СИСТЕМА ОПОЗНАВАНИЯ "СВОЙ-ЧУЖОЙ" Российский патент 2002 года по МПК G01S13/78 G01S13/74 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения государственной принадлежности подвижных объектов (например, самолетов) и их опознавания.

Известна система опознавания "свой - чужой" [1], включающая запросчик, устройство синхронизации и ответчик, причем в состав запросчика входят последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, вычитающее устройство, а также приемник ответного сигнала, выход которого через декодер ответного сигнала подключен ко второму входу вычитающего устройства, в состав устройства синхронизации входят синхронизатор по фазе, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, и синхронизатор цифрового кода, вход которого соединен со вторым выходом цифрового счетчика, а в состав ответчика входят последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, сумматор, кодирующее устройство и передатчик ответного сигнала.

Однако этой системе присущ такой недостаток, как низкая скрытность объектов, на которых установлен ответчик, из-за того, что сигналы для опознавания передаются непрерывно. Непрерывное излучение информации с объектов об их принадлежности является важным демаскирующим признаком, которым может воспользоваться противник при поражении их с помощью ракет с головкой самонаведения на источник излучения [2].

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности системы опознавания "свой - чужой" за счет имитоустойчивого запроса и сокращения времени излучения информации о принадлежности объекта.

Указанная цель достигается тем, что в известной системе опознавания "свой - чужой", включающей запросчик, устройство синхронизации и ответчик, причем в состав запросчика входят последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, вычитающее устройство, а также приемник ответного сигнала, выход которого через декодер ответного сигнала подключен ко второму входу вычитающего устройства, в состав устройства синхронизации входят синхронизатор по фазе, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, и синхронизатор цифрового кода, вход которого соединен со вторым выходом цифрового счетчика, а в состав ответчика входят последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, сумматор, кодирующее устройство и передатчик ответного сигнала, в схему запросчика дополнительно введены последовательно соединенные регистр запросного числа, первый электронный ключ, кодер запросного числа, передатчик, антенный коммутатор, антенна, а также генератор тактовых импульсов, который через второй электронный ключ подключен к счетчику тактовых импульсов и второму входу кодера запросного числа, второй выход антенного коммутатора подключен ко входу приемника ответного сигнала, выход счетчика тактовых импульсов соединен со вторым входом второго электронного ключа, выход первого электронного ключа через первую линию задержки соединен со вторым входом первого электронного ключа, третий выход генератора импульсов через вторую линию задержки соединен с первым входом регистра запросного числа, а через схему совпадений - с третьим входом первого электронного ключа и третьим входом кодера запросного числа, выход схемы совпадений через третью линию задержки соединен со вторым входом счетчика тактовых импульсов и третьим входом электронного ключа, выход кодового вычислительного устройства через шифровальную колодку соединен со вторым входом регистра запросного числа, а в схему ответчика дополнительно введены последовательно соединенные буферный регистр, третий электронный ключ, регистр пароля, сумматор по модулю два и счетчик совпадений, а также последовательно соединенные антенный коммутатор, приемник запросного сигнала, декодер запросного числа, регистр запросного числа, выход которого соединен со вторым входом сумматора по модулю два, выход третьего электронного ключа через четвертую линию задержки соединен со вторым входом третьего электронного ключа, а также генератор тактовых импульсов, который через четвертый электронный ключ подключен ко входу счетчика тактовых импульсов, второму входу регистра пароля и второму входу регистра запросного числа, выход кодового вычислительного устройства через вторую шифровальную колодку соединен с входом буферного регистра, выход счетчика совпадений соединен со вторым входом передатчика ответного сигнала, второй выход приемника запросного сигнала соединен с третьим входом третьего электронного ключа, вторым входом четвертого электронного ключа, вторым входом счетчика тактовых импульсов и вторым входом счетчика совпадений, выход генератора импульсов через пятую линию задержки соединен со вторым входом буферного регистра, выход передатчика ответного сигнала соединен со вторым входом антенного коммутатора.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что отличительные признаки предлагаемого устройства повышают эффективность системы за счет имитоустойчивого запроса и значительного сокращения времени излучения информации о принадлежности объекта, что говорит о "новизне" технического решения.

