УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА МОДУЛИРОВАННЫХ ПО ФАЗЕ И ЧАСТОТЕ СИГНАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиосвязи при разработке систем передачи данных с использованием частотно-модулированных (ЧМ) и фазомодулированных (ФМ) сигналов.

Известны устройства для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов [АС №684750, МПК⁷ Н 04 В 7/165, 1979; Н 04 J 1/20, заявка Японии №49-25043, МПК Н 04 В, 1974], которые содержат на передающей стороне - синхронизатор, выходы которого через соответствующие коммутаторы подключены к входам фазового и частотного модуляторов, и выходной согласующий блок, при этом на вторые входы коммутаторов поданы информационные сигналы, на приемной стороне - линейный согласующий блок, выход которого подключен к входу блока задержки и к входам полосовых фильтров, выходы которых через соответствующие амплитудные детекторы подключены к входам детектора максимального сигнала, выходы которого через интеграторы соединены с входами триггера, а также частотный модулятор и блок формирования опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, причем выход соответствующего интегратора соединен с входом частотного модулятора.

Недостатком данных устройств является низкая помехоустойчивость. Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов [АС №684750, МПК⁷ Н 04 В 7/165, 1979], содержащее на передающей стороне - последовательно соединенные синхронизатор, первый коммутатор, фазовый модулятор, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, первые входы которых через второй коммутатор подключены ко второму выходу синхронизатора.

Причем вторые входы ключей частотного модулятора через соответствующие выходы синтезатора частот подключены ко второму входу фазового модулятора, а также содержит выходной согласующий блок, выход которого является выходом передающей стороны, на приемной стороне - линейный согласующий блок, вход которого является входом приемной стороны, последовательно соединенные блок задержки, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом приемной стороны.

Причем выход усилителя промежуточной частоты подключен к блоку формирования опорного сигнала, первый выход которого через синтезатор частот соединен с первыми входами ключей частотного модулятора, а второй выход соединен со вторым входом фазового детектора, а также содержит два полосовых фильтра, входы которых подключены к входу блока задержки, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы соединены с соответствующими входами детектора максимального сигнала, выходы которого через соответствующие интеграторы подключены ко вторым входам ключей частотного модулятора и соответствующим входам триггера.

Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость в условиях прицельных помех. Это объясняется наличием двух максимумов в спектре принимаемых сигналов, центральные частоты которых соответствуют поднесущим частотно-модулированного сигнала (см. фиг.2а). Это обстоятельство снижает скрытность устройств. В условиях прицельных помех, при отношении сигнал-помеха по мощности на входе приемной стороны, менее 10 раз [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. с.7...8], возможно нарушение работы частотного модулятора, а следовательно, и нарушение условий приема фазомодулированного (ФМ) сигнала, и, как следствие, снижение качества воспроизведения информации. Таким образом, недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость в условиях прицельных помех.

Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости устройства передачи и приема, модулированных по фазе и частоте сигналов, за счет расширения спектров передаваемых ФМ-ЧМ сигналов путем модуляции их частоты по линейному закону.

Указанный результат достигается за счет того, что в известное устройство для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов, содержащее на передающей стороне - последовательно соединенные синхронизатор, первый коммутатор, фазовый модулятор, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, при этом первые входы ключей через второй коммутатор подключены ко второму выходу синхронизатора, а вторые входы ключей через соответствующие выходы синтезатора частот подключены ко второму входу фазового модулятора, а также содержит выходной согласующий блок, выход которого является выходом передающей стороны, на приемной стороне - последовательно соединенные линейный согласующий блок, вход которого является входом приемной стороны, блок задержки, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом приемной стороны.

Причем выход усилителя промежуточной частоты подключен к блоку формирования опорного сигнала, первый выход которого через синтезатор частот соединен с первыми входами ключей частотного модулятора, а второй выход соединен со вторым входом фазового детектора, а также содержит два полосовых фильтра, входы которых подключены к входу блока задержки, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы соединены с соответствующими входами детектора максимального сигнала, выходы которого через соответствующие интеграторы подключены ко вторым входам ключей частотного модулятора и соответствующим входам третьего триггера, на передающей стороне между смесителем и выходным согласующим блоком введены последовательно соединенные полосовой фильтр и второй смеситель, а также введены линейный частотно-модулированный гетеродин, опорный генератор, четыре блока "И", два делителя частоты, три блока "ИЛИ", блок "И-НЕ", генератор кодов, согласованный фильтр и блок управления, при этом второй вход второго смесителя соединен с выходом линейного частотно-модулированного гетеродина, к соответствующим входам которого подключены соответственно выход опорного генератора, первый вход первого блока "И", вход второго делителя частоты и выход первого блока "ИЛИ", первый вход которого через первый делитель частоты соединен с выходом первого блока "И", второй вход которого подключен к первому выходу блока управления и первым входам второго и третьего блоков "И", вторые входы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами передающей стороны, а выходы - через соответствующие блоки "ИЛИ" подключены ко вторым входам соответствующих коммутаторов, причем вторые входы второго и третьего блоков "ИЛИ" соединены с соответствующими выходами блока "И-НЕ", первый вход которого подключен к выходу генератора кодов, выход которого через согласованный фильтр соединен со вторым входом первого блока "ИЛИ" и первым входом блока управления, второй вход которого является первым входом передающей стороны.

