КОГЕРЕНТНАЯ РАДИОЛИНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H04L27/18 

Предлагаемая когерентная радиолиния относится к радиосвязи, а именно к построению систем радиосвязи с использованием в их работе искусственно созданных радиопомех, и может быть использована для передачи конфиденциальной информации с применением сложных сигналов с фазовой манипуляцией и криптографических методов ее защиты.

Известны радиолинии и системы передачи аналоговой и дискретной информации (авт. свид. СССР№№1.291.984, 1.626.428, 1,163.784, 1.798.738; патенты РФ №№2.001.531, 2.013.018, 2.019.052, 2.156.551, 2.214.691, 2.215.370, 2.329.608; патенты США №№5.058.136, 5.077.538, 5.856.027; патенты ЕР №№0.405.512, 0.486.839; патенты WO №№96/10.309, 97/20.438; Тепляков И.М. и др. Радиосистемы передачи информации - М.: Радио и связь, 1982, с.233, рис.12.2 и другие).

Из известных радиолиний и систем наиболее близкой к предлагаемой является «Когерентная радиолиния» (патент РФ №2.329.608, H04L 27/227, 2007), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная радиолиния обеспечивает защиту передаваемой дискретной информации от несанкционированного доступа посторонних лиц путем создания шумовой завесы из шумоподобных сигналов.

Однако потенциальные возможности известной радиолинии используются не в полной мере по защите информации от несанкционированного доступа посторонних лиц.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей когерентной радиолинии путем криптографической защиты конфиденциальной дискретной информации от несанкционированного доступа посторонних лиц.

Поставленная задача решается тем, что когерентная радиолиния, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на передающей стороне последовательно включенные источник дискретных сообщений и кодирующее устройство, последовательно включенные первый модулятор, второй вход которого соединен с выходом первого генератора высокой частоты, первый передатчик и первую передающую антенну, последовательно включенные генератор псевдослучайной последовательности, второй модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго генератора высокой частоты, второй передатчик и вторую передающую антенну, а на приемной стороне последовательно включенные приемную антенну, приемник, блок поиска по частоте, блок выделения опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, и второй вычитатель, последовательно включенное декодирующее устройство и блок регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу блока выделения опорного напряжения фазовращателя на -30°, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый вычитатель и фазовращатель на +90°, выход которого соединен с вторым входом второго вычитателя, последовательно подключенные к выходу блока выделения опорного напряжения фазовращатель на +30° и третий синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, а выход подключен к второму входу первого вычитателя, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена цифровым скремблером и цифровым дескремблером, причем на передающей стороне к выходу кодирующего устройства подключен цифровой скремблер, выход которого соединен с первым входом первого модулятора, а на приемной стороне к выходу второго вычитателя подключен цифровой дескремблер, выход которого соединен с входом декодирующего устройства.

Структурная схема предлагаемой когерентной радиолинии представлена на чертеже.

Передающая часть когерентной радиолинии (фиг.1, фиг.2) содержит последовательно включенные источник 1 дискретных сообщений, кодирующее устройство 2, цифровой скремблер 26, первый модулятор 3, второй выход которого соединен с выходом первого генератора 4 высокой частоты, первый передатчик 5 и первую передающую антенну 6, последовательно включенные генератор 7 псевдослучайной последовательности (ПСП), второй модулятор 8, второй вход которого соединен с выходом второго генератора 9 высокой частоты, второй передатчик 10 и вторую передающую антенну 11.

Приемная часть когерентной радиолинии (фиг.3) содержит последовательно включенные приемную антенну 12, приемник 13, первый синхронный детектор 14, второй вычитатель 23, цифровой дескремблер 27, декодирующее устройство 24 и блок 25 регистрации и анализа сообщений, последовательно подключенные к выходу приемника 13 блок 15 поиска по частоте и блок 16 выделения опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом приемника 13, а выход подключен к второму входу первого синхронного детектора 14, последовательно подключенные к выходу блока 16 выделения опорного напряжения фазовращатель 17 на -30°, второй синхронный детектор 19, второй вход которого соединен с выходом приемника 13, первый вычитатель 21 и фазовращатель 22 на +90°, выход которого соединен со вторым входом второго вычитателя 23, последовательно подключенные к выходу блока 16 выделения опорного напряжения фазовращатель 18 на +30° и третий синхронный детектор 20, второй вход которого соединен с выходом приемника 13, а выход подключен к второму входу первого вычитателя 21.

