Способ передачи и приема сигналов в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты при воздействии ответных помех Российский патент 2022 года по МПК H04B1/713 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в помехозащищенных системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Известен «Способ формирования сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты» (Патент РФ № 2648291, опубл. 23.03.18, бюл. № 2).

В этом способе генерирование первичного сигнала осуществляется в базисах функций сплайн-характеров (БФСХ). Далее проводится его модуляция цифровой последовательностью. Модулированный сигнал перемножается с опорным колебанием. Причем частоты опорного колебания определяют в соответствии с первой заданной случайной кодовой цифровой последовательностью, а значения изменяющихся параметров БФСХ выбирают в соответствии со второй заданной псевдослучайной кодовой цифровой последовательностью синхронно с изменением частоты опорного колебания.

Однако известный способ имеет низкую помехозащищенность приема сигналов при воздействии ответных помех от радиоэлектронных средств (РЭС), время излучения которых согласовано с временем излучения радиосигнала на неоднородных по уровню помех рабочих частотах.

Известен «Способ формирования сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты с изменяющейся полосой частот» (Патент РФ № 2749863, опубл. 17.06.2021, бюл. №17).

B этом способе первичный сигнал модулируют цифровой последовательностью, расширенной кодами Баркера различной разрядности, выбор которых осуществляется в соответствии с заданной первой псевдослучайной кодовой цифровой последовательностью (ПКЦП). Затем полученный сигнал перемножают с опорными колебаниями, частоты которых изменяются в соответствии со второй ПКЦП. После чего передают сформированный сигнал на приемную сторону. При этом осуществляют синхронный выбор номера частоты и номера кода Баркера, в соответствии с первой и второй ПКЦП.

Однако данный способ, как и предыдущий аналог, характеризуется низкой помехозащищенностью приема сигналов при воздействии ответных помех от РЭС, время излучения которых согласовано с временем излучения радиосигнала на неоднородных по уровню помех рабочих частотах.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является «Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты» (Патент РФ № 2533077опубл. 20.11.2014, бюл. № 32).

Согласно способу-прототипу сигнал с ППРЧ формируют следующим образом. На передающей стороне полезная информация разбивается на символы, каждый длиною в несколько бит, которые, в свою очередь, разносятся на независимые частотные элементы, каждый из которых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. При этом каждый частотный элемент представляет собой одну из заданного ансамбля ортогональных фазомодулированных кодовых последовательностей, одинаковую в пределах одного символа, номер которой также связан с передаваемым символом. А на приемной стороне осуществляется прием посимвольно на всех возможных, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, для данного символа частотах, при этом для каждого частотного элемента определяется номер несущей частоты и номер кодовой последовательности. После чего составляется частотно-временная матрица, на основании которой, а также с учетом номера кодовой последовательности определяется передаваемый символ и соответствующие символу биты информации передаются получателю сообщения.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехозащищенность приема сигналов в режиме ППРЧ при воздействии помех от РЭС, время излучения которых согласовано с временем излучения радиосигнала на неоднородных по уровню помех рабочих частотах.

Целью изобретения является создание способа, позволяющего повысить помехозащищенность приема сигналов в условиях воздействия ответных помех, время излучения которых согласовано с временем излучения радиосигнала на неоднородных по уровню помех рабочих частотах.

Техническим результатом является повышение помехозащищенности приема сигналов.

Технический результат достигается тем, что в способе передачи и приема сигналов в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты при воздействии ответных помех, заключающимся в том, что на передающей стороне полезную информацию разбивают на биты, каждый из которых поочередно передают на своей частоте, выбор которой осуществляют в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, на приемной стороне осуществляют прием на частотах, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, полученные информационные биты передают получателю сообщения, причем, перед сеансом связи на приемной стороне последовательно на каждой рабочей частоте измеряют уровень помех, который задают в качестве порогового значения демодуляции на рабочей частоте, на передающей стороне формируют тестовую последовательность из единиц, каждым битом которой, последовательно манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, определяемую в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне на каждой из рабочих частот вычисляют значение разности фаз гармонического колебания, измеренных на десяти периодах в конце излучения и десяти периодах в начале излучения, из полученных значений формируют вектор разности фаз, который передают корреспонденту, во время сеанса связи на передающей стороне каждым битом информации манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, фазу которого предварительно сдвигают на величину, соответствующую значению принятого вектора разности фаз, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне принимают радиосигнал, детектируют амплитуду радиосигнала на основе порогового значения демодуляции на рабочей частоте.

