СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ОБРАТНОМ КАНАЛЕ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МЕТОДОМ КВАДРАТУРНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ, КОДИРУЕМОЙ М-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ С МАЛОРАЗРЯДНЫМИ КОДАМИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H04L29/02 H04B7/00 

Изобретения относятся к области радиосвязи, а именно к командным радиолиниям управления командно-измерительной системы космических аппаратов, и могут быть использованы для передачи с бортовой аппаратуры (БА) на наземную станцию (НС) информации различного типа.

В известных источниках информации рассматриваются различные способы передачи информации по радиоканалам, в частности, вопросы оптимизации параметров радиоканала, а именно сужения полосы частот в эфире при передаче информации, повышения помехоустойчивости или криптостойкости передачи информации и т.п., однако рассмотрения вопросов совместной передачи и приема информации различного типа не обнаружено.

В авторском свидетельстве (SU №1840047) рассмотрена командная радиолиния управления космическими аппаратами, передающая команды на космический объект через спутники-ретрансляторы, размещенные на стационарной орбите.

Однако в этом аналоге командная линия не имеет обратного радиоканала для передачи информации об исполнении переданных команд.

Известен способ передачи и приема телеметрической информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты и устройство для его осуществления (патент РФ №2236754). В данном техническом решении передача информации проводится по нескольким синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте осуществляется разделение телеметрических каналов во времени со скважностью Q=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; излучение радиосигналов в эфир осуществляется без разрыва фазы несущего колебания.

Однако такой способ передачи сигналов не может быть применен в обратном канале бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, т.к. данный способ осуществляет передачу только однотипной информации по двум параллельным каналам, разнесенным между собой по несущей частоте на некоторый частотный интервал, в каждом из которых информация передается поочередно, т.е. с разделением во времени, а для решения данной задачи требуется передача информации разных типов синхронно, без разделения по времени на одной несущей частоте. Также недостатком данного способа является то, что его реализация потребовала бы задействования неоправданно большой полосы частот в эфире.

Данный способ осуществляется в известном из того же патента устройстве (патент РФ №2236754).

Устройство для осуществления способа содержит: генератор тактовых частот; делитель частоты; формирователь маркерного импульса; ключ; коммутаторы тактовых частот; сумматоры; формирователи частотной "подставки"; частотные модуляторы; фазовые детекторы; управляемые генераторы; опорный генератор; усилители мощности; сумматор мощности.

Данное техническое решение применимо для передачи и приема однотипных радиосигналов по различным потокам многопоточной радиолинии, но, если радиосигналы имеют существенно разные типы передаваемой информации, возникает сильное взаимовлияние между каналами передаваемой информации.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым способу и устройству является способ прямой последовательности (непосредственной (прямой) модуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП)) и устройство для его осуществления, описанные в книге «Командно-измерительные системы и наземные комплексы управления наземными аппаратами» / Галантерник Ю.М., Гориш А.В., Калинин А.Ф. // М.: Росавиакосмос, 2003. - с. 82-85.

Описываемые способ и устройство иллюстрируются фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан спектр широкополосного сигнала М на выходе антенны А1 устройства-прототипа;

на фиг. 2 - схема устройства-прототипа;

на фиг. 3 - схема формирователя кадровой развертки, входящего в состав устройства-прототипа.

В данном способе сигнал занимает полосу частот, значительно большую, чем требуется для передачи информации, позволяет повысить помехоустойчивость при воздействии преднамеренных и непреднамеренных помех, обеспечить высокую скрытность сигналов от радиотехнической разведки, высокую разрешающую способность при измерении дальности и др. В командно-измерительной системе в качестве сигналов с расширением спектра непосредственной модуляцией несущей ПСП применяются фазоманипулированные широкополосные сигналы (ФМШПС). Расширенная полоса частот таких сигналов определяется длительностью одного элемента ПСП и совпадает с общей шириной полосы частот системы радиосвязи. Шумоподобный сигнал (ШПС), полученный путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью, позволяет одновременно с передачей командно-программной информации производить измерение дальности и радиальной скорости с высокой точностью, а также угловых координат КА по отношению к наземной станции (НС) командно-измерительных систем (КИС).

