ПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОСИСТЕМЫ Российский патент 2024 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к аналоговой технике обработки сигналов и может быть применено в приемниках широкополосных систем связи, т.е. в системах связи с большой избыточностью занимаемой полосы частот, преимущественно в системах с высокими требованиями по устойчивости к внешним помехам (в частности преднамеренным), например в системах навигации летательных аппаратов, в системах позиционирования, в системах радиолокации и др., а также в системах передачи секретной информации по открытым каналам связи и в многоканальных системах связи, использующих общую выделенную полосу частот.

С самой общей точки зрения, техника связи (или передачи информации через какую-либо среду) основана на способах измерения физических величин при большом удалении измерительного прибора от объекта, влияющего на изменение измеряемой физической величины. В качестве физической величины, являющейся носителем информации, может выступать механическое перемещение, давление, электрическое или магнитное поле, сила света и др. Наибольшие успехи в развитии систем связи были достигнуты с освоением электромагнитных явлений и с осознанием основных принципов радио, состоящих в использовании сигналов высокой частоты и их модуляции и демодуляции (Р. Фессенден, Эдвин Армстронг и др., см. W. Изобретение радио. Википедия, пер. с англ.). Однако в настоящее время было бы плодотворно осмыслить изобретение радио с точки зрения общих физических принципов, а не с узкотехнических вариантов реализации, затрудняющих понимание главного.

Основой радио является измерение напряженности электрического или магнитного поля, созданного электрическим или магнитным диполем, возбуждаемым в антенне передатчика, расположенного на большом расстоянии от приемника. Статические электрические и магнитные поля распространяются через атмосферу на неограниченное расстояние, однако быстро убывают с расстоянием из-за взаимной компенсации полей от противоположных полюсов диполя. Другой проблемой является отстройка от влияний на измерительный прибор других - более близко расположенных или более сильных источников. Основным способом, за счет которого эта задача была решена в радиотехнике, является применение частого инвертирования диполя, т.е. частого изменения направления поляризации передающей антенны на обратное. При этом решаются две задачи. Во-первых, переменный диполь начинает более эффективно излучать электромагнитную волну, имеющую более медленный закон ослабления с расстоянием. Во-вторых, инверсия диполя, повторяемая многократно, позволяет за счет синхронной инверсии также и чувствительности измерительного прибора накопить за несколько периодов инверсии дастаточно большее действие слабого измеряемого поля на прибор, в то время как влияния полей других источников, которые не инвертируются или инвертируются с другой частотой и несинхронно, усредняются в ноль. И чем большее количество инверсий тока мы выполним в передатчике для передачи единицы информации, тем большее действие мы накопим от полезного сигнала по сравнению с помехами. И это позволит накопить многократное превышение полезного сигнала над уровнем помех, включая и тепловые шумы, которые также имеют несинхронный или, как принято говорить сейчас, некогерентный с передатчиком закон инвертирования (коммутации). Другим наиболее распространенным объяснением основного принципа радиосвязи является понятие резонанса. Однако явление резонанса обычно связывают с совпадением частоты внешнего воздействия с собственной частотой колебаний тела (например, колебательного контура), что необоснованно привязывает нас к использованию постоянной частоты колебаний несущего сигнала. На этом основана вся так называемая синусоидальная радиотехника в отличие от более общей радиотехники - несинусоидальной, т.е. основанной на несинусоидальных несущих колебаниях. Если по привычке пользоваться разложением сигналов в ряд Фурье, то несинусоидальная радиотехника попадает в класс «широкополосных радиоситем» (см. например: Диксон Р.К. «Широкополосные системы», пер. с англ. под ред. Журавлева В.И., Москва, Связь, 1979 г.). Однако при этом может возникнуть путаница с системами, занимающими широкую полосу вообще, например системы аналогового телевидения, магистральные многоканальные системы связи, которые относятся к синусоидольной радиотехнике, т.к. используют для передачи потока информации минимально необходимую, хотя и широкую полосу частот. Избыточность занимаемой полосы в них может присутствовать, но она не имеет принципиального значения по сравнению с широкополосными (в смысле несинусоидальности несущего сигнала) радиосистемами.