Причем второй выход блока управления подключен ко вторым входам блока "И-НЕ" и четвертого блока "И", первый вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, а выход четвертого блока "И" подключен к входу генератора кодов, на приемной стороне - между выходами третьего триггера и линейного согласующего блока введены последовательно соединенные седьмой блок "И", второй согласованный фильтр, второй триггер, шестой блок "И", первый триггер, формирователь импульсов, четвертый блок "ИЛИ", второй линейный частотно-модулированный гетеродин и третий смеситель, выход которого через второй полосовой фильтр подключен к входу блока задержки, а также введены последовательно соединенные второй опорный генератор, пятый блок "И" и третий делитель частоты, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока "ИЛИ", причем выход второго опорного генератора подключен ко вторым входам второго линейного частотно-модулированного гетеродина и шестого блока "И", выход которого подключен ко второму входу второго триггера, а соответствующие выходы первого триггера соединены с соответствующими входами пятого и седьмого блоков "И".

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известно устройство, обеспечивающее существенное повышение помехозащищенности за счет расширения спектров передаваемых ФМ-ЧМ сигналов путем дополнительной модуляции их частоты по линейному закону. Расширение спектра излучаемых ФМ-ЧМ сигналов обеспечивает маскировку их энергетических максимумов, что снижает вероятность эффективного применения прицельных помех для подавления устройства приема модулированных по фазе и частоте сигналов. С этой целью на передающей стороне введены полосовой фильтр, второй смеситель и линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) гетеродин.

На приемной стороне для обеспечения корреляционной свертки ЛЧМ составляющей в принимаемом сигнале дополнительно введены смеситель, полосовой фильтр и линейный частотно-модулированный гетеродин. Временная синхронизация работы ЛЧМ гетеродинов на передающей и приемной сторонах обеспечивается с помощью дополнительно введенных двух опорных генераторов, генератора кодов, двух согласованных фильтров, блока управления, пяти блоков "И", двух блоков "ИЛИ", двух триггеров, трех делителей частоты и формирователя импульсов. Управление информационными входами передающей стороны осуществляется с помощью дополнительно введенных двух блоков "И" и "ИЛИ" соответственно.

Помехоустойчивость устройства определяется общим соотношением, связывающим отношение сигнал-помеха на выходе приемной стороны q² с отношением сигнал-помеха на входе приемной стороны ρ² [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. – 384 с., ил., с.6.]:

где В - база сигнала.

База ФМ-ЧМ сигнала В_ФМ-ЧМ находится из выражения:

где ΔF_ФМ, ΔF_ЧМ - ширина спектра ФМ-ЧМ сигнала;

τ₀ - длительность элементарной дискреты передаваемого сообщения.

По аналогии с (1) и учитывая (2), соотношение, связывающее отношение сигнал-помеха на выходе приемной стороны q2ФМ-ЧМ

По аналогии с (2) база ЛЧМ сигнала В_ЛЧМ находится из выражения:

где ΔF_ЛЧМ, Т_ЛЧМ - девиация и период повторения линейного частотно-модулированного сигнала.

Тогда база ЛЧМ-ФМ-ЧМ сигнала находится из выражения:

По аналогии с (3) отношение сигнал-помеха на выходе приемной стороны q2ЛЧМ-ФМ-ЧМ

Из отношения (6) и (3) определим, на сколько изменится помехоустойчивость К приемной стороны предлагаемого устройства:

Выражение (7) получено при условии, когда отношение сигнал-помеха на входе приемной стороны ρ² для прототипа и предлагаемого устройства одинаковы.

Для современных цифровых систем связи характерны следующие значения ширины спектра передаваемых ФМ-ЧМ сигналов ΔF_ФМ+ΔF_ЧМ=20 кГц... 20 МГц и длительности τ₀=0,1 мкс...0,1 мс [Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М., 1996].

В предлагаемой реализации ЛЧМ гетеродина 9.1 может быть реализованы ширина спектра ЛЧМ сигнала ΔF_ЛЧМ от 20 кГц до 20 МГц и длительность ЛЧМ сигнала Т_ЛЧМ от 100 мкс до 100 мс [Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконешников В.С. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. - М.: Радио и связь, 1983. - 192 с., ил.].

