ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ СКРЫТНОСТЬЮ ПЕРЕДАВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК H04B7/216 

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.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например, по а.с. 651492, которая служит для передачи дискретной информации. Основным недостатком этой системы является низкая помехоустойчивость, что обусловлено неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к помехам.

Известны также радиотелефонные системы связи с фазоманипулированными широкополосными сигналами (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами, М.: "Р и С", 1985 г., стр.18, рис.1.9), основным недостатком которых является невысокая скрытность передаваемой информации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство приведенное в книге Варакина Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами, М.: "Р и С", 1985 г., стр.16, рис.1.7, взятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

передающая часть:

1 - источник информации;

2 - фазовый модулятор;

3 - балансный модулятор;

4 - усилитель мощности;

5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

6 - генератор несущей частоты;

7 - синхронизатор передатчика;

8 - передающая антенна;

приемная часть:

9 - приемная антенна;

10 - смеситель;

11 - усилитель промежуточной частоты;

12 - согласованный фильтр;

13 - решающее устройство;

14 - получатель информации;

15 - гетеродин;

16 - синхронизатор приемника.

Устройство-прототип состоит из передающей и приемной частей.

Передающая часть содержит последовательно соединенные источник информации 1, который является входом устройства, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и усилитель мощности 4, к выходу которого присоединена передающая антенна 8; последовательно соединенные синхронизатор передатчика 7 и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП) 5, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 2; кроме того, содержит генератор несущей частоты 6, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора 3.

Приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну 9, смеситель 10, усилитель промежуточной частоты 11, согласованный фильтр 12, решающее устройство 13 и получатель информации 14, который является выходом устройства; последовательно соединенные синхронизатор приемника 16 и гетеродин 15, выход которого соединен со вторым входом смесителя 10. Выход согласованного фильтра 12 также соединен со входом синхронизатора приемника 16, первый выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 13.

Устройство-прототип работает следующим образом.

От источника информации 1 последовательность двоичных единиц и нулей со скоростью R=1/τ (где τ - длительность одного информационного символа) поступает на первый вход фазового модулятора 2, на второй вход которого поступает сигнал с выхода ГПСП 5. Работой ГПСП 5 управляет синхронизатор передатчика 7, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Фазоманипулированный (ФМ) сигнал, снимаемый с выхода фазового модулятора 2, имеет длительность Т и представляет собой последовательность видеоимпульсов в виде единиц и нулей длительностью τ _o=T/N (где N - число импульсов). Обычно считают, что база ФМ сигнала равна числу импульсов, т.е. B≈ N. Последовательность ШПС в виде ФМ сигнала, переносящая информационные импульсы, поступает на первый вход балансного модулятора 3, на второй вход которого поступают колебания с выхода генератора несущей частоты 6. В балансном модуляторе 3 осуществляется балансная модуляция ФМ сигнала. В усилителе мощности 4 ФМ сигнал усиливается до необходимой величины и затем через 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 согласованном фильтре 12. Сигнал с выхода согласованного фильтра 12 поступает на вход синхронизатора приемника 16 и решающее устройство 13. Синхронизатор приемника 16 осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте и по времени, накапливает его для увеличения надежности синхронизации, управляет режимами работы решающего устройства 13. Для поиска сигнала по частоте синхронизатор приемника 16 перестраивает гетеродин 15. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего устройства 13 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая передается получателю информации 14.

Недостатком устройства-прототипа является малая скрытность передаваемой информации, т.к. информация в эфир передается в незащищенном виде.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее в передающей части: последовательно соединенные источник информации, который является входом устройства, фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной; последовательно соединенные синхронизатор передатчика и генератор псевдослучайной последовательности, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора; в приемной части: последовательно соединенные приемную антенну, смеситель и усилитель промежуточной частоты; последовательно соединенные согласованный фильтр, решающее устройство и получатель информации, который является выходом устройства; последовательно соединенные синхронизатор приемника и гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя; кроме того, выход согласованного фильтра соединен со входом синхронизатора приемника, первый выход которого соединен со вторым входом решающего устройства, введено в передающей части: n дециматоров передатчика и коммутатор передатчика, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, при этом выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров передатчика, выход синхронизатора передатчика соединен с синхронизирующим входом коммутатора передатчика и со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров передатчика, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора передатчика соответственно; в приемной части: n дециматоров приемника и коммутатор приемника, выход которого соединен со входом согласованного фильтра, при этом выход усилителя промежуточной частоты соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров приемника, второй выход синхронизатора приемника соединен также с синхронизирующим, входом коммутатора приемника и со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров приемника, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора приемника соответственно.

