СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫМ УПЛОТНЕНИЕМ РАДИОКАНАЛА И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫМ МЕТОДОМ МОДУЛЯЦИИ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H04B7/06 

Изобретение относится к системам радиотелеметрии, в частности к способам передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала.

Известен способ передачи телеметрической информации с частотным разделением каналов (1). При этом каждому из N источников информации (например телеметрическому датчику) выделяется определенная полоса частот Δ f_k. Общая полоса частот составит Δ f_об=Σ Δ f_k, где k=(1 ... N) число каналов систем.

Недостатком способа является ограниченное число каналов и резкое увеличение требуемой полосы радиочастот при увеличении числа каналов системы.

Известен способ передачи информации с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты в широкой полосе частот, превышающей полосу, необходимую для передачи полезной информации (4). Число перестраиваемых частот и порядок их чередования во времени и полосе частот определяется случайными кодами. Таким способом за счет расширения полосы частот, занимаемой сигналом в эфире, обеспечивается выделение полезного сигнала при отношении сигнал/помеха во много раз меньшего единицы.

Однако такой способ передачи сигналов не может быть применен в телеметрии, т.к. его реализация потребовала бы задействования неоправданно большой полосы частот в эфире.

Известно устройство для передачи информации по двум параллельным каналам, в каждом из которых информация от датчиков передается поочередно, т.е. с разделением во времени (2). содержащее фильтр, опорный генератор, умножитель, первый и второй усилители, первый и второй усилители мощности, первый управляемый генератор, смеситель, первый вход которого соединен с первым выходом второго управляемого генератора.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для передачи информации по двум параллельным каналам (3), содержащее опорный генератор, два фазовых детектора, два управляемых генератора, два усилителя мощности.

Однако известное техническое решение не позволяет увеличить объем передаваемой информации путем увеличения в N раз числа передаваемых в радиоканале потоков информации с одновременным уплотнением частотного спектра в эфире и сохранения энергетики радиолинии постоянной.

Ожидаемым техническим эффектом способа и устройства передачи информации с частотно-временным уплотнением канала является увеличение пропускной способности радиоканала в ограниченной полосе частот с сохранением энергетического потенциала радиолинии.

Поставленная цель достигается тем, что информация передается по нескольким синхронно излучаемым со скважностью Q=2 радиопотокам, разнесенным между собой по несущей частоте на некоторый частотный интервал.

Для этого в способе передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом модуляции несущей частоты передача информации производится по N (где N=2, 4, 8 ... ) синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом, каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δ f_p=F_так·_{n (где n=5, 7 ... ) и сдвинут по времени на половину такта}

Кроме того, с целью сужения спектра радиочастот, занимаемых в эфире несколькими бортовыми устройствами, синхронизация работы этих бортовых устройств осуществляется сигналами задающего генератора одного из них, при этом первый поток информации синхронизируемого бортового устройства разносят по частоте от последнего потока информации синхронизирующего бортового устройства на частотный интервал Δ f_p=F_так·_{n (где n=5, 7 ... ) и сдвигают по времени на половину такта}