Технический результат достигается благодаря новой совокупности существенных признаков. Поясним возможность достижения технического результата.

В способе-прототипе реализуется алгоритм формирования радиосигнала в режиме ППРЧ, при котором неопределенным является выбор рабочих частот опорного колебания и разнесение информационных символов на частотные элементы.

Режим помехозащиты, способы модуляции и демодуляции сигналов при его формировании и обработке являются известными. Поэтому воздействие ответных помех от РЭС на интервалах времени, совпадающих с интервалами излучения радиосигнала на каждой из рабочих частот, согласно [Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: РадиоСофт, 2008. - 512 с.] обуславливает снижение показателей помехозащиенности. Дополнительно в прототипе не учитывается неоднородность рабочих частот по уровню непреднамеренных помех, что определяет снижение помехоустойчивости приема сигналов [Д.Д. Кловский. Теория передачи сигналов. Учебник - М. 1973 г.].

В заявляемом способе для расширения базы сигнала также реализуется режим ППРЧ. Однако совместно с режимом ППРЧ применяется амплитудная манипуляция рабочих частот, при которой излучение радиосигнала осуществляется только при передаче информационных единиц. Поскольку воздействие ответных помех предполагает наличие радиоизлучения [Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: РадиоСофт, 2008. - 512 с.], то при передаче информационных нулей воздействие от РЭС оказываться не будет.

Кроме того, в заявляемом способе на основе передачи тестовой последовательности на каждой из рабочих частот осуществляется сдвиг фазы, при котором достигается условие сложения уровней радиосигнала и ответных помех от РЭС, что определяет повышение показателей достоверности при амплитудном детектировании [Д.Д. Кловский. Теория передачи сигналов. Учебник - М. 1973 г.].

Также в заявляемом способе выбор порога демодуляции проводится отдельно на каждой из рабочих частот в зависимости от уровня помеховой обстановки, что реализует методы адаптивного управления порогом демодуляции. Таким образом, в заявляемом способе согласно [Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: РадиоСофт, 2008. - 512 с.] помехозащищенность приема сигналов в условиях воздействия ответных помех и неоднородных рабочих частотах повышается.

Заявленный способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 показаны:

а) временная диаграмма информационных битов;

б) временная диаграмма тестовой последовательности;

в) временная диаграмма амплитудной манипулчции тестовой последовательностью;

г) временная диаграмма ответных помех от радиоэлектронных средств.

Реализация заявляемого способа в соответствии с фиг.1 осуществляется следующим образом.

1. На передающей стороне полезную информацию разбивают на биты U_и(t) (фиг. 1 а), каждый из которых поочередно передают на своей частоте, выбор которой осуществляют в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью.

2. На приемной стороне осуществляют прием на частотах, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью.

3. Полученные информационные биты передаются получателю сообщения.

Процедуры по пп. 1-3 идентичны способу-прототипу.

4. Последовательно на каждой рабочей частоте измеряют уровень помех, который задают в качестве порогового значения демодуляции на рабочей частоте.

Процедура измерения уровня помех является известной и приведена, в частности, в [Патенте РФ № 2520567 от 17.06.11 «Измерительный модуль селективной оценки отношения мощностей сигнал/помеха в радиоканале», авторов Болдырева А.А., Бубенщикова А.А. и др.], а также реализована в аппаратуре частотной адаптации Р-016В.

Процедура последовательной перестройки на рабочие частоты для проведения измерений осуществляется аналогично [Патент РФ № 2710027от 24.12.2019 «Способ активного контроля рабочих частот», авторов Дворникова С.В., Пшеничникова А.В. и др.] или аналогично перестройке синтезатора частот, см. например, [Патент РФ № 2702572 от 28.11.19 «Синтезатор частот», авторов Очкова Д.С., Формальнова И.С. и др.].

5. На передающей стороне формируют тестовую последовательность U_т(t) из единиц (фиг. 1 б).

Процедура формирования тестовой последовательности является известной и приведена, в частности в [Патенте РФ № 2702572 от 28.11.19 «Способ адаптивной передачи данных в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты», авторов Дворникова С.В., Пшеничникова А.В. и др.].

Отличительной особенностью данной процедуры является формирование только «единиц», которое может быть реализовано, например, на основе триггерных схем. При этом длительность бита тестовой последовательности выбирают равной длительности информационного бита. Количество бит тестовой последовательности определяют исходя из условия ее передачи на всех рабочих частотах в режиме ППРЧ. В частности, в качестве данного значения может быть выбран удвоенный период повторения (в тактах) псевдослучайной последовательности [Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: РадиоСофт, 2008. - 512 с.].