Тогда, для девиации частоты ФМ-ЧМ и ЛЧМ сигналов ΔF_ФМ+ΔF_ЧМ=20 МГц и ΔF_ЛЧМ=20 МГц и длительности Т_ЛЧМ=100 мс, повышение помехоустойчивости К из выражения (7) для приемной стороны предлагаемого устройства составит примерно 10³ раз (30 дБ) при τ₀=0,1 мс и 10⁶ раз (60 дБ) при τ₀=0,1 мкс.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.2 изображены амплитудно-частотные спектры излучаемых сигналов прототипа и предлагаемого устройства.

Устройство содержит на передающей стороне (фиг.1) - фазовый модулятор 1, смесители 2.1 и 2.2, полосовой фильтр 3.1, выходной согласующий блок 4, синхронизатор 5, коммутаторы 6.1 и 6.2, частотный модулятор 7.1, состоящий из ключей 8.1 и 8.2, линейный частотно-модулированный гетеродин 9.1, опорный генератор 10.1, синтезатор 11.1 частот, блоки 12.1...12.4 "И", делители 13.1 и 13.2 частоты, блоки 14.1...14.3 "ИЛИ", блок 15 "И-НЕ", генератор 16 кодов, согласованный фильтр 17.1 и блок 18 управления, на приемной стороне - линейный согласующий блок 19, смесители 2.3 и 2.4, полосовые фильтры 3.2...3.4, блок 20 задержки, усилитель 21 промежуточной частоты, линейный частотно-модулированный гетеродин 9.2, опорный генератор 10.2, блоки 12.5...12.7 "И", частотный модулятор 7.2, состоящий из ключей 8.3 и 8.4, блок 14.4 "ИЛИ", делитель 13.3 частоты, синтезатор 11.2 частот, фазовый детектор 22, формирователь 23 импульсов, триггеры 24.1...24.3, блок 25 формирования опорного сигнала, амплитудные детекторы 26.1 и 26.2, интеграторы 27.1 и 27.2 и детектор 28 максимального сигнала.

Причем на передающей стороне - последовательно соединенные синхронизатор 5, первый коммутатор 6.1, фазовый модулятор 1, смеситель 2.1, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора 7.1, состоящего из двух ключей 8.1, 8.2, выходы которых являются выходом частотного модулятора 7.1 при этом первые входы ключей 8.1, 8.2 через второй коммутатор 6.2 подключены ко второму выходу синхронизатора 5, а вторые входы ключей 8.1 и 8.2, через соответствующие выходы синтезатора 11.1 частот подключены ко второму входу фазового модулятора 1, выход первого смесителя 2.1 через последовательно соединенные полосовой фильтр 3.1 и второй смеситель 2.2 подключен к входу выходного согласующего блока 4, выход которого является выходом передающей стороны, причем второй вход второго смесителя 2.2 соединен с выходом первого линейного частотно-модулированного гетеродина 9.1, соответствующие входы которого подключены к выходу первого опорного генератора 10.1, первым входам блока 12.1 "И", второго делителя частоты 13.2 и выходу первого блока 14.1 "ИЛИ", первый вход которого через первый делитель 13.1 частоты соединен с выходом первого блока 12.1 "И", второй вход которого подключен к первым входам второго и третьего блоков 12.2 и 12.3 "И" и первому выходу блока 18 управления.

Причем вторые входы блоков 12.2 и 12.3 "И" являются входами информационных сигналов и соединены соответственно со вторым и третьим входами передающей стороны, а выходы - через второй и третий блоки 14.2 и 14.3 "ИЛИ" подключены ко вторым входам соответствующих коммутаторов 6.1 и 6.2, вторые входы блоков 14.2 и 14.3 "ИЛИ" соединены с соответствующими выходами блока 15 "И-НЕ", первый вход которого подключен к выходу генератора 16 кодов и входу первого согласованного фильтра 17.1, причем выход первого согласованного фильтра 17.1 соединен со вторым входом первого блока 14.1 "ИЛИ" и первым входом блока 18 управления, второй вход которого является первым входом передающей стороны, а второй выход блока 18 управления подключен ко вторым входам блока 15 "И-НЕ" и четвертого блока 12.4 "И", первый вход которого соединен с выходом второго делителя 13.2 частоты, а выход четвертого блока 12.4 "И" подключен к входу генератора 16 кодов, а на приемной стороне - последовательно соединенные линейный согласующий блок 19, вход которого является входом приемной стороны, третий смеситель 2.3, второй полосовой фильтр 3.2, блок 20 задержки, четвертый смеситель 2.4, ко второму входу которого подключен выход второго частотного модулятора 7.2, состоящего из третьего и четвертого ключей 8.3 и 8.4, выходы которых являются выходом второго частотного модулятора 7.2, усилитель 21 промежуточной частоты и фазовый детектор 22, выход которого является выходом приемной стороны.

