СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО МНОГОЛУЧЕВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ Российский патент 2016 года по МПК H04B1/00 

Изобретение относится к морской технике, а именно к области передачи сигналов в морской среде, и может применяться для передачи информации по гидроакустическому каналу связи, отличающемуся многолучевым распространением из-за рефракции, обусловленной распределением скорости звука по глубине, и наличия отражающих звук водной поверхности и дна моря.

Известно радиогидроакустическое устройство для дистанционного отсоединения подводного изделия и контроля его местоположения на поверхности моря (патент RU 2297641 С1, опубл. 20.04.2007), которое содержит канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления и канал приема сигналов управления. Канал излучения сигналов управления содержит формирователь модулирующего кода, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и гидроакустический излучатель. Канал приема сигналов управления содержит гидрофон, усилитель, демодулятор, два дешифратора, электромагнитное реле. В качестве гидроакустических кодированных сигналов управления используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией.

Известна система скрытной гидроакустической связи (патент RU №2397915 С1, опубл. 27.08.2010 г.), содержащая передающий тракт, выполненный с возможностью формирования и излучения широкополосного частотно-модулированного (частотно-манипулированного) сигнала, и приемный тракт, включающий в себя антенну, усилитель-ограничитель шумоподобного сигнала, усилители высокой и низкой частот, частотный детектор, телефон водолаза. Приемный тракт выполнен с возможностью поступления сигнала с усилителя-ограничителя шумоподобного сигнала на амплитудный детектор без восстановления несущей, а после него - на высокочастотный полосовой фильтр, настроенный на частоту удвоенной частотно-модулированной (частотно-манипулированной) несущей частоты, и далее - на усилитель этой удвоенной несущей частоты.

Из радиосвязи известны системы передачи данных посредством широкополосных/шумоподобных сигналов (ШПС), обладающие повышенной скрытностью и помехоустойчивостью. Примеры таких систем приведены в книге Варакина Л.Е. «Системы связи с шумоподобными сигналами», изд. «Радио и связь», М., 1985 г. Одним из применяемых методов модуляции шумоподобных сигналов является фазовая модуляция или фазовая манипуляция (ФМ). В качестве прототипа принята блок-схема системы связи с фазоманипулированными ШПС, которая приведена в книге Варакина Л.Е. на стр. 18, рис. 1.9. Особенность прототипа состоит в использовании информационного сигнала в качестве источника синхронизирующих данных.

Общим недостатком указанных технических решений является снижение достоверности передачи данных в случае приема сигналов при многолучевом распространении.

Задачей настоящего изобретения является создание системы передачи данных по многолучевому каналу связи с улучшенными характеристиками - помехоустойчивостью и достоверностью. Улучшение помехоустойчивости и достоверности передачи данных достигается за счет формирования, излучения и приема информации пакетами, состоящими из двух частей - синхронизирующей и информационной.

С этой целью в систему передачи данных по многолучевому каналу связи, содержащую передающий тракт, выполненный с возможностью формирования и излучения широкополосного фазомодулированного/фазоманипулированного (ФМ) сигнала, и приемный тракт, включающий в себя электроакустический приемник, блок подготовки сигнала, смеситель (демодулятор), коррелятор и синхронизатор, в передающий тракт, выполненный с возможностью генерирования синхронизирующей части посылки, состоящей из некоторого числа ФМ сигналов, модулированных/манипулированных целыми периодами М-последовательности посредством генератора М-последовательности, введен блок формирования информационной части, содержащий последовательно соединенные генератор функций Адамара, переключатель синхронизация-информация, поэлементный сумматор по модулю два сигнала и М-последовательности. В приемный тракт после последовательно соединенных блока подготовки сигнала, демодулятора, коррелятора и синхронизатора, выполненного с возможностью поступления сигнала с выхода коррелятора на устройство взвешенного накопления, а после него - на пороговое устройство и далее - на определитель задержки максимума и устройство управляемой задержки, введен блок приема информационной части посылки, включающий в себя последовательно соединенные коррелятор огибающая сигнала - матрица функций Адамара, определитель смещения максимума функции взаимной корреляции и блок памяти, а также генератор М-последовательности и поэлементный сумматор по модулю два сигнала и М-последовательности, выполненный с возможностью поступления сигнала с выхода устройства управляемой задержки на один вход и с выхода генератора М-последовательности - на другой вход, и подачи выходного сигнала на вход коррелятора.

Информационная часть представляет собой последовательность некоторого числа сигналов, модулированных/манипулированных функциями Адамара, поэлементно просуммированными по модулю два с М-последовательностью.

Вследствие независимой работы передатчика и приемника в приеме при циклическом заполнении может проявляться несовпадение начального адреса буфера с началом блока данных. Для правильного приема информации требуется, чтобы весь блок данных находился в буфере памяти, то есть необходим синхронизирующий сигнал.

Передаче данных предшествует передача синхронизирующей части, имеющей вид некоторого числа сигналов, модулированных/манипулированных целыми периодами последовательности максимальной длины (М-последовательности).