В несинусоидальной радиотехнике также основным физическим принципом, позволяющим отстроиться от помех, является частое инвертирование тока в антенне передатчика. Однако это инвертирование может производиться с меняющимся периодом. При этом на приемной стороне этот закон должен быть заранее известен и воспроизведен в строго определенной фазе для осуществления так называемого синхронного детектирования. В мирное время это мало что дает для успешности связи, т.к. всегда можно договориться о распределении частот. Однако несинусоидальность позволяет предотвратить возможность создания преднамеренных помех, и при этом мало отражается на пропускной способности линий и сред связи. Это преимущество делает несинусоидальную радиотехнику более перспективной, чем современная синусоидальная радиотехника с частотным разделением каналов.

Рассмотрим эти преимущества более подробно. Выделенная полоса синусоидальной связи открыта для всех помех, попадающих в полосу частот, в том числе и преднамеренных помех, что делает такую связь небезопасной для применения в системах телеуправления транспортными средствами, а также в системах наведения оружия, в системах радиолокации и т.п. В то же время успехи электроники и микроэлектромеханики (МЭМ) позволяют использовать дециметровые и сантиметровые диапазоны радиоволн и открывают возможность использования несинусоидальной радиотехники, в которой постановка помехи усложняется необходимостью знать не только частотную полосу работы радиосистемы, но и закон изменения ее несущей частоты, без которой помеха будет энергетически неэффективной вследствие некогерентности ее с сигналом синхронного детектора приемника (его называют также коррелятором) (см. Гл.2 и 5 вышеназванного источника). Эти преимущества отличают широкополосную систему от широко применяемой системы с частотной модуляцией, в которой синхронное детектирование не используется и которая поэтому уязвима к постановке преднамеренных помех.

Таким образом, в данной заявке мы будем рассматривать чисто физическую проблему селективной помехозащищенной передачи информации на большое расстояние, не касаясь вопросов представления самой информации и содержательной селекции ее, что характерно, например, для компьютерных сетей, проблем адресации и поиска ее, когда физическая передача одного элемента информации энергетически обеспечена.

Предметом данной заявки является приемное устройство широкополосной системы, однако необходимо предварительно прояснить математическую сущность действия широкополосной (несинусоидольной) радиосистемы в целом, т.к. в технической литературе этот вопрос освещен недостаточно. Как и в синусоидальной радиотехнике, будем использовать понятие о свертке двух функций, состоящее в вычислении интеграла от произведения двух функций, взятых на определенном интервале (см. Гл. 1 вышеназванного источника). Для непрерывных функций свертка представляется интегралом:

где a(t) и б(t) - функции времени t.

Для функций f1 и f2, представленных числовым рядом, свертка имеет вид суммы произведений

В синусоидальной радиотехнике операция свертки используется для разложения сигнала в частотный спектр, т.е. по базису из ряда синусоидальных функций. При этом одна из двух свертываемых функций является синусоидой. В несинусоидальной радиотехнике в качестве базиса могут использоваться любые функции, однако только знакопеременные. Последнее следует из сделанного выше замечания, что знакопеременность является принципиальной физической основой радиосвязи. При этом период чередования переключений знака несущего сигнала, а также и амплитуда, могут произвольно меняться - плавно или квазихаотично. На приемной стороне производится свертка несущего сигнала с сигналом синхронного детектора, моменты инвертирования знака которого должны строго совпадать с моментами инвертирования полезного сигнала.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрированы простейшие случаи свертки двух знакопеременных сигналов прямоугольной формы с постоянным периодом инвертирования знака. При этом на фиг. 1 свертываются две одинаковые функции f1 и f2 с синхронным взаимным расположением по фазе. При этом промежуточным результатом свертки, т.е. результатом перемножения функций является произведение f1*f2 функций, имеющее постоянный положительный знак. При этом перемножение производится в соответствии с таблицей, представленной на фиг. 3 матрицей. Сама свертка изображается линейно нарастающей (по мере интегрирования) функцией S₁₂. Если свертываемые функции сдвинуть на полпериода, то результат перемножения станет отрицательным, и функция будет нарастать в отрицательном направлении. Но если периоды инверсии немного не постоянны, то из-за появления при этом небольшой рассинхронизации останутся узкие пики положительных значений. Это немного снизит скорость нарастания интеграла, однако не остановит его.

