ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ РАДИОСИСТЕМА Российский патент 2006 года по МПК H04B1/69 H04B7/216 

Изобретение - информационно-измерительная радиосистема относится к способу и устройству передачи информации М-ричной системой символов с одновременным измерением параметров широкополосных шумоподобных дискретных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой /ШП ДЧМНФ/ аналого-цифровыми методами радиотехники.

Информационно-измерительная радиосистема может быть применена для обмена информацией между несколькими абонентами /циркулярно или адресно/, измерения параметров принимаемых сигналов, а также в радиолокации.

Наиболее близким аналогом является информационно-измерительная радиосистема, описанная в /Л 1/. Однако аналог обладает принципиальными недостатками:

- в нем используется бинарный принцип формирования информации;

- недоиспользуется потенциал радиосистемы;

- отсутствует фазовая селективность;

- не реализуется разграничение доступа;

- сравнительно небольшая достоверность передачи информации и точность измерений;

- недостаточная скрытность.

В изобретении используются общие с аналогом принципы формирования MSK сигналов. Принципиальное отличие способа передачи информации ШП ДЧМНФ сигналами заключается в использовании М-ричной системы символов, в отличие от бинарных узкополосных MSK сигналов аналога.

Кроме нового способа передачи информации в приемопередающем устройстве применяются новые принципы обработки ШП ДЧМНФ сигналов /сжатие широкополосного спектра практически до δ-функции и свертки символов информации во времени и по спектру/.

Аналитическое выражение одного символа информации ШП ДЧМНФ сигнала представляется в виде:

где

ω₀ и ω₁ - несущие частоты дискретов;

N - количество дискретов в одном символе информации - цикле ПСП;

Δω - отклонение частоты дискрета от средней;

k=1, 2, 3,...N,

а=(+1, -1).

Сопряжение фаз смежных дискретов производится при и где , для более интенсивного спадания боковых лепестков в огибающей спектра до /ω^-6/.

На фиг.1 изображен один символ информации.

ШП ДЧМНФ сигналы, переносящие информацию, формируются и обрабатываются в приемопередающей системе, отличающейся тем, что с целью повышения потенциала системы, улучшения помехозащищенности, повышения достоверности передачи информации, скрытности, точности измерения, повышения разрешающей способности, сигнальной совместимости передачи информации и измерений, для разграничения доступа в передающем устройстве происходит формирование М-ричной системы символов информации вместо бинарной, в приемном устройстве в узле регенерации несущих и тактовой частот вместо схем ФАП применяется статический когерентный следящий фильтр с перекрестным гетеродинированием для сжатия спектра ШП ДЧМНФ сигнала, практически, до δ-функции, в узле формирования символа информации используется свертка спектра символа, для синхронизации применяется свертка символа во времени.

Информационно-измерительная радиосистема, включающая передатчик, формирующий ШП ДЧМНФ сигналы в виде последовательности символов, выход которого соединен с каналом связи /антенной/, и приемник, вход которого соединен с каналом связи, выход линейного входного усилителя приемника соединен с входом удвоителя частоты и через электронный ключ с М-входами линеек узла формирования символов передаваемой информации, выход удвоителя частоты соединен с входом регенератора несущих и тактовой частот и с входом узла синхронизации, выходы регенератора частот соединены с тактовой частотой, с входом обнаружителя-измерителя и с входом синхронизатора, парные выходы с непрерывными удвоенными несущими частотами дискретов соединены со всеми М-входами генератор-модуляторов узла формирования символов и перемножителями узла свертки символа во времени, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора, выход синхронизатора соединен со всеми вторыми входами генератор-модуляторов, второй потенциальный выход синхронизатора соединен со вторым входом ключа, выход узла формирования символов информации является выходом информационного канала.

Передающее устройство фиг.2 включает эталон времени-частоты /1/ или питается от СЕВ, один выход которого соединен с входом формирователя несущих частот дискретов ω₀ и ω₁ /2/, отличается от аналога введением синхронизатора /3/, вход которого соединен со вторым выходом эталона частоты, кодера /4/, один вход которого соединен с источником информации, а второй вход - с синхронизатором, М-выходы кодера соединены с М-входами модулятор-генереторов /5/, парные входы модулятор-генереторов соединены с парными выходами формирователя несущих ω₀ и ω₁, коммутатора /6/, информационные входы его соединены с выходами модулятор-генераторов, а согласующий во времени работу вход соединен с синхронизатором, выход коммутатора соединен со входом усилителя /7/, выход которого соединен с каналом связи /антенной/.

