Способ синтеза широкополосных сигналов на основе применения составных кодовых конструкций Российский патент 2024 года по МПК G08C13/02 

Изобретение относится к широкополосным радиотехническим системам измерений, технике связи, радиолокации, радионавигации и может быть использовано для обеспечения структурной скрытности и помехоустойчивости передаваемых и принимаемых сообщений и сигналов в условиях ведения разведки и постановки преднамеренных помех.

Известен способ [1, 2], который заключается в решении математической задачи синтеза широкополосных сигналов (ШПС) с минимальным уровнем боковых лепестков их автокорреляционной функции (АКФ) по выбранному критерию с последующим построением по известным правилам согласованных с ними фильтров.

Существенным недостатком данного способа является отсутствие регулярных алгоритмов синтеза больших систем (ансамблей) сигналов с числом позиций (базой) N>103 с заданными корреляционными свойствами, в частности с минимально допустимым уровнем боковых лепестков их АКФ, что требуется в современных радиотехнических системах различного функционального назначения.

Известен способ синтеза ШПС, описанный в статье [3]. Суть его заключается в синтезе ШПС на основе решения задачи нелинейной оптимизации. В результате получаются кодовые последовательности с оптимальным уровнем боковых лепестков автокорреляционной функции (АКФ), элементами которых являются рациональные числа.

Основным недостатком данных сигналов является сложность их обнаружения и приема на фоне воздействия преднамеренных помех.

Известен способ [4] подавления боковых лепестков автокорреляционных функций шумоподобных сигналов. Суть данного способа заключается в построении АКФ и синтезе корректирующего фильтра, который соединяют последовательно с исходным согласованным фильтром и производят подавление наиболее интенсивных боковых лепестков АКФ.

Недостатком данного способа является снижение уровня отношения сигнал/(помеха+шум) за счет обработки на выходе приемника, а также процесс синтеза корректирующего фильтра носит итерационный характер, что не позволит оперативно изменить расширяющую кодовую последовательность ШПС.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ повышения помехозащищенности сигналов синхронизации [5]. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Сущность способа-прототипа заключается в том, что на передающей стороне в радиотехнических системах синхронизирующий сигнал наделяют расширенным множеством отличительных признаков, для чего формируют его не из одной сложной псевдослучайной последовательности, представляющей собой единую кодовую конструкцию и имеющей разрядность равную 3n, а из трех n-разрядных кодовых последовательностей. На приемной стороне для выделения синхронизирующих слов цифровой групповой сигнал подвергают параллельной корреляционной обработке или согласованной фильтрации всех появляющихся в цикле или кадре кодовых последовательностей длины n. В способе-прототипе описывается возможность синтезировать 64 подобных n-разрядных кодовых конструкций сигналов синхронизации, обладающих такими же свойствами минимизации значений боковых лепестков и увеличения в три раза основного пика корреляционной функции, формируемой в результате суммирования корреляционных функций, получаемых при корреляционном приеме или согласованной фильтрации трех составных n-разрядных частей составного сигнала синхронизации, расположенных рядом друг с другом, либо же на позиционных местах цифрового группового сигнала или кадра, которые заранее определены ключевой информацией.

Первым недостатком способа-прототипа является ограниченность для n-разрядной кодовой последовательности (n=5, 7, 11, 13) всего 64-мя вариантами.

Вторым недостатком способа-прототипа является обязательное применение для синтеза сигналов кодов Баркета.

Третьим недостатком способа-прототипа является наличие боковых лепестков суммарной АКФ.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении алфавита n-разрядных кодовых последовательностей, не предусматривающего применение кодов Баркера, уменьшении до нуля уровня боковых лепестков суммарной АКФ составной кодовой конструкции и, как следствие, повышении структурной скрытности и помехоустойчивости ШПС.

Для достижения технического результата в способе синтеза ШПС на основе применения составных кодовых конструкций, включающем формирование на передающей стороне в радиотехнических системах циклов или кадров передаваемой цифровой информации, каждый из которых содержит m двоичных символов, формирование расширяющей псевдослучайной последовательности, представляющей собой единую составную кодовую конструкцию, состоящую из нескольких кодовых последовательностей. Кодовые последовательности выбирают равными по длине, определяемой разрядностью представления N, у которых боковые лепестки автокорреляционной функции на идентичных позициях противоположны по знаку. При этом количество кодовых последовательностей K в единой составной кодовой конструкции кратно четырем, боковые лепестки суммарной автокорреляционной функции равны нулю, а главный максимум равен K×N.

На фиг. 1 изображен алгоритм формирования ШПС на основе применения составных кодовых конструкций.

На фиг. 2 изображены апериодические АКФ 6-ти разрядных кодовых последовательностей, входящих в составную кодовую конструкцию, суммарная АКФ которых имеет главный максимум равный K×N и не имеет боковых лепестков.

На фиг. 3 изображены периодические АКФ 6-ти разрядных кодовых последовательностей, входящих в составную кодовую конструкцию, суммарная АКФ которых имеет главный максимум равный K×N и не имеет боковых лепестков.

Способ синтеза ШПС на основе применения составных кодовых конструкций реализуется следующим образом (фиг. 1).

