ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ СКРЫТНОСТЬЮ ПЕРЕДАВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК H04B1/10 H03C3/40 

Предлагаемое устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами (например, а.с. №651492), которые служат для передачи дискретной информации, основной недостаток которой - низкая помехоустойчивость, что обусловлено неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к помехам.

Известны также радиотелефонные системы связи с фазоманипулированными шумоподобными сигналами (ШПС) (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: РИС, 1985, с.18, фиг.1-9). В передатчике телефонное сообщение от источника информации поступает на вход широтно-импульсного модулятора, с выхода которого ШИМ сигнал подается на вход фазового модулятора. На второй вход фазового модулятора подается фазоманипулированный шумоподобный сигнал (ФМ ШПС), формируемый генератором ФМ. Фазоманипулированный сигнал с выхода фазового модулятора, содержащего информацию, поступает на вход балансного модулятора, в котором осуществляется балансная модуляция с несущей частотой от генератора несущей частоты (ГНЧ). Затем из усилителя мощности сигнал через антенну излучается в пространство. Работой широтно-импульсного модулятора и генератора ФМ сигнала управляет синхронизатор. Принятый сигнал в смесителе с помощью гетеродина переносится на промежуточную частоту и после УПЧ поступает на коррелятор, где производится оптимальная обработка принятого сигнала.

На второй вход коррелятора подается опорный сигнал в виде ФМ ШПС. Напряжение на выходе коррелятора содержит телефонное сообщение в виде ШИМ сигнала, который подается на вход демодулятора, с выхода которого телефонное сообщение подается получателю информации.

Основным недостатком этого устройства является невысокая скрытность передаваемой информации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство, приведенное в книге Варакина Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: РИС, 1985, с.16, фиг.1.7, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа изображена на фиг.1, где приведены следующие обозначения:

1 - источник информации;

2 - фазовый модулятор;

3 - балансный модулятор;

4 - усилитель мощности;

5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

6 - генератор несущей частоты;

7 - первый синхронизатор;

8 - передающая антенна;

9 - приемная антенна;

10 - смеситель;

11 - усилитель промежуточной частоты;

12 - согласованный фильтр;

13 - решающий блок;

14 - получатель информации;

15 - гетеродин;

16 - второй синхронизатор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи. Передающая сторона: последовательно соединенные источник информации 1, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и усилитель мощности 4, к выходу которого присоединена передающая антенна 8. Второй вход балансного модулятора 3 соединен с выходом генератора несущей частоты 6, а второй вход фазового модулятора 2 соединен с выходом генератора ПСП 5, вход которого присоединен к выходу первого синхронизатора 7. Приемная сторона: приемная антенна 9 присоединена к первому, сигнальному входу смесителя 10, второй, опорный вход которого соединен с выходом гетеродина 15, а выход смесителя 10 последовательно соединен с усилителем промежуточной частоты 11, согласованным фильтром 12, решающим блоком 13 и получателем информации 14; кроме того, выход согласованного фильтра 12 соединен с входом второго синхронизатора 16, один из выходов которого соединен с входом гетеродина 15, а второй выход второго синхронизатора 16 соединен со вторым входом решающего блока 13.

Работает устройство-прототип следующим образом.

От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и нулей 0 со скоростью R=1/Т поступает на первый вход фазового модулятора 2, где Т - длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает сигнал псевдослучайной последовательности (ПСП) от генератора псевдослучайной последовательности 5. Фазоманипулированный сигнал, снимаемый с фазового модулятора 2, имеет длительность Т и представляет собой последовательность видеоимпульсов двоичных 1 и 0 длительностью τ=T/N, где N - число импульсов. Обычно считают, что база ФМ сигнала примерно равна числу импульсов, т.е. В=N.

Работой генератора ПСП 5 управляет первый синхронизатор 7, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигнала, переносящая информационные символы, поступает в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигнала. Колебания с несущей частотой создаются генератором несущей частоты 6.

Усилитель мощности 4 усиливает фазоманипулированный сигнал до необходимой величины и затем через передающую антенну 8 излучает в пространство.