Приемное устройство фиг.2 включает входной усилитель /8/, выход которого соединен с входом удвоителя частоты /9/, отличается от аналога введением регенератора несущих и тактовой частот следования дискретов /10/, узла свертки символа информации во времени /11/, электронного ключа /12/, синхронизатора /13/ и узла формирования символов передаваемой информации /14/. Выход удвоителя частоты соединен с входами регенератора несущих и тактовой частот /ω₀; ω₁; Ω_т/, узла свертки символа во времени и сигнальным входом электронного ключа. Выход регенератора с тактовой частотой / Ω_т/ соединен с входом синхронизатора и входом обнаружителя-измерителя /15/. Парный выход регенератора с удвоенными несущими /2ω₀ и 2ω₁/ соединен с соответствующими входами узла свертки символа во времени и входами узла формирования символов информации. Импульсный выход узла свертки символов во времени соединен с вторым входом синхронизатора, а потенциальный выход синхронизатора соединен с вторым входом электронного ключа. Выход ключа соединен с сигнальными входами узла формирования символов информации.

Взаимодействие элементов приемопередающего устройства /работа/ заключается в следующем. Передаваемая информация поступает на вход кодера /4/ фиг.2. В кодере она распределяется по каналам соответствующих символов и согласуется во времени под действием синхронизирующих сигналов. Каждый модулятор-генератор /5/ формирует "свою" ПСП комбинацию чередования дискретов с несущими /ω₀ и ω₁/, соответствующую текущему символу. Первичным источником согласования во времени всех процессов в передатчике является эталон времени и частоты /1/ или СЕВ. Он выдает колебания на формирователь несущих /2/ и синхронизатор /3/. Непрерывная последовательность символов информации, снимаемая с выходов модулятор-генераторов, формируется коммутатором /6/, усиливается /7/ и передается в канал связи /антенну/.

Непрерывная последовательность информационных символов, каждый их которых состоит из ПСП комбинации дискретов, усиливается /8/ фиг.2 и удваивается по частоте /9/ квадратором. С его выхода сигналы разветвляются на три направления: в регенератор несущих и тактовой частот /10/, узел свертки символа во времени /11/ и электронный ключ /12/.

Регенератор несущих и тактовой частот реализует операцию нелинейного сжатия спектра /инвариантно относительно структуры спектра/ входного широкополосного сигнала до, практически, δ-функции путем перекрестного гетеродинирования несущих коррелятором и весьма узкополосной фильтрацией составляющих спектра с одновременным формированием тактовой частоты следования дискретов / Ω_т/.

Последовательность информационных символов на удвоенной несущей имеет вид:

Этот сигнал в канале регенерации несущих подвергается перекрестному гетеродинированию с узкополосной фильтрацией. Возможны два варианта. При беспоисковом по частоте варианте полосы фильтров выбираются равными 2F_Dmax, что определяет выигрыш в отношении , равный

При наличии априорных данных /целеуказании по частоте/ или поиске в пределах доплеровского диапазона выигрыш составит /Л 2/

причем М₂≫M₁. Количественно эти выигрыши составляют десятки децибел и определяются динамическими параметрами объекта, принимающего информацию. Следующей операцией в регенераторе является формирование непрерывного колебания с частотой следования дискретов специфическим коррелятором, перемножающим колебания входного ШП ДЧМНФ сигнала на удвоенной частоте на колебания с частотой, равной 2 ω_ср и дальнейшую фильтрацию /интегрирование/ узкополосным фильтром:

Первое слагаемое описывает непрерывное синусоидальное колебание на текущей частоте следования дискретов со спектром, близким к δ-функции, оно и формируется фильтром с полосой пропускания

Как следует из приведенных преобразований, описанный коррелятор реализует инвариантное сжатие спектра ШП ДЧМНФ сигнала в спектр синусоидального δ(2Δω). Платой за такой высокий выигрыш в отношении измерительного канала является полная утрата информационной составляющей в передаваемом сигнале, но сохранение энергетических и фазовых параметров для измерения с высокой точностью доплеровского смещения частоты, угловых координат, АРУ и, что немаловажно, для синхронизации работы канала обработки и формирования символов информации, обеспечивая существенное повышение достоверности передаваемой информации.

Выходные колебания регенератора несущих и тактовой частот поступают в синхронизатор, который формирует импульсы, соответствующие началу каждого дискрета, и потенциал, поступающий на ключ для его замыкания. Импульсное напряжение с выхода синхронизатора запускает одновременно все генераторы-модуляторы узла формирования символов информации.

Узел формирования символов включает М-1 идентичных каналов, причем для каждого символа используется модулятор-генератор, формирующий ПСП именно данного символа. Выходные отклики всех каналов поступают в решающее устройство /РУ/, в котором происходит сравнение всех откликов, и по выбранному критерию /обычно максимальному/ принимается решение о выдаче этого символа на выход узла формирования символов и радиосистемы в целом.

Перечень фигур чертежей.

На фиг.1 изображен один символ информации.

На фиг.2 изображена структурная схема радиосистемы в целом.

Литература

Л 1. Зарубежная радиотехника. М., "Радио и связь" №4, 1982.

Л 2. Агеев Д.В. "Активная полоса частотного спектра функции времени", Труды Горьковского политехнического ин-та, т.XI, вып.1, 1955 г.