На фиг. 2 свертываются функции f3 и f4, различающиеся по частоте. Произведение f3*f4 - это промежуточный результат свертки, состоящий в поэлементном перемножении функций. Сама свертка при этом имеет вид кусочно-линейной колебательной функции S₃₄. Она имеет характер знакопеременных колебаний с частотой, равной разности частот свертываемых функций. При этом размах колебаний ограничен (в отличие от свертки функций с синхронным инвертированием знака).

На Фиг. 4 проиллюстрирован пример свертки непрерывной функции сигнала синхронного детектора с суммой двух сигналов. Один из них можно рассматривать как полезный сигнал, а другой как сигнал помехи. Легко доказать, что свертка суммы двух и более сигналов с сигналом детектора (его называют также гетеродином) является суммой сверток:

В результате на фиг. 4 мы имеем монотонно нарастающую свертку Scd сигнала детектора с синхронной ему функцией полезного сигнала. В то же время свертка Spd сигнала детектора с несинхронной ему функцией помехи имеет вид колебательной функции ограниченного размаха. В результате полный сигнал на выходе приемного устройства будет равен Scd+Spd, что равно S(c+p)d, и имеет вид монотонно нарастающей функции с колебаниями. При этом относительный размах колебаний, вызванный помехой примерно того же уровня, что и полезный сигнал, неограниченно убывает по мере увеличения числа инверсий знака сигнала, участвующих в интегрировании. Таким образом, можно получить многократное превосходство сигнала над шумом, если шум соизмерим по уровню с полезным сингалом, или получить простое превосходство сигнала над шумом при многократном превышении уровня шума над сигналом в антенне.

Осуществив таким образом превосходство полезного сигнала над помехой, т.е. решив задачу связи физически, можно перейти к вопросам методов передачи информации. В простейшем случае способ кодирования информации может основываться просто на включении и выключении передатчика, т.е. на телеграфировании по методу Морзе. Но это уже другая тема.

Приведенные примеры иллюстрируют основные принципы несинусоидальной радиотехники, которые остаются справедливыми для сигналов с любым законом изменения периода чередований инверсий знака несущего сигнала.

Синтезирование таких переменных по частоте инвертирования, в том числе и квазихаотичных сигналов, на передающей стороне не вызывает проблем. Основную проблему составляет осуществление свертки принимаемого сигнала с сигналом синхронного детектора в приемнике, если период инвертирования сигнала переменный (для функций с постоянным периодом инвертирования эта операция легко выполняется резонансным колебательным контуром). Если период инверсии переменный, то требуется выполнение большого количества вычислений. Во-первых, сигнал нужно записать на протяжении достаточно большого числа периодов. Затем нужно произвести перемножение с аналогичной функцией синхронного детектора, хранящейся в памяти приемника. Причем свертываемые функции нужно совместить по фазе. Это может быть осуществлено по сигналу синхронизации. Однако передача сигнала синхронизации представляет собой не менее сложную проблему, аналогичную передаче самой информации (см. Гл.6 выше указанного источника). Можно работать без синхронизации. Но для этого нужно производить последовательное пошаговое сдвигание принимаемого сигнала относительно функции, хранящейся в памяти синхронного детектора (она называется также опорной или детектирующей функцией), выполняя на каждом шаге сдвигания вычисление свертки по всей длине детектирующей функции, состоящей иногда из сотен точек.

В принципе такую операцию можно производить специализированным цифровым процессором с высокой степенью распараллеливания операций.

Например, известно цифровое устройство для вычисления свертки функций по патенту RU 686038 А1. Оно представляет собой специализированный цифровой процессор с высокой степенью распараллеливания операций, содержащий устройство развертки входного сигнала, выполненного в виде цифровой линии задержки (называется также сдвиговым регистром) с отводами и блоками перемножения с детектирующей функцией. Блоки перемножения распределены по отводам линии задержки. Выходы всех блоков перемножения присоединены к блоку суммирования сигналов. Учитывая необходимость множества связей передачи цифровых данных и синхронизации между сотнями отдельных цифровых вычислителей, представляется проблематичным довести тактовую частоту выполнения свертки до 1 гигагерца и выше, что необходимо для применения этой схемы в современных широкополосных радиосистемах.

