ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2003 года по МПК H04B7/04 H03C3/40 

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть реализовано в космических и наземных системах связи, использующих шумоподавительные системы и пространственное разделение сигналов.

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.: Советское радио, 1974 г., с. 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 достигаемся за счет обеспечения 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 со взаимно ортогональной поляризацией волны. Приемное устройство осуществляет 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, реализации этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является "Система радиосвязи" по авт. свид. 1385305 A1, принятое за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:
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 - вычитатель;
15 - демодулятор дополнительных сообщений;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - амплитудный ограничитель;
18 - первый фильтр нижних частот (ФНЧ);
19 - второй фильтр нижних частот;
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_осн, а его выход соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены соответственно с высокочастотными входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом для дополнительной информации S_доп; выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому 6 и второму 7 облучателям передающей антенны 8.

На приемной стороне - первый 9 и второй 10 облучатели приемной антенны 11 через последовательно соединенные блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20 и первый и второй входы сумматора 13 присоединены к первому и второму входам вычитателя 14 суммарно-разностного блока 12; выход сумматора 13 через амплитудный ограничитель 17 соединен со входом первой линии задержки 24 и первым входом фазового детектора 22, выход которого через последовательно соединенные второй фильтр нижних частот 19 и компаратор 26 соединен с управляющим входом электронного ключа 21, второй вход которого соединен с выходом первой линии задержки 24, а выход электронного ключа 21 соединен со входом демодулятора основных сообщений 16, первый выход которого является также выходом для основной информации S_осн., а второй выход демодулятора 16 соединен со входом фазовращателя 23, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 22 и первым входом демодулятора дополнительных сообщений 15, второй вход которого через вторую линию задержки 25 соединен с выходом вычитающего блока 14, а выход демодулятора дополнительных сообщений 15 является выходом для дополнительной информации S_доп. и, кроме того, через первый фильтр нижних частот 18 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Генератор сигналов 1 формирует сигнал основных сообщений, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями. Затем сигнал поступает на вход разветвителя мощности 2, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены первый 3 и второй 4 амплитудные модуляторы, 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.

С выходов первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов сигналы поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8. 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. Сигнал с возбудителей 9 и 10 через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20 поступает на входы сумматора 13 и вычитателя 14.

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 блока напряжение помехи. В случае превышения порога чувствительности компаратора 26 на его выходе появляется сигнал запрета, который закрывает электронный ключ 21 и сигнал "параллельный ИП" не проходит на вход демодулятора основных сообщений 16 на время действия ИП. При этом, как правило, постоянная времени блока 18 больше, чем время действия ИП. Таким образом, блок 16 не выходит из состояние синхронизма на время действия импульсной помехи.

В случае отсутствия на входе устройства ИП на выходе компаратора 26 сигнал запрета отсутствует и электронный 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 и 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 блока 19.

С выхода блока 15 сигнал идет на первый узкополосный фильтр нижних частот 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 возбудителей 20, который поворачивает возбудители так, что угол α становится равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол α отрицательный) указанная составляющая положительная, 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 только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

Недостатком устройства-прототипа является то, что при наличии на его входе узкополосной или импульсной помех резко ухудшается качество принимаемой информации, а также не исключен срыв связи.

