СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ СВЯЗИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/06 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами преимущественно в спутниковых системах связи и в системах связи с дуплексными каналами.

Известны способы установления связи, основанные на поиске шумоподобных сигналов по задержке, описание которых приведено в монографиях Г.И.Тузова "Выделение и обработка информации в доплеровских системах" М: Сов. радио, 1967 г. и под редакцией В.Б.Пестрякова "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" М: Сов. радио, 1973 г., а также способы поиска, реализованные в авт.св. №425367 МКИ Н04 1/10, авт.св. №439928 МКИ Н 04 В 1/06, авт.св. №604171 Н 04 7/00.

Известным способом, обеспечивающим ускорение поиска при небольших базах сигнала, является многоэтапный способ поиска, описание которого приведено в упомянутой монографии В.Б.Пестрякова (стр.170, 180-181). Многоэтапный способ поиска заключается в том, что на первом этапе поиска осуществляется накопление не всего сигнала, а лишь выделенной его части (сегмента) в течение времени Т1. В случае превышения накопленным напряжением уровня первого порога П1, "подозрительное" значение задержки проверяется на втором этапе, при этом производится накопление сигнала в течение времени Т2. Если результат накопления превышает порог П2, то "подозрительное" значение задержки проверяется на третьем этапе и т.д.

Однако многоэтапный способ поиска имеет низкую помехозащищенность, обусловленную накоплением на первых этапах не всего сигнала, а лишь его части. Кроме того, при увеличении базы сигнала помехозащищенность его падает из-за ухудшения корреляционных свойств сегментов ввиду того, что с увеличением длительности синхропоследовательности увеличивается вероятность появления пачек одноименных символов. Другими недостатками многоэтапного поиска является большое время поиска при больших длительностях синхропоследовательности, а также низкая имитостойкость, обусловленная многократным повторением одинаковой структуры последовательности в режиме поиска. Многократное повторение одинаковой структуры сигнала облегчает условия обнаружения его противником и поставку имитационных помех.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран способ поиска шумоподобных сигналов, реализованный в серийно выпускаемой аппаратуре "Кулон-III". Сущность способа - прототипа заключается в следующем. При поиске одновременно излучаются две синхропоследовательности (СП) кратной длительности, назовем их СП1 и СП2. Для их длительностей можно записать

Т₂=К₁Т₁

где К₁- целое число.

Для обеспечения пикфактора излучаемого сигнала равного 1 между колебаниями несущих частот для двух СП вводится постоянный сдвиг по фазе 90°. Сформированные сигналы складываются в схеме сложения и излучаются одновременно.

В приемном устройстве входной сигнал, состоящий из двух СП, перемножается с опорным сигналом СП1, сдвигаемым по задержке с шагом равным длительности элементарного импульса, результат перемножения накапливается, в течение времени Т_н, определяемого из условий требуемой помехозащищенности поиска, накопленное напряжение сравнивается с порогом. В случае превышения накопленным сигналом первого порога осуществляется аналогичным способом поиск СП2 с шагом равным. Функциональная схема устройства, реализующего описанный способ, приведена на фиг.1, где использованы следующие обозначения:

1 - регистр сдвига,

2 - перемножитель,

3 - интегратор,

4 - амплитудный детектор,

5 - сдвигающий триггер,

6л, 6ц, 6п - схемы выбора максимальных значений сигналов,

7 - схема сравнения на четыре входа,

8 - ключ,

9 - формирователь порога,

10 - сумматор,

11 - схема сравнения на два входа,

12 - управляемый делитель точной дискретной ФАП,

13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП,

14 - устройство управления,

15 - генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности,

16 - схема управления по задержке,

17 - опорный генератор,

18 - схема принятия решения,

19 - устройство фазирования по задержке,

20 - генератор информационной псевдослучайной последовательности,

21- дополнительный регистр сдвига,

22 - дополнительная схеме сравнения на два входа,

23 - дополнительный сдвигающий триггер.