Вначале принимается синхронизирующий сигнал, производится его оптимальная обработка в корреляторе, выполняется взвешенное накопление выхода коррелятора. Итог накопления сравнивается с порогом. Если порог превышен, принимается решение о наличии сигнала. В накопленном выходе коррелятора определяется наибольший из максимумов, то есть ищется максимум, соответствующий лучу наибольшей интенсивности. Взвешенное накопление и отработка синхронизатора по наибольшему из максимумов функции взаимной корреляции (ФВК) обеспечивает повышение достоверности передачи данных.

Определяется смещение максимума, которое передается в устройство управляемой задержки. По истечении времени задержки начинается поступление данных в многоканальный коррелятор, выполняющий оптимальную обработку информационной части сигнала. В выходе коррелятора находится максимум, определяется его абсцисса, являющаяся передаваемыми данными. Выполняется запись абсциссы в блок памяти. Когда в блок памяти помещено все предусмотренное число данных, данные выдаются получателю информации.

Суть изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 представлена блок-схема передающего тракта,

- на фиг. 2 представлена блок-схема приемного тракта,

- на фиг. 3 представлены диаграммы временных и взаимокорреляционных функций М-последовательности (синхронизация) и функции Адамара (информация).

Цифрами на чертежах обозначены:

на фиг. 1

1 - источник информации,

2 - генератор М-последовательностей,

3 - генератор несущего колебания,

4 - фазовый манипулятор (модулятор),

5 - усилитель мощности,

6 - электроакустический излучатель,

7 - блок формирования информационной части пакета,

8 - источник уровня «логический нуль»,

9 - генератор функций Адамара,

10 - переключатель синхронизация-информация,

11 - поэлементный сумматор по модулю два;

на фиг. 2

12 - электроакустический приемник,

13 - блок подготовки сигнала,

14 - демодулятор,

15 - коррелятор огибающая сигнала - М-последовательность,

16 - получатель информации,

17 - синхронизатор,

18 - переключатель синхронизация-информация,

19 - устройство взвешенного накопления,

20 - пороговое устройство,

21 - определитель задержки максимума,

22 - устройство управляемой задержки,

23 - блок приема информационной части пакета,

24 - генератор М-последовательности,

25 - поэлементный сумматор по модулю два,

26 - коррелятор огибающая сигнала - матрица функций Адамара,

27 - определитель смещения максимума ФВК,

28 - блок памяти;

на фиг. 3

3.1 - диаграмма М-последовательности до синхронизации,

3.2 - диаграмма выхода взаимного коррелятора сигнал - М-последовательность до синхронизации,

3.3 - диаграмма М-последовательности после синхронизации,

3.4 - диаграмма выхода взаимного коррелятора сигнал - М-последовательность после синхронизации,

3.5 - диаграмма функции Адамара,

3.6 - диаграмма выхода взаимного коррелятора сигнал - матрица функций Адамара.

Работа системы передачи данных по многолучевому каналу связи происходит следующим образом.

В передающем тракте после поступления от источника информации 1 данных, предназначенных для передачи, переключатель синхронизация-информация 10 устанавливается в положение «синхронизация». Тем самым обеспечивается подача от источника уровня «логический нуль» 8 на вход поэлементного сумматора по модулю два 11, благодаря чему элементы М-последовательности от генератора М-последовательностей 2 без изменения значений (диаграмма 3.3 фиг. 3) поступают на верхний вход фазового манипулятора (модулятора) 4, на другой вход фазового манипулятора (модулятора) 4 подается сигнал от генератора несущего колебания 3.

Далее переключатель синхронизация-информация 10 устанавливается в положение «информация» и поступившие от источника информации 1 данные поступают на генератор функции Адамара 9 порядка, соответствующего поступившему числу (диаграмма 3.5 фиг. 3). Функция Адамара через переключатель синхронизация-информация 10 подается на один из входов поэлементного сумматора по модулю два 11, на другой вход поэлементного сумматора по модулю два 11 поступают поэлементно значения М-последовательности от генератора М-последовательностей 2.

Последовательно соединенные генератор функций Адамара 9, переключатель синхронизация-информация 10 и поэлементный сумматор по модулю два 11 образуют блок формирования информационной части пакета 7.

Суммарный сигнал подается на вход фазового манипулятора/модулятора 4, на другой вход фазового манипулятора/модулятора 4 подается сигнал от генератора несущего колебания 3. ФМ сигнал проходит усилитель мощности 5 и посредством электроакустического излучателя 6 излучается в водную среду.

Приемный тракт находится в состоянии ожидания поступления сигнала связи, то есть на электроакустический приемник 12 (фиг. 2) воздействуют только шумы моря. При воздействии акустического сигнала от передающего тракта на электроакустический приемник 12 электрический сигнал поступит на блок подготовки сигнала 13. Блок подготовки сигнала 13 включает в себя устройства усиления, полосовой фильтрации и аналого-цифрового преобразования. Сигнал с блока подготовки сигнала 13 поступает на демодулятор 14, выполняющий умножение сигнала на синусоидальный опорный сигнал той же частоты, что и несущее колебание, и осреднение произведений. Через переключатель синхронизация-информация 18, имеющийся в синхронизаторе 17, огибающая сигнала передается в коррелятор огибающая сигнала - М-последовательность 15, где определяется ФВК огибающей сигнала с матрицей - циркулянтом М-последовательности.

