Способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания Российский патент 2017 года по МПК G01S13/52 

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может найти применение в системах радиолокационного опознавания (РЛО) с шумоподобными сигналами.

Известен способ формирования запросных сигналов в виде импульсно-временных кодов, излучаемых на фиксированной частоте. При этом способе кодовая комбинация в виде совокупности единиц и нулей представляется в виде импульсов (на месте единицы) или их отсутствия (на месте нуля). Используются так называемые гладкие (узкополосные или простые) импульсы. Способ применяется в наиболее распространенных в настоящее время запросно-ответных системах типа Mark (Мк-10 и Мк-12), а также в системе отечественного производства «Пароль» [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. С. 412-413]. Основными характеристиками таких систем являются имитостойкость и скрытность.

В системе «Пароль» запросный сигнал включает в себя двоичный информационный код на 44 позициях, формируемый криптографическим устройством [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007, С. 413]. Недостатком указанного способа формирования запросного сигнала является его низкая помехозащищенность.

Известно, что для повышения помехозащищенности, имитостойкости и скрытности систем радиолокационного опознавания вместо простых сигналов могут применяться шумоподобные (широкополосные) сигналы (ШПС) [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2006].

Известны способы передачи информации в системах связи с шумоподобными сигналами [Патент №2085046 «Система для передачи дискретной информации»; Патент №2219660 «Линия радиосвязи»; Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б. Пестрякова. - М: Сов. Радио, 1973]. Известные системы связи используют шумоподобные сигналы (ШПС), полученные в результате фазовой манипуляции сигнала несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП). В данных системах связи каждый бит передаваемой информации кодируется ПСП, что позволяет обеспечить высокую помехозащищенность. Однако такие системы имеют низкую скорость передачи информации, что является их недостатком

Известен также способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М: Радио и связь, 1985, С. 16-18]. Известный способ передачи информации включает формирование сигналов несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют ПСП и производят ее фазовую манипуляцию бинарной последовательностью импульсов, поступающей от источника информации. В процессе фазовой манипуляции, в зависимости от того, что надо передать (1 или 0), импульсы источника информации заменяют прямой или инверсной ПСП. Сигнал несущей частоты манипулируют по фазе (0,180) псевдослучайной последовательностью импульсов, проманипулированной по фазе от источника информации. Сформированный на несущей частоте сигнал усиливают и излучают по каналу связи.

Недостатками описанного способа являются: низкая скорость передачи информации, так как за период ПСП можно передать только один бит информации; низкая имитостойкость и скрытность системы связи, так как для кодирования информации от источника используется только одна ПСП.

Первый из указанных недостатков устраняется способами, изложенными в патентах №2279183 и №2286017 «Способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами». При этом способе формируются сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют ПСП, которую манипулируют по фазе от источника информации, а сигнал несущей частоты манипулируют по фазе псевдослучайной последовательностью импульсов, проманипулированной по фазе от источника информации. На передающей стороне цифровые данные, поступающие от источника информации за интервал времени, равный периоду ПСП, взаимно однозначно преобразуют в сдвиг элементов формируемой ПСП относительно элементов ранее сформированной ПСП. Сформированный на несущей частоте сигнал усиливают и излучают по каналу связи. На приемной стороне определяют величину этого сдвига и преобразуют ее в цифровые данные принятой информации. Данный способ позволяет за время, равное периоду ПСП, увеличить скорость передачи информации в log₂ N+1 раз (где N - количество элементов ПСП), однако, как и ранее рассмотренные способы при использовании их в системе опознавания, не обеспечивает требуемой имитостойкости и скрытности.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому способу формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания является способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания [патент на полезную модель №125724 от 10.03.2013 г.], который и выбран в качестве прототипа. При этом способе передаваемый информационный код (m-разрядную кодовую комбинацию) разбивают на n кодовых комбинаций меньшей разрядности k (k<m), называемых информационными блоками. На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют массив накрывающих ПСП {G}. Цифровой код, поступающий от источника информации (криптографического устройства) за время длительности одного информационного блока, однозначно преобразуют в номер l функции Уолша. Для каждого информационного блока формируют фазоманипулированный сигнал (ПСП) S^(t), представляющий собой произведение одной из ПСП массива {G} на соответствующую функцию Уолша . Сигнал несущей частоты манипулируют по фазе псевдослучайной последовательностью импульсов S^(t). Сформированный на несущей частоте фазоманипулированный сигнал (информационный импульс) усиливают и излучают в пространство. На приемной стороне для каждого принятого информационного импульса определяют номер функции Уолша, получают последовательность этих номеров и восстанавливают по ней переданный информационный код. Указанные меры позволяют обеспечить структурную скрытность запросных сигналов и низкую вероятность их имитации противником. Однако к недостатку прототипа следует отнести его низкую помехоустойчивость при воздействии импульсных помех.

