СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАНИПУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРА Российский патент 2025 года по МПК H04L27/18 H04L1/20 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к способам формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства, осуществляющего автоматическую регулировку параметров спектра радиосигнала с целью обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) с другими радиопередающими устройствами радиоэлектронных комплексов (РЭК), работающими одновременно с приемопередающим устройством в общих областях пространства и в полосе частот приемопередающего устройства.

Известен способ формирования сигналов относительной фазовой манипуляции [патент СССР №720781, H04L 27/18, 05.03.80, Бюл. №9], который позволяет добиться снижения потерь на внеполосные излучения при передаче, благодаря фильтрации фазоманипулированного сигнала в полосе 1/(2-3)Т относительно несущей частоты, где Т - длительность элемента фазоманипулированного сигнала, и двухстороннему ограничению по амплитуде. Недостатками данного способа являются: не учитывает влияние формируемого сигнала на сигналы других радиопередающих устройств, отсутствует регулировка внеполосного излучения формируемого сигнала.

Также известен способ цифровой модуляции [патент RU №2421928, H04L 27/18, 20.06.2011, Бюл. №17], техническим результатом которого является увеличение спектральной эффективности сигнала, т.е. понижение спектральных боковых лепестков и сужение энергетического спектра, без внесения паразитной амплитудной модуляции, со значительно пониженной межсимвольной интерференцией и без повышения потребляемой мощности с компенсацией набега фазы, и с возможностью применения в системах с модуляцией BPSK. Недостатками данного способа являются: ограниченность применения в системах с различными видами манипуляции и отсутствие регулировки внеполосного излучения формируемого сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ формирования фазоманипулированного радиосигнала BPSK, реализованный в радиопередающем устройстве с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала [патент RU №2795268, Н04В 1/04 (2006.01), Н04В 7/005 (2006.01), 02.05.2023, Бюл. №13], сущность которого заключается в повышении эффективности использования энергетического ресурса радиопередающего устройства путем адаптивного динамического управления параметрами спектра излучаемого фазоманипулированного радиосигнала BPSK в зависимости от результатов контроля электромагнитной обстановки в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства.

К недостаткам прототипа можно отнести следующие: ограниченность использования только для сигналов BPSK, наличие конечной неточности и изменяемый шаг итераций при определении коэффициента скругления фильтра, задействование большого объема вычислительных ресурсов и сложность практической реализации.

Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение уровня внеполосного излучения манипулированного сигнала приемопередающего устройства за счет использования при формировании сигнала фильтра с регулируемой импульсной характеристикой «приподнятый косинус» и фиксированным шагом изменения коэффициента скругления, который обеспечивает требуемую ЭМС приемопередающего устройства с другими радиопередающими устройствами РЭК.

Указанный технический результат достигается тем, что через заданный интервал времени Δt измеряют мощности формируемого манипулированного сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ и сигналов других радиопередающих устройств РЭК (защищаемого сигнала) Р_ЗСi, после чего определяют коэффициент подавления Q_Пi, сравнивают его с допустимым значением коэффициента подавления Q_Дi и при выполнении условия Q_Пi≥Q_Дi принимают решение об удовлетворении требований ЭМС [ГОСТ Р 50016-92. Государственный стандарт Российской Федерации. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля. Издание официальное. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.] и формируют манипулированный сигнал приемопередающего устройства без фильтрации внеполосного излучения; в противном случае осуществляют фильтрацию манипулированного сигнала приемопередающего устройства фильтром с регулируемой импульсной характеристикой «приподнятый косинус» [Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. - С. 128], для которого путем проведения итераций на интервале от 1 до 0 определяют коэффициент скругления α_j=α_j-1-Δα, где Δα=0,05 - шаг перестройки коэффициента скругления, который рассчитывают, исходя из порядка и набора элементов самого фильтра [Неровный В.В., Журавлев А.В., Кирюшкин В.В., Филоненко В.В., Радько B.C. Выбор полосы пропускания формирующего фильтра «приподнятый косинус» для навигационных меандровых сигналов // Радиотехника. 2023. №7. - С. 42-49].