В устройстве взвешенного накопления 19 выполняется взвешенное накопление значений ФВК, которые в пороговом устройстве 20 сравниваются с порогом. Если превышения порога нет, то следует продолжение состояния ожидания.

Превышение порога показывает наличие сигнала, при этом происходит обращение к определителю задержки максимума 21, где происходит определение задержки максимума ФВК, заключающееся в определении номера ячейки памяти, куда помещен максимум, и в вычитании из этого числа начального адреса буфера, отведенного для хранения ФВК.

На диаграммах 3.1, 3.2 (фиг. 3) показан в качестве примера сигнал синхронизации, имеющий один сигнальный максимум и смещение по оси абсцисс, равное 30.

Значение задержки записывается в устройство управляемой задержки 22, необходимой для настройки на максимальный луч, переключатель синхронизация-информация 18 переключает подачу сигнала на устройство управляемой задержки 22. По истечении задержки в устройстве управляемой задержки 22 сигнал синхронизации имеет вид, показанный на диаграммах 3.3, 3.4 (фиг. 3), где смещение равно нулю. Таким образом, достигнут синхронизм, и в устройстве управляемой задержки 22 начинается передача данных в блок приема информационной части пакета 23.

В сумматоре по модулю два 25 выполняется суммирование по модулю два сигнала, поступающего через устройство управляемой задержки 22, и М-последовательности, создаваемой генератором М-последовательности 24. Эта операция имеет значение восстановления данных перед приемом информации.

Прием информационной части производится коррелятором огибающая сигнала - матрица функций Адамара 26, определителем смещения максимума ФВК 27 и блоком памяти 28. В корреляторе огибающая сигнала - матрица функций Адамара 26, являющемся вторым коррелятором, определяется ФВК огибающей сигнала и матрицы функций Адамара.

На диаграмме 3.5 (фиг. 3) представлен образец функции Адамара 50 порядка, на диаграмме 3.6 показана ФВК этой же функции, в которой абсцисса максимума также равна 50, что свидетельствует о правильном распознавании данных.

Смещение максимума ФВК представляет собой данные, принятые из канала связи. Эти данные сохраняются в блоке памяти 28, откуда они выдаются получателю информации 16.

Изложенные технические решения обеспечивают работоспособность системы передачи данных по многолучевому каналу связи при отношении сигнал/помеха, равном или превышающем минус 6 дБ.

Предлагаемая система передачи данных по многолучевому каналу связи может быть использована для связи с автономными сейсмогидроакустическими станциями наблюдения, с самоходными необитаемыми подводными аппаратами - носителями аппаратуры высокого разрешения, а также для обеспечения натурных испытаний аппаратуры обнаружения морских объектов с целью передачи команд управления и данных о состоянии аппаратуры для привода кораблей-целей на гидроакустический маяк.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи сигналов в морской среде по гидроакустическому каналу связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости и достоверности передачи данных в условиях распространения сигнала в многолучевом канале связи при условии равенства и превышении помехи над сигналом. Для этого формируют, излучают и принимают информацию пакетами, состоящими из двух частей - синхронизирующей и информационной. Передаче данных предшествует передача синхронизирующей части, имеющей вид некоторого числа сигналов, модулированных целыми периодами последовательности максимальной длины (М-последовательности). Информационная часть представляет собой последовательность некоторого числа сигналов, модулированных функциями Адамара, поэлементно просуммированными по модулю два с М-последовательностью. 3 ил.

Система передачи данных по многолучевому каналу связи, содержащая передающий тракт, выполненный с возможностью формирования и излучения широкополосного фазомодулированного/фазоманипулированного сигнала, и приемный тракт, включающий в себя электроакустический приемник, блок подготовки сигнала, смеситель (демодулятор), коррелятор и синхронизатор, отличающаяся тем, что в передающий тракт, выполненный с возможностью генерирования синхронизирующей части посылки, состоящей из некоторого числа фазомодулированных/фазоманипулированных сигналов, модулированных/манипулированных целыми периодами М-последовательности посредством генератора М-последовательности, введен блок формирования информационной части, содержащий последовательно соединенные генератор функций Адамара, переключатель синхронизация-информация, поэлементный сумматор по модулю два сигнала и М-последовательности, в приемный тракт после последовательно соединенных блока подготовки сигнала, демодулятора, коррелятора и синхронизатора, выполненного с возможностью поступления сигнала с выхода коррелятора на устройство взвешенного накопления, а после него - на пороговое устройство и далее - на определитель задержки максимума и устройство управляемой задержки, введен блок приема информационной части посылки, включающий в себя последовательно соединенные коррелятор огибающая сигнала - матрица функций Адамара, определитель смещения максимума функции взаимной корреляции и блок памяти, а также генератор М-последовательности и поэлементный сумматор по модулю два сигнала и М-последовательности, выполненный с возможностью поступления сигнала с выхода устройства управляемой задержки на один вход и с выхода генератора М-последовательности - на другой вход, и подачи выходного сигнала на вход коррелятора.