Причем выход усилителя 21 промежуточной частоты подключен к блоку 25 формирования опорного сигнала, первый выход которого через второй синтезатор 11.2 частот соединен с первыми входами третьего и четвертого ключей 8.3 и 8.4, второй выход блока 25 формирования опорного сигнала подключен ко второму входу фазового детектора 22, а также содержит третий и четвертый полосовые фильтры 3.3 и 3.4, входы которых соединены с выходом второго полосового фильтра 3.2, а выходы - через соответствующие амплитудные детекторы 26.1 и 26.2 подключены к соответствующим входам детектора 28 максимального сигнала, выходы которого через первый и второй интеграторы 27.1 и 27.2 соединены с соответствующими входами второго частотного модулятора 7.2 и входами третьего триггера 24.3, выход которого через последовательно соединенные седьмой блок 12.7 "И", второй согласованный фильтр 17.2, второй триггер 24.2, шестой блок 12.6 "И", первый триггер 24.1, формирователь 23 импульсов, четвертый блок 14.4 "ИЛИ", второй линейный частотно-модулированный гетеродин 9.2, подключен ко второму входу третьего смесителя 2.3, а также последовательно соединены второй опорный генератор 10.2, выход которого подключен ко второму входу второго линейного частотно-модулированного гетеродина 9.2 и соответствующим входам пятого и шестого блоков 12.5 и 12.6 "И", пятый блок 12.5 "И", второй вход которого соединен с выходом первого триггера 24.1, третий делитель 13.3 частоты, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока 14.4 "ИЛИ", при этом второй выход первого триггера 24.1 соединен со вторым входом седьмого блока 12.7 "И", а выход шестого блока 12.6 "И" подключен ко второму входу второго триггера 24.2. Устройство для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов работает следующим образом.

Для реализации технического решения может быть использовано стандартное промышленное оборудование. Так, например, полосовой фильтр 3.1. (3.2) может быть выполнен по схеме трехзвенного полосового фильтра [Радиопередающие устройства / М.В.Балакирев, Ю.С.Вохмяков, А.В.Журиков и др.; Под ред. О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982. - 256 с., ил., стр.94, рис.4.12].

Смеситель 2.2 (2.3) представляет собой диодный преобразователь частоты, выполненный по балансной схеме [М.С.Шумилин, В.Б.Козырев, В.А.Власов. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987. - 320 с.: ил., стр.178, рис.2.77].

ЛЧМ гетеродин 9.1 (9.2) представляет собой, например, схему, состоящую из генератора с ФАПЧ [Проектирование радиолокационных приемных устройств: Учеб. Пособие для радиотехн. спец. вузов/ А.П.Голубков, А.П.Лукошкин и др.: Под ред. М.А.Соколова М.: Высш. шк., 1984. - 335 с., ил., стр.176, рис.6.28] и цифрового синтезатора ЛЧМ сигнала [Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконешников В.С. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. - М.: Радио и связь, 1983. - 192 с., ил., стр.55, рис.4.12]. ФАПЧ обеспечивает точную подстройку частоты управляемого генератора под частоту эталонного ЛЧМ сигнала, формируемого цифровым синтезатором и снижение уровня шумов в сигнале гетеродина.

Опорный генератор 10.1 (10.2) представляет собой генератор импульсов с кварцевой стабилизацией, выполненный, например, на микросхеме серии К564ЛН2 [В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко. Микросхемы и их применение: Справ. пособие. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. 240 с., стр.210, рис.7.10,д].

Делитель частоты 13.1 (13.2 и 13.3) может быть выполнен, например, на микросхемах серии КМ155ИЕ8 [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, "НТЦ Микротех", 2000. - 375 с.: ил., стр.129, 81].

Блоки 12.1... 12.7 "И", 14.1...14.4 "ИЛИ", триггеры 24.1 и 24.2 могут быть реализованы, например, на микросхемах серии 530ЛЛ1, КР1554ЛИ1 и М133ТМ2 [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, "НТЦ Микротех", 2000. - 375 с.: ил., стр.12, 13, 35, 74, 86].

Блок 15 "И-НЕ", может быть реализован, например, на микросхемах серии К1500ЛА104, К1500ПУ124 и К1500ПУ124 [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, "НТЦ Микротех", 2000. - 375 с.: ил., стр.18, 65, 76 и 100].