Для устранения указанных недостатков на линии радиосвязи с многопараметрической модуляцией, содержащей на передающей стороне генератор сигналов, разветвитель мощности, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами двух амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, первый и второй облучатели передающей антенны; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны присоединены к последовательно соединенным двум входам сумматора и двум входам вычитателя суммарно-разностного блока, при этом выход сумматора соединен со входом амплитудного ограничителя, демодулятор основных сообщений, демодулятор дополнительных сообщений, выход которого через первый фильтр нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, и, кроме того, второй фильтр нижних частот, введены на передающей стороне кодирующий блок, первый вход которого является входом для основной информации, второй вход является входом для дополнительной информации, первый выход кодирующего блока соединен со входом противофазного усилителя, второй выход через генератор сигналов соединен с сигнальными входами n смесителей, выходы которых через последовательно соединенные n полосовые фильтры и сигнальные входы вторых электронных ключей соединены с n входами сумматора передатчика, выход которого присоединен ко входу разветвителя мощности, причем управляющие входы n вторых электронных ключей через n пороговые блоки соединены с гетеродинными входами n смесителей и с n выходами коммутатора частот гетеродина, вход которого через последовательно соединенные синтезатор частот, блок обработки и принятия решения и блок памяти присоединен к выходу анализатора помеховой обстановки, первый вход которого соединен с выходом пятого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого электронного ключа, со входами первого и второго инверторов, а также с выходом первого счетчика импульсов и вторым входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым входом второго счетчика импульсов и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен со вторым входом синтезатора частот и выходом опорного генератора. Второй вход анализатора помеховой обработки соединен с выходом первого электронного ключа, сигнальный вход которого соединен с первым выходом первого направленного ответвителя, второй выход которого присоединен к первому облучателю передающей антенны, а вход соединен с выходом третьего электронного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого инвертора, а сигнальный вход соединен с выходом первого амплитудного модулятора. Выход второго амплитудного модулятора соединен с сигнальным входом четвертого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго инвертора, а выход четвертого электронного ключа через второй направленный ответвитель присоединен к сигнальному входу пятого электронного ключа, причем второй выход второго направленного ответвителя соединен со вторым облучателем передающей антенны. На приемной стороне выход вычитателя соединен со вторым входом демодулятора дополнительных сообщений, первый вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителе и входом демодулятора основных сообщений, выход которого присоединен к первому входу декодирующего блока. Второй выход демодулятора дополнительных сообщений через второй фильтр нижних частот присоединен ко второму входу декодирующего блока, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
С 1-го по 18-ое обозначение такие же, как и в устройстве-прототипе.

19 - кодирующий блок;
20 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
21 - первый электронный ключ;
22 - формирователь импульсов;
23 - опорный генератор;
24₁ - 24_n - смесители;
25 - коммутатор частот гетеродина;
26 - синтезатор частот;
27₁ - 27_n - пороговый блок;
28 - блок обработки и принятия решения;
29₁ - 29_n - полосовые фильтры;
30₁ - 30_n - вторые электронные ключи;
31 - сумматор передатчика;
32 - первый счетчик импульсов;
33 - блок памяти;
34 - второй счетчик импульсов;
35, 36 - третий и четвертый электронные ключи;
37, 38 - первый и второй инверторы;
39 - анализатор помеховой обстановки;
40 - первый направленный ответвитель;
41 - пятый электронный ключ;
42 - второй направленный ответвитель;
43 - второй фильтр нижних частот (ФНЧ);
44 - декодирующий блок.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне - опорный генератор 23, выход которого соединен со входом формирователя импульсов 22 и вторым входом синтезатора частот 26. Выход синтезатора частот 26 соединен со входом коммутатора частот гетеродина 26, n-выходы которого соединены с гетеродинными входами смесителей 24₁-24_n и со входами пороговых устройств 27₁-27_n. Сигнальные входы смесителей 24₁-24_n соединены между собой и с выходом генератора сигналов 1, вход которого присоединен ко второму выходу кодирующего устройства 19, первый выход соединен со входом противофазного усилителя 5, первый вход кодирующего устройства 19 является входом для основной информации S_осн., а второй - для входа дополнительной информации S_доп.

