СИСТЕМА РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА СИГНАЛА, ПЕРЕДАННОГО ПО МНОГОЛУЧЕВОМУ КАНАЛУ Российский патент 2025 года по МПК H04B7/417 H04L1/06 

Изобретение относится к автоматической пакетной радиосвязи декаметрового (ДКМ) диапазона (3-30) МГц.

Известен аналог - система высокочастотного (ВЧ) (декаметрового (ДКМ)) диапазона обмена пакетными данными [1], обеспечивающая осуществление процессов, содержащая ВЧ бортовые станции, связанные через ВЧ радиоканалы «Воздух-Земля» с ВЧ наземными станциями, которые в свою очередь соединены с центром управления упомянутой системы и с диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями через подсистему наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит контроллер ВЧ наземной станции, который связан по управлению с N ВЧ передатчиками, подключенными к N ВЧ передающим антеннам, а также с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля», подключенными к общей ВЧ приемной антенне, с информационными входами N модуляторов однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, подключенными к N ВЧ передатчикам с информационными выходами N демодуляторов «Воздух-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. N демодуляторов «Воздух-Земля» подключены к N ВЧ приемникам. Контроллер ВЧ наземной станции связан также с приемником сигналов единого времени, подключенного к приемной антенне сигналов единого времени, и с устройством интерфейса с подсистемой наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит, по крайней мере, один дополнительный ВЧ приемник связи «Земля-Земля» и, по крайней мере, один дополнительный демодулятор «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, выход которого подключен к дополнительному информационному входу контроллера ВЧ наземной станции, а вход - к выходу дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля». Информационный вход дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля» подключен к общей ВЧ приемной антенне, а его управляющий вход подключен к дополнительному управляющему выходу контроллера ВЧ наземной станции.

К недостаткам аналога следует отнести не достаточную надежность связи из-за отсутствия мажоритарного декодирования и разнесенного приема.

Известно также устройство пространственного разнесенного приема [2]. Это устройство содержит три антенных приемных элемента, расположенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга, большем длины волны и кратном ей, два блока когерентного сложения, входы которых подключены к среднему и соответствующему крайнему приемному антенному элементу, а выходы подключены к блоку оптимального сложения. В этом устройстве расстояние между парами приемных элементов фиксировано и используется только две пары. Возможность использования в устройстве отрицательной корреляции замираний сигнала в ветвях разнесения крайне ограничена, а также отсутствует обратный канал, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации.

Известен комплекс средств защиты узкополосных систем радиосвязи в условиях сложной радиоэлектронной обстановки [3]. Он содержит на передающей стороне системы радиосвязи последовательно соединенные источник сообщений, формирователь дискретных сигналов, кодер, формирователь фаз, фазовый модулятор, усилитель мощности и передающую антенну, формирователь исходных ФМ сигналов передающей стороны, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора исходных ФМ сигналов, выходы сумматора исходных ФМ сигналов подключены к соответствующим входам кодера.

На приемной стороне комплекс содержит последовательно соединенные приемную антенну, усилитель СВЧ и фазовый демодулятор, а также решающее пороговое устройство, первый вход которого подключен к выходу формирователя порога. Выход решающего порогового устройства подключен к входу преобразователя дискретных сигналов сообщений, с выхода которого информация поступает потребителям. Комплекс также содержит формирователь исходных ФМ сигналов приемной стороны, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь сигналов, преобразователь масштаба сигналов для сжатия во времени пакета ФМ видеосигнала сообщения, устройство компенсации импульсной помехи, интерполяционное устройство, амплитудное нормирующее устройство и декодер с корреляционной обработкой ФМ сигналов сообщения, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора дискретных сигналов. Выход сумматора дискретных сигналов подключен ко второму входу решающего порогового устройства, выходы формирователя исходных ФМ сигналов приемной стороны подключены к соответствующим входам декодера с корреляционной обработкой ФМ сигналов сообщения, вход аналого-цифрового преобразователя сигналов подключен к выходу фазового демодулятора.

Аналогу присущи следующие недостатки:

- в комплексе не используется возможность частотного разделения каналов;

- значение вероятности битовой P_b=10^-4 для передачи некоторых приоритетных сигналов недостаточно.