В данном техническом решении сигнал обратного канала (ОК) передается по высокочастотному каналу (сигнал М). Сигнал представляет собой манипулированный сигнал несущей частоты обратного канала. Манипуляция - двоичная фазовая (BPSK binary phase-shifting keying).

Фазоманипулированный сигнал (phase-shift keying (PSK)) - сигнал с угловой модуляцией, несущая частота и амплитуда которого остается неизменной, при этом значение начальной фазы изменяется скачкообразно в зависимости от вида манипуляции и информации, заложенной в сообщении.

Фазоманипулированный сигнал s(t) может быть описан следующей формулой:

s(t)=A·Cos((ω₀·t+φ(t)),

где А - амплитуда сигнала (она не зависит от времени, то есть является постоянной величиной);

ω₀ - несущая частота, также являющаяся постоянной, независимой от времени величиной;

t - время (аргумент функции s(t));

φ(t) - функция начальной фазы, которая зависит от времени и может изменяться скачкообразно в зависимости от вида фазовой манипуляции и информации, заложенной в сообщении.

М-последовательность (англ. Maximum length sequence, MLS) - псевдослучайная двоичная последовательность (ПСП), порожденная регистром сдвига с линейной обратной связью.

Фазоманипулированный сигнал с М-последовательностью - это сигнал, М-последовательность которого имеет максимальную длину. Такая М-последовательность обладает следующими основными свойствами:

1. М-последовательность является периодической с периодом, состоящим из L-2ⁿ-1 импульсов (символов).

2. Уровень боковых пиков периодической автокорреляционной функции сигналов, образованных М-последовательностью, равен - 1/n.

3. М-последовательность состоит из нескольких видов импульсов (импульсы могут различаться начальными фазами и несущими частотами). Импульсы различного вида встречаются в периоде примерно одинаковое число раз, то есть импульсы распределяются в периоде равновероятно. Вследствие этого М-последовательности называют псевдослучайными.

Источником информации, передаваемой в ОК, является поток двоичных символов. Границы информационного символа и периода М-последовательности совпадают.

Данный способ заключается в том, что из эталонной частоты (fax) формируют сигнал синусоидальной несущей частоты, с помощью N-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют М-последовательность (M_k), которую перемножают в сумматоре по модулю 2 с передаваемой информацией (U_k), и на выходе сумматора получают модулирующую последовательность, которой осуществляют манипуляцию фазы несущей частоты обратного канала π/2-манипулятором (0-π/2), и на выходе его получают широкополосный сигнал, содержащий поток информации.

Ниже представлена формула образования сигнала М обратного канала U_M.

U_M=A·Cos·[2π·f_OK·t+(π/k)·М_к·U_к]=(1/√2)cos(2π·f_OK·t)-(1/√2)(M·U_к)·sin(2π·f_OK·t),

где f_OK - частота обратного канала;

А - амплитуда сигнала;

U_к - двоичная информация (±1) длительностью 1 период М-последовательности ОК; смена знака происходит только при передаче логической «1» кода информации (метод относительной фазовой телеграфии, ОФТ);

k - коэффициент, принимающий значения 2 или 4 (В данной модели k=4);

М_к - М-последовательность максимальной длины (±1), сформированная на основе n-разрядного образующего полинома на тактовой частоте f_T, принимающая значения «+1» и «-1».

Из этого выражения видно, что в сигнале на выходе антенны А1 имеем остаток несущей половинной мощности (по амплитуде - уровень (1/√2)) и информацию КИС в широкополосном сигнале вида М. Спектр широкополосного сигнала М показан на фиг. 1.

В книге Галантерника Ю.М. «Командно-измерительные системы и наземные комплексы управления наземными аппаратами» тип модуляции в обратном канале КИС «Компарус» таков, что полезная мощность, излучаемая передатчиком БА КИС, делится на две равные части. Половина излучаемой мощности используется для переноса полезной информации КИС по каналу «борт-земля». Вторая половина мощности излучается передатчиком в виде остатка несущей частоты и используется для ускорения вхождения в связь при штатной эксплуатации БА КИС с наземной станцией.

После вхождения в связь остаток несущей частоты не используется, более того, наличие остатка несущей частоты создает при свертке сигнала передаваемого БА КИС дополнительные помехи. Между тем, мощность остатка несущей могла бы использоваться для передачи дополнительного информационного потока.