Анализ патентной литературы показал, что до даты подачи отсутствовали устройства с указанной совокупностью существенных признаков, требуемой для получения технического результата, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Оценка эффективности работы системы приведена ниже.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1. Цифрами на схеме обозначены:
1, 9 - генератор импульсов (ГИ);
2, 10 - цифровой счетчик (ЦС);
3, 11 - кодовое вычислительное устройство (КВУ);
4 - вычитающее устройство (ВУ);
5 - декодер ответного сигнала (ДОС);
6 - приемник ответного сигнала (Пр ОС);
7 - синхронизатор по фазе;
8 - синхронизатор цифрового кода;
12 - сумматор;
13 - кодирующее устройство (КУ);
14 - передатчик ответного сигнала;
15 - устройство синхронизации (УС);
16, 17, 18, 23, 43 - линия задержки (ЛЗ), соответственно 2-я, 1-я, 4-я, 3-я и 5-я ЛЗ;
19, 36 - регистр запросного числа (РЗЧ);
20, 21, 22, 24 - электронный ключ (ЭК), соответственно 1-й, 2-ой, 4-й и 3-й ЭК;
25 - кодер запросного числа (КЗЧ);
26 - передатчик;
27, 33 - антенный коммутатор (АК);
28, 31 - счетчик тактовых импульсов (СТИ);
29, 30 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);
32 - буферный регистр (БР);
34 - приемник запросного сигнала;
35 - декодер запросного числа (ДЗЧ);
37 - сумматор по модулю два (СМД);
38 - регистр пароля (РП);
39 - счетчик совпадений (СС);
40 - ответчик;
41 - запросчик;
42 - схема совпадений (СхС);
44, 45 - шифровальная колодка.

Работу системы рассмотрим по структурной схеме, которая изображена на фиг. 1. Вначале необходимо синхронизировать работу оборудования запросчика и ответчика. Синхронизация осуществляется на Земле перед тем, как объект (например, самолет) взлетит, с помощью устройства синхронизации (15). Для чего выход синхронизатора по фазе (7) проводным каналом связи соединяется с генератором импульсов (9), а выход синхронизатора цифрового кода (8) - со вторым входом цифрового счетчика (10).

Устройство (7) может состоять из простой импульсной усилительной схемы, которая усиливает импульсы от ГИ (1) и подает их на вход ГИ (9), обеспечивая тем самым синфазную работу (1) и (9). Синхронизатор цифрового кода (8) может состоять из множества простых усилителей постоянного тока, по одному на каждый разряд цифрового счетчика (2), которые усиливают выходные сигналы (2) и подают их затем к ЦС (10), посредством чего соответствующие каскады ЦС (10) будут в таких же состояниях, что и в ЦС (2). Обеспечив синхронную работу запросчика и ответчика, связь между устройствами (15) и (40) можно разрывать.

Если относительную стабильность частоты ГИ (1) и (9) принять равной 10^-7 (чего можно достичь хорошо известными методами), а частоту повторения импульсов - 1 импульс в секунду, то расхождение генераторов (1) и (9) по фазе на одну десятую цикла произойдет по истечении приблизительно 28 часов непрерывной работы. Таким образом, в течение этого промежутка времени цифровые счетчики (2) и (10) будут показывать одинаковое число, а ГИ (1) и (9) будут работать в фазе.

Информация, характеризующая состояние ЦС (2) и (10), подается на входы кодовых вычислительных устройств (3) и (11) соответственно. КВУ (3) и (11) призваны выполнять последовательность математических и логических операций, таких, чтобы их выходные сигналы стали последовательностью случайно изменяющихся чисел. Эти числа в запросчике (41) подаются на первый вход вычитающего устройства (4) и через шифровальную колодку (44) на второй вход РЗЧ (19). Импульсом с выхода 3 ГИ (1), поступающим через ЛЗ (16) на первый вход РЗЧ (19), информация параллельным кодом может быть переписана в КЗЧ (25), если ЭК (20) открыт.

После включения запросчика (41) состояние ЭК (20) и (21) неоднозначно и оно сохраняется только в первоначальный момент времени. Если после включения запросчика (41) ЭК (20) открыт, то после первого цикла передачи информации из РЗЧ (19) в КЗЧ (25) импульсом с выхода ЭК (20) через ЛЗ (17) ЭК (20) закрывается и в дальнейшем будет открываться только импульсом с выхода схемы совпадений (42) при формировании запросного сигнала, а если ЭК (21) окажется отрыт, то импульсы от ГТИ (29) поступают на СТИ (28). После переполнения СТИ (28) на его выходе появляется импульс, который поступает на вход 2 ЭК (21) и закрывает его. Таким образом, в установившемся режиме работы запросчика (41) ЭК (20 и 21) закрыты, в РЗЧ (19) находится сформированное запросное число, которое периодически считывается импульсом с третьего входа ГИ (1), но в КЗЧ (25) не поступает (ЭК (20) закрыт).