Известен способ пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, и устройство его реализующее [4]. Способ заключается в размещении приемных антенных элементов (позиций) на прямой, ориентированной на источник излучения. Антенные элементы находятся на расстоянии друг от друга большем длины волны и кратном ей. На приемной стороне сигналы разнесения оптимально складываются. Причем каждый из сигналов разнесения формируется в результате когерентного сложения сигнала с одного приемного антенного элемента, являющегося опорным, с сигналом каждого из остальных антенных приемных элементов. Опорным приемным антенным элементом является первый приемный антенный элемент.

Устройство пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, содержит N приемных антенных элементов, размещенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга большем длины волны и кратном ей, N-1 блоков когерентного сложения. Один из входов i-го блока когерентного сложения, где i=1, 2,…, N-1, подключен к выходу j-го приемного антенного элемента, где j=2, 3,…, N. Устройство содержит так же блок оптимального сложения, входы которого подключены к выходам блоков когерентного сложения, дополнительный блок когерентного сложения, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выход к дополнительному входу блока оптимального сложения, выполненного в виде блока мажоритарного весового суммирования, а другие входы блоков когерентного сложения подключены к выходу первого приемного антенного элемента.

К недостаткам аналога следует отнести:

- разнесение осуществляется только пространственным методом;

- способ эффективен только на одной частоте, так как расстояние между приемными позициями жестко привязано к величине длины волны;

- источник излучения в пространстве должен быть размещен на одной прямой с приемными антенными элементами, но на практике трудно точно совместить эти объекты на одном направлении, так как ДКМ связь загоризонтная;

- отсутствует обратный канал, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации.

Известна система пространственного разнесенного приема, реализующая способ [5], которая по большинству существенных признаков принята за прототип. Она содержит передающую часть и N пространственно разнесенных приемных антенных элементов, (N-1) блоков когерентного сложения, первый блок мажоритарного весового суммирования и дополнительный блок когерентного сложения. Первые входы остальных (N-1) блоков когерентного сложения подключены к первому приемному антенному элементу, вторые входы подключены к соответствующим N приемным антенным элементам. Все приемные антенные элементы, работающие с радиосигналами частотой f₁ (f₂) подключены к входам первого (второго) блока мажоритарного весового суммирования. Выходы блоков когерентного сложения, первого (второго) блока мажоритарного весового суммирования подключены к входам первого (второго) блока мажоритарного весового суммирования. Передающая часть состоит из двух параллельных ветвей, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f₁ (f₂) соответственно, каждая из которых представляет собой последовательное соединение входного каскада, кодера источника сообщений, сумматора дискретных сигналов, модулятора, выход которого подключен к входу суммирующего устройства, n выходов формирователя исходных ортогональных кодов передающей стороны соединены с n входами кодера источника сообщений. Первый (второй) генератор несущей частоты f₁ (f₂) подключен к модулирующему входу первого (второго) модулятора. Выход суммирующего устройства через передатчик подключен к передающей антенне, выход которой является высокочастотным выходом системы, а входы входных каскадов - информационными входами системы. Приемная часть состоит из N параллельных ветвей, каждая из которых представляет собой две цепочки узлов, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f₁ (f₂) соответственно, включающих последовательное соединение j приемного антенного элемента j=(1, 2,…, N), блока когерентного сложения, i j - порогового устройства, где i=(1, 2,…n), j=(1, 2.…,N), i j-декодера ортогональных кодов, n выходов которого соединены с n входами первого (второго) блока мажоритарного весового суммирования, первый выход которых соединен с соответствующими входами выходного каскада, выход которого является выходом системы. Второй выход первого (второго) блока мажоритарного весового суммирования подключен к управляющему входу первого (второго) соответствующего i j - порогового устройства, n входов i j - декодера подключены к соответствующим выходам i j - формирователя исходных ортогональных кодов приемной стороны.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- отсутствует обратный канал связи, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации;

- обработка сигналов в блоках мажоритарного весового суммирования осуществляется без управляемого вычислителем процесса мониторинга радиочастотного спектра и без назначения величины веса в ветвях обработки сигналов в зависимости от качества канала (величины ошибочного приема в нем).

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости приема дискретной информации в радиолиниях ДКМ диапазона, которая достигается тем, что в систему пространственного разнесенного приема в каналах ДКМ диапазона введены обратный канал, обеспечивающий передачу сообщений о достоверности приема информации, дополнительные процедуры обработки сигналов в блоках мажоритарного весового суммирования и в дополнительных блокаж когерентного сложения аналогичные проводимым в нейроне, которые вместе с управляемым вычислителем процессом мониторинга радиочастотного спектра представляют собой элемент искусственного интеллекта, причем величина веса в ветвях обработки сигналов назначается в зависимости от качества сигнала в канале связи.