Недостатком способа передачи сигналов является то, что в нем осуществляется передача информации только по одному каналу, и возможность передачи разнотипной информации возможна только при передаче ее поочередно, т.е. с разделением во времени, а для решения данной задачи требуется передача информации разных типов, одновременно, но асинхронно, в разных каналах без разделения по времени на одной несущей частоте. Также метод непосредственной (прямой) модуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП) обеспечивает техническую скорость передачи информации по каналу «борт» - «земля» несколько кбит/с.

На фиг. 2 представлена схема прототипа, на которой изображены: тактирующий генератор бортового приемника (1), N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПk) (2), формирователь кадровой развертки (3), сумматор (4) по модулю два, тактовый генератор (5), формирователь несущей частоты (6), манипулятор фазы π/2 (7), антенна А1.

Устройство для осуществления описанного способа (см. фиг. 2) содержит: N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПk) (2), вход которого соединен с выходом тактирующего генератора (1) бортового приемника, первый выход - с первым входом формирователя кадровой развертки (3), второй вход которого соединен с информационным входом устройства для приема основного информационного потока КИС. Выход формирователя кадровой развертки (3) соединен с первым входом сумматора (4) по модулю два. Второй выход ГПСПk (2) соединен со вторым входом сумматора (4) по модулю два, выход которого соединен с первым входом манипулятора фазы π/2 (7). Тактовый генератор (5) соединен с формирователем несущей частоты (6), выход которого соединен со вторым входом манипулятора фазы π/2 (7), выход которого соединен с антенной А1.

На фиг. 3 представлена схема формирователя кадровой развертки (3). Он состоит из триггера (12), мультиплексора (13) и последовательно соединенных делителя (8) на 64, делителя (9) на 16, формирователя синхроимпульсов (10) и формирователя маркерного сигнала (11), выход которого соединен с первым входом мультиплексора (13). Выход формирователя синхроимпульсов (11) соединен со вторым входом мультиплексора (13). Вход делителя (8) на 64 и вход С триггера (12) соединены с первым входом формирователя кадровой развертки (3), вход D триггера (12) соединен со вторым входом формирователя кадровой развертки (3). Выход триггера (12) соединен с третьим входом мультиплексора (13), выход которого соединен с выходом формирователя кадровой развертки (3).

Устройство, представленное на фиг. 2, работает следующим образом: генератор N-разрядной псевдослучайной последовательности (М-последовательности) (ГПСПk) (2) тактируется сигналами F_T, поступающими от ГПСП бортового приемника (ПРМ) (1). ГПСПk формирует расширяющую спектр n-разрядную последовательность длиной К символов. Сигнал начала последовательности Т_ПСП используется для формирования кадровой развертки в формирователе кадровой развертки (3). Этот сигнал поступает в формирователь кадровой развертки (3), где делится на n, формируя синхроимпульсы циклов обмена СИ. На первых n-1 СИ передается полезная информация U_к, на последнем интервале передается маркерный сигнал МС. Период одного цикла обмена СИ равен L Т_ПСП и на одном СИ передается n символов информации, каждый длительностью К мкс.

Основной информационный поток обратного канала БА КИС подается на второй вход формирователя кадровой развертки, где тактируется Т_ПСП и, проходя через мультиплексор MX (13), представленный на фиг. 3, складывается с М-последовательностью в сумматоре (4) по модулю два. Мультиплексор (13) подмешивает к информационному потоку на каждом 16-м СИ маркерный сигнал. Полученная смесь подается на фазовый манипулятор на 90° (π/2 манипулятор) (7).

На π/2-манипулятор (7) подается сигнал синусоидальной несущей, сформированный из эталонной частоты f_ЭТ, и на выходе его образуется широкополосный сигнал с остатком несущей. Широкополосная часть спектра содержит сигналы информации обратного канала, модулированные n-разрядной М-последовательностью. Сигнал несущей остается немодулированным. Сигнал с таким спектром поступает в антенну А1.

В сигнале на выходе антенны А1 имеем остаток несущей половинной мощности (по амплитуде - уровень $$\left(1/\sqrt{2}\right)$$ ) и информацию КИС в широкополосном сигнале вида М.