Кроме того, в устройстве для осуществления способа передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом модуляции несущей частоты, содержащем опорный генератор несущих частот (19), первый и второй управляемые генераторы (17, 18), первый и второй усилители мощности (20,21), первый частотный модулятор (13), первый и второй фазовые детекторы (15, 16), входы 2 которых соединены с первыми выходами управляемых генераторов (17, 18), выходы 2 которых соединены с входами усилителей мощности (20, 21), вход 3 первого фазового детектора (15) соединен с первым выходом опорного генератора несущих частот (19), вход первого управляемого генератора (17) соединен с выходом первого частотного модулятора (13), введены сумматор мощности (22), второй частотный модулятор (14), первый и второй формирователи частотной “подставки” (11, 12), первый и второй сумматоры (9, 10), четыре коммутатора (5, 6, 7, 8), делитель (2), формирователь маркерного импульса (3), ключ (4), генератор тактовых частот (1), противофазные выходы 1 и 2 которого, соединены попарно со входами коммутаторов (5, 6 и 7, 8), а также со входами 1 формирователей частотной “подставки” (11, 12); выходы коммутаторов (5, 6) соединены с первым сумматором (9), а коммутаторов (7, 8) - со вторым сумматором (10); выход 3 первого сумматора (9) соединен с входом 1 первого частотного модулятора (13) и входом 2 ключа (4); выход 3 второго сумматора (10) соединен со входом 1 второго частотного модулятора (14), а выходы 3, 4 ключа (4) со входами 1 фазовых детекторов (15, 16), выходы фазовых детекторов (15, 16) соединены с входами 2 частотных модуляторов (13, 14), вход 3 второго фазового детектора (16) соединен со вторым выходом опорного генератора несущих частот (19), выход генератора тактовых частот (1) через делитель (2) соединен со входом формирователя маркерного импульса (3), выход которого соединен со входом 1 ключа (4); выходы формирователей частотной “подставки” (11, 12) соединены со входами 3 частотных модуляторов (13, 14); выход второго модулятора (14) соединен со входом второго управляемого генератора (18), выходы усилителей мощности (20, 21) соединены со входами сумматора мощности (22).

На фиг.1 приведена структура видео- и радиосигнала однопоточной телеметрической системы, используемая для формирования многопоточного сигнала.

На фиг.2 приведена структура четырехпоточного радиосигнала.

На фиг.3 приведены спектры двух, синхронно работающих четырехпоточных бортовых телеметрических устройств.

На фиг.4 приведена блок-схема устройства формирования и передачи четырехпоточного радиосигнала.

На фиг.1 представлены:

а) видеоимпульсы на входе частотного модулятора однопоточного передатчика;

б) импульсы, запирающие выходной каскад передатчика и обеспечивающие излучение сигналов в эфир с скважностью Q=2;

в) радиоимпульсы на выходе передатчика.

В однопоточном передатчике измерительная информация передается методом частотной модуляции (ЧМ) несущей частоты в аналоговой или цифровой форме (используется модуляция -ЧМ), где АИМ - амплитудно-импульсная модуляция, КИМ - кодоимпульсная модуляция. При формировании многопоточного сигнала метод модуляции несущей каждого потока сохраняется прежним.

При переходе к двухпоточной радиолинии (увеличение информативности системы вдвое) в паузах однопоточной радиолинии (фиг.1) размещается второй поток, работающий на той же тактовой частоте F_так, что и первый поток. Для обеспечения приема этих потоков без взаимовлияния несущие частоты обоих потоков разносятся на частотный интервал Δ f_р=F_так·_{n (n=5, 7 ... целое нечетное число, определяемое экспериментально по минимуму допустимого взаимовлияния между потоками при минимальном частотном разносе).}

При переходе к четырехпоточной радиолинии (увеличение информативности в четыре раза по сравнению с однопоточной радиолинией) формирование суммарного четырехпоточного радиосигнала осуществляется из двух синхронных двухпоточных сигналов (фиг.2); при этом все потоки синхронизируются от одного генератора тактовых частот, работающего на частоте F_так; второй поток размещен в паузах первого потока, третий поток - в паузах второго, четвертый - в паузах третьего; потоки 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 разнесены во времени на интервал , и по несущей частоте на частотный интервал Δ f_р=F_так·_{n (где n=5, 7). Потоки 1 и 3 излучаются одновременно, но частотный разнос между ними увеличен в 2 раза: Δ fр=2Fтак·n; также одновременно и с таким же частотным разносом излучаются потоки 2 и 4. Переход одного потока к другому осуществляется без разрыва фазы несущего колебания, что снижает уровень побочных составляющих спектра радиосигнала. Этому же способствуют и кратность частотного разноса Δ fр тактовой частоте Fтак. Передатчик излучает радиосигналы в эфир непрерывно со скважностью Q=1.}

На фиг.2 предоставлено размещение потоков в частотно-временной плоскости; здесь: f_н1, f_н2, f_н3, f_н4 - несущие частоты потоков; Δ f_p – частотный разнос между потоками; 2Δ f - размах измерительной шкалы потока; М - маркерный импульс.

