Устройство для формирования сложного фазоманипулированного сигнала

Устройство для формирования сложного фазоманипулированного сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения структурной скрытности сигналов в помехозащищенных радиолиниях.

Известно (Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации. / Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1993), что вероятности перехвата информации и постановки наиболее опасных помех в условиях радиоэлектронной борьбы (РЭБ) зависят от скрытности применяемых в радиолиниях сигналов. Скрытность определяет вероятность обнаружения сигнала радиолинии противником, его принадлежность (идентификацию), время оценки параметров и эффективность организованной помехи.

В настоящее время скрытность обеспечивается применением сложных фазоманипулированных сигналов (СФМнС). Применение этих сигналов позволяет повысить как энергетическую, так и структурную компоненты скрытности.

Однако манипуляция фазы только на два значения 0 и π ограничивает их структурную скрытность.

Для повышения структурной скрытности и разведзащищенности в патенте РФ №2205496 "Способ формирования и обработки сложного сигнала в помехозащищенных радиосистемах" предложен способ формирования сложного сигнала на основе квазишумового переносчика. Недостатком этого способа являются потери в отношении сигнал/шум при приеме такого сигнала приемником старого парка, рассчитанным на бинарный СФМнС, вызванные случайностью структуры сигнала-переносчика. При этом устранить в приемнике неопределенность структуры сигнала-переносчика невозможно, т.к. он формируется из действительно шумового процесса.

В качестве прототипа выбран типовой способ формирования бинарного СФМнС, сущность которого иллюстрируется рис.1.7а и рис.1.8 на стр.16-17 книги (Л.Е.Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985).

Сущность способа-прототипа заключается в последовательном выполнении следующих операций: синусоидальное несущее колебание перемножают с бинарной (±1) псевдослучайной последовательностью (ПСП), а затем полученный бинарный сигнал-переносчик перемножают с бинарным (±1) сигналом информации.

Однако формирование СФМнС по способу-прототипу обеспечивает недостаточную структурную скрытность (разведзащищенность) получаемого сигнала.

Действительно, при возведении бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала в квадрат образуются дискретные спектральные линии на частотах 2f₀ и 2f₀±f_т, где f_т - тактовая частота ПСП (Беляков А.Л., Быковников В.В., Трембачев А.В. Аппаратура и программное обеспечение для автоматизированного технического анализа радиосигналов. Специальная техника, 2003, специальный выпуск, стр.20-26). Появление этих спектральных линий является демаскирующим признаком бинарных СФМнС, облегчает их обнаружение, оценку параметров и раскрытие структуры.

Для устранения этого недостатка в способе формирования сложного фазоманипулированного сигнала, заключающемся в перемножении фазоманипулированного сигнала-переносчика с бинарным информационным сигналом, согласно изобретению в качестве сигнала-переносчика используют многофазный (М-фазный, М≫2) фазоманипулированный сигнал.

Использование многофазных ФМн сигналов-переносчиков существенно затрудняет обнаружение спектральных линий, которые образуются при возведении М-фазного ФМн сигнала-переносчика в М-ю степень (при умножении несущей частоты ФМн сигнала в М раз).

Действительно, при возведении сигнала в М-ю степень отношение сигнал/шум в зоне частоты Mf_o при низких входных отношениях сигнал/шум примерно равно (Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982, стр.399).

Так, при

М=2,

М=8.

При отношении входной и выходной полос, равном 10, выходное отношение сигнал/шум в первом случае составит

а во втором

Таким образом, образующиеся при возведении в 8-ю степень 8-фазного ФМн сигнала-переносчика спектральные линии на частотах 8f₀ и 8f₀±f_т практически обнаруживаться не будут.

При бинарном СФМнС соответствующие линии будут обнаруживаться с высокой вероятностью.