Однако по причинам, описанным выше, это устройство позволяет обеспечить передачу информации только по одному каналу, и возможность передачи разнотипной информации возможна только при передаче ее поочередно, т.е. с разделением во времени, а для решения данной задачи требуется передача информации разных типов, синхронно, в разных каналах без разделения по времени на одной несущей частоте.

После вхождения в связь остаток несущей частоты не используется, более того, наличие остатка несущей частоты создает при свертке сигнала передаваемого БА КИС дополнительные помехи. Между тем, мощность остатка несущей могла бы использоваться для передачи дополнительного информационного потока.

Предлагаемыми изобретениями решаются задачи реализации увеличения скорости передачи информации различного типа независимыми потоками в КИС:

- при обеспечении синхронности и независимости каналов передачи информации в обратном канале КИС;

- при сохранении одинаковой тактовой частоты;

- при сохранении требуемой вероятности ошибки на символ при отсутствии организованных помех в радиоканале.

Техническими результатами способа и устройства являются:

- увеличение объема передаваемой информации командной радиолинией командно-измерительной системы при совмещении в радиоканале «борт-земля» (обратный канал) двух независимых информационных потоков передачи разнотиповой информации. При этом при совмещении в одной радиолинии независимых потоков информации интерференции сигналов БА КИС не возникает и сохраняется возможность приема информации в НС;

- увеличение объема передаваемой информации при сохранении вида шумоподобного сигнала БА КИС, при этом обеспечивается взаимная ортогональность двух информационных потоков. Это позволяет исключить взаимовлияние двух разных типов информации БА КИС при приеме в НС.

Также техническим результатом является улучшение электромагнитной совместимости сигнала БА КИС с другими отечественными и международными радиосредствами в выделенном диапазоне частот за счет преобразования остатка несущей частоты в независимый канал передачи информации в шумоподобном сигнале.

Для достижения названных технических результатов в известном способе передачи информации непосредственной (прямой) модуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП) в обратном канале бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, заключающемся в том, что из эталонной частоты (f_ЭТ) формируют сигнал синусоидальной несущей частоты, с помощью N-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют М-последовательность (M_k), которую перемножают с основной передаваемой информацией (U_k) в первом сумматоре по модулю 2, на выходе которого получают модулирующую последовательность, которой осуществляют манипуляцию фазы несущей частоты обратного канала π/2-манипулятором (0-π/2), на выходе которого получают широкополосный сигнал, содержащий основной поток информации, передачу информации осуществляют методом квадратурной фазовой модуляции (КФМ). При этом основной поток ОК передают по одной квадратуре КФМ, а по другой квадратуре передают дополнительный независимый поток информации, который формируют на той же несущей частоте, что и основной поток, и получают следующим образом: с помощью М-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют М-последовательность с меньшей разрядностью (M_T), которую перемножают с дополнительной информацией (U_T) во втором сумматоре по модулю 2. На выходе сумматора по модулю 2 получают дополнительную модулирующую последовательность, которой с помощью π и π/2-манипуляторов осуществляют манипуляцию фазы остатка несущей частоты, таким образом обеспечивая широкополосный сигнал дополнительным независимым потоком информации.

Суть способа: исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность для манипуляции несущей. В эфир передается шумоподобный сигнал. Степень расширения спектра соответствует степени снижения спектральной плотности мощности сигнала.

Данный способ обеспечивает простоту обнаружения сигнала и скорость передачи информации, задействовав всю мощность передающего устройства.

В данном способе используется квадратурная фазовая модуляция (QPSK quadrature phase-shifting keying)). Модуляция данных осуществляется с помощью QPSK с использованием ПСП-последовательности меньшей длины, при этом образуются два синхронных независимых потока передачи информации, которые позволяют передавать информацию различных типов.

Отличительной особенностью данного способа является то, что используется остаток несущей частоты для формирования еще одного потока информации и использования малоразмерных кодов для формирования М-последовательности меньшей длины. При приеме широкополосного сигнала вида М в наземной аппаратуре остаток несущей частоты в принимаемом сигнале не используется. Процессы обнаружения, выделения информации КИС, сигналов кадровой развертки (маркер), измерения траекторных параметров и угловых координат производятся исключительно по широкополосным составляющим спектра принимаемого сигнала. Остаток несущей при свертке широкополосного сигнала "размывается" по спектру и является помехой.