Технический результат реализован тем, что в систему разнесенного приема, переданного по многолучевому каналу, прямой канал связи которой содержит соединенные по эфиру приемную и передающую части, при этом передающая часть состоит из двух параллельных ветвей, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f1 и f2 соответственно, каждая из которых представляет последовательное соединение входного каскада, кодера сообщений, сумматора дискретных сигналов, модулятора, выход модулятора каждой цепочки подключен к соответствующему входу суммирующего устройства, n входы кодера источника сообщений каждой цепочки соединены с n выходами соответствующего формирователя исходных ортогональных кодов передающей части, вход модулятора каждой цепочки соединен с выходом соответствующего генератора несущей частоты, выход суммирующего устройства через передатчик подключен к передающей антенне, выход которой является высокочастотным выходом системы, а входы входных каскадов - информационными входами системы, приемная часть содержит N пространственно разнесенных приемных антенных элементов, при этом каждый антенный элемент подключен к двум параллельным цепочкам узлов, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f1 и f2 соответственно, каждая цепочка узлов включает последовательно соединенные приемный антенный элемент, блок когерентного сложения, пороговое устройство и декодер ортогональных кодов, при этом n входов каждого декодера ортогональных кодов подключены к выходам соответствующего формирователя исходных ортогональных кодов приемной части, n выходов каждого декодера ортогональных кодов, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f1, соединены с n входами первого блока мажоритарного весового суммирования, n выходов каждого декодера ортогональных кодов, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f2, соединены с n входами второго блока мажоритарного весового суммирования, управляющий вход каждого порогового устройства, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f1, соединен с выходом первого блока мажоритарного весового суммирования, управляющий вход каждого порогового устройства, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f2, соединен с выходом второго блока мажоритарного весового суммирования, первый выход каждого блока мажоритарного весового суммирования соединен с соответствующим входом выходного каскада, выход которого является выходом системы, каждый из N приемных антенных элементов подключен к соответствующим входам первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения, выходы первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения подключены к соответствующим входам первого и второго блоков мажоритарного весового суммирования соответственно, введен обратный канал связи, аналогичный по структуре прямому каналу связи и содержащий соединенные по эфиру приемную и передающую части, при этом передающая часть прямого канала связи дополняется принимающей частью обратного канала связи образуя первую позицию системы, а принимающая часть прямого канала связи дополняется передающей частью обратного канала связи образуя вторую позицию системы, при этом в каждой передающей части дополнительно введен соединенный с выходом приемника глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС) процессор передающей части, выходы управления и входы контроля которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов передающей части, а в каждой приемной части дополнительно введены соединенный с выходом приемника ГЛОНАСС процессор приемной части, выходы управления и входы контроля которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов приемной части, блок мониторинга радиочастотного спектра, соединенный со всеми N пространственно разнесенными приемными антенными элементами, управляемый с помощью процессора приемной части, вход каждого блока когерентного сложения, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f1, соединен с выходом первого дополнительного блока когерентного сложения, вход каждого блока когерентного сложения, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f2, соединен с выходом второго дополнительного блока когерентного сложения, при этом в дополнительных блоках когерентного сложения для назначения величины веса в ветвях обработки сигналов в зависимости от качества сигнала в канале связи используется технология искусственного интеллекта, а процессоры приемной и передающей частей на одной позиции соединены между собой двухсторонними связями.

На фиг. 1 представлена структурная схема передающей стороны системы, на фиг. 2 - структурная схема приемной стороны системы, а на фиг. 3 - структурная схема взаимосвязей процедур, проводимых в первом, втором дополнительных блоках когерентного сложения и взаимодействия с процессором. На фигурах введены обозначения:

1j - приемные антенные элементы (Aj) (j=1, 2,…, N-1);

2_aj, 2_бj - первые и вторые блоки когерентного сложения;

3 и 20 - первый и второй блоки мажоритарного весового суммирования;

4_а, 4_б - первый, второй дополнительные блоки когерентного сложения;

5₁ и 5₂ - информационные входы системы для передачи информации на двух несущих частотах f₁ и f₂ соответственно;

6₁ и 6₂ - входные каскады передающей части системы;

7₁и 7₂ - кодеры источника сообщений;

8₁ и 8₂ - формирователи исходных ортогональных кодов передающей стороны;