Когерентная радиолиния работает следующим образом.

Дискретные сообщения с выхода источника 1 через кодирующее устройство 2 поступают на вход цифрового скремблера 26, который реализует криптографический метод защиты дискретных сообщений от несанкционированного доступа посторонних лиц. Указанный метод включает шифрование, кодирование и преобразование сообщений, в результате которых их содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

При цифровом методе закрытия последовательных сообщений условно выделяются четыре основные группы:

1) подстановка - символы дискретных сообщений заменяются другими символами в соответствии с заранее определенным правилом;

2) перестановка - символы дискретных сообщений переставляются по некоторому правилу в пределах заданного блока передаваемых дискретных сообщений;

3) аналитическое преобразование - шифруемые сообщения преобразуются по некоторому аналитическому правилу;

4) комбинированное преобразование - исходные дискретные сообщения шифруются двумя или большим числом методов шифрования.

Скремблированные дискретные сообщения в виде модулирующего кода M(t) с выхода цифрового скремблера 26 поступают на первый вход модулятора 3, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода генератора 4 высокой частоты

u_c(t)=U_c·cos(w_ct+φ_c), 0≤t≤<T_c.

На выходе модулятора 3 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал

u₁(t)=U_c·cos[w_ct+φ_к(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ_к(t)=const при кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачком при t=кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(T_c=Nτ_э).

Этот сигнал после усиления в передатчике 5 (усилитель мощности) излучается передающей антенной 6 с направленной диаграммой направленности в сторону приемной части когерентной радиолинии.

Псевдослучайная последовательность (ПСП) с выхода генератора 7 поступает на первый вход модулятора 8, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода генератора 9 высокой частоты.

u_ш(t)=U_ш·cos(w_шt+φ_ш), 0≤t≤T_ш,

где w_ш-w_с=Δw≤Δw_∂, Δw_∂ - полоса пропускания синхронных детекторов 14, 19 и 20.

На выходе модулятора 8 образуется шумоподобный сигнал (ШПС)

u₂(t)= U_ш·cos[w_шt+φ_ш(t)+φ_ш], 0≤t≤T_ш,

где φ_ш(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с ПСП.

Указанный сигнал после усиления в передатчике 10 (усилителе мощности) излучается передающей антенной 11 с направленной диаграммой направленности в сторону приемной части когерентной радиолинии. Мощность этого сигнала много больше, чем мощность информационного сигнала, для которого он создает шумовую завесу.

Смесь ФМн-сигнала u₁(t) и ШПС-сигнала u₂(t)

u_∑(t)=u₁(t)+u₂(t)

с выхода приемной антенны 12 через приемник 13 (усилитель высокой частоты) одновременно поступает на первые (информационные) входы синхронных детекторов 14, 19 и 20, на вторые входы которых подаются опорные напряжения соответственно с выхода блока 16 выделения опорного напряжения непосредственно и через фазовращатели 17 и 18 на +30° и -30°.

u₀₁(t)=U₀·cos(w_ct+φ_c),

u₀₂(t)=U₀·cos(w_ct+φ_c+30°),

u₀₃(t)=U₀·cos(w_ct+φ_c-30°).

На выходе синхронных детекторов 14, 19 и 20 выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:

u_н1(t)=U_н1·cosφ_к(t)+U_н2·cos[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c],

u_н2(t)=U_н1·cos[φ_к(t)-30°]+U_н2·cos[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c-30°],

u_н3(t)=U_н1·cos[φ_к(t)+30°]+U_н2·cos[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c-30°],

где ;

На выходе вычитателя 21 образуется разностное напряжение,

Δu_н1(t)=u_н2(t)-u_н3(t)=U_н2·sin[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c],

которое представляет собой оценку ШПС-сигнала и отличается от ШПС-сигнала на выходе синхронного детектора 14 поворотом по фазе на 90°.