Именно эта особенность служит основой для возможности передачи еще одного потока дополнительной информации другого типа путем модуляции неиспользуемой несущей частоты.

Огибающая сигнала имеет постоянный уровень - эффективность использования передаваемой мощности в отводимой полосе частот получается максимальной.

Предлагаемый способ позволяет организовать значительное адресное пространство и имеет высокую спектральную эффективность, обеспечивает устойчивую передачу по каналам, а также повышенную защищенность транспортировки информации при малом уровне излучаемой мощности.

В данном способе обеспечивается простота формирования ПСП, а поскольку сигналы излучаются в эфир на одной частоте, то отпадает необходимость в синтезаторе частот.

Система может работать и в синхронном, и в асинхронном режимах.

Отношение энергии информационного символа Е_с к мощности передатчика N₀ сохраняется на уровне - 11 дБ. Выполнение этого требования обеспечивает вероятность ошибки приема символа не выше 10^-5.

При этом оптимальной реализацией такого способа служит архитектура совмещенного радиоканала, в котором взаимное влияние в обратном канале независимых потоков информации отсутствует, а следовательно, обратный канал КИС сохраняет необходимые показатели по энергетике и вероятности ошибки на символ, а дополнительная независимая информация будет передаваться с высокой скоростью.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются фигурами 4, 5, 6.

На фиг. 4 изображена штатная структура сигнала, формируемого способом непосредственной (прямой) модуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП) (на фазовой плоскости (I, Q)).

На фиг. 5 изображена структура сигнала, формируемого способом квадратурной фазовой модуляции несущей частоты кодируемой М-последовательностью с малоразрядными кодами.

На фиг. 6 представлена схема предлагаемого устройства.

По квадратурному каналу «Q» передается информация КИС. Значение модулирующей квадратуры «I» постоянно равно 1; именно это приводит к формированию остатка несущей частоты в спектре радиосигнала ОК. В обратном канале, описанном в способе непосредственной (прямой) модуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью символов (ПСП), используется ФМ с фазовым сдвигом на 90°. Расширение спектра сигнала осуществляется методом прямой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательностью символов (ПСП). То есть каждый бит в ОК КИС передается последовательностью нулей и единиц с определенной длиной символов и тактовой частотой ПСП.

Если реализовать модулирование квадратуры «I» еще одним независимым потоком передачи дополнительной информации, который образуется с помощью использования метода квадратурной фазовой модуляции (КФМ) и формируется на той же несущей частоте, то остаток несущей в спектре ОК превратится в совокупность спектральных составляющих ТЛМ радиосигнала, а фазовое созвездие будет состоять не из двух, а из четырех точек; это показано на фиг. 5. Переходы между данными фазовыми состояниями происходят на одной тактовой частоте.

Увеличение скорости передачи информации в канале осуществляется с использованием малоразрядных кодов М-последовательности. В обратном канале КИС длительность символа определяется длиной М-последовательности T_C=(2^K-1)τ, где К=N или М - разрядность генератора псевдослучайной последовательности (ГПСП), τ - период тактовой частоты генератора. Увеличение скорости передачи эквивалентно уменьшению T_C.

Уменьшение T_C достигается путем уменьшения К. Если оценить уровень боковых лепестков автокорреляционной функции как А_КОРР=10·lg[1/(2^K-1)], а отношение энергии информационного символа Е_с на мощность передатчика N₀ (взаимокорреляционной функции) как Вз_КОРР=10·lg[к/(2^К-1)], то для разных К имеем следующую таблицу.

Таблица показывает, что уменьшать разрядность можно только до К=N-4, далее взаимодействие ортогональных кодов снизит достоверность выделения единичного символа ниже допустимого значения - 11 дБ (А_КОРР, дБ). При этом достигаемая техническая скорость передачи информации в канале поднимется до 32,3 кбит/с. Таким образом, могут быть реализованы два независимых (разделенных по квадратурам) потока передачи информации: канал «Q» для передачи основной информации КИС и канал «I» для передачи дополнительной независимой информации. При использовании малозарядных кодов длительность ПСП может быть задана для каждого канала своя. При использовании ПСП меньшей длины обеспечивается информационный поток 32 кбит/с в каждом канале. При этом при совмещении в одной радиолинии независимых потоков информации при использовании малоразрядных кодов М-последовательности техническая скорость обратного канала радиолинии поднимется до 64 кбит/с.