Сущность изобретения заключается в том, что в приемопередающем устройстве формируют манипулированный сигнал в полосе частот

Δƒ = Δƒ_ОПС + 2Δƒ_ВПИ, (1)

где Δƒ_ОПС - основная полоса сигнала приемопередающего устройства, Δƒ_ВПИ - полоса сигнала внеполосного излучения приемопередающего устройства (слева и справа от основной полосы сигнала); при этом через заданный интервал времени Δt, осуществляют контроль наличия сигналов других радиопередающих устройств радиоэлектронных комплексов (РЭК) (защищаемого сигнала) с полосой частот Δƒ_ЗС, попадающей в полосу сигнала внеполосного излучения 2Δƒ_ВПИ (фигура 1), в случае отсутствия защищаемого сигнала осуществляют формирование и излучение манипулированного сигнала приемопередающим устройством (без фильтрации), при наличии защищаемого сигнала измеряют мощности сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ и защищаемого сигнала Р_ЗСi i-ого радиопередающего устройства РЭК после чего определяют коэффициент подавления (КП)

Q_Пi = P_ЗСi / Р_ВПИ (2)

и сравнивают его с допустимым значением коэффициента подавления

Q_Дi = P_ЗСi / Р_вх.mini, (3)

где P_вх.mini - записанные значения минимальных мощностей защищаемых сигналов, определяемые чувствительностью i-ого радиоприемного устройства РЭК; если

Q_Пi ≥ Q_Дi, (4)

то принимают решение о том, что сигнал внеполосного излучения приемопередающего устройства не влияет на качество приема защищаемого сигнала и аналогично представленному выше (при отсутствии защищаемого сигнала), осуществляют формирование и излучение манипулированного сигнала приемопередающим устройством, иначе при Q_Пi<Q_Дi реализуют процедуру дополнительной фильтрации формируемого манипулированного сигнала, для чего используют фильтр с импульсной характеристикой «приподнятый косинус» (далее фильтр) с регулируемым коэффициентом скругления α_j на интервале от 1 до 0, где путем проведения j итераций определяют значения коэффициента скругления

α_j = α_j-1 - Δα (5)

и проверяют условие (4), при выполнении которого итерации прекращают и по полученному значению α_j формируют огибающую манипулированного сигнала (фигура 2) в результате чего уменьшают мощность сигнала внеполосного излучения приемопередающего устройства Р_ВПИ, для устранения его влияния на защищаемый сигнал (фигура 1), после чего излучают сформированный манипулированный сигнал приемопередающим устройством (фигура 3).

Реализация способа формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра возможна с помощью схемы (фигура 3), состоящей из основных блоков:

1 - блок радиоприемного устройства (ПРМ);

2 - блок измерителя мощности (ИМ);

3 - блок делителя 1 (Д1);

4 - блок делителя 2 (Д2);

5 - блок запоминающего устройства (ЗУ);

6 - блок устройства сравнения (УС);

7 - блок формирователя манипулированного сигнала (ФМС);

8 - блок фильтра с импульсной характеристикой «приподнятый косинус» (ФПК);

9 - блок управляемого коммутатора (УК).