При передаче информации с частотно-временным уплотнением потоков прием сигналов каждого потока осуществляется отдельным приемным устройством, полоса пропускания которого оптимизирована к тактовой частоте потока. Это обеспечивает, при постоянной мощности передатчика, сохранение неизменного энергетического потенциала радиолинии, несмотря на увеличение информативности системы.

Как правило, при проведении телеизмерений на испытываемой ракете устанавливают несколько бортовых телеметрических систем, работающих независимо друг от друга.

При этом для исключения взаимовлияния бортовых устройств, с учетом возможных переносов мощности в принимаемом сигнале, несущие частоты передатчиков разносят по шкале частот на интервал Δ f_p≈_{25· Fтак}

Для сужения полосы несущих частот, занимаемой несколькими телеметрическими системами в эфире, предлагается осуществлять синхронизацию коммутаторов бортовых устройств от генератора тактовых частот одного из бортовых устройств; при этом передатчик синхронизируемого бортового устройства настраивается так, что его первый поток должен отстоять (по шкале несущих частот) от частоты последнего потока синхронизирующего бортового устройства на частотный интервал Δ f_p=F_так·_{n (где n=5, 7 ... ) и сдвинут по времени на половину такта (см. фиг.3); этот порядок сохраняется при синхронизации третьего, четвертого и последующих бортовых устройств.}

Проведенный анализ показывает, что в полосе частот, обеспечивающей работу без взаимовлияний двух однопоточных несинхронных бортовых устройств, возможно разместить два четырехпоточных, синхронно работающих бортовых устройства и передать в три раза больший объем информации, что подтверждает эффективное использование полосы несущих частот при частотно-временном уплотнении радиоканала.

На фиг.4 приведена блок-схема устройства формирования и передачи четырехпоточного радиосигнала для осуществления способа передачи телеметрической информации с частотно-временным уплотнением радиоканала.

Устройство для осуществления способа содержит: генератор тактовых частот (1); делитель частоты (2); формирователь маркерного импульса (3); ключ (4); коммутаторы тактовых частот (5), (6), (7), (8); сумматоры (9); (10); формирователи частотной “подставки” (11), (12); частотные модуляторы (13), (14); фазовые детекторы (15),(16); управляемые генераторы (17), (18); опорный генератор (19); усилители мощности (20), (21); сумматор мощности (22).

Устройство работает следующим образом: четыре коммутатора (5, 6, 7, 8), осуществляющие сбор измерительной информации, синхронизируются от одного генератора тактовых частот (1), работающего на частоте F_так. Синхронизация осуществляется таким образом, что потоки 1, 2 с выхода коммутаторов (5, 6) сдвинуты между собой на время (половина такта), аналогично сдвинуты и потоки 3, 4 с выхода коммутаторов (7, 8). После сложения потоков 1, 2 в сумматоре (9) и потоков 3, 4 в сумматоре (10) потоки с удвоенной частотой 2F_так поступают на входы частотных модуляторов (13, 14), осуществляющих частотную модуляцию несущей частоты пропорционально напряжению, передаваемому по каналу системы в моменты его опроса коммутатором. На каждый частотный модулятор также поступают импульсы частоты F_так с выхода соответствующего формирователя частотной “подставки” (11, 12), обеспечивающие скачкообразное изменение частоты модулятора и раздвигающие по частоте потоки 1, 2, а также 3, 4 между собой на частотный разнос Δ f_p=F_так·_{n, при этом скачок частоты происходит без разрыва фазы несущего колебания. Кольцо фазовой подстройки частоты (ФАПЧ) блоки (13, 15, 17, 19) обеспечивает подстройку несущей частоты потока по уровню маркерного импульса, значение которого соответствует середине измерительной шкалы потока и номинальному значению несущей частоты излучаемого сигнала.}

Работа ФАПЧ-1 обеспечивает привязку несущих частот потоков 1, 2 между собой и к частоте опорного генератора (19), ФАПЧ-2 обеспечивает привязку несущих частот потоков 3, 4 между собой и к несущей частоте потока 1, так как на фазовый детектор ФАПЧ-2 (16) через ключ (4) поступает для подстройки маркерный импульс первого потока.