В ответчике (40) в первоначальный момент времени не определено состояние ЭК (24) и (22). Однако после первого цикла передачи информации из БР (32) в регистр пароля (38) через открытый ЭК (24) импульс с выхода ЭК (24) через ЛЗ (18) поступает на второй вход ЭК (24) и закрывает его, а ЭК (22) закрывается импульсом с выхода СТИ (31), который появляется после его переполнения. Отсюда следует, что в установившемся режиме работы ответчика (40) ЭК (24) и (22) закрыты, в БР (32) находится число (пароль), аналогичное числу, записанному в РЗЧ (19) запросчика, которое периодически считывается импульсом с выхода ГИ (9) через ЛЗ (43), но в регистр пароля (38) не поступает (ЭК (24) закрыт).

Информация с выхода КВУ (11) помимо входа 1 БР (32) поступает на вход сумматора (12), на второй вход которого поступает сигнал "пароль" (сигнал, определяющий принадлежность объекта). Суммарный сигнал с выхода сумматора (12) поступает на вход КУ (13), которое преобразует его в импульсный или частотный код и передает на первый вход передатчика ответного сигнала (14), но сигнал, поступивший на первый вход (14), не излучается, поскольку нет разрешения, которое должно поступить на вход 2 передатчика ответного сигнала (14). Таким образом, система опознавания "свой - чужой" готова к передаче (приему) сигналов "Запрос".

В общем случае момент передачи сигнала "Запрос" определяет оператор или определяется автоматически при появлении в зоне действия запросчика неопознанного объекта.

При поступлении на входы схемы совпадений (42) сигнала "Запрос" и импульса с выхода 3 ГИ (1) на ее выходе появляется импульс, который поступает на вход 3 ЭК (20) и на вход 3 кодера запросного числа (25), а через ЛЗ (23) - на вход 2 СТИ (28) и на вход 3 ЭК (21). Этим импульсом ЭК (20) и (21) открываются, а элементы СТИ (28) и КЗЧ (25) устанавливаются в исходное состояние. Импульс с выхода 3 ГИ (1) через ЛЗ (16) поступает на вход РЗЧ (19) и считывает информацию из него через открытый ЭК (20) в КЗЧ (25). Сигналом с выхода ЭК (20) через ЛЗ (17) ЭК (20) закрывается. Импульсы от ГТИ (29) через открытый ЭК (21) поступают на вход 1 СТИ (28) и вход 2 КЗЧ (25), разрешая передачу сигнала "Запрос". При переполнении СТИ (28) на его выходе появляется импульс, который закрывает ЭК (21). С выхода КЗЧ (25) сигнал поступает в передатчик (26) и далее в АК (27) и антенну. Процесс передачи сигнала "Запрос" окончен.

Сигнал, излученный антенной запросчика (41), принимается антенной ответчика (40) и через АК (33) поступает на вход приемника запросного сигнала (34). С выхода 1 приемника запросного сигнала (34) сигнал поступает на вход ДЗЧ (35), а после декодирования - в регистр запросного числа (36). По окончании приема сигнала "Запрос" с выхода 2 приемника запросного сигнала (34) поступает сигнал на вход 3 ЭК (24), вход 2 ЭК (22), вход 2 СТИ (31) и вход 2 счетчика совпадений (39). ЭК (24 и 22) открываются, а элементы счетчика совпадений (39) и СТИ (31) устанавливаются в исходное состояние.

Импульсом с выхода ГИ (9), поступающим через линию задержки (43) на вход 2 БР (32), информация из БР (32) через открытый ЭК (24) заносится в регистр пароля (38). Сигналом с выхода ЭК (24) через ЛЗ (18) ЭК (24) закрывается. Импульсы от ГТИ (30) через открытый ЭК (22) поступают на вход 1 СТИ (31), вход 2 РП (38) и вход 2 РЗЧ (36). Информация из РЗЧ (36) и РП (38) синхронно поступает на соответствующие входы сумматора по модулю два (37), где происходит сравнение. Результаты сравнения поступают на вход счетчика совпадений (39), при переполнении которого на его выходе появляется импульс, который поступает на вход 2 передатчика ответного сигнала (14) и разрешает передачу ответа на запрос. Сигнал ответа с выхода передатчика ответного сигнала (14) через АК (33) и антенну излучается в эфир. Сигнал, излученный антенной ответчика (40), принимается антенной запросчика и через АК (27) поступает на вход приемника ответного сигнала (6). С выхода приемника сигнал поступает в ДОС (5) и далее на второй вход вычитающего устройства (4), где из принятого сигнала вычитается выходной сигнал КВУ (3). По результату идентифицируется принадлежность объекта и его условный номер.

На фиг. 2 представлена шифровальная колодка (элементы 44 и 45) системы опознавания. Данный элемент представляет собой коммутирующее устройство с m входами и m выходами. Если на вход шифровальной колодки (см. фиг. 2) подать двоичное число вида "10101010101", то на выходе уже получим другое число "00111110010". Таким образом, шифровальная колодка обеспечивает дополнительную неопределенность в формировании запросного сигнала.