Способ формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра, может быть осуществлен следующим образом (фигура 3). В блоке ФМС (7) формируют манипулированный сигнал по одному из общеизвестных способов [Головин О.В. Устройства генерирования, формирования, приема и обработки сигналов: учеб. пособие для вузов. - М.: Горячая линия, 2012. - С. 436], после чего подают его на вход УК (9), выполненного, например, с помощью управляемого реле (первоначально замкнутого в положении 1), затем с выхода 1 УК (9) направляют в передающую антенну и излучают сигнал в пространство. С помощью приемной антенны осуществляют прием сформированного манипулированного сигнала с внеполосным излучением Р_ВПИ и сигналов других радиопередающих устройств РЭК (защищаемый сигнал) Р_ЗСi, после чего в ПРМ (1), выполненном, например, по супергетеродинной схеме [Делик В.М., Межуев A.M., Каверина Л.В., Коновальчук Е.В. Радиоприемные устройства. - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2014. - С. 44] производят контроль их наличия и обработку. Если на вход ПРМ (1) защищаемый сигнал не поступает, то в ФМС (7) продолжают формирование манипулированного сигнала без фильтрации и, как было описано выше, с выхода ФМС (7) направляют манипулированный сигнал на вход УК (9), далее в передающую антенну и излучают в пространство. Если на вход ПРМ (1) совместно с излученным манипулированным сигналом приемопередающего устройства, поступает и защищаемый сигнал, то направляют принятые сигналы, соответственно, на входы 1 и 2 блока ИМ (2), выполненного, например, на базе двухканального ваттметра, где измеряют мощность манипулированного сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ и мощность защищаемого сигнала Р_ЗСi. После чего с выхода 1 блока ИМ (2) на вход 1 блока Д1 (3) подают измеренную мощность сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ, а с выхода 2 блока ИМ 2 на вход 2 блока Д1 (3) - мощность защищаемого сигнала Р_ЗСi. В блоке Д1 (3), выполненном, например, с помощью схемы аналогового делителя, производят расчет коэффициента подавления по формуле (2). В это же время с выхода 3 блока ИМ (2) на вход 1 блока Д2 (4) направляют Р_ЗСi, а на вход 2 блока Д2 (4) подают записанные значения минимальных мощностей защищаемых сигналов, определяемые чувствительностью радиоприемных устройств РЭК, которые хранятся в блоке ЗУ (5), реализованном, например, на базе постоянно запоминающего устройства. После чего в блоке Д2 (4), выполненном, например, с помощью схемы аналогового делителя, производят расчет допустимого значения коэффициента подавления согласно выражению (3). Рассчитанные коэффициенты подавления Q_Пi и Q_Дi с выходов блоков Д1 (3) и Д2 (4), соответственно, направляют на входы 1 и 2 блока УС (6), выполненного, например, с использованием компаратора, где их сравнивают по выражению (4). Если условие (4) выполняется, то принимают решение о том, что сигнал внеполосного излучения приемопередающего устройства не влияет на качество приема защищаемого сигнала и сигнал на выходы 1 и 2 блока УС (6) не выдают. При этом в ФМС (7) продолжают формирование манипулированного сигнала без фильтрации направляют его на вход УК (9), замкнутый в положении 1 и далее в передающую антенну, излучая в пространство. Иначе, если Q_Пi<Q_Дi с выхода 2 блока УС (6), одновременно выдают сигнал на управляющий вход 2 (упр. вх. 2) УК (9) для переключения его в положение 2 и на управляющий вход 1 (упр. вх. 1) блока ФПК (8) для включения фильтра «приподнятый косинус», выполненного по известной схеме [Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов. Под ред. Уолта Кестера. - Москва.: Техносфера, 2010. - С. 137] и реализации процедуры адаптивной регулировки коэффициента скругления α_j на интервале от 1 до 0. В блоке ФПК (8) путем последовательных итераций по выражению (5) определяют значения коэффициента скругления α_j с фиксированным шагом итераций Δα=0,05. Сформированный манипулированный сигнал с выхода ФМС (7) направляют на вход УК (9) замкнутого в положение 2 и далее с выхода 2 УК (9) на вход ФПК (8), обеспечивая фильтрацию сигнала в полосе внеполосного излучения. Полученный после фильтрации сигнал подают на передающую антенну и излучают в пространство. Далее, аналогично описанному выше, в ПРМ (1) осуществляют прием и контроль сигналов Р_ВПИ и Р_ЗСi, выполняя операции в блоках 2-6, с проверкой условия (4) на каждой итерации α_j в ФПК (8), при выполнении которого с выхода 1 блока УС (6) подают сигнал на управляющий вход 2 (упр. вх. 2) ФПК (8) для прекращения итераций и дальнейшей работы фильтра с использованием текущего значения коэффициента скругления α_j. При прекращении работы другого радиопередающего устройства РЭК и отсутствии защищаемого сигнала Р_ЗСi в приемной антенне и на входе ПРМ (1), с выхода 3 ПРМ (1) направляют сигнал на управляющий вход 1 (упр. вх. 1) УК (9) и переключают его в положение 1, обеспечивая переход приемопередающего устройства в режим формирования манипулированного сигнала без дополнительной фильтрации. Отключение УК (9) от входа ФПК (8) вызывает выполнение команды на переход ФПК (8) в начальное состояние со значением коэффициента скругления α_j=1. Таким образом, способ формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра осуществлен в полном объеме.

Отличие предложенного способа от прототипа состоит в том, что он обеспечивает уменьшение уровня внеполосного излучения манипулированного сигнала приемопередающего устройства за счет использования при формировании сигнала фильтра с регулируемой импульсной характеристикой «приподнятый косинус» и фиксированным шагом изменения коэффициента скругления. При этом конкретное значение шага Δα в ходе итераций по определению оптимального коэффциента скругления α_j позволяет устранить конечную неточность в формировании характеристики фильтра. Наглядная иллюстрация работы способа представлена на фигурах 1-2, отражающих: спектры защищаемого сигнала Р_ЗСi и манипулированного сигнала приемопередающего устройства с пониженным уровнем внеполосного излучения Р_ВПИ (фигура 1); формирование огибающей манипулированного сигнала при различных значениях коэффициента скругления фильтра α_j (фигура 2). Реализация способа обеспечивает требуемую ЭМС приемопередающего устройства с другими радиопередающими устройствами РЭК [ГОСТ Р 50016-92. Государственный стандарт Российской Федерации. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля. Издание официальное. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996]. Предлагаемый способ может быть использован для любого вида манипулированного сигнала, обладает простотой практической реализации и уменьшенным объемом затрат вычислительных ресурсов.