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

1 - источник информации;

2 - фазовый модулятор;

3 - балансный модулятор;

4 - усилитель мощности;

5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

6 - генератор несущей частоты;

7 - синхронизатор передатчика;

9 - передающая антенна;

17 - коммутатор передатчика;

18₁ ..._{18n - с первого по n-й дециматоры передатчика;}

приемная часть:

9 - приемная антенна;

10 - смеситель;

11 - усилитель промежуточной частоты;

12 - согласованный фильтр;

13 - решающее устройство;

14 - получатель информации;

15 - гетеродин;

16 - синхронизатор приемника;

19 - коммутатор приемника;

20₁ ..._{20n - с первого по n-й дециматоры приемника.}

Предлагаемое устройство состоит из передающей и приемной части.

Передающая часть устройства содержит последовательно соединенные источник информации 1, который является входом устройства, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и усилитель мощности 4, выход которого соединен с передающей антенной 8; последовательно соединенные синхронизатор передатчика 7 и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП) 5; генератор несущей частоты 6, коммутатор передатчика 17 и n дециматоров передатчика 18₁..._{18n. При этом выход генератора несущей частоты соединен со вторым входом балансного модулятора 3, выход ГПСП 5 соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров передатчика 181...18n, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора передатчика 17 соответственно. Кроме того, выход синхронизатора передатчика 7 соединен со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров передатчика 181...18n и с синхронизирующим входом коммутатора передатчика 17, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 2.}

Приемная часть устройства содержит последовательно соединенные приемную антенну 9, смеситель 10 и усилитель промежуточной частоты 11; последовательно соединенные согласованный фильтр 12, решающее устройство 13 и получатель информации 14, который является выходом устройства; последовательно соединенные синхронизатор приемника 16 и гетеродин 15; n дециматоров приемника 20₁ ..._{20n и коммутатор приемника 19. При этом выход гетеродина 15 соединен со вторым входом смесителя 10; выход усилителя промежуточной частоты 11 соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров приемника 201 ...20n, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора приемника 19 соответственно; кроме того, второй выход синхронизатора приемника 16 соединен со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров приемника 201...20n и с синхронизирующим входом коммутатора приемника 19, выход которого соединен со входом согласованного фильтра 12, выход которого также соединен и со входом синхронизатора приемника 16, первый выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 13.}

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Информационный сигнал в виде последовательности двоичных единиц и нулей со скоростью R=1/τ (где τ - длительность одного информационного символа) с выхода блока 1 поступает на первый вход блока 2. На второй вход блока 2 поступает сигнал псевдослучайной последовательности (ПСП) с выхода блока 17, который формируется следующим образом. С выхода блока 7 сигналы управления и частоты подаются на вход блока 5, с выхода которого на первые, сигнальные, входы блоков 18₁ ..._{18n подается сигнал ПСП определенной структуры. На вторые, синхронизирующие, входы блоков 181 ...18n подается синхронизирующий сигнал с выхода блока 7. В блоках 181 ...18n происходит преобразование структуры ПСП, подаваемой с блока 5. С выходов блоков 181 ...18n сигналы различных структур ПСП поступают на соответствующие сигнальные входы блока 17, который коммутирует на свой выход через каждый промежуток времени, равный τ (где τ - длительность одного периода информационного символа), один из этих сигналов. В блоке 2 происходит фазовая манипуляция ПСП по закону информационной последовательности. С выхода блока 2 фазоманипулированный (ФМ) сигнал поступает на первый вход блока 3, на второй вход которого поступают колебания несущей частоты с выхода блока 6. С выхода блока 3 на вход блока 4 поступает фазоманипулированный сигнал длительностью Т и представляющий собой последовательность видеоимпульсов в виде единиц и нулей длительностью τ o=T/N (где N - число импульсов). Обычно считают, что база ФМ сигнала равна числу импульсов, т.е. B≈ N. Усиленный до необходимой величины ФМ сигнал с выхода блока 4 через передающую антенну 8 излучается в пространство.}