Для облегчения понимания физической сути предлагаемого способа авторы укрупнили функциональные узлы прототипа. Укрупненная блок-схема приемного устройства прототипа представлена на фиг.2. Блоки 1-15, 17, 9-23 осуществляют вычисление функции взаимной корреляции входного сигнала с опорными синхропоследовательностями, поэтому они объединены в блок 1- корреляционное приемное устройство, блоки 16 и 18 объединены в блок 2 - устройство управления поиском. Для приемного устройства-прототипа передающее устройство выполняет функции формирователя синхропоследовательностей и может быть выполнено любым из известных способов, например, так, как оно выполнено в авт.св. №300946. На фиг.2 укрупненная функциональная схема передающего устройства прототипа обозначена блоком 3 - блок формирования шумоподобного сигнала.

Устройство-прототип работает следующим образом. В блоке 3 формируются две синхропоследовательности кратной длительности. Входной сигнал, состоящий из двух синхропоследовательностей, поступает в блок 1, где перемножается в группе корреляторов сначала с опорным сигналом СП1 (меньшей длительности) сдвигаемым по задержке с шагом, равным длительности элементарного символа. Управление задержкой осуществляется по командам, поступающим с выхода блока 2. Результат перемножения накапливается в течение времени Тн, выбираемого из условий требуемой помехозащищенности поиска и сравнивается с порогом.

При превышении порога в корреляционном приемном устройстве 1 входной сигнал подается на корреляторы, в которых он перемножается с опорным сигналом СП2, одновременно с выхода блока 1 подается команда на вход блока 2 о превышении порога. Начиная с этого момента с выхода блока 2 на вход блока 1 подаются команды, по которым осуществляется сдвиг опорной СП2 с шагом равным длительности СП1, при этом результат перемножения накапливается в блоке 1 в течение времени Тн, определяемого из условий требуемой помехозащищенности. Результат перемножения сравнивается с порогом. При превышении порогового уровня с выхода блока 1 на вход блока 2 подается команда, при этом блок 2 при условии обнаружения СП1 и СП2 принимает решение об обнаружении входного шумоподобного сигнала и поиск прекращается.

Способ-прототип и устройство его реализующее обеспечивают большую помехозащищенность по сравнению с двухэтапным способом поиска за счет того, что на каждом из этапов поиска сигнал накапливается не в течение длительности сегмента, а в течение времени Тн, определяемого из условий требуемой помехозащищенности (время Тн может содержать несколько периодов СП), а также большую имитостойкость за счет увеличения в 2 раза числа используемых структур при поиске.

Однако при структурах большой длительности с базой порядка 10⁶ и более время поиска при использовании данного способа может быть недопустимо большим. Для сокращения времени поиска при больших базах при использовании данного способа необходимо увеличивать число используемых СП в передатчике и число групп корреляторов в приемнике, что приводит к энергетическим потерям, обусловленным уменьшением мощности сигнала каждой из СП пропорционально их числу и ухудшением пикфактора сигнала, и к увеличению аппаратурной сложности.

Большое время поиска при использовании последовательностей большой длительности обусловливает низкую имитостойкость способа-прототипа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение имитостойкости при малом времени установления связи.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

На первом этапе предлагается излучение двух последовательностей СП1 и СП2 кратной длительности и поочередный поиск сначала СП1 с шагом равным длительности элементарного импульса, а затем СП2 с шагом равным длительности СП1. После обнаружения СП2 и подтверждения установления синхронизации по СП2 излучаемая и опорная СП1 заменяются на СП3, длительность которой выбирается кратной длительности СП2, при этом поиск СП3 осуществляется с шагом равным длительности СП2. После обнаружения СП3 и подтверждения установления синхронизации по СП3 излучаемая и опорная СП2 заменяется на СП4, длительность которой кратна длительности СП3 и поиск которой осуществляется с шагом равным СП3 и т.д. Процедура многократно повторяется до достижения необходимой длительности СП, определяемой из условия требуемой имитостойкости, при этом команда на смену структур вырабатывается приемным устройством после подтверждения установления синхронизации на каждой из структур, начиная со второй, и передается передающему устройству по обратному каналу.