Л 3. Аджемов С.С. "Перспективы применения частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой", Зарубежная радиоэлектроника, М., "Радио и связь", №9, 1987 г.

Л 4. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М., "Радио и связь", 1982.

Л 5. А.С. №158079.

Л 6. Патент №2045128.

Изобретение относится к способу и устройству передачи информации М-ричной системой символов широкополосных шумоподобных дискретных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой (ШП ДЧМНФ). Сущность: способ передачи ШП ДЧМНФ сигналов заключается в том, что на передающей стороне формируют и передают ШП ДЧМНФ сигналы, а на приемной стороне производят удвоение несущих частот принятого ШП ДЧМНФ сигнала и осуществляют свертку спектра и свертку во времени символов ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами, при этом передают ШП ДЧМНФ сигналы, каждый символ которой сформирован из N дискретов в виде комбинации чередующихся ПСП с несущими частотами дискретов симивлов, осуществляют нелинейное инвариантное сжатие спектра непрерывной последовательности информационных символов ШП ДЧМНФ полученного спектра сигнала с одновременным формированием сигналов с удвоенными несущими частотами дискретов символов и сигнала тактовой частоты следования дискретов символов, производят свертку во времени каждого символа ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами по сигналам с удвоенными несущими частотами дискретов символов и по сигналу тактовой частоты следования дискретов символов и формируют импульсы, соответствующие началу каждого дискрета символов, производят в заданный момент времени свертку спектра каждого символа ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами по сигналам с удвоенными частотами дискретов символов и по сформированным импульсам, соответствующим началу каждого дискрета символов, и принимают решение о выдаче каждого принятого символа ШП ДЧМНФ сигнала. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении достоверности передаваемой информации, улучшении помехозащищенности за счет реализации свойства фазовой селективности, скрытности и повышении разрешающей способности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ передачи широкополосных дискретных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой (ШП ДЧМНФ) сигналов, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют и передают ШП ДЧМНФ сигналы, а на приемной стороне производят удвоение несущих частот принятого ШП ДЧМНФ сигнала и осуществляют свертку спектра и свертку во времени символов ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами, отличающийся тем, что передают ШП ДЧМНФ сигналы в виде непрерывной последовательности информационных символов ШП ДЧМНФ, каждый символ которой сформирован из N дискретов в виде комбинации чередующихся ПСП с несущими частотами (ω₀, ω₁) дискретов символов, осуществляют нелинейное инвариантное сжатие спектра непрерывной последовательности информационных символов ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами и узкополосную фильтрацию полученного спектра сигнала с одновременным формированием сигналов с удвоенными несущими частотами (2ω₀, 2ω₁) дискретов символов и сигнала тактовой частоты следования дискретов символов, производят свертку во времени каждого дискрета символа ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными несущими частотами по сигналам с удвоенными несущими частотами (2ω₀, 2ω₁) дискретов символов и по сигналу тактовой частоты следования дискретов символов и формируют импульсы, соответствующие началу каждого дискрета символов, производят в заданный момент времени свертку спектра каждого символа ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными нсущими частотами по сигналам с удвоенными частотами (2ω₀, 2ω₁) дискретов символов и по сформированным импульсам, соответствующим началу каждого дискрета символов, и принимают решение о выдаче каждого принятого символа ШП ДЧМНФ сигнала.2. Устройство передачи широкополосных дискретных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой (ШП ДЧМНФ) сигналов, содержащее на передающей стороне передатчик для формирования и передачи ШП ДЧМНФ сигналов, выход которого соединен с каналом связи, а на приемной стороне - соединенный с каналом связи приемник, в состав которого входят линейный усилитель, удвоитель частоты, выход которого соединен с входом регенератора несущих и тактовой частот дискретов (НТЧД) и с входом узла свертки символа информации во времени, выход тактовой частоты регенератора НТЧД соединен с входом синхронизатора, а также узел формирования символов принятого ШП ДЧМНФ сигнала, к сигнальному входу которого подключен выход электронного ключа, отличающееся тем, что на передающей стороне передатчик выполнен в виде эталона времени и частоты, соединенного с формирователем несущих частот дискретов символов, а также содержит кодер М модулятор-генераторов, коммутатор и синхронизатор, причем вход кодера является входом источника информации, а М выходов кодера соединены с соответствующими входами М модулятор-генераторов, выходы которых соединены с М информационными входами коммутатора, выход которого через усилитель соединен с каналом связи, другой выход эталона времени и частоты соединен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с синхронизирующими входами кодера и коммутатора, а выходы формирователя несущих частот дискретов символов соединены с соответствующими входами М модулятор-генераторов, а на приемной стороне - выход линейного усилителя соединен с входом удвоителя частоты, выход которого соединен с сигнальным входом электронного ключа, а выходы несущих частот дискретов регенератора НТЧД соединены с соответствующими входами узла свертки символов информации во времени и узла формирования символов принятого ШП ДЧМНФ сигнала.