При заявляемом способе m-разрядную кодовую комбинацию, поступающую от источника информации (криптографического устройства), подвергают кодированию избыточным кодом с исправлением ошибок. Полученную кодовую комбинацию, содержащую m информационных и r проверочных разрядов, разбивают на n+p информационных блоков той же разрядности k, что и в прототипе. Каждый информационный блок однозначно преобразуют в номер l функции Уолша. На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот. Из сигналов тактовой частоты формируют массив накрывающих ПСП {G}. Для каждого информационного блока формируют фазоманипулированный сигнал (ПСП) S^(t), представляющий собой произведение одной из ПСП массива {G} на соответствующую функцию Уолша . Сигнал несущей частоты манипулируют по фазе псевдослучайной последовательностью импульсов S^(t). Сформированный на несущей частоте фазоманипулированный сигнал (информационный импульс) усиливают и излучают в пространство. При этом частота, на которой будет излучен информационный импульс, выбирается с помощью датчика (генератора) случайных чисел из двух возможных частот, разнесенных друг от друга в пределах выделенной для систем опознавания полосы частот. На приемной стороне для каждого принятого информационного блока определяют номер функции Уолша, получают последовательность этих номеров, по которой восстанавливают сначала закодированную кодовую комбинацию, а затем путем ее декодирования восстанавливают переданный информационный код.

Новыми для систем опознавания признаками, обладающими существенными отличиями, является введение кодирования поступающей от криптографического устройства информации избыточным кодом с исправлением ошибок, а также случайный выбор одной из двух несущих частот, на которой излучается очередной информационный импульс.

Данные признаки обладают существенными отличиями, т.к. в известных способах формирования сигналов в системах радиолокационного опознавания не обнаружены.

Применение этих признаков позволит обеспечить повышение устойчивости системы радиолокационного опознавания к воздействию как преднамеренных, так и непреднамеренных импульсных помех. Так, в соответствии с приведенными на фиг. 1 графиками зависимости вероятности правильного приема сигнала запроса Р_{пр п} от отношения сигнал/шум видно, что для получения требуемой вероятности Р_{пр п}=0,9 в условиях непрерывных помех в прототипе требуется обеспечить отношение сигнал/шум, равное 1,78, а при действии импульсных помех - 6,25. Следовательно, в условиях импульсных помех устойчивость системы-прототипа к их воздействию снижается в . В тех же условиях при использовании только кодирования поступающей от криптографического устройства информации кодом Рида-Соломона, исправляющим одну ошибку, требуемое отношение сигнал/шум снижается до величины 3,85 (см. фиг. 2 - кривая «с кодированием»). Если же вместе с кодированием используется случайный выбор одной из двух несущих частот, на которой излучается очередной информационный импульс, то требуемое отношение сигнал/шум снижается еще больше и составляет 2,21 (см. фиг. 2 - кривая «с кодированием и переключением частот»).

Следовательно, в условиях рассмотренного конкретного примера предлагаемый способ формирования сигналов в системе радиолокационного опознавания позволяет повысить ее устойчивость к воздействию импульсных помех в раза по сравнению с прототипом.

Реализация предлагаемого способа возможна с помощью приведенной на фиг. 3 структурной схемы передатчика. Для упрощения схемы связи блока управления и формирования управляющих сигналов (синхронизатора) с другими блоками показаны условно (пунктирными линиями, каждая из которых может представлять из себя совокупность различных тактовых импульсов).