Для оценки эффективности предлагаемой системы в качестве показателя возьмем вероятность формирования противником правильного запроса (ответа) в единой попытке Р. При оценке будем исходить из предположения, что противник знает о системе все, кроме состояния ЦС (2) и (10), тактовой частоты ГИ (1) и (9), структуры шифровальных колодок (44) и (45) и алгоритма работы (3) и (11). Принимая во внимание степень неопределенности, в которой находится противник, вероятность угадывания каждого символа m значений последовательности равна 0,5. Тогда вероятность формирования правильного ответа противником в единичной попытке составляет
P=1/2^m.

Выбирая величину m, можно обеспечить любое требуемое значение показателя Р. Организуя запросно-ответный процесс обмена информацией между запросчиком и ответчиком, тем самым сокращается время излучения электромагнитной энергии, что исключает поражение объектов, оснащенных ответчиком, ракетами с головками самонаведения на источник электромагнитного излучения.

Литература
1. USA 3750163, 1973 г.

2. Палий А. И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1981 г. (с. 132-140).

Система опознавания "свой-чужой" относится к радиотехнике и может быть использована для определения государственной принадлежности подвижных объектов и их опознавания. В систему опознавания "свой-чужой", содержащую запросчик, находящийся на Земле, и ответчик, размещенный на подвижном объекте, дополнительно введены элементы и соответствующие связи между ними, позволяющие в запросчике формировать случайный сигнал "Запрос", а в ответчике - формировать ответный сигнал только по принятому сигналу "Запрос". Достигаемым техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности системы опознавания "свой-чужой" за счет имитоустойчивого запроса и сокращения времени излучения информации о принадлежности объекта. 2 ил.

Система опознавания "свой-чужой", включающая запросчик, в состав которого входят последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, вычитающее устройство, а также приемник ответного сигнала, выход которого через декодер ответного сигнала подключен ко второму входу вычитающего устройства, и ответчик, включающий последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик, кодовое вычислительное устройство, сумматор, кодирующее устройство и передатчик ответного сигнала, причем синхронизатор по фазе усиливает импульсы от генератора импульсов запросчика и подает их на вход генератора импульсов ответчика, а синхронизатор цифрового кода усиливает выходные сигналы цифрового счетчика запросчика и подает их затем к фицровому счетчику ответчика, отличающаяся тем, что в запросчик дополнительно включаются последовательно соединенные регистр запросного числа, первый электронный ключ, кодер запросного числа, передатчик, антенный коммутатор, антенна, а также генератор тактовых импульсов, который через второй электронный ключ подключен к счетчику тактовых импульсов и второму входу кодера запросного числа, второй выход антенного коммутатора подключен ко входу приемника ответного сигнала, выход счетчика тактовых импульсов соединен со вторым входом второго электронного ключа, выход первого электронного ключа через первую линию задержки соединен со вторым входом первого электронного ключа, третий выход генератора импульсов через вторую линию задержки соединен с первым входом регистра запросного числа, а через схему совпадений - с третьим входом первого электронного ключа и третьим входом кодера запросного числа, выход схемы совпадений через третью линию задержки соединен со вторым входом счетчика тактовых импульсов и третьим входом второго электронного ключа, выход кодового вычислительного устройства через шифровальную колодку соединен со вторым входом регистра запросного числа, а в ответчик дополнительно вводятся последовательно соединенные буферный регистр, третий электронный ключ, регистр пароля, сумматор по модулю два и счетчик совпадений, а также последовательно соединенные антенный коммутатор, приемник запросного сигнала, декодер запросного числа, регистр запросного числа, выход которого соединен со вторым входом сумматора по модулю два, выход третьего электронного ключа через четвертую линию задержки соединен со вторым входом третьего электронного ключа, а также генератор тактовых импульсов, который через четвертый электронный ключ подключен ко входу счетчика тактовых импульсов, второму входу регистра пароля и второму входу регистра запросного числа, выход кодового вычислительного устройства через вторую шифровальную колодку соединен с входом буферного регистра, выход счетчика совпадений соединен со вторым входом передатчика ответного сигнала, второй выход приемника запросного сигнала - с третьим входом третьего электронного ключа, вторым входом четвертого электронного ключа, вторым входом счетчика тактовых импульсов и вторым входом счетчика совпадений, четвертый электронный ключ закрывается импульсов с выхода счетчика тактовых импульсов, выход генератора импульсов через пятую линию задержки соединен со вторым входом буферного регистра, выход передатчика ответного сигнала - со вторым входом антенного коммутатора.