Высокочастотные сигналы с выходов управляемых частотных генераторов (17, 18) после усиления по мощности в усилителях мощности (20, 21) суммируются (22) и поступают на вход бортовой антенны.

Источники информации

1. Крэсснер Г.Н., Михаелс Дж.В. Введение в системы космической связи., гл. 7, изд. 1967.

2. Патент Великобритании №1108564, H 4 L, 1968.

3. А.с. №938417, 1982.

4. Борисов В.И., Зинчук В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. М.: Радио и связь, 2000.

Изобретение относится к системам радиотелеметрии, в частности, к способам передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала. Технический результат заключается увеличение пропускной способности радиоканала в ограниченной полосе частот с сохранением энергетического потенциала радиолинии. Для этого передача информации проводится по нескольким синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте осуществляется разделение каналов во времени со скважностью O=2, при этом каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал, равный F_так · n, и сдвинут по времени на половину такта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом модуляции несущей частоты в бортовых устройствах, отличающийся тем, что передача информации с каждого бортового устройства производится по N (где N=2, 4, 8 ... ) синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток разнесен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δ f р=F_так·_{n (где n=5, 7 ... ) и сдвинут по времени на половину такта} 2. Способ передачи информации по п.1, отличающийся тем, что для исключения взаимовлияния бортовых устройств осуществляют синхронизацию бортовых устройств сигналами одного из них, при этом первый поток синхронизируемого бортового устройства разносят по шкале частот от последнего потока синхронизирующего бортового устройства на частотный интервал Δ fp=F_так·_{n, (где n=5, 7 ... ) и сдвигают по времени на половину такта} 3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее опорный генератор несущих частот (19), первый и второй управляемые генераторы (17, 18), первый и второй усилители мощности (20, 21), первый частотный модулятор (13), первый и второй фазовые детекторы (15, 16), входы 2 которых соединены с первыми выходами управляемых генераторов (17, 18), выходы 2 которых соединены с входами усилителей мощности (20, 21), вход 3 первого фазового детектора (15) соединен с первым выходом опорного генератора несущих частот (19), вход первого управляемого генератора (17) соединен с выходом первого частотного модулятора (13), отличающееся тем, что в него введены сумматор мощности (22), второй частотный модулятор (14), первый и второй формирователи частотной “подставки” (11, 12), первый и второй сумматоры (9, 10), четыре коммутатора (5, 6, 7, 8), осуществляющие сбор измерительной информации, делитель (2), формирователь маркерного импульса (3), ключ (4), генератор тактовых частот (1), противофазные выходы 1 и 2 которого соединены попарно со входами коммутаторов (5, 7, и 6, 8), а также со входами 1 формирователей частотной “подставки” (11, 12); выходы коммутаторов (5, 6) соединены с первым сумматором (9), а коммутаторов (7, 8) - со вторым сумматором (10); выход 3 первого сумматора (9) соединен со входом 1 первого частотного модулятора (13) и входом 2 ключа (4); выход 3 второго сумматора (10) соединен со входом 1 второго частотного модулятора (14), а выходы 3,4 ключа (4) со входами 1 фазовых детекторов (15, 16), выходы фазовых детекторов (15, 16) соединены с входами 2 частотных модуляторов (13, 14), вход 3 второго фазового детектора (16) соединен со вторым выходом опорного генератора несущих частот (19), выход генератора тактовых частот (1) через делитель (2) соединен со входом формирователя маркерного импульса (3), выход которого соединен со входом 1 ключа (4); выходы формирователей частотной “подставки” (11, 12) соединены со входами 3 частотных модуляторов (13,14); выход второго частотного модулятора (14) соединен со входом второго управляемого генератора (18), выходы усилителей мощности (20, 21) соединены со входами сумматора мощности (22).