Принятый приемной антенной 9 сигнал поступает на первый, сигнальный, вход блока 10, на второй вход которого поступает сигнал промежуточной частоты с выхода блока 15. С выхода блока 10 информационный сигнал с промежуточной частотой подается на вход блока 11, где он усиливается. С выхода блока 11 сигнал поступает на первые, сигнальные, входы блоков 20₁ ..._{20n, где происходит преобразование различных структур ПСП в одну структуру ПСП, на которую настроен блок 12. Сигналы одной структуры ПСП с выходов блоков 201...20n поступают на соответствующие сигнальные входы блока 19, который коммутирует на свой выход один из этих сигналов. При этом на синхронизируемый вход блока 19 и на вторые, синхронизируемые, входы блоков 201 ...20n подаются синхронизирующие импульсы со второго выхода блока 16. С выхода блока 19 сигнал поступает на вход блока 12, где он "сворачивается". С выхода блока 12 сигнал подается на первый вход блока 13 и на вход блока 16, который осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте и времени, для чего со второго выхода блока 16 сигнал подается на второй вход блока 10, а с первого выхода блока 16 на второй вход блока 13 подается сигнал, управляющий режимами работы блока 13. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе блока 13 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая подается в блок 14.}

Функциональная схема одного из блоков (18₁ ..._{18n, 201 ...20n), например первого дециматора передатчика 181, изображена на фиг.3, где приведены следующие обозначения:}

18.1 - первое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

18.2 - первый коммутатор;

18.3 - второй коммутатор;

18.4 - второе оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

18.5 - триггер адреса;

18.6 - счетчик;

18.7 - дешифратор;

18.8 - третий коммутатор;

18.9 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

18.10 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Дециматор 18₁ содержит последовательно соединенные шиной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18.9, первый, сигнальный вход которого является сигнальным входом дециматора 18₁, и первый коммутатор 18.2; последовательно соединенные шиной второй коммутатор 18.3 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18.10, выход которого является выходом дециматора 18₁; параллельно соединенные первое 18.1 и второе 18.4 оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), включенные между первым 18.2 и вторым 18.3 коммутаторами с помощью шины; последовательно соединенные счетчик 18.6 и триггер адреса 18.5, выход которого соединен с третьим входом первого ОЗУ 18.1, первым входом второго коммутатора 18.3, четвертым входом второго ОЗУ 18.4 и четвертым входом третьего коммутатора 18.8. Кроме того, второй выход счетчика 18.6 соединен с его первым входом. Второй, синхронизирующий вход дециматора 18₁ является вторым, тактируемым, входом АЦП 18.9, а также вторым, тактируемым, входом ЦАП 18.10 и вторым, тактируемым, входом счетчика 18.6, первый выход которого шиной соединен со входом дешифратора 18.7 и с первым входом третьего коммутатора 18.8, первый выход которого шиной соединен со вторым входом второго ОЗУ 18.4. Выход дешифратора 18.7 шиной соединен со вторым входом третьего коммутатора 18.8, второй выход которого шиной соединен со вторым входом первого ОЗУ 18.1. Третий выход первого коммутатора 18.2 соединен с четвертым входом первого ОЗУ 18.1, третьим входом второго ОЗУ 18.4, первым входом триггера адреса 18.5 и третьим входом третьего коммутатора 18.8.

Дециматор 18₁ работает следующим образом.

Элементы М-последовательности с первого, сигнального, входа блока 18₁ подаются на первый, сигнальный, вход блока 18.9, где преобразуются в цифровой вид и с выхода блока 18.9 поступают на вход блока 18.2. С первого и второго выходов блока 18.2 сигнал поочередно, через интервал времени, равный длительности М-последовательности, поступает на первые входы блоков 18.1 и 18.4 соответственно. Во время записи в блок 18.1 происходит считывание из блока 18.4 и наоборот. С выходов блоков 18.1 и 18.4 сигнал поочередно поступает на второй и третий входы блока 18.3 соответственно, с выхода которого считываемая информация поступает на первый вход блока 18.10, где происходит преобразование в аналоговую форму, а затем поступает на выход блока 18₁. С выхода блока 7 (см. фиг.2) тактовые импульсы поступают на второй, тактируемый, вход блока 18.6, коэффициент счета которого равен числу элементов М-последовательности. С первого выхода блока 18.6 параллельный двоичный код поступает на первый вход блока 18.8 и на вход блока 18.7. Блок 18.7 осуществляет преобразование кода элемента М-последовательности, выдаваемого блоком 18.6, в адрес (код) ячейки записи блоков 18.1 и 18.4 в соответствии с выбранным коэффициентом децимации. Адрес ячейки считывания для блоков 18.1 и 18.4 задается двоичным кодом, поступающим с первого выхода блока 18.6 через блок 18.8 на вторые, адресные, входы блоков 18.1 и 18.4. Управление режимами работы блоков 18.1, 18.3, 18.4 и 18.8 осуществляется с помощью выходного сигнала блока 18.5.

