СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СЛОЖНОГО СИГНАЛА В ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫХ РАДИОСИСТЕМАХ Российский патент 2003 года по МПК H03C3/40 H04B1/10 H04L27/18 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения структурной скрытности сигналов в помехозащищенных радиосистемах.

Для защиты передаваемой информации по радиолиниям необходимо затруднять или вовсе исключать возможность выделения модулирующего информационного сигнала потенциальным разведприемником. Степень защищенности модулирующего информационного сигнала характеризуется энергетической и структурной скрытностью передаваемого радиосигнала в целом.

Для повышения как энергетической, так и структурной скрытности используются сложные фазоманипулированные сигналы (СФМнС) [Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. Под ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985].

На практике обычно несущая и тактовые частоты СФМнС имеют высокую стабильность. При возведении М-фазного сигнала с синусоидальной несущей, имеющей частоту f₀, в М-ю степень образуется когерентное с несущей синусоидальное колебание на частоте Mf₀. Поделив частоту этого колебания в М раз, при достаточно большом отношении сигнал/шум методом синхронного детектирования можно выделить манипулирующую последовательность, а затем информационный сигнал. Таким образом, использование синусоидальной несущей не позволяет достичь высокой структурной скрытности СФМнС.

Наиболее близким к предлагаемому способу формирования и обработки СФМнС является общеизвестный способ формирования бинарного СФМнС в передатчике и его обработки в приемнике, описанный, например, в книге Варакина Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985 на стр. 16-17 и иллюстрируемый рис.1.7 и 1.8, принятый за прототип.

В передатчике последовательность информационных символов +1 и -1 перемножается с бинарной псевдослучайной последовательностью (ПСП), элементы которой также принимают значения ±1. Сформированная таким образом манипулирующая последовательность перемножается с синусоидальным несущим колебанием, вырабатываемым соответствующим генератором.

В приемнике СФМнС переносится на промежуточную частоту, перемножается с синхронной копией ПСП, а затем демодулируется, например, схемой Костаса.

Однако такой способ формирования СФМнС не исключает перехвата сигнала информации разведприемником. Так, манипулирующую последовательность можно выделить схемой с квадратором (схемой Пистолькорса), приведенной, например, в книге Линдсея В. Системы синхронизации в связи и управлении. Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1978, рис.3.12. на стр.101, либо схемой Костаса, приведенной там же на рис.3.13 на стр.102. Затем, основываясь на свойстве периодичности ПСП, можно выделить и сигнал информации.

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить структурную скрытность бинарных СФМнС при незначительной модернизации аппаратуры.

Для устранения указанного недостатка в способе формирования и обработки сложного сигнала, включающем на передающей стороне фазовую манипуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью и сигналом информации, на приемной стороне снятие псевдослучайной последовательности с последующей демодуляцией в схеме Костаса, в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум, временные участки которого с амплитудой выше пороговой имеют равномерное распределение фазы в пределах ±π/2 112125 относительно фазы опорного частотно-модулированного колебания, а участки с амплитудой ниже пороговой имеют распределение фазы, равномерное в пределах ±π. Причем обработку сложного сигнала производят схемой Костаса с отслеживанием введенной частотной модуляции несущей.

Назовем модифицированный полосовой шум квазишумовой несущей. Схема устройства для осуществления предлагаемого способа формирования СФМнС с квазишумовой несущей приведена на фиг.1, где 1 - генератор шума, 2 - полосовой фильтр, 3 - генератор модулирующего сигнала, 4 - фазовый детектор, 5 - генератор опорного синусоидального колебания с частотной модуляцией, 6 - амплитудный детектор, 7 - амплитудный ограничитель, 8 - пороговое устройство, 9¹ и 9² - первый и второй ключи, 10 - инвертор (схема НЕ), 11¹, 11² и 11³ - первый, второй и третий перемножители, 12 - сумматор, 13 - генератор ПСП.

Работа устройства происходит следующим образом. Блоки 1 и 2 формируют исходный полосовой шум

блоки 3, 5 вырабатывают опорное синусоидальное колебание, модулированное по частоте (фазе):

где S_мод(t) - модулирующий сигнал.

На выходе фазового детектора 4 образуется напряжение
U₄(t)≈cos[ϕ_ш(t)-ϕ_on(t)],
а на выходе амплитудного ограничителя 7


Если временно исключить из рассмотрения ключ 9¹, на выходе перемножителя 11¹ сформируется напряжение

Таким образом, на выходе перемножителя 11¹ векторы напряжения всегда будут находиться в одной полуплоскости (в фазе) (фиг. 2).