Принятый приемной антенной 9 сигнал поступает на смеситель 10, где переносится с помощью гетеродина 15 на промежуточную частоту, усиливается в усилителе промежуточной частоты 11 и обрабатывается согласованным фильтром 12. Сигнал с выхода согласованного фильтра 12 поступает на второй синхронизатор 16 и решающий блок 13.

Второй синхронизатор 16 осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте и по времени, накапливает их для увеличения надежности синхронизации, управляет режимом работы решающего блока 13. Для поиска перестраивает гетеродин 15. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего блока 13 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которые передаются получателю информации 14.

Однако данное устройство-прототип имеет невысокую скрытность передаваемой информации, т.к. информационные 0 и 1 кодируются с помощью только одной ПСП.

Для устранения указанного недостатка в линию радиосвязи с повышенной скрытностью передаваемой информации, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные источник информации, фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора, и последовательно соединенные первый синхронизатор и генератор псевдослучайной последовательности, выход которого соединен со вторым опорным входом фазового модулятора; на приемной стороне приемная антенна соединена с первым сигнальным входом смесителя, выход которого через усилитель промежуточной частоты соединен с входом первого согласованного фильтра; кроме того, первый выход второго синхронизатора через гетеродин соединен со вторым опорным входом смесителя, а второй выход второго синхронизатора соединен со вторым синхронизирующим входом решающего блока, выход которого соединен с входом получателя информации, при этом первый сигнальный вход решающего блока соединен с сигнальным входом второго синхронизатора, на передающей стороне в генератор псевдослучайной последовательности введены регистр сдвига, первый вход которого соединен с выходом первого синхронизатора и с входом генератора случайных чисел, выход которого соединен с К-входами коммутатора; при этом m выходов регистра сдвига соединен с m входов коммутатора соответственно, m выходов которого соединены с m входов сумматора по модулю два соответственно, выход которого соединен со вторым синхронизирующим входом регистра сдвига; причем выход регистра сдвига является выходом генератора псевдослучайной последовательности; на приемной стороне введены n согласованных фильтров и элемент И. При этом выход усилителя промежуточной частоты соединен с входами n согласованных фильтров усилителя соответственно, выходы которых соединены с m входами элемента И соответственно, выход которого соединен с сигнальным входом второго синхронизатора.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 - источник информации;

2 - фазовый модулятор;

3 - балансный модулятор;

4 - усилитель мощности;

5 - генератор псевдослучайной последовательности;

6 - генератор несущей частоты;

7 - первый синхронизатор;

8 - передающая антенна;

9 - приемная антенна;

10 - смеситель;

11 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

12₁ - 12_n - первый, второй,..., n-й согласованные фильтры;

13 - решающий блок;

14 - получатель информации;

15 - гетеродин;

16 - второй синхронизатор;

17 - элемент ИЛИ;

18 - сумматор по модулю два;

19 - коммутатор;

20 - регистр сдвига;

21 - генератор случайных чисел.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Передающая сторона содержит последовательно соединенные источник информации 1, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и усилитель мощности 4, к выходу которого присоединена передающая антенна 8; второй вход балансного модулятора 3 соединен с выходом генератора несущей частоты 6; выход первого синхронизатора 7 соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности 5, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 2; при этом генератор псевдослучайной последовательности 5 содержит регистр сдвига 20, первый вход которого является также входом генератора псевдослучайной последовательности 5, a m выходов регистра сдвига 20 соединены с m входами коммутатора 19, m выходов которого соединены с m входами сумматора по модулю два 18, выход которого соединен со вторым синхронизирующим входом регистра сдвига 20, выход которого является также выходом генератора псевдослучайной последовательности 5; кроме того, первый вход регистра сдвига 20 через генератор псевдослучайных чисел 21 соединен с К - входами коммутатора 19. Приемная сторона содержит: приемная антенна 9 соединена с первым сигнальным входом смесителя 10, второй опорный вход которого соединен с выходом гетеродина 15, а выход смесителя 10 через усилитель промежуточной частоты 11 соединен с входами m согласованных фильтров 12₁-12_n, выходы которых соединены соответственно с m входами элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с сигнальными входами решающего блока 13 и второго синхронизатора 16, первый выход которого соединен с входом гетеродина 15, а второй выход второго синхронизатора 16 соединен со вторым синхронизирующим входом решающего блока 13, выход которого соединен с входом получателя информации 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 со скоростью R=1/Т поступает на первый вход фазового модулятора 2, где Т-длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает сигнал ПСП от генератора псевдослучайной последовательности 5.