Такое построение совмещенного радиоканала позволяет без увеличения мощности передатчика БА КИС и без изменения требований к антенно-фидерному устройству обеспечить передачу информации по основному каналу со скоростью 32 кбит/с и ввести в КИС дополнительный высокоскоростной канал (32 кбит/с).

Для передачи дополнительной независимой информации со скоростью 32 кбит/с предлагается использовать энергию узкополосной составляющей спектра высокочастотного сигнала, оставив структуру широкополосной составляющей без изменений. Таким образом, может быть достигнута совместимость и независимость работы каналов системы передачи дополнительной независимой информации и системы передачи информации КИС.

Две составляющие спектра высокочастотного сигнала являются взаимно ортогональными и при корреляционном (оптимальном) способе обработки сигнала в приемном устройстве наземной аппаратуры взаимное влияние канала на канал исключается.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Из эталонной частоты (f_ЭT) формируют сигнал синусоидальной несущей частоты, который поступает на N- и М-разрядные генераторы псевдослучайной последовательности, с помощью N-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют М-последовательность (M_k), которую перемножают в первом сумматоре по модулю 2 с передаваемой основной информацией (U_k), на выходе сумматора получают модулирующую последовательность, которой осуществляют манипуляцию фазы несущей частоты обратного канала π/2-манипулятором (0-π/2), и на выходе его получают широкополосный сигнал, содержащий основной поток информации. С помощью М-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют М-последовательность с меньшей разрядностью (М_Т), которую перемножают во втором сумматоре по модулю 2 с дополнительной информацией (U_T), и на выходе сумматора получают дополнительную модулирующую последовательность, которой осуществляют манипуляцию фазы остатка несущей частоты, получая в широкополосном сигнале еще один независимый поток передачи дополнительной информации, который образуют с помощью использования метода квадратурной фазовой модуляции (КФМ) и формируют на той же несущей частоте, что и основной поток, при этом основной поток ОК передают по одной квадратуре КФМ, а дополнительный независимый поток передачи информации передают по другой квадратуре КФМ.

Для достижения названных технических результатов предлагается передающее устройство, которое, как и прототип, содержит N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПk), вход которого соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника, первый выход - с первым входом формирователя кадровой развертки, второй вход которого соединен с информационным входом устройства для приема основной информации КИС, а выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй выход ГПСПk соединен со вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом манипулятора фазы π/2, тактовый генератор соединен с формирователем несущей частоты, выход манипулятора фазы π/2 соединен с антенной А1. В отличие от известного в предлагаемое устройство введены манипулятор фазы π, последовательно соединенные М-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПт), второй и третий сумматоры по модулю два. Выход третьего сумматора по модулю два соединен с первым входом манипулятора фазы π/2, а второй вход соединен с выходом первого сумматора по модулю два. Вход ГПСПт соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника. Второй вход второго сумматора по модулю два соединен с информационным входом устройства для приема дополнительной информации КИС. Первый вход манипулятора фазы π соединен с выходом формирователя несущей частоты, второй вход соединен с выходом второго сумматора по модулю два, а выход соединен со вторым входом манипулятора фазы π/2.

Синхронная работа двух N, М-разрядных генераторов псевдослучайной последовательности на одной тактовой частоте позволяет создать два канала передачи информации, а манипулятор фазы π позволяет сделать ортогональными модулирующие последовательности М_т и M_k. При этом достигается ортогональность информационных потоков, т.к. их несущие находятся в квадратурах Sin и Cos. Все это позволяет создать два независимых синхронных потока передачи информации.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 6, на которой изображены тактирующий генератор бортового приемника (1), N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПk) (2), формирователь кадровой развертки (3), тактовый генератор (4), формирователь несущей частоты (5), первый сумматор (6) по модулю два, манипулятор фазы π/2 (7), манипулятор фазы π (14), М-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПт) (15), второй сумматор по модулю два (16), третий сумматор по модулю два (17), антенна А1.