Функциональная схема синхронизатора передатчика 16 изображена на фиг.4, где приведены следующие обозначения:

16.1 - генератор тактовых импульсов;

16.2 - схема сравнения;

16.3 - делитель.

Синхронизатор приемника 16 содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 16.1, делитель частоты 16.3 и схему сравнения 16.2, выход которой является первым выходом синхронизатора приемника 16; первый вход схемы сравнения 16.2 является входом синхронизатора приемника 16, выход генератора тактовых импульсов 16.1 также является вторым выходом синхронизатора приемника 16.

Синхронизатор приемника 16 работает следующим образом.

Сигнал, вырабатываемый блоком 16.1, поступает на второй выход блока 16 и на вход блока 16.3, в котором происходит деление на N (N равно базе сигнала). С выхода блока 16.3 сигнал поступает на второй вход блока 16.2, на первый вход которого поступает сигнал со входа блока 16. При совпадении сигналов во времени на выходе блока 16.2 формируется импульс, который подается на первый выход блока 16.

В качестве синхронизатора передатчика 7 может быть использован один из генераторов тактовых импульсов, описания которых даны в технической литературе. Реализация остальных блоков заявляемого устройства также не вызывает никаких затруднений, так как описания их широко опубликованы в технической литературе.

Таким образом, применение в предлагаемом устройстве n дециматоров позволило через каждый интервал времени, равный τ (где τ - длительность одного информационного символа), излучать сигнал с различной структурой ПСП, что в значительной степени позволило повысить скрытность передаваемой информации.

Предлагаемое устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для передачи информации в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы. Достигаемый технический результат - повышение скрытности передаваемой информации. С этой целью в устройство-прототип, содержащее в передающей части источник информации (1), фазовый модулятор (2), балансный модулятор (3), усилитель мощности (4), генератор псевдослучайной последовательности (5), генератор несущей частоты (6), синхронизатор передатчика (7), передающую антенну (8); в приемной части - приемную антенну (9), смеситель (10), усилитель промежуточной частоты (11), согласованный фильтр (12), решающее устройство (13), получатель информации (14), гетеродин (15) и синхронизатор приемника (16), введено в передающую и приемную части по коммутатору и по n дециматоров. 4 ил.

Устройство, содержащее в передающей части последовательно соединенные источник информации, который является входом устройства, фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной; последовательно соединенные синхронизатор передатчика и генератор псевдослучайной последовательности, а также генератор несущей частоты, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора; в приемной части - последовательно соединенные приемную антенну, смеситель и усилитель промежуточной частоты; последовательно соединенные согласованный фильтр, решающее устройство и получатель информации, который является выходом устройства; последовательно соединенные синхронизатор приемника и гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя; кроме того, выход согласованного фильтра соединен со входом синхронизатора приемника, первый выход которого соединен со вторым входом решающего устройства, отличающееся тем, что введено в передающей части n дециматоров передатчика и коммутатор передатчика, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, при этом выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров передатчика, выход синхронизатора передатчика соединен с синхронизирующим входом коммутатора передатчика и со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров передатчика, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора передатчика соответственно; в приемной части - n дециматоров приемника и коммутатор приемника, выход которого соединен со входом согласованного фильтра, при этом выход усилителя промежуточной частоты соединен с первыми, сигнальными, входами n дециматоров приемника, второй выход синхронизатора приемника соединен также с синхронизирующим входом коммутатора приемника и со вторыми, синхронизирующими, входами n дециматоров приемника, выходы которых соединены с n сигнальными входами коммутатора приемника соответственно.