Известны также устройства для вычисления свертки функций с использованием в качестве носителей сигналов оптических излучений, например «Оптический коррелятор» по патенту SU 269628, 1970 г. В цитируемом патенте обе свертываемые функции представлены в виде оптических записей, т.е. разверток на неподвижном носителе. Устройство отличается простотой конструкции и малым временем вычисления свертки. Однако для вычисления свертки детектирующей функции с сигналом, сигнал необходимо предварительно записать на неподвижный носитель в требуемой фазе. А если фаза неизвестна, то ее придется искать путем изготовления серии записей сигнала в разных фазах, что неприемлемо по производительности.

Наиболее близким по принципиальной схеме к предлагаемому приемному устройству является устройство по патенту SU 290285 «Устройство для вычисления интеграла свертки». В этом устройстве содержится блок для записи сигнала на подвижный носитель. Т.е. производится развертка сигнала в пространстве с получением бегущей волны, представленной распределением прозрачности носителя. С плоскостью подвижного носителя оптически совмещен плоский неподвижный транспарант, на котором выполнена предварительная запись детектирующей функции в виде функции распределения прозрачности. С одной стороны данного пакета, состоящего из совмещенных подвижного и неподвижного носителей, расположен источник света, а с другой - суммирующий фотоприемник, воспринимающий суммарный световой поток, пропорциональный интегралу произведений коэффициентов прозрачности (коэффициентов пропускания) совмещенных подвижного и неподвижного носителей записи одновременно по всей длине свертывания. За счет подвижности записи сигнала осуществляется быстрый последовательный перебор всех возможных фаз взаимного расположения сигнала и детектирующей функции. И, если сигнал модулирован сигналом, совпадающим (т.е. когерентным) с детектирующей функцией, то в некоторый момент времени, когда будет достигнуто совпадение фронтов изменеия прозрачности на подвижном и неодвижном носителе, возникнет совпдение прозрачных мест неподвижного носителяя с прозрачными местами подвижного носителя одновременно по всей длине просвечиваемой части транспаранта, и фотоприемник даст сигнал в виде многократного увеличения фототока. В остальные моменты времени вероятность такого совпадения прозрачных мест по всей длине будет небольшой, и фототок будет соответствовать среднему значению прозрачности оптической системы. Вероятность случайного совпадения двух функций, имеющих несколько различающихся (частности квазихаотичных) периодов колебаний, очень мала. Этим и объясняется высокая помехозащищенность, а также скрытность системы передачи информации, использующей описанный выше способ обработки сигнала.

Однако недостатки рассмотренного устройства обусловлены технической проблематичностью записи сигналов гигагерцевых несущих частот на подвижный носитель. Кроме того, при использовании в качестве несущей сигнала оптического излучения проблематично обрабатывать знакопеременные сигналы, которые, как выше показано, необходимы для радиосвязи. Причем все оптические сигналы в некогерентной оптике в той или иной степени коррелируют между собой, что создает проблему пороговой обработки выходного сигнала для отсеивания помех, интенсивность которых на выходе лишь немного (порядка двух раз) меньше уровня полезного выходного сигнала.

Целью предлагаемого изобретения является создание приемного устройства для широкополосной радиосистемы, способного работать в более высокочастотных диапазонах радиоволн - в дециметровом и сантиметровом.

Предлагается приемное устройство широкополосной радиосистемы, содержащее блок для записи входного сигнала, а также содержащее оптический транспарант с записью детектирующей функции и контактирующий с ним суммирующий фотоприемник. Цель изобретения достигается тем, что блок для записи сигнала представляет собой цилиндрическую катушку из оптического волновода, т.е. световода, соединенного одним концом с источником сигнала посредством электронно-оптического преобразователя и блока смещения, а другим концом - с поглотителем оптического сигнала. Имеется также световод отведения оптических сигналов от каждого витка катушки световода, контактирующий с витками катушки в точках, расположенных вдоль образующей цилиндра катушки и с соответственной точкой транспаранта с записью детектирующей функции. Имеется также вторая аналогичная катушка световода, в цепь соединения входного конца световода которой с источником сигнала, кроме блока электроннооптического преобразования и блока смещения, дополнительно включен блок преобразования входного сигнала в зеркальный сигнал, т.е. в сигнал с обратной полярностью значений.

