АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ И АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК H04B1/38 H04J13/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи информации.

Известна аппаратура для передачи информации, описанная в серийно выпускаемых радиостанциях: Р-168-2,5, Р-159, принцип работы которых изложен в технических описаниях: "Радиостанция Р-168-2,5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ШИ1.106.047 ТО", "Радиостанция Р-159. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИП1.100.063 ТО", недостатком которых является низкая помехоустойчивость и скрытность.

Наиболее близкой к предлагаемой аппаратуре является радиостанция P-163-50K, описанная в "Радиостанция P-163-50K. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ДЛЯ.201.005 ТО", недостатком которой является низкая помехоустойчивость и скрытность.

Структурная схема прототипа изображена на фиг.1, где приведены следующие обозначения:
1 - усилитель низкой частоты (УНЧ);
2 - модулятор;
3 - возбудитель;
4 - усилитель мощности;
5 - передающая антенна;
6 - первый синтезатор частот;
7 - приемная антенна;
8 - усилитель высокой частоты (УВЧ);
9 - тракт промежуточных частот;
10 - второй синтезатор частот;
11 - демодулятор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: передающая часть содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты (УНЧ)1, вход которого является входом устройства, модулятор 2, возбудитель 3, усилитель мощности 4 и передающую антенну 5, при этом второй опорный вход модулятора 2 соединен с первым выходом первого синтезатора частот 6, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя 3 соответственно; приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты (УВЧ) 8, тракт промежуточных частот 9 и демодулятор 11, выход которого является выходом устройства, а также второй синтезатор частот 10, первый и второй выходы которого присоединены к второму и третьему опорным входам тракта промежуточной частоты 9 соответственно.

Устройство-прототип работает следующим образом.

На вход блока 1, являющегося входом передающей части устройства, поступает аналоговый речевой сигнал, который в блоке 2 модулирует гармоническое колебание, поступающее на его опорный вход с первого выхода блока 6.

Модулированный с использованием методов модуляции (например, амплитудной или частотной) сигнал с выхода блока 2 подается на первый сигнальный вход блока 3, на второй и третий опорные входы которого поступают гармонические колебания разных частот, с использованием которых осуществляется перенос модулированного колебания сначала на промежуточную, а затем на выходящую частоту, которая затем усиливается по мощности в блоке 4 и излучается передающей антенной 5.

В приемной части устройства сигнал принимается блоком 7, усиливается в блоке 8 и поступает на первый сигнальный вход блока 9, на второй и третий опорные входы которого подаются гармонические колебания от блока 10, с использованием которых в блоке 9 производится преобразование принятого сигнала сначала на первую, а затем на вторую промежуточные частоты. Сигнал на второй промежуточной частоте поступает на блок 11, где он демодулируется.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость и скрытность передаваемой информации и ее малый объем.

Для устранения указанного недостатка в аппаратуру передачи дискретной и аналоговой информации, содержащую в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом присоединенный к первому сигнальному входу модулятора, второй опорный вход которого соединен с первым выходом первого синтезатора частот, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя, выход которого через усилитель мощности соединен с входом передающей антенны; в приемной части последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты и тракт промежуточных частот, второй и третий опорные входы которого соединены с первым и вторым выходами второго синтезатора частот соответственно, и демодулятор, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры, в передающую часть введены первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом модулятора, и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым сигнальным входом возбудителя; в приемную часть введены коммутатор, элемент задержки, последовательно соединенные синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель и вычитатель, а также приемник широкополосных фазоманипулированных сигналов, второй сумматор, первый, второй и третий перемножитель, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с вторым управляющим входом регулируемого усилителя; выход тракта промежуточных частот соединен с сигнальным входом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов, с входом элемента задержки и с первым сигнальным входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора; выход элемента задержки соединен с первым сигнальным входом синхронно-фазового фильтра и с первым входом вычитателя, выход которого соединен с вторым сигнальным входом коммутатора и вторым входом третьего перемножителя, первый вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя; третий опорный и четвертый сигнальный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов соединены соответственно с первым опорным и вторым сигнальным входами первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, при этом пятый сигнальный и шестой опорный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов соединены соответственно с первым сигнальным и вторым опорным входами второго перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым опорным входом синхронно-фазового фильтра; кроме того, третий управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов, второй выход которого является вторым информационным выходом аппаратуры.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где приведены следующие обозначения:
1 - усилитель низкой частоты (УНЧ),
2 - модулятор;
3 - возбудитель;
4 - усилитель мощности;
5 - передающая антенна;
6 - первый синтезатор частот;
7 - приемная антенна;
8 - усилитель высокой частоты (УВЧ);
9 - тракт промежуточных частот;
10 - второй синтезатор частот;
11 - приемник широкополосных фазоманипулированных сигналов;
12 - элемент задержки;
13 - синхронно-фазовый фильтр;
14 - регулируемый усилитель;
15 - формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала;
16 - третий перемножитель;
17 - интегратор;
18 - демодулятор;
19 - первый перемножитель;
20 - второй перемножитель;
21 - первый сумматор;
22 - второй сумматор;
23 - вычитатель;
24 - коммутатор.

