Способ связи случайными электрическими сигналами

Способ связи случайными электрическими сигналами

Реферат

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи дискретных сообщений по проводным и радиоканалам на узлах связи. Техническим результатом является повышение конфиденциальности передаваемой информации. Способ заключается в том, что на передаче формируют передаваемые образцы сигналов, манипулируют их информационными сигналами, усиливают и излучают. В условиях преднамеренных пространственно коррелированных помех при передаче длительность каждого элемента дискретного сообщения разделяют на два временных интервала, в первом из которых вводят пассивную паузу, а во втором временном интервале производят излучение информации. При передаче на временном интервале пассивной паузы выделяют реализацию случайной помехи в сигнале связи, преобразуют ее в сопряженный по преобразованию Гилберта или противоположный сопряженному сигнал в зависимости от вида передаваемого элемента сообщения. Задерживают и излучают в канал связи на втором временном интервале. На приеме выделяют реализацию случайной помехи из принятых случайных образцов сигналов в течение временного интервала пассивной паузы, усиливают принятые колебания и используют их в качестве опорного при корреляционном сравнении с принятыми сигналами на временном интервале излучения информации. 5 ил.

Предлагаемый способ относится к области связи электрическими сигналами и может быть использован для передачи дискретных сообщений по проводным и радиоканалам на узлах связи.

Известны способы телеграфирования, основанные на передаче и приеме электрических сигналов, в которых с целью помехоустойчивого выделения передаваемой информации используется при приеме корреляционное сравнение принятых сигналов с местными опорными образцами (А.А.Харкевич. Борьба с помехами, Наука, 1965 г., стр.102; А.М.Семенов, А.А.Сикарев. Широкополосная радиосвязь, Москва, 1970 г.). При этом в указанных способах образцы сигналов являются полностью известными, за исключением информационного параметра, и генерируются независимыми автономными источниками как на передающей, так и на приемной сторонах линии связи. Одним из недостатков этих способов, использующих в качестве образцов известные простые или псевдослучайные сигналы, является возможность радиоразведки противника (при соответствующем времени наблюдения) различить непрерывно повторяющиеся одни и те же псевдослучайные последовательности, соответствующие "1" или "0" информации, и организовать перехват сообщений.

Другим недостатком системы связи с постоянными известными образцами псевдослучайных сигналов является низкая помехозащищенность против прицельных помех, имитирующих постоянно циркулирующие в системе связи сигналы.

Однако известны предложения, позволяющие избавиться от указанных недостатков, в которых отказываются от постоянной передачи заранее известных образцов сигнала и излучают в канал связи образцы, форма которых изменяется в течение сеанса связи. Так в книге Н.Т.Петровича и М.К.Размахнина "Системы связи с шумоподобными сигналами" (М.: Советское радио, 1969 г., стр.95-98) описываются способы связи, использующие в качестве образцов сигнала реализации шума. При этом повышается скрытность передачи информации, но резко снижается помехоустойчивость связи в каналах с помехами. Авторы предлагают в случайные моменты времени одновременно изменять форму образцов сигнала в передатчике и приемнике с помощью отдельного (дополнительного) канала синхронизации. Однако и последним способам присущи существенные недостатки: необходимость наличия на передающем и приемном пунктах системы приемных устройств, ориентированных на прием различных космических объектов резко усложняет аппаратурную часть системы; при поражении помехами канала синхронизации хотя бы у одного абонента, несмотря на хорошее состояние канала передачи информации, сводит к нулю положительный эффект предложения.

Таким образом, сравнительная оценка приведенных способов-аналогов показывает, что стремление обеспечить повышенную скрытность передаваемых сообщений при радиопротиводействии противника приводит к снижению помехозащищенности передачи информации.

Другим общим для всех аналогов недостатком является тот факт, что ни в одном из них не используется наличие пространственной корреляционной зависимости помех на передающем и приемном концах радиолинии в процессе обмена сообщениями, которая характерна при энергетическом подавлении противником канала связи. В общем случае, при наличии нескольких внешних источников помех, один из которых по мощности значительно превосходит остальные, помехи в каналах связи с разных концов радиолинии оказываются коррелированными. При современной насыщенности радиодиапазона средствами связи указанная помеховая ситуация является типичной. Учитывая это обстоятельство можно заключить, что известные автору способы связи, не учитывающие указанной пространственной зависимости помех, недоиспользуют априорных сведений о помехах и в этом смысле являются неоптимальными.

В качестве прототипа предлагаемого способа взят способ связи дискретными сигналами, описанный в книге А.А.Харкевича "Борьба с помехами" (Наука, 1965 г., стр.102). Иллюстрирующая указанный способ система связи показана на фиг.1, 2. Корреляционный приемник измеряет взаимную корреляцию принятого сигнала x с каждым из двух возможных сигналов S₁ и S ₂ и решающее устройство признает за переданный сигнал тот, с которым принятый сигнал имеет большую корреляцию. При этом предполагается, что передающее устройство на интервале времени 0<t<T излучает сигнал известной формы на приемной стороне. На фиг.1, 2 использованы следующие обозначения:

1, 2 - генераторы образцов сигналов;

3 - манипулятор;

4 - усилитель;

5 - перемножитель;

6 - интегратор;

7 - решающее устройство.