9₁ и 9₂ - сумматоры дискретных сигналов несущей частоты f₁ и f₂ соответственно;

10₁ и 10₂ - модуляторы несущей частоты f₁ и f₂ соответственно;

11₁ и 11₂ - генераторы несущей частоты f ₁ и f₂ соответственно;

12 - высокочастотное суммирующее устройство;

13 - передатчик;

14 - передающая антенна;

15_aj, 15_бj - первые и вторые пороговые устройства;

16_aj, 16_бj - первые и вторые n- канальные декодеры ортогональных кодов;

17_aj, 17_бj - первые и вторые формирователи исходных ортогональных кодов приемной стороны;

18 - выходной каскад принимающей части;

19 - выход системы;

21 - передающая часть первой позиции;

22 - приемная часть первой позиции;

23 - передающая часть второй позиции;

24 - приемная часть второй позиции;

25 - приемник глобальный навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС) приемной части;

26 - процессор передающей части;

27 - процессор приемной части;

28 - весовые коэффициенты;

29 - пороговое устройство нейрона;

30 - формирователь порога;

31 - нейрон;

32 - блок мониторинга радиочастотного спектра;

33 - вход/выход процессора 26 передающей части для загрузки планов связи и организации тестового контроля;

34 - приемник ГЛОНАСС передающей части;

35 - вход/выход процессора 27 приемной части для загрузки планов связи и организации тестового контроля;

(2_a1-2_aN) и (2_б1-2_бN) - первые и вторые блоки когерентного сложения для каналов частоты f₁ и частоты f₂ соответственно.

Первые блоки 2_aj, 4_а, 15_aj, 16_aj, 17_aj предназначены для обработки сигналов несущей частоты f₁.

Вторые блоки 2_бj, 4_бj 15_бj, 16_бj, 17_бj предназначены для обработки сигналов несущей частоты f₂.

Система разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, состоит из прямого канала связи, которой содержит соединенные по эфиру приемную и передающую части, и обратного канала связи, аналогичного по структуре прямому каналу связи, содержащего также соединенные по эфиру приемную и передающую части. Первая позиция системы состоит из передающей части прямого канала связи и принимающей части обратного канала связи, а вторая позиция системы состоит из принимающей части прямого канала связи и передающей части обратного канала связи. Передающие и принимающие части прямого и обратного каналов связи имеют одинаковый состав и структуру. Процессоры 26, 27 передающей и приемной частей на одной позиции соединены между собой двухсторонними связями.

Система по заявленному способу работает следующим образом.

Для повышения помехоустойчивости в системе радиосвязи используется канал обратной связи, например, информационной [7]. В этом случае радиосигналы передающей части 21 первой позиции транслируются на приемную часть 23 второй позиции, где обрабатываются процессором 27, после чего формируется ответная кодограмма, содержащая оценку достоверности принятой информации, частоту наиболее «надежного» на данный момент времени канала и другие параметры. Сформированная кодограмма с приемной 23 части второй позиции передается на передающей 24 часть второй позиции, где обрабатывается, осуществляется оценка достоверности принятой информации и, при необходимости, выбирается частота наиболее надежного на данный момент времени канала на следующий сеанс связи.

Дискретная информация с источника сообщений подается на входы 5₁ и 5₂ системы. Распределение сообщений на входы 5₁ и 5₂ осуществлено для передачи информации на двух несущих частотах f₁ и f₂. В зависимости от заданного режима работы в выходных каскадах 6₁ и 6₂. Например, все ресурсы системы используются для передачи только одного сообщения для обеспечения высокой достоверности приема информации, или ресурсы системы используются для передачи 2n сообщений - для обеспечения передачи большого объема информации. Могут существовать и другие режимы, представляющие собой комбинации упомянутых выше двух режимов.

Затем дискретная информация подается на первый вход кодеров 7₁ и 7₂, на второй вход которых после процедур перемежения и помехоустойчивого кодирования поступает кодовый сигнал с формирователей 8₁ и 8₂ исходных ортогональных кодов передающей части.

Объединение сигналов с выходов узлов 7₁ и 7₂ осуществляется с помощью сумматоров 9₁ и 9₂. Исходные сигналы формируются в виде ортогональных элементов системы сигналов, автокорреляционная функция которых имеет меньшие боковые лепестки, например, среди кодов Уолша, обладающих свойствами ортогональности [3].