6. Каждым битом тестовой последовательности U_т(t) последовательно манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте U_fр(t), определяемую в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью (фиг. 1 в).

Процедура амплитудной манипуляции является известной и приведена, в частности, в [Д.Д. Кловский. Теория передачи сигналов. Учебник - М. 1973 г.].

Определение рабочей частоты в режиме ППРЧ осуществляется аналогично способу-прототипу.

7. Излучают радиосигнал в сторону корреспондента.

Данная процедура аналогична способу-прототипу.

8. На приемной стороне на каждой из рабочих частот вычисляют значение разности фаз гармонического колебания, измеренных на десяти периодах в конце излучения и десяти периодах в начале излучения.

При реализации данной процедуры первоначально проводятся операции селекции и усиления высокочастотного радиосигнала. Данные операции являются известными и осуществляются в радиоприемном устройстве см., например, [C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник- СПБ. ВАС, 2016 г.].

Далее на интервалах времени, равных пяти периодам высокочастотного гармонического колебания на рабочей частоте в начале и в конце тестовой посылки осуществляется измерение фазы колебания. Процедура измерения фазы может быть реализована на основе цифровой обработки сигналов, аналогично, например, [Патент РФ № 2654945 от 23.05.18 «Цифровой способ измерения фазы гармонического сигнала», автора Тутыгина В.С.].

Выбор интервалов времени длительностью десять периодов гармонического колебания на рабочей частоте может быть основана на реализации способов синхронизации в режиме ППРЧ (см., например, [Завадский С.В. и др. Совместная тактовая и кодовая цикловая синхронизация в адаптивной системе КВ ППРЧ радиосвязи . I METHODS. № 4- СПБ. 2014. С. 12-14]) на элементной базе микропроцессорной техники. Проведение измерений на выбранных интервалах времени в начале и конце излучения обуславливается особенностью воздействия ответных помех U_{fотв п}(t), которая заключается в задержке постановки помехи РЭС на время его реакции t_р необходимого для определения рабочей частоты радиоизлучения в режиме ППРЧ (фиг. 1 г).

После измерений определяют значение разности фаз на рабочей частоте и запоминают номер частоты и значение разности.

Данные процедуры целесообразно реализовать на базе микропроцессорной техники, аналогично, например, [Патент РФ № 2273099 от 27.03.06 «Радиолиния с программной перестройкой рабочей частоты», авторов Пшеничникова А.В., Семисошенко М.А].

9. Из полученных значений формируют вектор разности фаз, который передают корреспонденту.

Данные процедуры осуществляются на основе формирования цифровой последовательности, первый элемент которой соответствует разности фаз на первой частоте, второй - на второй частоте и т.д., с последующей передачей корреспонденту. При этом передача осуществляется в режиме ППРЧ с амплитудной манипуляцией.

Техническая реализация данных операций аналогична, например, формированию и передаче вектора весовых коэффициентов частот [Патент РФ № 2273099 от 27.03.06 «Радиолиния с программной перестройкой рабочей частоты», авторов Пшеничникова А.В., Семисошенко М.А.].

10. Во время сеанса связи на передающей стороне каждым битом информации U_и(t) (фиг. 1 а) манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, фазу которого предварительно сдвигают на величину, соответствующую значению принятого вектора разности фаз.

Процедура амплитудной манипуляции осуществляется аналогично п. 6.

Сдвиг фазы гармонического колебания на рабочей частоте в режиме ППРЧ осуществляется на основе фазовращателей. Схема фазовращателя является известной и приведена, например, в [Патенте РФ № 2738316 от 11.12.20 «Управляемый фазовращатель», автора Холопова С.И.].

11. Излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне принимают радиосигнал, детектируют амплитуду радиосигнала на основе порогового значения демодуляции на рабочей частоте.

Процедура излучения радиосигнала аналогична способу-прототипу.

Прием радиосигнала предполагает операции селекции и усиления высокочастотного радиосигнала на рабочей частоте, см. например, [C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник- СПБ. ВАС, 2016 г.].

Выбор рабочей частоты в режиме ППРЧ осуществляется аналогично способу-прототипу.