Для данного способа можно указать несколько аппаратурных реализаций. Например, реализации, предполагающие использование СП, излучаемых на одной несущей частоте, СП, излучаемых одновременно на двух несущих, частоты которых меняются по программе на каждом из этапов СП с различной тактовой частотой, сменяемой по программе на каждом из этапов, а также различные комбинации перечисленных реализаций.

Структурная схема одного из устройств, реализующих данный способ, приведена на фиг.3, где введены следующие обозначения:

1,1¹ - корреляционный приемник с программным управлением прямого и обратного каналов,

2,2¹ - устройство управления поиском с программным управлением прямого и обратного каналов, шумоподобного сигнала,

3,3¹ - блок формирования шумоподобного сигнала прямого и обратного каналов,

4,4¹ - программирующее устройство прямого и обратного каналов.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с заранее набранной программой при установлении связи на первом этапе в блоке 3 формируются две СП (СП1 и СП2) кратной длительности (T₂=К₁·T₁). Входной сигнал, состоящий из двух СП, поступает на вход блока 1, где осуществляется поиск сначала СП1, а затем СП2 с шагом равным длительности СП1 (Т1), при этом управление поиском осуществляется блоком 2 описанным ранее способом. При обнаружении СП2 с выхода блока 2 подается команда на вход блока 4, по получении которой блок 4 осуществляет следующие операции:

- подает команду с вывода 1 на вход 3 блока 1, по которой в блоке 1 осуществляется замена опорной СП1 на опорную СП3, длительность которой кратна длительности СП2 (Т₃=К₂Т₂), при этом в блоке 1 осуществляется удержание синхронизации по СП2,

- с выхода 2 подает команду на вход блока 3¹, по получении которой блок 3¹ начинает излучать две СП (СП1¹ и СП2²) по обратному каналу, параметры которых выбираются таким же способом, как и параметры СП в прямом канале.

В блоке 1 осуществляется поиск сначала СП1¹, а затем СП2¹, при этом управление поиском осуществляется блоком 2¹. При обнаружении СП2¹ подается команда на блок 4¹, по получении которой блок 4¹ производит следующие операции:

- подает команду с выхода 2 на вход блока 3, по получении которой в блоке 3 осуществляется замена СП1 на СП3,

- подает команду с выхода 1 на вход 3 блока 1¹, по которой в блоке 1¹, в котором в исходном состоянии в качестве опорных СП использовались СП1¹ и СП2¹, осуществляется замена СП1¹ на СП3¹, длительность которой определяется соотношением , где - длительность СП2¹, при этом блок 1¹ переходит в режим поиска СП3 с шагом Т2 при удержании синхронизации по СП2. Входной сигнал, состоящий из СП2 и СП3, поступает на вход блока 1, где с помощью блока 2 осуществляется поиск СПЗ с шагом равным . При обнаружении СП3 с выхода блока 2 подается команда на вход блока 4, по получении которой блок 4 осуществляет следующие операции:

- подает команду с выхода 1 на вход 3 блока 1, по получении которой в блоке 1 осуществляется замена опорной СП2 на СП4 с длительностью (Т₄=К₃Т₃), при этом в блоке 1 осуществляется удержание синхронизации по СП3,

- подает команду на вход блока 3, по получении которой в блоке 3¹ осуществляется замена СП1¹ на СП3¹ с длительностью