Разностное напряжение Δu_н1(t) с выхода вычитателя 21 поступает на вход фазовращателя 22 на +90°, на выходе которого образуется разностное напряжение

Δu_н2(t)=U_н2·sin[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c+90°]=U_н2·cos[(w_ш-w_с)t+φ_ш(t)+φ_ш-φ_c].

Это напряжение поступает на второй вход вычитателя 23, на выходе которого образуется разностное напряжение,

Δu_н3(t)=u_н1(t)-u_н2(t)=U_н1·cosφ_к(t),

представляющее собой аналог передаваемого сообщения. Напряжение Δu_н3(t) с выхода вычитателя 23 поступает на вход цифрового дескремблера 27, принцип работы которого соответствует принципу работы цифрового скремблера 26, но имеет противоположный характер. На выходе дескремблера 27 образуется кодовая информация, которая поступает на вход декодирующего устройства 24, на выходе которого образуется исходная информация источника 1 дискретных сообщений, которая поступает на вход блока 25 регистрации и анализа сообщений.

Когерентная радиолиния под прикрытием мощной шумовой завесы может успешно выполнять свои функции. При этом значительно снижается возможность несанкционированного доступа посторонних лиц к конфиденциальной информации, которая передается по когерентной радиолинии, так как сигнал шумовой завесы скрывает информационный сигнал за счет энергетического превышения этого сигнала шумоподобным сигналом завесы в заданном диапазоне частот.

Кроме того, сложные сигналы с фазовой манипуляцией с точки зрения обнаружения обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема оказывается замаскированным не только шумоподобными сигналами, но и шумами и помехами. Причем энергия сложного информационного сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника. Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Таким образом, предлагаемая когерентная радиолиния по сравнению с прототипом обеспечивает не только шумовую, энергетическую и структурную защиту конфиденциальной дискретной информации, но и криптографическую ее защиту. Криптографическая защита конфиденциальной дискретной информации от несанкционированного доступа посторонних лиц обеспечивает специальными методами шифрования, кодирования и преобразования конфиденциальной дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Следовательно, функциональные возможности известной когерентной радиолинии расширены.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для передачи конфиденциальной информации с применением сложных сигналов с фазовой манипуляцией и криптографических методов ее защиты. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей когерентной радиолинии путем криптографической защиты конфиденциальной дискретной информации. Когерентная радиолиния содержит источник 1 дискретных сообщений, кодирующее устройство 2, первый 3 и второй 8 модуляторы, первый 4 и второй 9 генераторы высокой частоты, первый 5 и второй 10 передатчики, первую 6 и вторую 11 передающие антенны, генератор 7 псевдослучайной последовательности (ПСП), приемную антенну 12, приемник 13, первый 14, второй 19 и третий 20 синхронные детекторы, блок 15 поиска по частоте, блок 16 выделения опорного напряжения, фазовращатель 17 на -30°, фазовращатель 18 на +30°, первый 21 и второй 23 вычитатели, фазовращатель 22 на +90°, декодирующее устройство 24, блок 25 регистрации и анализа, цифровой скремблер 26 и цифровой дескремблер 27. 3 ил.

Когерентная радиолиния, содержащая на передающей стороне последовательно включенные источник дискретных сообщений и кодирующее устройство, последовательно включенные первый модулятор, второй вход которого соединен с выходом первого генератора высокой частоты, первый передатчик и первую передающую антенну, последовательно включенные генератор псевдослучайной последовательности, второй модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго генератора высокой частоты, второй передатчик и вторую передающую антенну, а на приемной стороне последовательно включенные приемную антенну, приемник, блок поиска по частоте, блок выделения опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, и второй вычитатель, последовательно включенные декодирующее устройство и блок регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу блока выделения опорного напряжения фазовращатель на -30°, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, первый вычитатель и фазовращатель на +90°, выход которого соединен с вторым входом второго вычитателя, последовательно подключенные к выходу блока выделения опорного напряжения фазовращатель на +30° и третий синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом приемника, а выход подключен к второму входу первого вычитателя, отличающаяся тем, что она снабжена цифровым скремблером и цифровым дескремблером, причем на передающей стороне к выходу кодирующего устройства подключен цифровой скремблер, выход которого соединен с первым входом первого модулятора, а на приемной стороне к выходу второго вычитателя подключен цифровой дескремблер, выход которого соединен с входом декодирующего устройства.