Предлагаемая аппаратура имеет следующие функциональные связи,
Передающая часть содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты (УНЧ)1, вход которого является первым информационным входом аппаратуры, модулятор 2, первый сумматор 21, возбудитель 3, усилитель мощности 4 и передающую антенну 5, а также содержит формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала 15, вход которого является вторым информационным входом аппаратуры, а выход формирователя широкополосного фазоманипулированного сигнала 15 соединен с вторым входом первого сумматора 21; кроме того, первый выход первого синтезатора частот 6 соединен с вторым, опорным входом модулятора 2, при этом второй и третий выходы первого синтезатора частот 6 соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя 3 соответственно; приемная часть аппаратуры содержит последовательно соединенные приемную антенну 7, усилитель высокой частоты 8 и тракт промежуточных частот 9, второй и третий опорные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами второго синтезатора частот 10; выход тракта промежуточных частот 9 соединен с сигнальным входом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов 11, с входом элемента задержки 12 и с первым сигнальным входом коммутатора 24, выход которого через демодулятор 18 соединен с первым информационным выходом аппаратуры. Выход элемента задержки 12 соединен с первым сигнальным входом синхронно-фазового фильтра 13 и первым входом вычитателя 23, выход которого соединен с вторым входом третьего перемножителя 16 и вторым сигнальным входом коммутатора 24, третий управляющий вход которого соединен с первым выходом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов 11, второй выход которого также является вторым информационным выходом аппаратуры. Третий опорный и четвертый сигнальный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов 11 соединены с первым опорным и вторым сигнальным входами первого перемножителя 19 соответственно, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 22; пятый сигнальный и шестой опорный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов 11 соединены с первым сигнальным и вторым опорным входами второго перемножителя 20 соответственно, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 22, выход которого соединен с вторым опорным входом синхронно-фазового фильтра 13, выход которого соединен с первым сигнальным входом регулируемого усилителя 14, выход которого соединен с вторым входом вычитателя 23 и первым входом третьего перемножителя 16, выход которого через интегратор 17 соединен с вторым управляющим входом регулируемого усилителя 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На первый информационный вход передающей части устройства подается аналоговый речевой сигнал, который усиливается в блоке 1, с выхода которого подается на блок 2, где он модулирует гармоническое колебание, поступающее на второй опорный вход блока 2 с первого опорного выхода блока 6. С выхода блока 2 модулированный сигнал подается на первый сигнальный вход блока 21, на второй сигнальный вход которого подается широкополосный фазоманипулированный сигнал, сформулированный в блоке 15, на вход которого, являющегося вторым информационным входом устройства, подается низкоскоростной цифровой сигнал. Суммарный сигнал с выхода блока 21 подается на первый сигнальный вход блока 3, на второй и третий опорные входы которого подаются гармонические колебания от блока 6, с использованием которых осуществляется перенос суммарного сигнала сначала на первую промежуточную частоту, а затем на выходную частоту, которая усиливается по мощности в блоке 4 и излучается блоком 5.

Приемная часть устройства работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на блок 7, далее усиливается в блоке 8 и подается на первый сигнальный вход блока 9, где преобразуется сначала на первую, а затем на вторую промежуточную частоту с использованием гармонических сигналов (сигналов гетеродинов), поступающих на второй и третий опорные входы блока 9 с первого и второго выходов блока 10 соответственно. С выхода блока 9 суммарный сигнал на второй промежуточной частоте поступает одновременно на первый сигнальный вход блока 24 и на вход блока 11 непосредственно, а на второй сигнальный вход блока 24 - через последовательно соединенные блоки 12 и 23.