Доказательством технической реализуемости способа формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра, является то, что для его осуществления требуются стандартные элементы микроэлектроники, существующие средства измерительной и вычислительной техники, например, такие как: делители, коммутаторы, запоминающие устройства, компараторы, и т.д., а также программное обеспечение, основой которого являются элементарные математические операции.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в уменьшении уровня внеполосного излучения манипулированного сигнала приемопередающего устройства. Указанный технический результат достигается тем, что через заданный интервал времени Δt измеряют мощности формируемого манипулированного сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ и сигналов других радиопередающих устройств РЭК (защищаемого сигнала) Р_ЗСi, после чего определяют коэффициент подавления Q_Пi, сравнивают его с допустимым значением коэффициента подавления Q_Дi и при выполнении условия Q_Пi≥Q_Дi принимают решение об удовлетворении требований ЭМС и формируют манипулированный сигнал приемопередающего устройства без фильтрации внеполосного излучения. В противном случае осуществляют фильтрацию манипулированного сигнала приемопередающего устройства фильтром с регулируемой импульсной характеристикой «приподнятый косинус», для которого путем проведения итераций на интервале от 1 до 0 определяют коэффициент скругления α_j=α_j-1-Δα, где Δα=0,05 - шаг перестройки коэффициента скругления, который рассчитывают, исходя из порядка и набора элементов самого фильтра. 3 ил.

Способ формирования манипулированного сигнала приемопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра, заключающийся в управлении уровнем внеполосного излучения сигнала в зависимости от электромагнитной обстановки, отличающийся тем, что в приемопередающем устройстве формируют манипулированный сигнал в полосе частот

Δƒ = Δƒ_ОПС + 2Δƒ_ВПИ, (1)

где Δƒ_ОПС - основная полоса сигнала приемопередающего устройства, Δƒ_ВПИ - полоса сигнала внеполосного излучения приемопередающего устройства (слева и справа от основной полосы сигнала);

при этом через заданный интервал времени Δt осуществляют контроль наличия сигналов других радиопередающих устройств радиоэлектронных комплексов (РЭК) (защищаемого сигнала) с полосой частот Δƒ_ЗС, попадающей в полосу сигнала внеполосного излучения 2Δƒ_ВПИ, в случае отсутствия защищаемого сигнала осуществляют формирование и излучение манипулированного сигнала приемопередающим устройством (без фильтрации), при наличии защищаемого сигнала измеряют мощности сигнала в полосе внеполосного излучения Р_ВПИ и защищаемого сигнала Р_ЗСi i-го радиопередающего устройства РЭК, после чего определяют коэффициент подавления (КП)

Q_Пi = P_ЗСi / Р_ВПИ (2)

и сравнивают его с допустимым значением коэффициента подавления

Q_Дi = P_ЗСi / Р_вх.mini, (3)

где Р_вх.mini ^_ записанные значения минимальных мощностей защищаемых сигналов, определяемые чувствительностью i-го радиоприемного устройства РЭК; если

Q_Пi ≥ Q_Дi, (4)

то принимают решение о том, что сигнал внеполосного излучения приемопередающего устройства не влияет на качество приема защищаемого сигнала, и осуществляют формирование манипулированного сигнала без фильтрации, и излучение его приемопередающим устройством, иначе при Q_Пi < Q_Дi реализуют процедуру дополнительной фильтрации формируемого манипулированного сигнала, для чего используют фильтр с импульсной характеристикой «приподнятый косинус» (далее фильтр) с регулируемым коэффициентом скругления α_j на интервале от 1 до 0, где путем проведения j итераций определяют значения коэффициента скругления

α_j = α_j-1 - Δα (5)

и проверяют условие (4), при выполнении которого итерации прекращают и по полученному значению α_j формируют огибающую манипулированного сигнала, в результате чего уменьшают мощность сигнала внеполосного излучения приемопередающего устройства Р_ВПИ, для устранения его влияния на защищаемый сигнал, после чего излучают сформированный манипулированный сигнал приемопередающим устройством.