В сумматорах 9₁ и 9₂ проводится совмещение во времени сигналов и их суммирование. В результате этого образуются пакеты параллельной сборки из дискретных сигналов, из которых формируются пакеты кодового сигнала.

В кодерах 7₁ и 7₂ каждый дискретный двоичный сигнал преобразуется пакетом кодового сигнала в пакет сигнала, например, состоящего из дискретных сигналов с одинаковыми амплитудами. Сформированный таким образом пакет сигнала в кодерах 7₁ и 7₂ источника сообщений может передаваться в отведенной полосе пропускания системы.

С выхода кодеров 7₁ и 7₂ пакеты сигналов подаются на модуляторы 10₁ и 10₂ соответственно, на модулирующие входы которых подается напряжение с генераторов 11₁ и 11₂ несущей частоты f₁ и h₂ соответственно. Затем радиосигналы с несущей частотой f₁ и f₂ объединяются в высокочастотном суммирующем устройстве 12, фильтруются и усиливаются по мощности в передатчике 13 и с помощью передающей антенны 14 излучаются в эфир.

В приемной части радиосигналы поступают на N антенных элементов 1_j, где j=1, 2, …,N, после чего радиосигналы несущей частоты f₁ проходят через последовательно связанные первые блоки 2_aj когерентного сложения, пороговое устройство 15_aj и декодер 16_aj ортогональных кодов, n выходов которого соединены с n входами первого блока 3 мажоритарного весового суммирования. Радиосигналы несущей частоты f₂ проходят через последовательно связанные вторые блоки 2_бj когерентного сложения, пороговое устройство 15_бj и декодер 16_бj ортогональных кодов, n выходов которого соединены с n входами второго блока 20 мажоритарного весового суммирования.

Процессор 26 осуществляет управление режимами работы и контроль работоспособности всех узлов передающей части через соответствующие их входы/выходы. Через вход/выход 33 процессора 26 передающей части осуществляется загрузка планов связи и организация тестового контроля при предстартовой подготовке объекта.

Первые выходы блоков 3 и 20 мажоритарного весового суммирования соединены с соответствующими входами выходного каскада 18, выход которого является выходом 19 системы.

К соответствующим входам всех первых пороговых устройств 15_aj. подключены соответствующие выходы первого блока 3 мажоритарного весового суммирования.

К соответствующим входам всех вторых пороговых устройств 15_бj. подключены соответствующие выходы второго блока 20 мажоритарного весового суммирования.

Все первые 16_aj декодеры подключены n входами к n выходам соответствующих первых 17_aj формирователей исходных ортогональных кодов приемной части. Все вторые 16_бj декодеры подключены n входами к n выходам соответствующих вторых 17_бj формирователей исходных ортогональных кодов приемной части.

В антенных элементах 1₁ - 1_N, отстоящих друг от друга на расстояние, например, более 10 длин волн в электромагнитном поле индуцируются некоррелированные напряжения принимаемых радиосигналов с различными фазами. Коэффициент корреляции между напряжениями, индуцированными в антенных элементах 1_j, зависит от отношения амплитуд лучей и разности фаз между напряжениями, индуцированными радиоволнами в антенном элементе, длины трассы, высоты ионосферных слоев, рабочей частоты канала и других параметров. Формулы для определения коэффициента корреляции приведены в патенте РФ на изобретение № 2075832 [4].

В одном из вариантов построения системы в блоках 2_а1 и 2_б1 когерентного сложения радиосигналы с несущими частотами f₁ и f₂, соответственно преобразуются, например, на промежуточные частоты, затем подаются на другие 2_a(N-1) и 2_б(N-1) блоки когерентного сложения. В другом варианте построения системы в блоках 2_a1, и 2_б1 когерентного сложения после демодуляции пакет видеосигналов, например, поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) для преобразования в дискретную форму и цифровой обработки с сохранением фазы радиосигналов. На выходе АЦП в этом случае устанавливается выходной каскад, обеспечивающий передачу цифровых данных на другие 2_a(N-1) и 2_б(n-1) блоки когерентного сложения. Первыми блоками 2_a1 и 2_б1 когерентного сложения может быть назначены блоки, имеющий соответствующие связи с другими блоками 2_a(N-1) и 2_б(N-1).