Причем световод отведения второй катушки контактирует с транспарантом с записью функции, являющейся зеркальной по отношению к вышеуказанной детектирующей функции. То есть, там, где транспарант основной детектирующей функции прозрачный, у транспаранта с зеркальной функцией транспарант не прозрачный, и наоборот. При этом суммирующие фотоприемники, контактирующие с указанными первым (т.е. основным) и с зеркальным транспарантами, соединены с выходом устройства посредством блока вычисления разности сигналов, поступающих с выходов фотоприемников двух указанных катушек. Выполнение блока записи сигнала в виде катушки световода позволяет обрабатывать сигналы как дециметрового диапазона, так и сантиметрового диапазонов волн, что достигается применением соответствующей длины и числа витков световода. Наличие двух катушек, на которые подаются взаимно зеркальные и одинаково смещенные по постоянной составляющей функции, позволяет получать на выходе указанного блока вычитания сигнал, с любым знаков свертки, являющийся текущим значением суммы свертки знакопеременного входного сигнала приемника с детектирующим сигналом и его зеркальной копией, записанными на оптических транспарантах. То есть полностью воспроизводится то, что имеет место при вычислении свертки цифровым вычислительным устройством, только с более высокой производительностью (на порядки). Более высокая точность выполнений цифровых вычислений сверки в устройстве для приема радиосигналов не имеет существенного значения. Причем устройство конструктивно и технологически проще, чем цифровой специализированный вычислитель.

Блок смещения содержит измеритель усреднененного текущего значения размаха колебаний прямого и зеркального сигналов, а также содержит устройство, выбирающее напряжение смещения прямого и зеркального сигналов, превышающее наибольшее из усредненных текущих значений размаха колебаний в прямом и зеркальном каналах. Это позволяет обеспечить высокий динамический диапазон работоспособности приемного устройства по входу.

Чтобы избежать возможности перехвата информации о детектирующей функции, устройство оборудуется механизмам для синхронной перемотки транспарантов с основной и зеркальной детектирующими функциями, что позволяет периодически обновлять детектирующую функцию синхронно с обновлением ее в передающем устройстве. Синхронизм смены детектирующей функции в передатчике можно обеспечить использованием условного времени. Это позволит избежать прицельного радиопротиводействия методом воспроизведения записи сигналов передатчика, полученных разведкой противника.

Изобретение поясняется нижеследующим описанием и девятью фигурами. Содержание фигур 1-4 описано выше.

На фиг. 5 изображена схема предлагаемого приемного устройства.

На фиг. 6 изображен вид на то же устройство по стрелке А, показанной на фиг. 5.

На фиг. 7 укрупненно показана зона контакта «К» светововода со световодом отведения.

На фиг. 8 изображены, с совмещением по оси времени t, графики: входного сигнала «f», зеркального сигнала «-f», сигнала «f+см.» после смещения, зеркального сигнала «-f+см.» после смещения. Показана величина смещения «см».

На фиг. 9 изображены различные типы возможных вариантов изменения периода «Т» инверсии знака функции несущего сигнала от времени t. Заметим, что сами функции несущего сигнала изобразить трудно, т.к. они имеют характер частой осцилляции.