Выходы смесителей 24₁-24_n через соответствующие полосовые фильтры 29₁-29_n соединены с сигнальными входами вторых электронных ключей 30₁-30_n, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих пороговых устройств 27₁-27_n, а выходы вторых электронных ключей 30₁-30_n соединены с входами сумматора передатчика 31, выход которого соединен со входом разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены с высокочастотными входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, выход первого амплитудного модулятора 3 соединен с сигнальным входом третьего электронного ключа 35, управляющий вход которого соединен с выходом первого инвертора 37. Выход третьего электронного ключа 35 соединен со входом первого направленного ответвителя 40, второй выход которого присоединен к первому облучателю 6 передающей антенны 8, а первый выход первого направленного ответвителя 40 соединен с сигнальным входом первого электронного ключа 21. Выход второго амплитудного модулятора 4 соединен с сигнальным входом четвертого электронного ключа 36, выход которого соединен с выходом второго инвертора 38. Выход четвертого электронного ключа 36 соединен со входом второго направленного ответвителя 42, второй выход которого присоединен ко второму облучателю 7 передающей антенны 8. Первый выход второго направленного ответвителя 42 соединен с сигнальным входом пятого электронного ключа 41. Выходы первого 21 и пятого 41 электронных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами анализатора помеховой обстановки 39, выход которого через последовательно соединенные блок памяти 33 и блок обработки и принятия решения 28 соединен с первым входом синтезатора частот 26. Входы первого 37 и второго 38 инверторов и управляющие входы первого 21 и пятого 41 электронных ключей соединены между собой и с выходом первого счетчика импульсов 32 и вторым входом второго счетчика импульсов 34, выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов 32, второй вход которого соединен с первым входом второго счетчика импульсов 34 и выходом формирователя импульсов 22. На приемной стороне выход вычитателя соединен со вторым входом демодулятора дополнительных сообщений, первый вход которого соединен с выходом амплитудного ограничители и входом демодулятора основных сообщений, выход которого присоединен к первому входу декодирующего блока; второй выход демодулятора дополнительных сообщений через второй фильтр нижних частот присоединен ко второму входу декодирующего блока, выход которого является выходом устройства.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Основная S_осн. и дополнительная S_доп. информации поступают на кодирующий блок 19, где производится их кодирование для повышения скрытности. Основная информация с кодирующего блока поступает на генератор сигналов 1, где формируется фазоманипулированный (частотно-манипулированный) сигнал.

Далее сигнал поступает на смесители 24₁-24_n, на гетеродинные входы которых поступают сигналы с коммутатора 25 частот гетеродина. На выходе смесителей 24₁-24_n стоят полосовые фильтры 29₁-29_n с полосой пропускания Δf, тогда общая полоса всех n фильтров будет Δf_n=Δf. С выходов полосовых фильтров 29₁-29_n сигналы поступают на сигнальные входы электронных ключей 30₁-30_n. Каждый из этих ключей открывается сигналом с соответствующего порогового блока 27₁-27_n, на входе которого в данный момент времени присутствует сигнал с коммутатора 25 с одной из соответствующих частот гетеродина fr₁-fr_n.

Так как помеховая обстановка меняется относительно медленно, то в течение времени Т передается информация, скорость передачи которой определяется ее периодом. Через время Т излучение информации прекращается, и в течение промежутка времени ΔТ идет анализ помеховой обстановки.

Если на данной частоте имеется помеха, то сигнал этой помехи через облучатели 6 и 7 передающей антенны 8, направленные ответвители 40 и 42 и через открытые электронные ключи 21 и 41 поступают на входы анализатора помеховой обстановки 39. Блок памяти 33 записывает сигнал помеховой обстановки, откуда он поступает в блок обработки и принятия решения 28, который может быть реализован в виде процессора. Наилучшая помеховая обстановка будет определена блоком обработки и принятия решения 28, которая в виде двоичного кода поступает на синтезатор частот 26. Синтезатор частот 26 по двоичному коду, поступающему с блока 28, вырабатывает одну из частот, которая через коммутатор 25 передается на гетеродинный вход одного из n смесителей 24₁-24_n. С выхода опорного генератора 23 синусоидальный сигнал поступает на формирователь импульсов 22 и одновременно на второй вход синтезатора 26, далее поступает на второй вход первого счетчика импульсов 32, который в течение времени Т считает импульсы. После времени Т сигналом со счетчика 32 открывается первый 21 и второй 41 ключи и этим же сигналом через инверторы 37 и 38 закрываются третий 35 и четвертый 36 ключи. После периода Т сигналом с выхода первого счетчика 32 запускается второй счетчик 34 на длительность счета ΔТ.

Как только второй счетчик импульсов 34 сосчитает количество импульсов за время ΔТ, происходит обнуление первого счетчика 32. При этом первый счетчик 32 запрещает считывание импульсов вторым счетчиком 34. Происходит смена логического уровня на входе первого счетчика 32. При этом первый 21 и второй 41 ключи закрываются, а третий 35 и четвертый 36 ключи открываются.

Длительность ΔТ определяется разрешающей способностью анализатора помеховой обстановки 39 и блоком памяти 33. Далее происходит передача информации в течение другого периода Т.