С выхода блоков 2_aj и 2_бj пакет видеосигналов после демодуляции для первого варианта выполнения системы или в цифровой форме для второго варианта выполнения системы поступают на соответствующие пороговые устройства 15_aj и 15_бj, на управляющий вход которых с первого и второго блоков 3 и 20 мажоритарного весового суммирования соответственно подается постоянное напряжение в первом случае или цифровой код во втором случае. Уровень порога меняется в блоках 3 и 20 мажоритарного весового суммирования в зависимости от результатов оценки достоверности принятой информации в процессоре 27 приемной части.

С выхода пороговых устройств 15_aj и 15_бj пакеты данных передаются на вход соответствующих декодеров 16_aj и 16_бj ортогональных кодов, на другие n входов которых поступают n исходных сигналов с n выходов соответствующих формирователей 17_aj и 17_бj известных исходных ортогональных кодов приемной части, введенных заранее по соответствующему входу/выходу процессора 27 приемной части.

За счет корреляционной обработки в канальных декодерах 16_aj и 16_бj спектральные плотности помех и шума при умножении на копии исходных ортогональных сигналов расширяются. В результате корреляции в полосе частот каждого канала мощности помех и шума ослаблены в соответствии с величиной базы сигнала и за счет этого происходит увеличение отношения сигнал/шум [3, 6, 7], а, следовательно, и помехоустойчивости системы.

С выходов n канальных декодеров 16_бj, дискретные сигналы каналов с несущей частотой f₁ поступают на входы первого блока 3 мажоритарного весового суммирования, а с выходов n канальных декодеров 16_бj дискретные сигналы с несущей частотой f₂ поступают на входы второго блока 20 мажоритарного весового суммирования. Блоки дополнительного когерентного сложения 4_а, 4_б и когерентного сложения 2_aj, 2_бj предназначены для работы в первом варианте выполнения системы на промежуточной частоте и содержат управляемые фазовращатели и схему управления. Для первого варианта выполнения системы они могут быть реализованы аналогично блоку когерентного сложения сигналов, применяемому в серийно выпускаемом многоканальном радиоприемном устройстве "ОТРАДА" Р-692 [4]. Для второго варианта выполнения системы радиосигналы промежуточной частоты могут быть преобразованы в дискретные с помощью высокоскоростных АЦП и их обработка проведена вычислительными устройствами.

Блоки мажоритарного весового суммирования 3 и 20 функционируют по принципу, например, рассмотренному в работах [8] и [9]. Схема блока мажоритарного весового суммирования содержит, например, вычислитель, устройство синхронизации, формирователь порога, мажоритарный декодер по критерию «m из 2n» и устройство сравнения сигналов, которое оценивает, короткие блоки информации в принимаемом сообщении, например, длиной 8-10 знаков при скорости обработки 500 бит/с.Такая длина блока соответствует периоду квазистационарности канала ДКМ диапазона и может быть обеспечена при замене передаваемой информации короткими формализованными сообщениями, как это осуществлено в гражданской авиации (режим CPDLC) - двоичным кодом. По результатам оценки достоверности, например, по максимальному числу безошибочно принятых знаков дискретной информации, величине отношения сигнал/шум на выходе блока 32 мониторинга (вероятности ошибочного приема) в процессоре приемной части принимается решение о назначении информации приемного канала соответствующего веса. Если кодировать в 2n блоках 17 одно и то же сообщение ортогональными кодами и в блоках 3 и 20 использовать мажоритарное декодирование по критерию «m из 2n», то помехоустойчивость (достоверность приема) можно дополнительно увеличить на несколько порядков [7].

При этом каналы с числом ошибок, превышающим определенную величину, заданную с помощью блоков 3 и 20, в узле 18 получают вес 0 и принятые по ним сигналы в дальнейших процессах не участвуют. Сигналы в каналах с числом ошибок, не превышающим заданную величину в пороговых устройствах 15_aj и 15_бj, подвергаются дискретному мажоритарному сложению в дополнительных блоках 4_а и 4_б когерентного сложения, блоках 3 или 20. Поэтому на выход 19 системы подается только достоверная информация.

Одновременно происходит когерентное сложение сигналов всех антенных приемных элементов 1_j в дополнительных блоках 4_а и 4_б когерентного сложения. Необходимость такого вида сложения вызвана тем, что в реальной ситуации при связи в ДКМ диапазоне существует многолучевая модель распространения и при ней когерентное многоканальное сложение оказывается эффективнее с учетом сложения в конкретной ситуации в дополнительных блоках 4_а и 4_б когерентного сложения и в блоках 3 и 20 мажоритарного весового суммирования [7].