В блоке 11 осуществляется вхождение в синхронизм с широкополосным фазоманипулированным сигналом, его корреляционная обработка и демодуляция. Демодулированный цифровой сигнал со второго выхода блока 11 подается на второй информационный выход устройства. Команда "сигнал синхронизации", формируемая блоком 11 и свидетельствующая о вхождении в синхронизм блока 11 с входным широкополосным фазоманипулированным сигналом, с его первого выхода подается на третий управляющий вход блока 24. При отсутствии синхронизации в блоке 11 команды "сигнал синхронизации" принимает значение "0". В этом случае к выходу блока 24 подключается его первый сигнальный вход, при этом входной сигнал, преобразованный на вторую промежуточную частоту, подается непосредственно на блок 18 и после демодуляции в нем поступает на первый информационный выход устройства.

Наличие команды "0" на первом выходе блока 11 соответствует либо отсутствию передачи широкополосного фазоманипулированного сигнала (на блок 15 не подано напряжение питания), либо отсутствию синхронизма в блоке 11. При появлении команды "1" на первом выходе блока 11, подаваемой на третий управляющий вход блока 24, блок 24 обеспечивает подключение к своему выходу своего второго сигнального входа. В этом случае сигнал на второй промежуточной частоте поступает на вход блока 18 через последовательно соединенные блоки 12, 23 и 24, при этом в блоке 23 осуществляется компенсация широкополосного фазоманипулированного сигнала за счет вычитания из входной смеси, поступающей с выхода блока 9 через блок 12, копии широкополосного фазоманипулированного сигнала, поступающей на второй вход блока 23 с выхода блока 14.

Формирование копии широкополосного фазоманипулированного сигнала осуществляется следующим образом. Опорная псевдослучайная последовательность синхросигнала с третьего опорного выхода блока 11 и свернутый синхросигнал (гармоническое колебание) с четвертого сигнального выхода блока 11 подаются на первый опорный и второй сигнальный входы блока 19 соответственно, где за счет их перемножения на выходе блока 19 выделяется восстановленная широкополосная фазоманипулированная синхропоследовательность, аналогичная синхропоследовательности во входной смеси. Опорная псевдослучайная последовательность, используемая при корреляционной обработке информационного сигнала, с шестого выхода блока 11 и свернутый (узкополосный) информационный сигнал (гармоническое колебание, модулированное информацией) с пятого сигнального выхода блока 11 подаются на первый опорный и второй сигнальный входы блока 20 соответственно, где за счет их перемножения происходит восстановление широкополосного фазоманипулированного информационного сигнала во входной смеси.

Копии широкополосных фазоманипулированных синхросигнала и информационного сигнала суммируются в блоке 22, с выхода которого суммарный сигнал подается на второй опорный вход блока 13, на первый сигнальный вход которого подается входная смесь на второй промежуточной частоте с выхода блока 9 через блок 12.

Блок 13 представляет собой синхронно-фазовый фильтр, на выход которого проходят только те сигналы из входной смеси, которые совпадают по структуре с опорным сигналом, подаваемым на его второй опорный вход. Так как на опорный вход блока 13 подается копия широкополосного фазоманипулированного сигнала, то именно он выделяется на выходе блока 13, при этом начальная фаза широкополосного фазоманипулированного сигнала на выходе блока 13 совпадает с начальной фазой соответствующего сигнала, подаваемого на его первый сигнальный вход, а амплитуда отличается только постоянным множителем. Постоянный множитель амплитуды копии широкополосного фазоманипулированного сигнала на втором входе блока 13 автоматически устанавливается максимально близкой к "1" за счет применения блоков 14, 23, 16 и 17. В блоке 16 осуществляется перемножение выходного напряжения блока 23, поступающего на его первый вход, и напряжения, поступающего на его второй вход, в результате чего в блоке 16 вычисляется степень корреляции копии широкополосного фазоманипулированного сигнала на втором входе блока 23 и его остаточного, нескомпенсированного остатка на выходе блока 23. Результат перемножения усредняется в блоке 17 и подается на второй управляющий вход блока 14. Чем больше остаточное нескомпенсированное напряжение на выходе блока 23, тем больше уровень управляющего напряжения на втором управляющем входе блока 14, что приводит к увеличению его коэффициента передачи и, следовательно, к уменьшению нескомпенсированного напряжения на выходе блока 23. То есть в блоке 23 осуществляется компенсация широкополосного фазоманипулированного сигнала. С выхода блока 24 узкополосный сигнал, очищенный от широкополосного фазоманипулированного сигнала, подается на блок 18, где он после демодуляции поступает на первый информационный выход устройства.