При поступлении информационной "единицы" ко входу манипулятора 3, последний подключает выход генератора 2 ко входу усилителя 4. При поступлении информационного "нуля" ко входу манипулятора 3, последний подключает на вход усилителя 4 выход генератора 1. В приемном устройстве последовательно соединенные блоки 1, 5, 6 и 2, 5, 6 образуют корреляторы, уровни выходных напряжений которых сравниваются в решающем блоке 7. Как следует из приведенного описания, вышеперечисленные недостатки присущи и способу - прототипу.

Целью настоящего предложения является устранение этих недостатков, а именно - повышение скрытности передаваемой информации и повышение помехозащищенности приема в условиях преднамеренных пространственно-коррелированных помех.

Средствами достижения поставленной цели являются:

- отказ от передачи заранее известных образцов сигнала при однозначных помеховых условиях и излучение в канал связи образцов сигнала, форма которых случайным образом, в зависимости от статистики помехи, изменяется в течение сеанса связи; при этом повышается скрытность передаваемых сообщений, и затрудняются условия радиоразведки противника;

- привязка формы сигнала в формирователе местных образцов осуществляется таким образом, чтобы случайный помеховый фон в канале связи и сформированные в системе связи сигналы были ортогональны, при этом достигается повышение помехозащищенности к внешним помехам.

С целью разъяснения сущности предлагаемой передачи сообщений случайными сигналами предположим, что в точке приема первого абонента шум определяется следующим выражением

а в точке приема второго абонента

причем и независимые случайные процессы, природа которых определяется местными источниками помех у каждого из абонентов, а и - случайные составляющие шума, одинаковые в точках приема каждого из абонентов. Например, указанного вида одинаковые составляющие шума и могут присутствовать в приемниках абонентов, удаления каждого из которых одинаковы до источника случайной составляющей шума . Таким источником можно считать внешнюю радиостанцию, находящуюся на равном расстоянии от обоих рассматриваемых абонентов, которая и генерирует общие случайные шумовые помехи

Для простоты дальнейшего описания будем считать, что в приемниках обоих абонентов присутствуют только стационарные нормальные помехи вида , существенно превосходящие по мощности составляющие вида и . Далее пусть задана функция автокорреляции K _s() процесса , интервал корреляции которой существенно превышает длительность элемента передаваемой информации T.

Передачу дискретных сообщений при указанных помехах будем производить следующим образом. На передающем конце выделяем из канала связи в течение времени T₁ реализацию помехи и формируем сопряженный этой реализации сигнал . В течение этого же отрезка времени Т₁ на приемном конце линии связи также выделяют реализацию помехи и формируют из нее . Очевидно, что в соответствии со сказанным выше, выделенные реализации на стороне передачи и стороне приема одинаковы, так же как и сопряженные этим реализациям сигналы, т.е.

В следующий отрезок времени Т₂ на передающей стороне усиливают по мощности и излучают сопряженный сигнал при передаче информационной "единицы" или противоположный сопряженному сигнал при передаче информационного "нуля".

В приемном устройстве принимающего абонента на втором отрезке времени Т₂ производится корреляционное сравнение опорного задержанного сопряженного сигнала , сформированного на предыдущем отрезке временили поступившего от передатчика сигнала на фоне помехи .

В результате корреляционного сравнения на выходе коррелятора будет положительное напряжение, соответствующее в данном случае переданной "единице" информации. Таким образом, процесс передачи информации сопровождается последовательно чередующимися процедурой формирования местного случайного образца сигнала в передатчике и приемнике и процедурой излучения этого образца или противоположного ему в передатчике и корреляционного сравнения опорного случайного образца с принятым сигналом в приемнике.

Для наглядности оценки положительного эффекта предложения, повышения помехоустойчивости приема, будем считать длительности чередующихся временных интервалов такими, при которых автокорреляционная функция помехи мало отличается от максимального значения при сдвиге на , т.е. реализации помехи на 2-х соседних интервалах времени и сильно коррелированы. В этом случае на выходе коррелятора будем иметь

только составляющую сигнала без помехи, так как по определению сопряженного процесса при введенных выше предположениях относительно помехи . (Сопряженный процесс можно получить с помощью преобразования Гильберта или аппроксимации этого преобразования, см. например, Вакман "О наилучшем реализуемом приближении преобразования Гильберта", Радиотехника и электроника, 1976 г., №7).

На первый взгляд, полученный результат может оказаться противоречивым по отношению к установившимся выводам теории помехоустойчивости, так как на выходе коррелятора отсутствует случайная составляющая случайной помехи , присутствующей на входе. Однако это противоречие легко устраняется при учете того факта, что сформированный в предложении образец сигнала всегда ортогонален к помехе, а в классической теории помехоустойчивого приема образец сигнала не зависит от вида помехи. В предложении используется возможность повышения помехоустойчивости приема за счет согласования формы передаваемого сигнала с формой воздействующей в канале помехи, что оказывается эффективным при однозначных (коррелированных) помехах у абонентов. При этом указанная взаимная пространственная зависимость помех не накладывает никаких дополнительных ограничений на сам вид случайного процессе в канале связи.