Ключ 9¹ исключает из выходного напряжения перемножителя 11¹ временные участки с малыми амплитудами. Эти участки полосового шума с выхода блока 2 пропускаются без изменения ключом 9². В результате на выходе сумматора 12 участки полосового шума с амплитудами выше порога будут иметь распределение фазы, равномерное в интервале ±π/2 относительно фазы опорного колебания, а участки полосового шума с амплитудами ниже порога будут иметь равномерное распределение в интервале ±π.
Сформированная таким образом квазишумовая несущая инверсно манипулируется в перемножителе 11² бинарной последовательностью с элементами ±1, образованной перемножением ПСП и сигнала информации. В результате на выходе перемножителя 11² формируется СФМнС с квазишумовой несущей. Эпюры напряжений в различных точках схемы на фиг.1 приведены на фиг.3.

В приемнике нашей радиолинии ПСП снимается, и на схему Костаса поступает квазишумовая несущая, манипулированная сигналом информации. В схеме Костаса система ФАП усредняет шумовые флюктуации фазы и формирует колебание, подобное опорному синусоидальному колебанию на выходе блока 5 в передатчике (фиг. 1).

Частотная модуляция опорного колебания отслеживается системой ФАП аналогично доплеровскому сдвигу частоты. Известно [Цифровые системы фазовой синхронизации. Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Сов. радио, 1980, стр.166], что для отслеживания изменения частоты несущей со скоростью F'_д системой ФАП 2-го порядка необходима полоса Следовательно, введение частотной модуляции несущей ограничивает снизу шумовую полосу системы ФАП, что резко снижает чувствительность разведприемника.

Очевидно, в режиме синхронизма при отсутствии сигнала информации напряжение на входе фильтра синфазного канала большую часть времени (когда фаза квазишумовой несущей находится в пределах ±π/2 будет положительным. Результаты компьютерного моделирования подтверждают этот вывод. На фиг.4а показано напряжение на выходе синфазного канала при отсутствии сигнала информации. Информационные символы, имеющие относительно большую длительность Т_и, будут выделяться схемой Костаса правильно. На фиг.4б показан сигнал на выходе фильтра синфазного канала, а на фиг.4в - на выходе интегратора со сбросом.

В разведприемнике, построенном по схеме Пистолькорса, при удвоении частоты функция распределения фазы становится равномерной в интервале ±π, что свидетельствует об отсутствии спектральной составляющей на удвоенной частоте несущей (фиг. 5). Таким образом, синусоидальная несущая даже при отсутствии манипуляции не выделяется разведприемником, построенным по схеме Пистолькорса.

В разведприемнике, построенном по схеме Костаса, на входе этой схемы действует входной СФМнС без снятия ПСП. Длительность элемента ПСП τ_э много меньше длительности информационного символа T_и:τ_э≪T_и. Полосы канальных фильтров схемы Костаса разведприемника должны быть не менее 1/τ_э, т.е. выделение элементов ПСП в разведприемнике происходит при гораздо большем уровне шума, чем выделение информационных символов в приемнике нашей радиолинии. Следовательно, резко возрастает вероятность ошибки при демодуляции элементов ПСП, особенно при малых значениях амплитуды квазишумовой несущей (фиг.4г, д). На фиг.4д звездочками отмечены ошибочно принятые элементы.

Таким образом, использование квазишумовой несущей практически исключает возможность перехвата сигнала информации потенциальным разведприемником при незначительном снижении помехоустойчивости приемника нашей радиолинии и минимальной модернизации аппаратуры.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения структурной скрытности сигналов в помехозащищенных системах. Техническим результатом является повышения структурной скрытности сложных фазоманипулированных сигналов. Технический результат достигается тем что, на передающей стороне осуществляют фазовую манипуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью и сигналом информации, на приемной стороне - снятие псевдослучайной последовательности с последующей демодуляцией в схеме Костаса, и отличается тем, что в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум, временные участки которого с амплитудой выше пороговой имеют равномерное распределение фазы в пределах ±π/2 относительно фазы опорного частотно-модулированного колебания, а участки с амплитудой ниже пороговой имеют распределение фазы, равномерное в пределах ±π, причем обработку сложного сигнала производят схемой Костаса с отслеживанием введенной частотной модуляции несущей. 5 ил.

Способ формирования и обработки сложного сигнала в помехозащищенных радиосистемах, включающий на передающей стороне фазовую манипуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью и сигналом информации, на приемной стороне снятие псевдослучайной последовательности с последующей демодуляцией в схеме Костаса, отличающийся тем, что в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум, временные участки которого с амплитудой выше пороговой, имеют равномерное распределение фазы в пределах ±π/2 112125 относительно фазы опорного частотно-модулированного колебания, а участки с амплитудой ниже пороговой имеют распределение фазы равномерное в пределах ±π, причем обработку сложного сигнала производят схемой Костаса с отслеживанием введенной частотной модуляции несущей.