На фиг. 3 показана структурная схема взаимосвязей процедур, проводимых в первом, втором дополнительных блоках когерентного сложения и взаимодействия с процессором приемной стороны. Взаимосвязи процедур, проводимых в первом, втором дополнительных блоках 4_а и 4_б когерентного сложения заключаются в том, что с помощью процессора 27 на основе измерений блоком 32 мониторинга отношения сигнал/помеха на выходах приемных антенн 1 решается задача назначения узлом 28 величины веса (см. табл. 1) принимаемых каждой антенной 1j радиосигналов, которые затем суммируются и подаются на вход порогового устройства 29. На второй вход порогового устройства 29 поступает напряжение порога с формирователя 30, управляемого процессором 27. Снимаемые с выхода порогового устройства 29 сигналы являются «опорными» для блоков 2_aj, 2_бj когерентного сложения и информационными - для блоков 3 и 20 мажоритарного весового суммирования. Программа обработки сигналов задается в процессор 27 по входу/выходу 35 для загрузки планов связи и другой информации, а также для организации тестового контроля оборудования. Блоки 2_aj, 2_бj когерентного сложения являются корреляторами [7], на первый вход которых подаются принимаемые сигналы, а на второй вход подается «опорный» взвешенный сигнал с первого или с второго дополнительных блоков 4_а и 4_б когерентного сложения в зависимости от частоты принимаемого сигнала. В блоках 3 и 20 мажоритарного весового суммирования информационный сигнал с блоков 4_а и 4_б соответственно используется для назначения веса данным, снимаемым с выходов декодеров 16_aj, 16_бj.

Процессор 27 осуществляет управление режимами работы и контроль работоспособности всех узлов приемной части через соответствующие входы/выходы. Через вход/выход 35 процессора 27 приемной части осуществляется загрузка планов связи и организация тестового контроля при предстартовой подготовке объекта.

Для оперативного решения задачи выделения радиоканала с наилучшим отношением сигнал/шум и формирование «эталонного» сигнала после мониторинга и анализа радиочастотного спектра в динамическом режиме лучшим вариантом является использование искусственных нейронных сетей, которые, благодаря своей способности к обучению и самообучению позволяют решать широкий спектр задач. Искусственная нейронная сеть представляет собой совокупность линейных или нелинейных искусственных нейронов, соединенных между собой посредством весовых коэффициентов [10].

Процедура обработки сигналов в дополнительных блоках 4_а и 4_б когерентного сложения соответствует процессу обработки сигналов в модели искусственного нейрона (фиг. 3). Математически искусственный нейрон описывается взвешенной суммой входных значений обрабатываемых величин, подвергаемых затем процедуре активации, которая заключается в сравнении входного сигнала с заданным порогом (ячейка нейрона): простейшая функция активации - функция единичного скачка или функция Хевисайда [10].

Один из вариантов назначения веса в зависимости от качества канала связи ДКМ диапазона, характеризующего вероятностью ошибочного приема, приведен в таблице.

Приемники 25, 34 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, системы ГЛОНАСС, необходимы для организации точного системного времени у абонентов системы за счет «подсинхронизации» формирователей временной шкалы процессоров 26 и 27 точными секундными метками с его выхода и для определения собственных координат при движении абонента.

Предлагаемая система позволит автоматически с помощью технологии искусственного интеллекта определить канал с минимальной вероятностью ошибочного приема (максимальным отношением сигнал/шум), назначить ему наибольший вес, обработать принятый по этому прямому каналу сигнал, сообщить о достоверности принятого сообщения в передающую часть обратного канала и обеспечить тем самым повышенную достоверность приема, а, следовательно, и помехоустойчивость системы.

Литература:

1. Патент РФ на изобретение № 2286030, дата публикации 20.10.2006 г., Бюл. № 29.

2. Сосновский Н.С. и др., Когерентное сложение разнесенных сигналов с предварительным взвешиванием парциальных каналов. ТСС, сер. TP, 1981, вып. 10(29), с. 51.

3. Патент РФ на изобретение № 2720215, дата публикации 28.04.2020 г., Бюл. № 13.

4. Патент РФ на изобретение № 2075832, дата публикации 20.03.1992 г.

5. Патент РФ на изобретение № 2779925, дата публикации 2022 г., Бюл. № 26 (прототип).

6. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

7. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -1104 с.

8. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений, М.: Советское радио, 1970, -с. 437.

9. Жуков Г.А. Методы весовой мажоритарный обработки ДИ при приеме по параллельным каналам. ТСС, сер. ТПС, 1983, вып. 8, с. 74.