Остановимся на аппаратурной реализации вновь введенных блоков.

Вариант аппаратурной реализации блока 15 приведен на фиг.3, где обозначено:
151 - генератор несущей и тактовых частот;
152 - генератор синхропоследовательности;
153,156 - первый и второй перемножители;
154 - сумматор;
155 - генератор информационной последовательности;
157 - фазовращатель на 90^o;
158 - фазовый манипулятор;
159 - устройство фазирования.

Блок 15, представленный на фиг.3, содержит последовательно соединенные генератор синхропоследовательности 152 и первый перемножитель 153, а также последовательно соединенные генератор информационной последовательности 155 и второй перемножитель 156, а также генератор несущей и тактовых частот 151, фазовращатель на 90^o 157, фазовый манипулятор 158, устройство фазирования 159, сумматор 154, выход которого является выходом блока. Первый выход блока 151 соединен с первыми входами блоков 152 и 155, второй выход блока 151 соединен с вторым сигнальным входом блока 153 через блок 157, а с вторым сигнальным входом блока 156 - через блок 158. Выход блока 153 соединен с первым входом блока 154, а выход блока 156 соединен с вторым входом блока 154. Первый и второй выходы блока 159 соединены с вторыми управляющими входами блоков 152 и 155 соответственно.

Блок 15 работает следующим образом.

Тактовая частота, формируемая блоком 151, подается на блоки 152 и 155, обеспечивая формирование в них псевдослучайных последовательностей разной структуры. Первая из них, формируемая блоком 152, используется для формирования широкополосного фазоманипулированного синхросигнала за счет перемножения ее в блоке 153 с несущей частотой, поступающей с второго выхода блока 151 через блок 157, где осуществляется поворот ее фазы на 90^o. Вторая (информационная) псевдослучайная последовательность, формируемая блоком 155, перемножается в блоке 156 с несущей, формируемой блоком 151 и манипулированной информационным сигналом в блоке 156, за счет чего формируется широкополосный фазоманипулированный информационный сигнал, который суммируется с синхросигналом в блоке 154. Установку начальных фаз блоков 152 и 155 осуществляет блок 159.

Структурная схема блока 11 приведена на фиг.4, где обозначено:
111 - блок синхронизации;
112 - генератор синхропоследовательности;
114 - генератор информационной последовательности;
113, 115 - первый и второй перемножители;
116, 118 - первый и второй полосовые фильтры;
117 - фазовый детектор.

Блок 11 содержит последовательно соединенные первый перемножитель 113 и первый полосовой фильтр 116, последовательно соединенные второй перемножитель 115 и второй полосовой фильтр 118, выходы блоков 116 и 118 соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора 117, выход которого является первым информационным выходом блока. Содержит генератор синхропоследовательности 112, генератор информационной последовательности 114, блок синхронизации 111, при этом вход устройства соединен одновременно с первыми сигнальными входами блоков 111, 113 и 115; выход блока 111 соединен с управляющими входами блоков 112 и 114 и является также управляющим выходом блока 11.

Блок 11 работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и узкополосный сигнал, поступает на блоки 111, 113 и 115. В блоке 111 осуществляется синхронизация с синхропоследовательностью. Команда "сигнал синхронизации", формируемая блоком 111, подается на управляющие входы блоков 112 и 114, обеспечивая их синхронно с входными широкополосными синхро- и информационными сигналами.