Генератор 16 кодов представляет собой, например, генератор сигнала Баркера с N=7, где N - число видеоимпульсов [Радиопередающие устройства / М.В.Балакирев, Ю.С.Вохмяков, А.В.Журиков и др.; Под ред. О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982. - 256 с., ил., стр.47, рис.3.11]. Генератор синхроимпульсов (ГСИ), генератор низкой частоты (ГНЧ) и балансный модулятор (БМ) приведенные на рис.3.11 в состав схемы генератора 16 кодов не входят.

Согласованный фильтр 17.1 (17.2) может быть реализован, например, на многоотводной линии задержки, входящей в состав согласованного фильтра для сигнала Баркера с N=7, где N - число видеоимпульсов [Радиопередающие устройства/М.В.Балакирев, Ю.С.Вохмяков, А.В.Журиков и др.; Под ред. О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982. - 256 с., ил., стр.48, рис.3.13].

Блок 18 управления представляет собой триггер, выполненный, например, на микросхеме серии М133ТМ2 [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, "НТЦ Микротех", 2000. - 375 с.: ил., стр.12, 13, 35, 74, 86].

Формирователь 23 импульсов может быть реализован на микросхеме серии М530ЛП5 [Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, "НТЦ Микротех", 2000. - 375 с.: ил., стр.13, 74].

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На передающей стороне (см. фиг.1) первый опорный генератор 10.1 формирует высокостабильную последовательность тактовых импульсов. Тактовые импульсы с выхода первого опорного генератора 10.1 поступают на входы первого линейного частотно-модулированного (ЛЧМ) гетеродина 9.1, первого блока 12.1 "И" и второго делителя 13.2 частоты. ЛЧМ гетеродин 9.1 формирует напряжение гетеродина с постоянной частотой. Сигнал логической единицы, с первого выхода блока 18 управления, поступает на соответствующие входы блоков 12.1, 12.2 и 12.3 "И". Сигнал логического нуля, со второго выхода блока 18 управления, поступает на вторые входы блока 15 "И-НЕ" и четвертого блока 12.4 "И".

При поступлении управляющего сигнала на второй вход блока 18 управления его состояние изменяется на противоположное.

Сигнал логического нуля на втором входе первого блока 12.1 "И" запрещает прохождение тактовых импульсов на вход первого делителя 13.1 частоты. Сигнал логического нуля на первых входах второго и третьего блоков 12.2 и 12.3 "И" запрещает прохождение сигналов с информационных входов 2 и 3 на вторые входы второго и третьего блоков 14.2 и 14.3 "ИЛИ".

Сигнал логической единицы на втором входе четвертого блока 12.4 "И" разрешает прохождение импульсов с выхода второго делителя 13.2 частоты на вход генератора 16 кодов для запуска сигнала синхронизации. В качестве сигнала синхронизации в предлагаемом устройстве используется семиэлементная кодовая последовательность Баркера. Сигнал синхронизации с выхода генератора 16 кодов поступает на вход первого согласованного фильтра 17.1. В первом согласованном фильтре 17.1 осуществляется его оптимальная обработка.

Сигнал логической единицы на втором входе блока 15 "И-НЕ" разрешает прохождение сигнала синхронизации через блок 15 "И-НЕ", второй и третий блоки 14.2 и 14.3 "ИЛИ" на вторые входы коммутаторов 6.1 и 6.2. Сигнал синхронизации с выхода коммутаторов 6.1 и 6.2 поступает на входы фазового 1 и частотного 7.1 модуляторов. С выхода фазового модулятора 1 на вход первого смесителя 2.1 поступает ФМ сигнал синхронизации. На другой вход первого смесителя 2.1 поступает ЧМ сигнал синхронизации. ФМ-ЧМ сигнал синхронизации с выхода первого смесителя 2.1 через первый полосовой фильтр 3.1 поступает на первый вход второго смесителя 2.2. На второй вход второго смесителя 2.2 с выхода первого ЛЧМ гетеродина поступает напряжение гетеродина.

С выхода второго смесителя 2.2 преобразованный по частоте ФМ-ЧМ сигнал синхронизации через выходной согласующий блок 4 поступает на выход передающей стороны.

Через время, равное длительности сигнала синхронизации, на выходе первого согласованного фильтра 17.1 появится видеоимпульс, который поступает на первый вход блока 18 управления и на второй вход первого блока 14.1 "ИЛИ". С выхода первого блока 14.1 "ИЛИ" видеоимпульс поступает на второй вход первого ЛЧМ гетеродина 9.1. С этого момента времени первый ЛЧМ гетеродин 9.1 начинает формирование первого периода ЛЧМ сигнала.

Блок 18 управления при появлении видеоимпульса на первом входе изменяет свое состояние на противоположное.