Сигнал в течение каждого периода Т излучается в пространство, который принимается приемной антенной 11. Облучатели (возбудители) приемной антенны 9, 10 (как и передающей) имеют взаимно ортогональную линейную или круговую поляризацию. Сигнал с облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 через блок управления положением осей поляризации 20 поступает на входы сумматора 13 и вычитателя 14. С выхода сумматора 13 сигнал поступает на амплитудный ограничитель 17 и далее на демодулятор основных сообщений 16, выполненный в виде рециркулятора. С выхода вычитателя 14 сигнал поступает на второй вход демодулятора дополнительных сообщений 15, на первый вход которого подается сигнал с выхода амплитудного ограничителе 17. С выходов демодулятора 15 и демодулятора основных сообщений 16 сигнал поступает на входы декодирующего блока 44 и далее к потребителю.

Реализация предлагаемого устройства не вызывает никаких затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко освещены в технической литературе.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть реализовано в космических и наземных системах связи, использующих шумоподавительные системы и пространственное разделение сигналов. Достигаемый технический результат - повышение качества принимаемой информации и надежности связи. Результат достигается введением в устройство кодирующего блока, формирователя импульсов, опорного генератора, коммутатора частот гетеродина, синтезатора частот, блока обработки и принятия решения, сумматора передатчика, двух счетчиков импульсов, блока памяти, двух инверторов, анализатора помеховой обстановки, двух направленных ответвителей, декодирующего блока, по n смесителей, пороговых блоков, полосовых фильтров, вторых электронных ключей. 2 ил.

Линия радиосвязи с многопараметрической модуляцией, содержащая на передающей стороне генератор сигналов, разветвитель мощности, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя, первый и второй облучатели передающей антенны, на приемной стороне первый и второй облучатели приемной антенны через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны присоединены к двум входам сумматора и двум входам вычитателя суммарно-разностного блока, при этом выход сумматора соединен со входом амплитудного ограничителя, демодулятор основных сообщений, демодулятор дополнительных сообщений, выход которого через первый фильтр нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, второй фильтр нижних частот, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне кодирующий блок, первый вход которого является входом для основной информации, второй вход является входом для дополнительной информации, первый выход кодирующего блока соединен со входом противофазного усилителя, второй выход кодирующего блока через генератор сигналов соединен с сигнальными входами n смесителей, выходы которых через последовательно соединенные n полосовые фильтры и сигнальные входы вторых электронных ключей соединены с n входами сумматора передатчика, выход которого присоединен ко входу разветвителя мощности, вход коммутатора частот гетеродина через последовательно соединенные синтезатор частот, блок обработки и принятия решения и блок памяти присоединен к выходу анализатора помеховой обстановки, первый вход которого соединен с выходом пятого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого электронного ключа, входами первого и второго инверторов, а также с выходом первого счетчика импульсов и вторым входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым входом второго счетчика импульсов и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен со входом синтезатора частот и выходом опорного генератора, второй вход анализатора помеховой обстановки соединен с выходом первого электронного ключа, сигнальный вход которого соединен с первым выходом первого направленного ответвителя, второй выход которого присоединен к первому облучателю передающей антенны, а вход соединен с выходом третьего электронного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого инвертора, а сигнальный вход соединен с выходом первого амплитудного модулятора, выход второго амплитудного модулятора соединен с сигнальным входом четвертого электронного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго инвертора, а выход четвертого электронного ключа через второй направленный ответвитель присоединен к сигнальному входу пятого электронного ключа, причем второй выход второго направленного ответвителя соединен со вторым облучателем передающей антенны, при этом одна из частот f_Г1 - f_Гn вырабатываемых синтезатором частот, через коммутатор частот гетеродина передается на гетеродинный вход одного из n смесителей и на вход соответствующего порогового блока, на приемной стороне выход вычитателя соединен со вторым входом демодулятора дополнительных сообщений, первый вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя и входом демодулятора основных сообщений, выход которого присоединен к первому входу декодирующего блока, второй выход демодулятора дополнительных сообщений через второй фильтр нижних частот присоединен ко второму входу декодирующего блока, выход которого является выходом устройства.