демодулятора основных сообщений 16, который выделяет основную информацию S_о и дает импульсы положительной полярности через каждый интервал времени Т, где Т - длительность передаваемой информации S_о.

В то же время сигнал с выхода вычитающего устройства 13 поступает на первый вход синхронного детектора 14.

В результате синхронного детектирования и прохождения через ФНЧ (второй фильтр нижних частот) 20 сигнал поступает на первый вход схемы сравнения 22, на второй вход которой через формирователь порога 21 подается пороговое напряжение.

В случае превышения порога сигнал со схемы сравнения 22 подается на сигнальный вход электронного ключа 23, на управляющий вход которого подается сигнал с первого выхода демодулятора основных сообщений 16. Электронный ключ 23 открывается в тех случаях, когда на выходе демодулятора 16 появляется импульс, положительной полярности, тогда на выходе электронного ключа 23 появится дополнительная информация S_доп.

Следовательно, введение фильтра нижних частот, формирователя порога, схемы сравнения, электронного ключа и устройства оптимальной обработки сигнала в значительной степени повысило имитостойкость передаваемой информации.

Изобретение относится к радиосвязи и может найти применение в космических и наземных радиолиниях с повторным использованием частоты. Достигаемый технический результат - повышение имитостойкости системы, которая достигается введением дополнительного фильтра нижних частот, формирователя порога, схемы сравнения, электронного ключа и устройства оптимальной обработки шумоподобного сигнала. Радиолиния также содержит генератор сигналов основных сообщений, разветвитель мощности, два амплитудных модулятора, противофазный усилитель, два облучателя передающей антенны, два облучателя приемной антенны, сумматор, вычитающее устройство, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор основных сообщений, второй фильтр нижних частот, блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, синхронизатор. 2 ил.

Система радиосвязи с повышенной имитостойкостью, содержащая на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами двух амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, выходы амплитудных модуляторов присоединены к первому и второму облучателям передающей антенны; на приемной стороне первый и второй возбудители приемной антенны присоединены к первому и второму входам блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, два выхода которого соединены с двумя входами сумматора и двумя входами вычитающего блока; выходы сумматора соединены с входом амплитудного ограничителя; второй фильтр нижних частот, электронный ключ, демодулятор основных сообщений, с второго выхода которого снимается сигнал основной информации S₀, а также синхронный детектор, выход которого соединен с входом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне синхронизатор, производящий совмещение передних фронтов сигналов информации S₀ и S_доп, на первый вход которого подается сигнал основной информации S₀, а на второй его вход - сигнал дополнительной информации S_доп; первый выход синхронизатора соединен с входом генератора сигналов основных сообщений, а второй выход синхронизатора соединен с входом противофазного усилителя; на приемной стороне вход второго фильтра нижних частот соединен с выходом синхронного детектора, первый вход которого соединен с выходом вычитающего устройства и второй вход синхронного детектора соединен с выходом амплитудного ограничителя и через блок оптимальной обработки шумоподобного сигнала соединен с сигнальным входом демодулятора основных сообщений, первый выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, с выхода которого снимается сигнал дополнительной информации S_доп, а его сигнальный вход соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом второго фильтра нижних частот и входом формирователя порога, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения соответственно.