Сигнал логической единицы с первого выхода блока 18 управления поступая на соответствующие входы блоков 12.1, 12.2 и 12.3 "И" разрешает прохождение последовательности тактовых импульсов на вход первого делителя 13.1 частоты и информационных сигналов (Вх. 2, Вх. 3) на вторые входы второго и третьего блоков 14.2 и 14.3 "ИЛИ".

Сигнал логического нуля, со второго выхода блока 18 управления, поступая на вторые входы блока 15 "И-НЕ" и четвертого блока 12.4 "И" запрещает дальнейшее прохождение импульсов запуска сигнала синхронизации на вход генератора 16 кодов и сигналов с выхода генератора 16 кода на соответствующие входы второго и третьего блоков 14.2. и 14.3 "ИЛИ".

С выхода первого делителя 13.1 частоты видеоимпульс через первый блок 14.1 "ИЛИ" поступает на второй вход первого ЛЧМ гетеродина 9.1 для запуска второго периода ЛЧМ сигнала гетеродина. Период следования этих видеоимпульсов определяет период повторения ЛЧМ сигнала Т_ЛЧМ на выходе первого ЛЧМ гетеродина 9.1.

ЛЧМ сигнал с выхода первого ЛЧМ гетеродина 9.1 поступает на второй вход второго смесителя 2.2. Во втором смесителе 2.2 осуществляется перенос по частоте и расширение спектра ФМ-ЧМ информационного сигнала за счет модуляции его по линейному закону. Спектр такого сигнала приведен на фиг.2б.

Из анализа фиг.2б следует, что расширение спектра ФМ-ЧМ сигнала за счет модуляции их частот по линейному закону приводит к маскировке максимумов огибающих спектра этого сигнала, а следовательно, повышает скрытность работы устройства в условиях прицельных помех.

С выхода второго смесителя 2.2 преобразованный по частоте ЛЧМ-ФМ-ЧМ информационный сигнал через выходной согласующий блок 4 поступает на выход передающей стороны.

На приемной стороне второй ЛЧМ гетеродин 9.2 формирует напряжение с постоянной частотой. Второй опорный генератор 10.2 формирует высокостабильную последовательность тактовых импульсов, которая поступает на соответствующие входы второго ЛЧМ гетеродина 9.2, пятого и шестого блоков 12.5 и 12.6 "И". Сигнал логической единицы, поступающий со второго выхода первого триггера 24.1 на второй вход седьмого блока 12.7 "И", разрешает прохождение сигналов с выхода третьего триггера 24.3 на вход второго согласованного фильтра 17.2. Сигнал логического нуля, поступающий с первого выхода первого триггера 24.1 на второй вход пятого блока 12.5 "И", запрещает прохождение тактовых импульсов на вход третьего делителя 13.3 частоты. Сигнал логического нуля, поступающий с выхода второго триггера 24.2 на первый вход шестого блока 12.6 "И", запрещает прохождение тактовых импульсов на вход первого триггера 24.1 и на второй вход второго триггера 24.2.

Сигнал синхронизации со временем запаздывания через линейный согласующий блок 19 поступает на вход третьего смесителя 2.3. На другой вход третьего смесителя 2.3 с выхода второго ЛЧМ гетеродина 9.2 поступает напряжение гетеродина.

В третьем смесителе 2.3 осуществляется перенос ФМ-ЧМ сигнала синхронизации на промежуточную частоту. С выхода третьего смесителя 2.3 ФМ-ЧМ сигнал через второй полосовой фильтр 3.2 поступает на входы блока 20 задержки, третьего и четвертого полосовых фильтров 3.3 и 3.4.

В одной ветви осуществляется выделение из ФМ-ЧМ сигнала ФМ сигнала и его демодуляция, а в другой - демодуляция ЧМ сигнала синхронизации.

Демодуляция ЧМ сигнала синхронизации начинается после прохождения третьего и четвертого полосовых фильтров 3.3 и 3.4. Далее ФМ-ЧМ сигнал поступает на входы первого и второго амплитудных детекторов 26.1 и 26.2, где происходит выделение огибающей сигнала синхронизации. Видеосигналы с выхода первого и второго амплитудных детекторов 26.1 и 26.2 поступают на входы детектора 28 максимального сигнала. Детектор 28 максимального сигнала осуществляет выбор наибольшего видеосигнала из двух сигналов, поступающих на его входы. С выхода детектора 28 максимального сигнала видеосигнал поступает на входы первого и второго интеграторов 27.1 и 27.2, где осуществляется его интегрирование и далее через третий триггер 24.3, седьмой блок 12.7 "И" сигнал синхронизации поступает на вход второго согласованного фильтра 17.2.

Через время, равное длительности сигнала синхронизации, на выходе второго согласованного фильтра 17.2 появится видеоимпульс. С появлением этого видеоимпульса изменяется состояние второго триггера 24.2.