Вход N-разрядного генератора псевдослучайной последовательности (ГПСПk) (2) соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника (1), первый выход - с первым входом формирователя кадровой развертки (3), второй вход которого соединен с информационным входом устройства для приема основной информации КИС, а выход соединен с первым входом первого сумматора (6) по модулю два, второй выход ГПСПk (2) соединен со вторым входом первого сумматора (6) по модулю два. Тактовый генератор (4), формирователь несущей частоты (5), манипулятор фазы π (14) и манипулятор фазы π/2 (7) последовательно соединены. Выход манипулятора фазы π/2 (7) соединен с антенной А1. М-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПт) (15), второй (16) и третий (17) сумматоры по модулю два последовательно соединены. Выход третьего сумматора (17) по модулю два соединен с первым входом манипулятора фазы π/2 (7), а второй вход соединен с выходом первого сумматора (6) по модулю два. Вход ГПСПт (15) соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника (1). Второй вход второго сумматора (16) по модулю два соединен с информационным входом устройства для приема дополнительной информации КИС, второй вход манипулятора фазы к (14) соединен с выходом второго сумматора (16) по модулю два.

Устройство, представленное на фиг. 6, работает следующим образом. Генератор N-разрядной псевдослучайной последовательности (М-последовательности) (ГПСПk) (2) тактируется сигналами F_T, поступающими от ГПСП бортового приемника (ПРМ) (1). ГПСПk (2) формирует расширяющую спектр n-разрядную последовательность длиной К символов. Сигнал начала последовательности Т_ПСП используется для формирования кадровой развертки в формирователе кадровой развертки (3).

Основная информация обратного канала БА КИС (U_a) подается на второй вход формирователя кадровой развертки (3), где тактируется Т_ПСП и складывается с М-последовательностью в сумматоре (6) по модулю два:

U_a=M_k·I_k=U_K.

Полученная смесь (U_K) подается на фазовый манипулятор на 90° (π/2 манипулятор) (7). На π/2-манипулятор подается сигнал синусоидальной несущей, сформированный из эталонной частоты f_ЭТ тактовым генератором (4).

М-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (М-последовательности) (ГПСПт) (15) работает от той же тактовой частоты синхронно с ГПСПk (2). Запуск (в случае необходимости - перезапуск) ГПСПт (15) производится по сигналу маркера М-ОК канала КИС, который жестко привязан к ГПСПk. ГПСПт (15) формирует расширяющую спектр n-разрядную последовательность длиной К символов М_т, которая подается на первый вход второго сумматора по модулю два (16), где складывается с дополнительной информацией I_т, поступающей на второй вход второго сумматора по модулю два (16): U_d=М_т·I_т, дополнительная информация расширяется по спектру сигналом М_т в сумматоре по модулю два (16)

U_d=М_т·I_т=U_T.

Полученная смесь (U_T) подается на фазовый манипулятор (π-манипулятор) (14) и модулирует несущую частоту:

U_f=cos(ω_ot)·(М_т·I_т)=cos(ω_ot)·U_T.

Кроме того, дополнительная информация (U_d) складывается по модулю два с основной информацией КИС (U_a) в третьем сумматоре (17) по модулю два, где образуется суммарный сигнал (U_g):

U_g=U_d·U_a=U_T·U_K

Данная операция позволяет обеспечить отсутствие взаимного влияния основного и дополнительного каналов при выделении информации этих каналов на приемной стороне в НС.

Суммарный сигнал (U_g) модулирует на 90° сигнал (U_f) в фазовом манипуляторе π/2 (7). Сигнал с таким спектром поступает в антенну А1.

Сигнал (U_V) на выходе антенны А1:

U_V=U_A1=cos[ω₀t+(π/2)·U_T+(π/4)·U_T·U_K]=-Sin[(π/2)·U_T]·Sin[ω₀t+(π/4)·U_T·U_K]=

=-U_T·Sin[ω₀t+(π/4)·U_T·U_K]=-U_T·[Sin(ω₀t)·Cos[(π/4)·U_T·U_K)]+

+Cos(ω₀t)·Sin((π/4)·U_T·U_K))]=-U_T·(1/√2)·Sin(ω₀t)-

Cos(ω₀t)·U_T·Sin[(π/4)·U_T·U_K)]=

=-(U_T/√2)·Sin(ω₀t)-Cos(ω₀t)·U_T·U_T·U_K·(1/√2)=-(U_T/√2)·Sin(ω₀t)-

(U_K/√2)·Cos(ω₀t),

так как U_T·U_T≡1.