Амплитудное детектирование осуществляется на основе схем амплитудных детекторов, которые являются известными. В частности схема амплитудного детектора приведена в [Патенте РФ № 2328068 от 27.06.08 «Амплитудный детектор», автора Зезюнова В.П.]. Отличительной особенностью данной операции является выбор порогового значения при детектировании (см. п. 4), которое используется в источнике опорного напряжения представленной схемы.

Функциональная модель передачи и приема сигналов на основе разработанного способа может быть представлена в следующем виде.

Перед сеансом связи на приемной стороне последовательно на каждой рабочей частоте измеряют уровень помех, который задают в качестве порогового значения демодуляции на рабочей частоте. После этого на передающей стороне формируют тестовую последовательность из единиц, каждым битом которой последовательно манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, определяемую в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. Излучают радиосигнал в сторону корреспондента.

На приемной стороне на каждой из рабочих частот вычисляют значение разности фаз гармонического колебания, измеренных на десяти периодах в конце излучения и десяти периодах в начале излучения. Из полученных значений формируют вектор разности фаз, который передают корреспонденту.

Во время сеанса связи на передающей стороне полезную информацию разбивают на биты. Каждым битом информации манипулируют амплитуду гармонического колебания на своей рабочей частоте, выбор которой осуществляют в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. Причем предварительно фазу гармонического колебания на рабочей частоте сдвигают на величину, соответствующую значению принятого вектора разности фаз. Излучают радиосигнал в сторону корреспондента.

На приемной стороне осуществляют прием на частотах, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. Детектируют амплитуду радиосигнала на основе порогового значения демодуляции на рабочей частоте. Полученные информационные биты передаются получателю сообщения.

Результаты проведенного имитационного моделирования передачи двоичных бит в среде МаtLAB на основе разработанного способа показали значительное снижение вероятности ошибки приема элемента сигнала по сравнению со способом-прототипом в условиях воздействия ответных помех от РЭС, время излучения которых согласовано с временем излучения радиосигнала на неоднородных по уровню помех рабочих частотах.

Таким образом, в заявляемом изобретении при его реализации обеспечивается помехозащищенная передача и прием сигналов в режиме ППРЧ при воздействии ответных помех, что указывает на достижение технического результата и цели изобретения.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в помехозащищенных системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Техническим результатом является повышение помехозащищенности приема сигналов. Способ передачи и приема сигналов в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты при воздействии ответных помех заключается в том, что перед сеансом связи на приемной стороне последовательно на каждой рабочей частоте измеряют уровень помех, на передающей стороне формируют тестовую последовательность из единиц, каждым битом тестовой последовательности из единиц последовательно манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне на каждой из рабочих частот вычисляют значение разности фаз гармонического колебания, из полученных значений формируют вектор разности фаз, вектор разности фаз передают корреспонденту, во время сеанса связи на передающей стороне полезную информацию разбивают на биты, каждый бит поочередно передают на своей частоте, каждым битом информации манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне осуществляют прием на частотах, детектируют амплитуду радиосигнала на основе порогового значения демодуляции на рабочей частоте, полученные информационные биты передают получателю сообщения. Фаза гармонического колебания на приемной стороне измеряется на десяти периодах в конце излучения и десяти периодах в начале излучения. Фазу гармонического колебания на передающей стороне сдвигают на величину, соответствующую значению принятого вектора разности фаз. Частоты приема определяются в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. 1 ил.

Способ передачи и приема сигналов в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты при воздействии ответных помех, заключающийся в том, что на передающей стороне полезную информацию разбивают на биты, каждый из которых поочередно передают на своей частоте, выбор которой осуществляют в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, на приемной стороне осуществляют прием на частотах, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, полученные информационные биты передают получателю сообщения, отличающийся тем, что перед сеансом связи на приемной стороне последовательно на каждой рабочей частоте измеряют уровень помех, который задают в качестве порогового значения демодуляции на рабочей частоте, на передающей стороне формируют тестовую последовательность из единиц, каждым битом которой последовательно манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, определяемую в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне на каждой из рабочих частот вычисляют значение разности фаз гармонического колебания, измеренных на десяти периодах в конце излучения и десяти периодах в начале излучения, из полученных значений формируют вектор разности фаз, который передают корреспонденту, во время сеанса связи на передающей стороне каждым битом информации манипулируют амплитуду гармонического колебания на рабочей частоте, фазу которого предварительно сдвигают на величину, соответствующую значению принятого вектора разности фаз, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне принимают радиосигнал, детектируют амплитуду радиосигнала на основе порогового значения демодуляции на рабочей частоте.