В блоке 1¹, который находился в режиме поиска СП3¹ с шагом Т2 при удержании синхронизации по СП2, осуществляется обнаружение СП3, после чего описанным ранее способом осуществляется замена в блоке 3 формируемой СП2 на СП3, а в блоке 1 замена опорной СП2 на СП4 и т.д. Процесс многократно повторяется до достижения необходимой длительности СП, определяемой из требований имитостойкости, при этом на каждом из этапов накопление каждой из СП осуществляется в течение времени Тн, определяемого требуемой степенью помехозащищенности.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность получения СП любой длительности и любого ансамбля, при одновременном излучении только двух сигналов и сохранении требуемой помехозащищенности, определяемой выбором времени накопления Тн на каждом из этапов. Возможность автоматической смены структур в режиме установления связи обусловливает повышение имитостойкости поиска, при этом по сравнению с прототипом значительно сокращается время установления связи для длинных последовательностей. Покажем это на примере.

Пусть требуемая база сигнала составляет В=10⁸. При использовании способа - прототипа применяются СП1 с базой В1=10 и СП2 с базой В2=10. Тогда время установления связи, определяемое формулой

где Т_СП1, Т_СП2, - время поиска СП1 и СП2.

Пусть для предлагаемого способа используются СП1 (В1=10), СП2 (В2=100), СП3 (В3=10⁴), СП4 (В4=10⁸). Тогда время установления связи составит

где Т_П1, Т_П2, Т_П3, Т_П4 - время поиска СП1, СП2, СП3, СП4.

Как видно из примера, при использовании предлагаемого способа при поиске длинной последовательности с базой В=10⁸ время поиска сокращается на 3 порядка, при этом увеличивается вдвое ансамбль сигналов.

Указанные преимущества достигаются без энергетических потерь. Значительное сокращение времени поиска и увеличение ансамбля используемых сигналов обуславливает повышение имитостойкости по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами преимущественно в спутниковых системах связи и в системах связи с дуплексными каналами. Технический результат - повышение имитостойкости при малом времени установления связи. Достигается тем, что в способе установления связи шумоподобными сигналами, основанном на одновременном излучении сигнала, состоящего из суммы двух синхропоследовательностей (СП1 и СП2) кратной длительности, перемножении принятого сигнала с сигналом опорной СП1, сдвигаемым во времени с шагом, равным длительности элементарного импульса, накоплении результата перемножения, сравнении накопленного напряжения с заданным порогом, по превышении которого осуществляют перемножение входного сигнала с опорным сигналом СП2, сдвигаемым по времени с шагом, равным длительности СП1 с последующим накоплением и сравнением с порогом, после подтверждения установления синхронизации по СП2 заменяют СП1 на СП3, длительность которой кратна длительности СП2, после установления синхронизации по СПЗ заменяют СП2 на СП4, длительность которой кратна СП3, процесс замены СП повторяют до получения требуемой длительности, а команду на замену излучаемой СП передают по обратному каналу. 3 ил.

Способ установления связи шумоподобными сигналами, основанный на одновременном излучении сигнала, состоящего из суммы двух синхропоследовательностей (СП1 и СП2) кратной длительности, перемножении принятого сигнала с сигналом опорной СП1, сдвигаемым по времени с шагом, равным длительности элементарного импульса, накоплении результата перемножения, сравнении накопленного напряжения с заданным порогом, по превышении которого осуществляют перемножение входного сигнала с опорным сигналом СП2, сдвигаемый по времени с шагом, равным длительности СП1 с последующим накоплением и сравнением с порогом, отличающийся тем, что с целью повышения имитостойкости при малом времени установления связи для сигналов с большой базой, после подтверждения установления синхронизации по CП2 заменяют СП1 на СП3, длительность которой кратна длительности СП2, поиск СП3 проводят с шагом, равным длительности СП2, после установлении синхронизации по СП3 заменяют CП2 на СП4, длительность которой кратна СП3, процесс замены СП повторяют до получения требуемой длительности, а команду на замену излучаемой СП передают по обратному каналу.