В блоке 113 осуществляется свертка широкополосного синхросигнала в узкополосный гармонический сигнал за счет перемножения входной смеси с опорным сигналом блока 112, результат свертки фильтруется в блоке 116, с выхода которого подается на опорный вход блока 117, где используется при фазовом демонтировании информационного сигнала, который выделяется за счет перемножения в блоке 115 входной смеси с опорным сигналом блока 114 и его фильтрации блоком 118. Выход блока 111 является первым управляющим выходом блока 11, выход блока 117 является информационным выходом блока 11.

За счет корреляционной обработки в блоке 11 осуществляется подавление узкополосного аналогового сигнала во входной смеси. Действительно в блоках 113 и 115 узкополосный аналоговый сигнал, входящий в состав входной смеси, манипулируется псевдослучайными последовательностями блоков 112 и 114 соответственно, в результате чего спектр узкополосного аналогового сигнала расширяется, после чего производится фильтрация расширенного спектра узкополосными фильтрами 116 и 118 соответственно. При этом степень подавления аналогового узкополосного сигнала в блоке 11 определяется соотношением где Δf - полоса широкополосного сигнала, ΔF - полоса пропускания блоков 116 и 118 соответственно, а Б - база широкополосного сигнала.

Выход блока 112 является третьим опорным выходом блока 11, выход блока 116 является четвертым сигнальным выходом блока 11, выход блока 118 является пятым сигнальным выходом, выход блока 114 - шестым опорным выходом блока 11.

Блок 13 может быть выполнен так, как это представлено в монографии Свистова В. М. "Радиолокационные сигналы и их обработка", М., "Сов.радио", 1977г., стр.123.

Блок 21 может быть выполнен в виде двух резисторов, выходы которых являются соответственно первым и вторым входами блока 21, а объединенные выходы их являются выходом блока 21.

В прототипе обеспечивается передача и прием аналогового речевого сигнала с использованием узкополосных методов модуляции, при этом не обеспечивается скрытность и помехоустойчивость передачи информации.

Другим недостатком устройства-прототипа является малый объем передаваемой информации.

В заявляемом устройстве в выделенной для данной радиолинии полосе частот без дополнительных частотных затрат увеличивается объем передаваемой информации, дополнительно введенный информационный канал обеспечивает возможность помехоустойчивой и скрытной передачи, при этом исключается взаимное влияние каналов.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи информации. В предлагаемом устройстве в заданной полосе частот обеспечивается увеличение объема передаваемой информации и повышение ее помехоустойчивости и скрытности. Это достигается при введении в передающую часть устройства-прототипа формирователя широкополосных фазоманипулированных (ШПФМн) сигналов и первого сумматора, а в приемную часть - элемента задержки, синхронно-фазового фильтра, регулируемого усилителя, трех перемножителей, интегратора, второго сумматора, вычитателя, приемника ШПФМн сигналов и коммутатора. 4 ил.

Аппаратура передачи дискретной и аналоговой информации, содержащая в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом присоединенный к первому, сигнальному входу модулятора, второй, опорный вход которого соединен с первым выходом первого синтезатора частот, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя, выход которого через усилитель мощности соединен с входом передающей антенны, в приемной части последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты и тракт промежуточных частот, второй и третий опорные входы которого соединены с первым и вторым выходами второго синтезатора частот соответственно, и демодулятор, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры, отличающаяся тем, что в передающую часть введены первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом модулятора, и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым сигнальным входом возбудителя, в приемную часть введены коммутатор, элемент задержки, последовательно соединенные синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель и вычитатель, а также приемник широкополосных фазоманипулированных сигналов, второй сумматор, первый, второй и третий перемножитель, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с вторым, управляющим входом регулируемого усилителя, выход тракта промежуточных частот соединен с сигнальным входом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов, с входом элемента задержки и с первым сигнальным входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора, выход элемента задержки соединен с первым сигнальным входом синхронно-фазового фильтра и с первым входом вычитателя, выход которого соединен с вторым сигнальным входом коммутатора и вторым входом третьего перемножителя, первый вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, третий опорный и четвертый сигнальный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов соединены соответственно с первым опорным и вторым сигнальным входами первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, при этом пятый сигнальный и шестой опорный выходы приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов соединены соответственно с первым сигнальным и вторым опорным входами второго перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым, опорным входом синхронно-фазового фильтра, кроме того, третий, управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом приемника широкополосных фазоманипулированных сигналов, второй выход которого является вторым информационным выходом аппаратуры.