Широкополосная часть спектра модулирована основной информацией КИС, а бывшая несущая модулирована дополнительной информацией. Эти два информационных потока ортогональны, так как, во-первых, их несущие находятся в квадратурах Sin и Cos, а во-вторых, ортогональны модулирующие последовательности М_т и M_k.

Таким образом, обеспечивается модуляция остатка несущей частоты дополнительным независимым потоком информации со скоростью передачи 32 кбит/с, сохраняя полную неизменность вида сигнала основной информации КИС со скоростью передачи 32 кбит/с, обеспечивая при этом взаимную ортогональность и синхронность двух информационных потоков. Это позволяет исключить взаимовлияние потоков при приеме в НС и обеспечить синхронную передачу или одного, или разных типов информации с технической скоростью 64 кбит/с.

Кроме того, достигается улучшение электромагнитной совместимости сигнала БА КИС с другими отечественными и международными радиосредствами в выделенном диапазоне частот за счет преобразования несущей в псевдошумовой сигнал дополнительной информации.

Изобретение относится к командным радиолиниям управления командно-измерительной системы (КИС). Технический результат заключается в увеличении объема передаваемой информации командной радиолинией КИС при совмещении в радиоканале «борт-земля» (обратныйный канал) двух независимых потоков передачи разнотиповой информации. Передачу разнотиповой информации осуществляют двумя независимыми потоками, которые образуют с помощью использования метода квадратурной фазовой модуляции (КФМ). Передающее устройство бортовой аппаратуры содержит N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности, тактирующий генератор бортового приемника, формирователь кадровой развертки, первый сумматор по модулю два, формирователь несущей частоты, манипулятор фазы π/2, антенну, при этом дополнительно введены манипулятор фазы π, M-разрядный генератор псевдослучайной последовательности, второй и третий сумматоры по модулю два. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ передачи информации в обратном канале (ОК) бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, заключающийся в том, что из эталонной частоты формируют сигнал синусоидальной несущей частоты, с помощью N-разрядного генератора псевдослучайной последовательности формируют M-последовательность, которую перемножают с основной информацией в первом сумматоре по модулю 2, на выходе которого получают модулирующую последовательность, которой осуществляют манипуляцию фазы несущей частоты ОК π/2-манипулятором (0-π/2), на выходе которого получают широкополосный сигнал, содержащий основной поток информации,
отличающийся тем, что передачу информации осуществляют методом квадратурной фазовой модуляции (КФМ), при этом основной поток ОК передают по одной квадратуре КФМ, а по другой квадратуре передают дополнительный независимый поток информации, который формируют на той же несущей частоте, что и основной поток, и получают путем формирования M-последовательности с меньшей разрядностью с помощью M-разрядного генератора псевдослучайной последовательности, которую перемножают с дополнительной информацией во втором сумматоре по модулю 2, на выходе которого получают дополнительную модулирующую последовательность, которой с помощью π и π/2-манипуляторов осуществляют манипуляцию фазы остатка несущей частоты, таким образом обеспечивая широкополосный сигнал дополнительным независимым потоком информации.

2. Передающее устройство бортовой аппаратуры, содержащее N-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПk), вход которого соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника, первый выход - с первым входом формирователя кадровой развертки, второй вход которого соединен с информационным входом устройства для приема основной информации КИС, а выход которого соединен с первым входом первого сумматора по модулю два, второй выход ГПСПk соединен со вторым входом первого сумматора по модулю два, тактовый генератор соединен с формирователем несущей частоты, выход манипулятора фазы π/2 соединен с антенной, отличающееся тем, что в него введены манипулятор фазы π, последовательно соединенные M-разрядный генератор псевдослучайной последовательности (ГПСПт), второй и третий сумматоры по модулю два, выход последнего соединен с первым входом манипулятора фазы π/2, а второй вход соединен с выходом первого сумматора по модулю два, вход ГПСПт соединен с выходом тактирующего генератора бортового приемника, второй вход второго сумматора по модулю два соединен с информационным входом устройства для приема дополнительной информации КИС, первый вход манипулятора фазы π соединен с выходом формирователя несущей частоты, второй вход соединен с выходом второго сумматора по модулю два, а выход соединен со вторым входом манипулятора фазы π/2.