Предлагаемое приемное устройство содержит две цилиндрические катушки световодов 1 и 2, выполненных, например, в виде оптоволокна, намотанного на каркас 3. Источником сигнала является например антенный усилитель 4. Световоды 1 и 2 подключены к источнику сигнала через электронно-оптические пребразователи 5 и 6, и блоки смещения 7 и 8, предназначенные для того, чтобы преобразовать знакопеременные сигналы в однополярные путем прибавления к ним постоянной или медленно меняющейся, в зависимости от усредненной за несколько периодов текущей амплитуды сигнала составляющей. Причем величина этого смещения «см» (см. фиг. 8) берется одинаковой для обоих сигналов и соответствующей максимальной из двух величин, чтобы оба сигнала после смещения не имели отрицательных значений. Кроме этого, в цепь соединения световода 2 с источником сигнала включен блок 9 преобразования сигнала в зеркальный сигнал, т.е. преобразования в сигнал противоположной полярности. Электронно-оптические преобразовали 5 и 6 могут представлять собой светодиоды или полупроводниковые лазеры, модулируемые однополярным питающим напряжением, полученным в результате усиления и смещения входных сигналов. Уровнем напряжения смещения управляет блок 10, который измеряет текущие значения амплитуд сигналов, усредняя их за несколько (5-10) периодов входного сигнала. Причем выбирается большее из двух значений, соответствующих прямому и зеркальному сигналам. Смещение подается в одинаковой полярности на сложение с прямым и зеркальным сигналами в блоках 7 и 8, чем устраняется знакопеременность. При этом блок 10 нужен, чтобы устранить знакопеременность для сигналов в широком диапазоне изменения уровня помех, поступающих на вход приемного устройства. В другом варианте выполнения возможно применить постоянный уровень смещения, применив при этом на входе приемника глубокую автоматическую линейную регулировку усиления (АРУ) (не показана).

Другие концы световодов 1 и 2 присоединены к поглотителю 11 оптического излучения, служащему для устранения отражения сигнала от конца световода. С каждым витком катушек световодов 1 и 2 входят в точечный контакт световоды отведения 12 и 13 соответственно. В частном варианте выполнения световод отведения может представлять собой плоскую прозрачную пластину, общую для всех витков катушки и касающуюся каждого витка однослойной катушки в точках расположенных вдоль образующей цилиндра. Толщина пластин 12, 13 должна быть меньше шага расположения витков световода. С другой стороны пластин световодов отведения 12 и 13 расположены транспаранты 14 и 15, на которых записаны изображения, представляющие детектирующие функции - прямую и зеркальную. Функции представлены коэффициентом пропускания (прозрачности) носителя. В частном случае это может быть просто перфорация, выполненная в непрозрачной пленке в местах, контактирующих с некоторыми витками катущек 1 и 2, выбираемыми в соответствии с той или иной модификацией детектирующей функции и ее зеркальной копии. Суммирующие фотоприемники 16 и 17 расположены с возможностью принимать свет одновременно от всех точек контакта пластин 12 и 13 с витками соответствующей катушки. Окно каждого фотоприемника должно захватывать всю длину образующей соответствующие катушки. В качестве фотоприемников 16 и 17 могут быть применены вакуумные фотоэлектронные умножители (ФЭУ) или полупроводниковые фотодиоды с большим окном. Учитывая, что фотоприемники должны суммировать поток фотонов за период, соответствующий времени распространения оптического сигнала по всей длине световода, быстродействие фотоприемников допустимо на один-два порядка меньше среднего периода инверсии несущего сигнала, т.е. составлять десятки мегагерц, а не гигагерцы, как для электронно-оптических преобразователей 5 и 6. Выходы фотоприемников 16 и 17 присоединены к блоку вычитания 18, выход которого является выходом приемника. Длина каждого из световодов 1 и 2 выбирается такой, чтобы в него вместился сигнал, соответствующий длине интегрирования при свертке, которая, в свою очередь, выбирается исходя из требуемого отношения сигнала к помехе на выходе приемного устройства. Например, на фиг. 1 и 2 показаны сигналы, содержащие по 8 инверсий знака несущей. И при этом, как видно из графиков, достигается восьмикратное подавление уровня помехи на выходе по сравнению с уровнем помехи на входе приемного устройства. Восемь инверсий соответствуют четырем периодам сигнала несущей. Т.е. при средней длине волны несущей 0,3 м, что соответствует частоте 1 гигагерц, длина световода должна быть около 1,2 метра. Число витков катушки, в которую следует уложить данную длину световода, выбирается исходя из требуемого шага дискретизации функции вариации частоты несущей или функции изменения периода инверсий знака несущей. Если необходимо изменять частоту несущей с шагом 10%, то в одну длину волны сигнала в световоде должно уложиться 10 витков. Т.е. при длине волны 0,3 м длина витка должна быть 0,03 м. Соответствующий диаметр катушки составит 1 сантиметр. Для получения длины световода 1,2 м катушка должна содержать 40 витков.