Тактовые импульсы, поступающие от блока управления и формирования управляющих сигналов 14, производят запуск генераторов функций Уолша 8 и накрывающих ПСП 10. Каждая из сформированных генератором 8 функций Уолша W_l записывается в свою ячейку под номером l запоминающего устройства (ЗУ) 4, образуя массив {W} функций Уолша объемом N_W. Аналогично каждая из сформированных генератором 10 накрывающих ПСП G_γ записывается в свою ячейку под номером γ запоминающего устройства 4, образуя массив {G} накрывающих ПСП объемом N_G. По сигналу управления, поступающему от блока управления и формирования управляющих сигналов 11, с первого выхода криптографического устройства 1 в кодирующее устройство 2 подается m-разрядная кодовая комбинация, которая преобразуется им в m+r разрядную кодовую комбинацию. По сигналу считывания с выхода кодирующего устройства в k-разрядный первый регистр адреса 3 записывается первый (t=1) блок информационного кода, а по сигналу управления со второго выхода криптографического устройства 1 во второй регистр адреса 3 записывается код адреса второго запоминающего устройства 4. Записанная в первом регистре адреса 3 кодовая комбинация представляет собой двоичный код адреса (номера ячейки памяти) первого запоминающего устройства 4, который по сигналу считывания поступает в l-тую ячейку первого запоминающего устройства 4. Аналогично записанная во втором регистре адреса 3 кодовая комбинация представляет собой двоичный код адреса (номера ячейки памяти) второго запоминающего устройства 4, который по сигналу считывания поступает в γ-ую ячейку второго запоминающего устройства 10. В результате с выхода первого ЗУ 4 на первый вход умножителя 5 поступает функция Уолша с номером l, а с выхода второго ЗУ 4 на второй вход умножителя 5 поступает накрывающая ПСП c номером γ. После посимвольного перемножения функции Уолша на накрывающую ПСП на выходе умножителя 5 получаем последовательность ШПС в виде фазоманипулированных (ФМ) сигналов, переносящую информационный код первого блока (ПСП S^(l)). Эта последовательность поступает в модулятор 6, в котором осуществляется балансная модуляция колебания, вырабатываемого одним из двух генераторов 9 несущей частоты, ФМ сигналом. При этом час юта, на которой будет излучен информационный импульс, выбирается блоком выбора несущей частоты случайным образом из двух возможных частот, разнесенных друг от друга в пределах выделенной для систем опознавания полосы частот.

После усиления сформированного сигнала в усилителе мощности 7 сигнал поступает на антенну и излучается в пространство. Одновременно с сигналом считывания с первого регистра адреса 3 первого блока информационного кода, производится запись в него второго (t=2) блока информационного кода и описанный выше процесс повторяется, пока не будут переданы все n+p блоков избыточного кода.

На приемной стороне для каждого принятого информационного блока определяют номер функции Уолша, получают последовательность этих номеров, по которой восстанавливают сначала закодированную кодовую комбинацию, а затем путем ее декодирования восстанавливают переданный информационный код.

Структура блока выбора несущей частоты, состоящего из таких известных элементов как генераторы первой и второй частоты 9, схема ИЛИ 11, первый и второй ключи 12, инвертор 13, датчик случайных чисел 15 и пороговое устройство 16, представлена на фиг. 3. Принцип работы этого блока очевиден и особых пояснений не требует. Структура кодирующих и декодирующих устройств, реализующих различные избыточные коды с исправлением ошибок, известна и приводится в соответствующей литературе [например, Шляпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений. - М: Связь, 1973, С. 300-374; Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: пер. с англ. - М.: Мир, 1986, С. 162-163; Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер. с англ. - М.: Вильямс, 2003, С. 474; Авторское свидетельство №1716609 «Кодирующее устройство кода Рида-Соломона»].

Изобретение относится к области радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может быть использовано в системах радиолокационного опознавания с шумоподобными сигналами. Достигаемый технический результат - повышение устойчивости системы радиолокационного опознавания к воздействию импульсных помех. Указанный результат достигается за счет того, что в известном способе передачи информации в системе радиолокационного опознавания с шумоподобными сигналами предлагается ввести кодирование каждого информационного блока избыточным кодом с исправлением ошибок, а также случайным образом выбирать одну из двух несущих частот для каждого передаваемого информационного блока. 3 ил.

Способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания, заключающийся в том, что на передающей стороне передаваемый информационный код разбивают на n информационных блоков одинаковой длины, формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигналов тактовой частоты формируют массив псевдослучайных последовательностей (ПСП), каждый информационный блок кодируют своей ПСП, представляющей собой произведение накрывающей ПСП на соответствующую функцию Уолша, номер которой однозначно определяется двоичным кодом информационного блока, этой ПСП манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, а сформированный на несущей частоте фазоманипулированный сигнал усиливают и излучают в пространство, на приемной стороне для каждого принятого информационного блока определяют номер функции Уолша и получают последовательность этих номеров, отличающийся тем, что поступающий от источника информации (криптографического устройства) информационный код преобразуют путем кодирования избыточным кодом с исправлением ошибок в n информационных и p проверочных блоков одинаковой длины, не различаемых при дальнейшей обработке, а также случайным образом выбирают одну из двух несущих частот для каждого передаваемого блока, на приемной стороне по полученной последовательности номеров функций Уолша восстанавливают сначала закодированную кодовую комбинацию, а затем путем ее декодирования восстанавливают переданный информационный код.