Сигнал логической единицы, поступающий с выхода второго триггера 24.2 на первый вход шестого блока 12.6 "И", разрешает прохождение тактовых импульсов на соответствующие входы первого и второго триггеров 24.1 и 24.2. При появлении тактового импульса на выходе шестого блока 12.6 "И", второй триггер 24.2 переходит в исходное состояние, а первый триггер 24.1 изменяет свое состояние на противоположное.

Сигнал логического нуля, поступающий со второго выхода первого триггера 24.1 на второй вход седьмого блока 12.7 "И", запрещает прохождение сигналов с выхода третьего триггера 24.3 на вход второго согласованного фильтра 17.2.

Сигнал логической единицы с первого выхода первого триггера 24.1 поступает на второй вход пятого блока 12.5 "И" и на вход формирователя 23 импульсов.

Тактовые импульсы с выхода пятого блока 12.5 "И" начинают поступать на вход третьего делителя 13.3 частоты для формирования импульса запуска второго ЛЧМ гетеродина.

По переднему фронту сигнала логической единицы на выходе формирователя 23 импульсов формируется короткий видеоимпульс, который через четвертый блок 14.4 поступает на первый вход второго ЛЧМ гетеродина 9.2. Формирование ЛЧМ сигнала вторым ЛЧМ гетеродином 9.2 начнется с задержкой τ. Величина этой задержки не превышает периода следования тактовых импульсов. Период следования тактовых импульсов выбирается из условия:

τ≤T_t<<τ₀,

где T_t - период следования тактовых импульсов.

По окончании сигнала синхронизации через линейный согласующий блок 19 на вход третьего смесителя 2.3 поступает ЛЧМ-ФМ-ЧМ информационный сигнал. Для корреляционной свертки ЛЧМ-ФМ-ЧМ сигнала на второй вход третьего смесителя 2.3 с выхода второго ЛЧМ гетеродина 9.2 поступает напряжение, частота которого меняется по линейному закону. В третьем смесителе 2.3 осуществляется перенос ЛЧМ-ФМ-ЧМ сигнала на промежуточную частоту и корреляционная свертка ЛЧМ сигнала. В случае задержки формирования ЛЧМ сигнала гетеродина на максимально возможную величину τ, преобразованный на промежуточную частоту принятый ФМ-ЧМ сигнал будет иметь приращение частоты ΔFτ, значение которой может быть найдено из выражения:

ΔFτ=μ×τ=(ΔF_ЛЧМ/Т_ЛЧМ)×τ.

Так, для значений девиации частоты ΔF_ЛЧМ=20 МГц, периода следования ЛЧМ сигнала Т_ЛЧМ=0.1 с и задержки формирования ЛЧМ сигнала гетеродина 9.2 τ=20 10^-9 с, приращение частоты ΔFτ в принятом сигнале на выходе смесителя 2.3 составит 4 Гц. Так как полоса пропускания полосовых фильтров 3.2, 3.3 и 3.4 согласована с шириной амплитудного частотного спектра ФМ-ЧМ сигнала и на практике может достигать величины от единиц до десятков мегагерц [Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М., 1996.], то приращением частоты ΔFτ в принятом ФМ-ЧМ сигнале можем пренебречь.

С выхода третьего смесителя 2.3 ФМ-ЧМ сигнал через второй полосовой фильтр 3.2 поступает на входы блока 20 задержки, третьего и четвертого полосовых фильтров 3.3 и 3.4 для дальнейшей обработки.

Демодуляция ФМ сигнала осуществляется в смесителе 2.4. Каждой поднесущей ЧМ сигнала на входе четвертого смесителя 2.4 соответствует определенное значение частоты сигнала с выхода второго частотного модулятора 7.2. В результате преобразования на выходе четвертого смесителя 2.4 имеется только ФМ сигнал. Управление работой второго частотного модулятора 7.2 осуществляется сигналами с выхода первого и второго интеграторов 27.1 и 27.2. При прохождении сигнала через один из полосовых фильтров 3.3 или 3.4 открывается соответственно один из ключей 8.3. или 8.4 второго частотного модулятора 7.2.

С выхода усилителя 21 промежуточной частоты ФМ сигнал поступает на фазовый детектор 22, выход которого является выходом приемного устройства.

Опорное напряжение на фазовый детектор 22 поступает с блока 25 формирования опорного сигнала. Для исключения фазовых искажений ФМ сигнала, возникающих в результате преобразования его в приемном устройствах, на вход второго синтезатора частот 11.2 подается сигнал с выхода устройства фазовой автоподстройки частоты блока 25 формирования опорного сигнала.

Блок задержки 20 предназначен для компенсации задержки сигнала, происходящей в частотном демодуляторе.