В точках «К» контакта световода со световодом отведения (см. фиг. 7), витки катушки должны быть зачищены от оболочки, например, путем плоской шлифовки, образущей катушки по касательной.

Работает предлагаемое приемное устройство следующим образом.

Высокочастотный радиосигнал после преселектора (не показан) и усилителя 4 поступает на входы блоков смещения 7 и 8. Причем на блок 8 сигнал проходит через блок 9 преобразования в зеркальный сигнал, на котором знак сигнала меняется на противоположный (см. фиг. 8, графики «f» и «-f»). В блоках смещения сигнал преобразуется чисто линейным путем, т.е. без диодного выпрямления, в однополярный. Как известно, сложение сигнала с любой другой функцией является линейной операцией, не вносящей искажений в гармонический состав каждого сигнала, в отличие от диодного выпрямления или нелинейного ограничения по амплитуде. Однополярная функция, в отличие от знакопеременной, может быть без искажений преобразована в оптический сигнал (см. фиг. 8, графики «f+см и «-f+см»). Свет выходов электронно-оптических преобразователей 5 и 6 поступает в световоды 1 и 2, в которых моды, соответствующие углам полного отражения, распространяются по всей длине световода. В точках контакта «К» световодов с пластинами 12 и 13 часть светового потока выходит из световода и попадает на транспаранты 14 и 15. В отдельных точках, где транспарант имеет прозрачность, свет проходит через транспаранты в окна фоприемников 16 и 17, на каждом из которых суммируется весь прошедший через соответствующий транспарант световой поток. Поскольку яркость светового потока модулирована сигналом, то после прохождения транспаранта реализуется операция перемножения текущей интенсивности светового потока в световоде с коэффициентом прозрачности транспаранта, т.е. реализуется операция перемножения функций. А после суммирования на фотоприемнике реализуется интегрирование, т.е. операция свертки оптического сигнала с функцией синхронного детектирования, записанной на транспаранте. Однако, поскольку оптические сигналы, а также функция прозрачности транспаранта, не имеют знакопеременности, т.е. имеют постоянную составляющую, то свертки, получаемые на выходах фотоприемников16 и 17, дают большую корреляцию с любыми смещенными функциями. Однако функции смещения, осуществляемого блоками 7 и 8, одинаковые по величине и знаку. Поэтому они взаимно компенсируются в блоке вычитания 18. Балансировкой смещения можно добиться полной компенсации смещений на блоке вычитания. Это даст на выходе сигнал, эквивалентный свертке знакопеременных функций, не имеющих постоянной составляющей (что свойственно всем радиосигналам).

По мере отведения светового потока в отдельных витках катушки интенсивность светового потока падает. Т.е. обработке подлежит сигнал, отличающийся от сигнала, поступающего на вход приемника, падением амплитуды на протяжении длины световода. Это создает неравномерность вклада, вносимого в выходной импульс разными участками сигнальной функции. Это не влияет на результат свертки, т.к. значение имеют только функции распределения моментов инверсии сигнала и знаки инверсии, а не амплитуды сигнала в промежутках между инверсиями.

Устройство может быть снабжено механизмом 19 для синхронной перемотки носителя детектирующей функции и ее зеркальной копии (см. фиг. 6). При этом прямая и зеркальная детектирующие функции записываются на общей ленте в виде строк, располагаемых вдоль общей образующей двух катушек световодов при соосном их расположении. Это устройство позволяет обменивать детектирующую функцию с частотой, достаточной для того, чтобы избежать возможности постановки прицельной помехи с помощью излучения противником записанного предварительно сигнала передатчика. Для этого достаточна невысокая частота смены функции, например 1 Гц. Синхронность такой смены с передатчиком может быть осуществлена с использованием общего времени. Запаздывание сигнала при удаленности в пределах земных расстояний при этом не скажется. Набор детектирующих функций может быть достаточно большим, чтобы обеспечить неповторяемость функции на протяжении всего цикла передачи информации, например при работе системы наведения противоракеты, действующей только в течение времени полета.