1. Выбирается разрядность N кодовой последовательности, входящей в составную кодовую конструкцию.

2. Производится расчет объема алфавита кодовых последовательностей разрядности N по формуле:

3. Так как АКФ кодовых последовательностей от 2^N-1 до 2^N являются зеркальным отображением АКФ кодовых последовательностей 2^N-1-1 до 0, то объем алфавита кодовых последовательностей, необходимый для формирования составной кодовой конструкции сокращается в 2 раза.

4. Составляется алфавит кодовых последовательностей в десятичном представлении

5. На основе алфавита кодовых последовательностей в десятичном представлении составляется алфавит кодовых последовательностей в двоичном представлении

6. Рассчитываются АКФ для каждой кодовой последовательности по формуле:

где A_i={а₀, a₁, a₂, …, a_N-1} - N-разрядный двоичный код.

7. Производится циклическое сложение АКФ кодовых последовательностей по принципу каждый с каждым с целью нахождения суммарной АКФ четырех кодовых последовательностей заданной разрядности, удовлетворяющей критерию:

8. Определение инверсных и инвариантных к сдвигу кодовых последовательностей, составление полного алфавита кодовых последовательностей, суммарная АКФ которых удовлетворяет критерию (3) (фиг. 2, 3).

Инверсная двоичная кодовая последовательность - это последовательность, в разрядах которой вместо 0 находится 1, а вместо 1 находится 0 относительно исходной двоичной кодовой последовательности.

Инвариантная к сдвигу двоичная кодовая последовательность - это последовательность, разряды которой зеркально заполняются 0 и 1 относительно исходной двоичной кодовой последовательности.

Данный способ синтеза ШПС на основе применения составных кодовых конструкций справедлив как для апериодических АКФ (фиг. 2), так и для периодических АКФ (фиг. 3).

Как видно из фиг. 2 и 3 составная кодовая конструкция не предусматривает применение кодов Баркера. При этом кодов Баркера для N=6 не существует. Данный способ справедлив для кодовых последовательностей любой разрядности.

Способа синтеза ШПС на основе применения составных кодовых конструкций позволяет достичь технического результата, заключающегося в расширении алфавита n-разрядных кодовых последовательностей, не предусматривающего применение кодов Баркера, уменьшении до нуля уровня боковых лепестков суммарной АКФ составной кодовой конструкции и, как следствие, повышении структурной скрытности и помехоустойчивости ШПС.

Литература

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. - С. 88-93.

2. Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.: Сов. радио, 1975. - С. 57-64.

3. Ходаковский В.А. Синтез сигналов с оптимальными по уровню боковых лепестков автокорреляционными свойствами / В.А. Ходаковский, B.Г. Дегтярев, П.В. Герасименко, С.В. Микони. Известия Петербургского университета путей сообщения. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2018. Т. 15. №4. C. 629-636.

4. Патент RU 2549163 от 20.04.2015 г.

5. Патент RU 2757975 от 25.10.2021 г.

Изобретение относится к широкополосным радиотехническим системам измерений. Технический результат изобретения заключается в повышении структурной скрытности и помехоустойчивости широкополосных сигналов. Для этого предложен способ синтеза широкополосных сигналов на основе применения составных кодовых конструкций, заключающийся в том, что на передающей стороне в радиотехнических системах формируют циклы или кадры передаваемой цифровой информации, каждый из которых содержит m двоичных символов, формируют расширяющую псевдослучайную последовательность. Причем в единой составной кодовой конструкции формируют количество кодовых последовательностей K, кратное четырем, формируют инверсные и инвариантные к сдвигу кодовые последовательности для составления применяемого для передачи широкополосных сигналов полного алфавита кодовых последовательностей путем выбора последовательностей, суммарная автокорреляционная функция которых не имеет боковых лепестков, а главный максимум равен K×N, причем инвариантная к сдвигу двоичная кодовая последовательность - это последовательность, разряды которой зеркально заполняются 0 и 1 относительно исходной двоичной кодовой последовательности. 3 ил.

Способ синтеза широкополосных сигналов на основе применения составных кодовых конструкций, заключающийся в том, что на передающей стороне в радиотехнических системах формируют циклы или кадры передаваемой цифровой информации, каждый из которых содержит m двоичных символов, формируют расширяющую псевдослучайную последовательность, представляющую собой единую составную кодовую конструкцию, состоящую из нескольких кодовых последовательностей, при этом кодовые последовательности выбирают равными по длине, определяемой разрядностью представления N, у которых боковые лепестки автокорреляционной функции на идентичных позициях противоположны по знаку, отличающийся тем, что в единой составной кодовой конструкции формируют количество кодовых последовательностей K, кратное четырем, формируют инверсные и инвариантные к сдвигу кодовые последовательности для составления применяемого для передачи широкополосных сигналов полного алфавита кодовых последовательностей путем выбора последовательностей, суммарная автокорреляционная функция которых не имеет боковых лепестков, а главный максимум равен K×N, причем инвариантная к сдвигу двоичная кодовая последовательность - это последовательность, разряды которой зеркально заполняются 0 и 1 относительно исходной двоичной кодовой последовательности.