10. Светашов, А.К. Использование искусственных нейронных сетей для их применения в существующих и перспективных радиосистемах: тематическое исследование / А.К. Светашов. - Текст: непосредственный // Молодой ученый. - 2023. - № 22 (469). - С. 52-58. - URL: https://moluch.ru/archive/469/103690/.

Изобретение относится к автоматической пакетной радиосвязи декаметрового (ДКМ) диапазона (3-30) МГц. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости приема дискретной информации в радиолиниях ДКМ диапазона. Система разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, дополнительно содержит обратный канал связи, блок мониторинга радиочастотного спектра, управляемый с помощью процессора приемной стороны, и дополнительные процедуры обработки сигналов в блоках мажоритарного весового суммирования и в дополнительных блоках когерентного сложения. В дополнительных блоках когерентного сложения для назначения величины веса в ветвях обработки сигналов в зависимости от качества сигнала в канале связи используется технология искусственного интеллекта. 1 табл., 3 ил.

Система разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, прямой канал связи которой содержит соединенные по эфиру приемную и передающую части,

при этом передающая часть состоит из двух параллельных ветвей, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f₁ и f₂ соответственно, каждая из которых содержит последовательно соединенные входной каскад, кодер сообщений, сумматор дискретных сигналов, модулятор, выход модулятора каждой цепочки подключен к соответствующему входу суммирующего устройства, n входы кодера источника сообщений каждой цепочки соединены с n выходами соответствующего формирователя исходных ортогональных кодов передающей части, вход модулятора каждой цепочки соединен с выходом соответствующего генератора несущей частоты, выход суммирующего устройства через передатчик подключен к передающей антенне, выход которой является высокочастотным выходом системы, а входы входных каскадов - информационными входами системы,

приемная часть содержит N пространственно разнесенных приемных антенных элементов, при этом каждый антенный элемент подключен к двум параллельным цепочкам узлов, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f₁ и f₂ соответственно, каждая цепочка узлов включает последовательно соединенные приемный антенный элемент, блок когерентного сложения, пороговое устройство и декодер ортогональных кодов, при этом n входов каждого декодера ортогональных кодов подключены к выходам соответствующего формирователя исходных ортогональных кодов приемной части, n выходов каждого декодера ортогональных кодов, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₁, соединены с n входами первого блока мажоритарного весового суммирования, n выходов каждого декодера ортогональных кодов, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₂, соединены с n входами второго блока мажоритарного весового суммирования, управляющий вход каждого порогового устройства, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₁, соединен с выходом первого блока мажоритарного весового суммирования, управляющий вход каждого порогового устройства, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₂, соединен с выходом второго блока мажоритарного весового суммирования, первый выход каждого блока мажоритарного весового суммирования соединен с соответствующим входом выходного каскада, выход которого является выходом системы, каждый из N приемных антенных элементов подключен к соответствующим входам первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения, выходы первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения подключены к соответствующим входам первого и второго блоков мажоритарного весового суммирования соответственно,

отличающаяся тем, что введен

обратный канал связи, аналогичный по структуре прямому каналу связи и содержащий соединенные по эфиру приемную и передающую части, при этом передающая часть прямого канала связи дополняется принимающей частью обратного канала связи образуя первую позицию системы, а принимающая часть прямого канала связи дополняется передающей частью обратного канала связи образуя вторую позицию системы, при этом

в каждой передающей части дополнительно введен соединенный с выходом приемника глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС) процессор передающей части, выходы управления и входы контроля которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов передающей части,

а в каждой приемной части дополнительно введены соединенный с выходом приемника ГЛОНАСС процессор приемной части, выходы управления и входы контроля которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов приемной части, блок мониторинга радиочастотного спектра, соединенный со всеми N пространственно разнесенными приемными антенными элементами, управляемый с помощью процессора приемной части, вход каждого блока когерентного сложения, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₁, соединен с выходом первого дополнительного блока когерентного сложения, вход каждого блока когерентного сложения, рассчитанного на работу с радиосигналами несущей частоты f₂, соединен с выходом второго дополнительного блока когерентного сложения,

при этом в дополнительных блоках когерентного сложения для назначения величины веса в ветвях обработки сигналов в зависимости от качества сигнала в канале связи используется технология искусственного интеллекта, а процессоры приемной и передающей частей на одной позиции соединены между собой двухсторонними связями.