Возможные варианты функций изменения периода инверсии знака несущей в радиосистеме с предлагаемым приемным устройством изображены на фиг. 9. Например, возможно скачкообразно изменять частоту и соответствующий период «Т» несущего сигнала (график «а»), кусочно линейно изменять период несущей (график «б»), плавно изменять период несущей по криволинейной функции (график «в»), изменять период инверсии тока в антенне в каждом следующем периоде (график «г»). Возможны любые комбинации перечисленных типов сигнала на протяжении сеанса передачи. При этом целесообразно краевые значения всех комбинируемых функций сделать стандартизованными (равными). Ясно, что в любом варианте подделать функцию несущей противнику за время сеанса практически невозможно, тем более что в каждом сеансе тип используемой функции несущей может изменяться по закону, известному только нужному корреспонденту.

Тип используемой функции вариации периода инверсии несущей может использоваться также в качестве адреса доступа к тому или иному корреспонденту, наподобие номера телефона.

Использование предлагаемого приемного устройства в широкополосных радиосистемах позволит радикально повысить защищенность средств связи, навигации, телеуправления и радиолокации от средств радиоэлектронной борьбы и других источников помех.

Изобретение относится к аналоговой технике обработки сигналов и может быть применено в приемниках широкополосных систем связи, т.е. в системах связи с большой избыточностью занимаемой полосы частот, преимущественно в системах с высокими требованиями по устойчивости к внешним помехам (в частности преднамеренным). Приемное устройство для широкополосной радиосистемы содержит блок для записи входного сигнала, а также оптический транспарант с записью детектирующей функции и контактирующий с ним суммирующий фотоприемник. Блок для записи сигнала представляет собой цилиндрическую катушку световода, соединенного одним концом с источником сигнала посредством электронно-оптического преобразователя и блока смещения, и имеется также световод отведения оптических сигналов от каждого витка катушки световода, контактирующий с витками катушки в точках, расположенных вдоль образующей цилиндра, и контактирующий также с соответственными точками транспаранта с записью детектирующей функции. Причем имеется также вторая аналогичная катушка световода, в цепь соединения входного конца световода которой с источником сигнала, кроме блока электронно-оптического преобразования и блока смещения, дополнительно включен блок преобразования входного сигнала в зеркальный сигнал. При этом световод отведения второй катушки контактирует с транспарантом с записью функции, являющейся зеркальной по отношению к вышеуказанной детектирующей функции, а суммирующие фотоприемники, контактирующие с указанными первым и с зеркальным транспарантами, соединены с выходом устройства посредством блока вычисления разности сигналов. Технический результат - создание приемного устройства для широкополосной радиосистемы, способного работать в более высокочастотных диапазонах радиоволн - в дециметровом и сантиметровом. 9 ил.

Приемное устройство для широкополосной радиосистемы, содержащее блок для записи входного сигнала, а также содержащее оптический транспарант с записью детектирующей функции и контактирующий с ним суммирующий фотоприемник, отличающееся тем, что блок для записи сигнала представляет собой цилиндрическую катушку световода, соединенного одним концом с источником сигнала посредством электронно-оптического преобразователя и блока смещения, и имеется также световод отведения оптических сигналов от каждого витка катушки световода, контактирующий с витками катушки в точках, расположенных вдоль образующей цилиндра, и контактирующий также с соответственными точками транспаранта с записью детектирующей функции, причем имеется также вторая аналогичная катушка световода, в цепь соединения входного конца световода которой с источником сигнала, кроме блока электронно-оптического преобразования и блока смещения, дополнительно включен блок преобразования входного сигнала в зеркальный сигнал, и при этом световод отведения второй катушки контактирует с транспарантом с записью функции, являющейся зеркальной по отношению к вышеуказанной детектирующей функции, причем суммирующие фотоприемники, контактирующие с указанными первым и с зеркальным транспарантами, соединены с выходом устройства посредством блока вычисления разности сигналов.