Через время Т_ЛЧМ на выходе третьего делителя 13.3 частоты появится видеоимпульс, который через четвертый блок 14.4 "ИЛИ" поступит на второй вход второго ЛЧМ гетеродина 9.2 для запуска формирования последующего периода ЛЧМ сигнала. Период следования этих видеоимпульсов определяет период следования ЛЧМ сигнала на выходе второго ЛЧМ гетеродина 9.2.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах передачи данных с использованием ЧМ и ФМ сигналов. В устройстве для расширения спектра ФМ-ЧМ сигналов используется линейно-частотная модуляция, для чего на передающей стороне включены, в том числе, полосовой фильтр, второй смеситель и линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ), а на приемной стороне смеситель, полосовой фильтр и ЛЧМ гетеродин. Кроме того, обеспечена временная синхронизация работы ЛЧМ гетеродинов. Технический результат – повышение помехоустойчивости от преднамеренных помех. 2 ил.

Устройство для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные синхронизатор, первый коммутатор, фазовый модулятор, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, при этом первые входы ключей через второй коммутатор подключены ко второму выходу синхронизатора, а вторые входы ключей через соответствующие выходы синтезатора частот подключены ко второму входу фазового модулятора, а также содержит выходной согласующий блок, выход которого является выходом передающей стороны, на приемной стороне - последовательно соединенные линейный согласующий блок, вход которого является входом приемной стороны, блок задержки, смеситель, ко второму входу которого подключен выход частотного модулятора, состоящего из двух ключей, выходы которых являются выходом частотного модулятора, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом приемной стороны, причем выход усилителя промежуточной частоты подключен к блоку формирования опорного сигнала, первый выход которого через синтезатор частот соединен с первыми входами ключей частотного модулятора, а второй выход соединен со вторым входом фазового детектора, а также содержит два полосовых фильтра, входы которых подключены к входу блока задержки, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы соединены с соответствующими входами детектора максимального сигнала, выходы которого через соответствующие интеграторы подключены ко вторым входам ключей частотного модулятора и соответствующим входам третьего триггера, отличающееся тем, что на передающей стороне между смесителем и выходным согласующим блоком введены последовательно соединенные полосовой фильтр и второй смеситель, а также введены линейный частотно-модулированный гетеродин, опорный генератор, четыре блока И, два делителя частоты, три блока ИЛИ, блок И-НЕ, генератор кодов, согласованный фильтр и блок управления, при этом второй вход второго смесителя соединен с выходом линейного частотно-модулированного гетеродина, к соответствующим входам которого подключены соответственно выход опорного генератора, первый вход первого блока И, вход второго делителя частоты и выход первого блока ИЛИ, первый вход которого через первый делитель частоты соединен с выходом первого блока И, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления и первым входам второго и третьего блоков И, вторые входы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами передающей стороны, являющимися информационными входами устройства, а выходы через соответствующие блоки ИЛИ подключены ко вторым входам соответствующих коммутаторов, причем вторые входы второго и третьего блоков ИЛИ соединены с соответствующими выходами блока И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу генератора кодов, выход которого через согласованный фильтр соединен со вторым входом первого блока ИЛИ и первым входом блока управления, второй вход которого является первым входом передающей стороны, являющимся входом управляющего сигнала устройства, причем второй выход блока управления подключен ко вторым входам блока И-НЕ и четвертого блока И, первый вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, а выход подключен к входу генератора кодов, при этом сигнал логической единицы с первого выхода блока управления разрешает прохождение последовательности тактовых импульсов на вход первого делителя частоты и информационных сигналов на вторые входы второго и третьего блоков ИЛИ, а сигнал логического нуля со второго выхода блока управления, поступая на вторые входы блока И-НЕ и четвертого блока И запрещает прохождение импульсов запуска сигнала синхронизации на вход генератора кода и сигналов с выхода генератора кода на соответствующие входы второго и третьего блоков ИЛИ, причем при поступлении управляющего сигнала состояние блока управления изменяется на противоположное, на приемной стороне между выходами третьего триггера и линейного согласующего блока введены последовательно соединенные седьмой блок И, второй согласованный фильтр, второй триггер, шестой блок И, первый триггер, формирователь импульсов, четвертый блок ИЛИ, второй линейный частотно-модулированный гетеродин и третий смеситель, выход которого через второй полосовой фильтр подключен к входу блока задержки, а также введены последовательно соединенные второй опорный генератор, пятый блок И и третий делитель частоты, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока ИЛИ, причем выход второго опорного генератора подключен ко вторым входам второго линейного частотно-модулированного гетеродина и шестого блока И, выход которого подключен ко второму входу второго триггера, а соответствующие выходы первого триггера соединены с соответствующими входами пятого и седьмого блоков И.