М-выходов отдельных разрядов регистра сдвига 20 соединены соответственно с m входами коммутатора 19, которыми управляет генератор случайных чисел 21, генерирующий случайные числа в диапазоне от 1 до n с периодом повторения L.

По данным генератора случайных чисел 21 коммутатор 19 пропускает определенную комбинацию от 1 до m выходов регистра сдвига 20, соответствующую проверочному полному периоду ПСП на входы сумматора по модулю два 18, с выхода которого сигнал поступает на второй, синхронизирующий вход первого разряда регистра сдвига 20. Синхронизирует работу регистра сдвига 20 и генератора случайных чисел 21 первый синхронизатор 7.

Таким образом, для каждого очередного бита информации будет использоваться ПСП, номер которой определяется генератором случайных чисел 21.

Количество ПСП, полученных коммутацией обратных связей, будет:

где ϕ(е^m) - функция Эйлера.

Генератор случайных чисел 21 генерирует числа в диапазоне от 1 до n с периодом L. Период может быть выбран сколь угодно длинным и выбирается согласно допустимому времени вскрытия информации Т_доп.

Генератор случайных чисел 21 может быть реализован в цифровом виде на основе рекуррентных соотношений. В этом случае его период рассчитывается следующим образом:

f_т - тактовая частота сигнала;

N=2^m - длина ПСП.

Например: при Т_доп=30 мин f_т=100 кГц, N=1023

Генератор случайных чисел также может быть выполнен на основе шумовых свойств электронных приборов и тогда его период L=∞.

Последовательность ШПС в виде ФМ сигнала, переносящая информационные символы, поступают в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигнала. Колебания с несущей частотой создаются генератором несущей частоты 6. Усилитель мощности 4 усиливает фазоманипулированный сигнал до необходимой величины и затем через передающую антенну 8 излучается в пространство.

Принятый приемной антенной 9 сигнал поступает на смеситель 10, где переносится с помощью гетеродина 15 на промежуточную частоту, усиливается в усилителе промежуточной частоты 11 и обрабатывается в одном из n соответствующем принятому сигналу согласованном фильтре 12₁-12_n, т.е., каждый из n согласованных фильтров настраивается на одну из n структур передаваемых сигналов. Сигнал с выхода соответствующего согласованного фильтра 12₁-12_n через элемент ИЛИ 17 поступает на второй синхронизатор 16 и решающий блок 13, который осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надежности синхронизации, управляет режимом работы решающего блока 13. Для поиска сигнала по частоте второго синхронизатора 16 перестраивает частоту гетеродина 15. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего блока 13 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая передается получателю информации 14.

Обычно блок 5 реализуется по схеме (см. фиг.3) (Пестряков В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Сов. Радио, 1973, с.147, фиг.4.2.3), где введены следующие обозначения:

1 - генератор тактовых импульсов;

2₁-2_m - первый, второй,..., m-й триггеры;

3₁-3_m - первый, второй,..., m-й умножители;

4 - сумматор по модулю два.

Блок 5 имеет следующие функциональные связи.

Выход генератора тактовых импульсов 1 соединен с первыми сигнальными входами с первого по m триггеров 2₁-2_m соответственно, а выходы с первого по m триггеров 2₁-2_m через m умножители 3₁-3_m соединены с n входами сумматора по модулю два 4, выход которого соединен со вторым сигнальным входом первого триггера 2₁ и, кроме того, является выходом устройства.

Работает блок 5 следующим образом.