Передающее устройство, реализующее передачу сигналов рассмотренным способом, может быть выполнено, например, по блок-схеме на фиг.3. Оно содержит:

1 - блок выделения радиосигналов;

2, 9 - двухполюсные ключи;

3 - устройство временной задержки;

4 - формирователь сопряженного процесса;

5 - формирователь противоположного сопряженному процесса;

6 - коммутатор случайных образцов сигнала;

7 - инвертор;

8 - усилитель мощности;

10 - усилитель;

11 - формирователь дискретных сигналов сообщений;

12 - датчик временных интервалов.

На фиг.5 показаны эпюры, условно иллюстрирующие процесс формирования и выделения случайных образцов сигналов. Под действием управляющих импульсов датчик временных интервалов 12 в течение времени длительности Т одного двоичного элемента сообщения с помощью инвертора 7, ключей 2 и 9 формируются временные интервалы формирования образца сигнала T₁ и излучения образца сигнала T₂ (эпюры 1 и 2 на фиг.5). На отрезке времени формирования случайного образца сигнала Т₁ выделяются случайные реализации помехи, действующей на вход блока выделения случайного сигнала 1 (эпюра 3), задерживаются на половину длительности элемента сообщения в устройстве временной задержки 3, преобразуются в сопряженный сигнал блоком 4 и в противоположный сопряженному сигнал блоком 5 (эпюра 4). На временном интервале излучения сигнала T₂, под действием выходных сигналов датчика временных интервалов открывается ключ 9, соединяя выход усилителя 10 со входом усилителя мощности 8, блок 11 выдает команду на коммутатор 6 о подключении ко входу усилителя 10 либо сопряженного, либо противоположного ему сигнала в зависимости от содержания информации. Усиленный по мощности в блоке 8 образец случайного сигнала излучается в канал связи. Сумма излученного сигнала и помехи в канале связи показана на эпюре 5.

Приемное устройство, реализующее предложение, показано на фиг.4. Оно содержит:

1 - блок выделения помех;

2 - переключатель;

3 - перемножитель;

4 - интегратор;

5 - блок задержки;

6 - формирователь сопряженного сигнала;

7 - решающая схема;

8 - блок синхронизации.

Блок синхронизации 8 осуществляет временную подстройку процедуры обработки принимаемых сигналов в соответствии с интервалами Т₁ и T₂ формирования и излучения передаваемых сигналов в передатчике.

В режиме синхронизма реализация помехи длительностью T₁ поступает с выхода блока выделения 1 через переключатель 2 на вход схемы задержки 5 (эпюра 7). Указанное напряжение помехи задерживается схемой задержки 5 на время , где Т - длительность одного двоичного элемента сообщения и преобразуется в сопряженный сигнал блоком 6 (эпюра 8). На следующем временном отрезке Т₂ происходит перемножение в перемножителе 3 полученного сопряженного сигнала на выходе блока 6 с поступившей на другой вход перемножителя 3 смесью излученного сигнала и помехи. В зависимости от передаваемого символа "1" или "0", на выходе интегратора 4 будет накоплено либо положительное, либо отрицательное напряжение. Это напряжение подается на вход решающей схемы 7 и сравнивается в ней с пороговым напряжением. В результате указанного сравнения на выходе решающей схемы 7 формируются принятые символы сообщения (эпюра 10).

На эпюрах фиг.5 показаны для примера виды образцов помех во временной области (эпюры 11 и 13) и виды сопряженных им и противоположных сопряженным сигналов (эпюры 12 и 14).

Таким образом, как это следует из приведенного описания, поставленные цели в предложении достигаются.

Формула изобретения

Способ связи случайными электрическими сигналами, при котором на передаче формируют передаваемые образцы сигналов, манипулируют их информационными сигналами, усиливают и излучают, а на приеме усиливают принятые колебания, корреляционно сравнивают их с опорными копиями переданных сигналов, отождествляют принятые сигналы с переданными информационными символами, отличающийся тем, что, с целью повышения скрытности передаваемой информации и повышения помехозащищенности приема в условиях преднамеренных пространственно коррелированных помех, при передаче длительность каждого элемента дискретного сообщения разделяют на два временных интервала, в первом из которых вводят пассивную паузу, а во втором временном интервале производят излучение информации, при передаче на временном интервале пассивной паузы выделяют реализацию случайной помехи в канале связи, преобразуют ее в сопряженный по преобразованию Гилберта или противоположный сопряженному сигнал в зависимости от вида передаваемого элемента сообщения, задерживают и излучают в канал связи на втором временном интервале, а на приеме выделяют реализацию случайной помехи из принятых случайных образцов сигналов в течение временного интервала пассивной паузы, преобразуют ее в сопряженный сигнал, задержат его на время длительности пассивной паузы и используют в качестве опорного при корреляционном сравнении с принятым сигналом на временном интервале излучения информации.

РИСУНКИ