С генератора тактовых импульсов 1 импульсы поступают на первые сигнальные входы с первого по m триггеров 2₁-2_m, образующих регистры сдвига. С выходов с первого по m триггеров 2₁-2_m, соответствующих единичным значениям проверочного полинома, сигналы через m умножители 3₁-3_m поступают на соответствующие входы сумматора по модулю два 4, с выхода которого сигнал поступает на второй сигнальный вход первого триггера 2₁, и одновременно является выходным сигналом устройства.

На фиг.4 изображена структурная схема блока 19, где обозначено следующее: 191 - постоянное запоминающее устройство; 192₁-192_m - элементы И.

N выходы постоянного запоминающего устройства 191 соединены с первыми входами n блоков 192₁-192_m соответственно, выходы которых являются выходами блока 19, а вторые входы n блоков 192₁-192_m являются вторыми входами блока 19 соответственно.

Блок 19 работает следующим образом.

К - разрядный сигнал с блока 21 поступает на К - входы (адресную шину) ПЗУ 191, с выхода которой (с шины данных) m - разрядный сигнал (проверочный полином М - последовательности) поступает на первые входы блоков 192₁-192_m соответственно, на вторые входы которых поступает m-разрядный сигнал с блока 20. Выходы блоков 192₁-192_m являются выходами блока 19.

Если в разряде проверочного полинома (шине данных блока 191) единица, то сигнал регистра сдвига проходит на выход блока 19 без изменений, в случае нулевого разряда независимо от значения на выходе блока 20 на n выходах устанавливается значение логического нуля.

Генератор случайных частот 21 может быть реализован в виде генератора псевдослучайных чисел (ПСП) - регистр сдвига с сумматором по модулю два в обратной связи - как показано на фиг.3.

На m входы сумматора по модулю два 18 в разные такты поступает разное количество суммируемых сигналов. Поэтому его можно реализовать в виде дешифратора с m входами и одним выходом. По закону дешифрации будет происходить следующее: при четном количестве логических 1 на входе на выходе получается логический 0; при нечетном количестве логических 1 на входе на выходе получается логическая 1.

Изобретение относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы. Технический результат - повышение скрытности передаваемой информации. Для этого устройство содержит источник информации, фазовый модулятор, балансный модулятор, усилитель мощности, генератор ПСП, генератор несущей частоты, синхронизатор передатчика, сумматор по модулю два, коммутатор, регистр сдвига, генератор случайных чисел, передающую и приемную антенны, смеситель, усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр, решающее устройство, получатель информации, гетеродин, синхронизатор приемника, n-1 согласованных фильтров. В устройстве информационные 0 и 1 передаются различными ПСП из заданного набора различным объемом с заданным периодом повторения. 4 ил.

Линия радиосвязи с повышенной скрытностью передаваемой информации, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации, фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора, и последовательно соединенные первый синхронизатор и генератор псевдослучайной последовательности, выход которого соединен со вторым, опорным входом фазового модулятора; на приемной стороне приемная антенна соединена с первым, сигнальным входом смесителя, выход которого через усилитель промежуточной частоты соединен с входом первого согласованного фильтра; кроме того, первый выход второго синхронизатора через гетеродин соединен со вторым, опорным входом смесителя, а второй выход второго синхронизатора соединен со вторым, синхронизирующим входом решающего блока, выход которого соединен с входом получателя информации, при этом первый, сигнальный вход решающего блока соединен с сигнальным входом второго синхронизатора, отличающаяся тем, что на передающей стороне в генератор псевдослучайной последовательности введены регистр сдвига, первый вход которого соединен с выходом первого синхронизатора и с входом генератора случайных чисел, выход которого соединен с К-входами коммутатора; при этом m выходов регистра сдвига соединен с m входами коммутатора соответственно, m выходов которого соединены с m входами сумматора по модулю два соответственно, выход которого соединен со вторым, синхронизирующим входом регистра сдвига; причем выход регистра сдвига является выходом генератора псевдослучайной последовательности; на приемной стороне введены n согласованных фильтров и элемент ИЛИ; при этом выход усилителя промежуточной частоты соединен с входами n согласованных фильтров усилителя соответственно, выходы которых соединены с m входами элемента И соответственно, выход которого соединен с сигнальным входом второго синхронизатора.