Графические материалы, представленные в заявке:

фиг.1 - функциональная схема устройства, реализующая способ-прототип;

фиг.2 - функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ;

фиг.3 - векторы элементов многофазного ФМн сигнала-переносчика;

фиг.4 - функциональная схема блока задержек ПСП;

фиг.5 - функциональная схема блока коммутации;

фиг.6 - функциональная схема блока фазовращателей.

Учитывая, что умножению синусоидального колебания на (-1) соответствует его сдвиг на π рад, функциональную схему, реализующую способ-прототип, можно представить так, как показано на фиг.1, где обозначено:

I - перемножитель;

1 - генератор тактовых импульсов;

2 - генератор ПСП;

3 - генератор синхроимпульсов;

4 - синхронизатор;

5 - схема "НЕ";

6¹, 6² - ключи;

7 - сумматор;

8 - перемножитель;

9 - генератор несущего колебания;

10 - фазовращатель на (на π),

где f₀ - частота несущего колебания.

Устройство-прототип содержит генератор несущего колебания 9, выход которого соединен с сигнальным входом ключа 6¹ и через фазовращатель 10 с сигнальным входом ключа 6², управляющий вход которого соединен через схему "НЕ" 5 с управляющим входом ключа 6¹ и с выходом генератора ПСП 2, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 1. Выходы ключей 6¹ и 6² соединены с соответствующими входами сумматора 7, выход которого через перемножитель 8 соединен с выходом устройства. Выход генератора синхроимпульсов 3 соединен с входом синхронизации генератора ПСП 2 и со вторым входом синхронизатора 4, первый вход которого является входом сигнала информации, а выход соединен со вторым входом перемножителя 8.

Данная схема полностью эквивалентна приведенной на рис.1.7а книги (Л.Е.Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985) с учетом того, что элементы устройства-прототипа - схема "НЕ" 5, ключи 6¹, 6², сумматор 7 и фазовращатель 10, в сущности, образуют схему перемножителя I ПСП с элементами ±1 и синусоидального колебания с выхода генератора несущего колебания 9.

Работа устройства-прототипа происходит следующим образом.

Генератор несущего колебания 9 вырабатывает синусоидальное колебание с частотой f₀, которое поступает на ключ 6¹ и через фазовращатель 10 на ключ 6² со сдвигом фазы на π. Генератор тактовых импульсов 1 обеспечивает работу генератора ПСП 2, вырабатывающего бинарную псевдослучайную последовательность, которая положительным потенциалом (+1) отпирает ключ 6¹. Отрицательный (или нулевой) потенциал инвертируется в схеме "НЕ" 5 и отпирает ключ 6 (при этом ключ 6¹ заперт). Ключи 6¹, 6² пропускают отрезки синусоидального колебания с фазами, соответственно равными 0 и π. В результате на выходе сумматора 7 формируется бинарный фазоманипулированный (ФМн) сигнал-переносчик, который перемножается в перемножителе 8 с бинарным информационным сигналом.

"Привязка" импульсов информационного сигнала к определенной фазе ПСП осуществляется синхроимпульсами, вырабатываемыми генератором 3, которые устанавливают в заданное состояние генератор ПСП 2 и задают фронты импульсов информационного сигнала в синхронизаторе 4.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, состоит в повышении скрытности и разведзащищенности формируемого СФМнС и достигается тем, что в устройство для формирования сложного фазоманипулированного сигнала, содержащее генератор несущего колебания, выход которого соединен с сигнальным входом первого ключа и с входом первого фазовращателя, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через перемножитель соединен с выходом устройства, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход синхронизации соединен с выходом генератора синхроимпульсов и со вторым входом синхронизатора, первый вход которого является входом сигнала информации, а выход соединен со вторым входом перемножителя, согласно изобретению введены блок коммутации, М дешифраторов, М-2 ключа, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, М-2 фазовращателей, блок задержек ПСП, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора ПСП, вход синхронизации которого соединен с установочным входом блока задержек ПСП, тактовый вход генератора ПСП соединен с входом тактовых импульсов блока задержек ПСП, 2log₂M прямых и инверсных выходов которого соединены с соответствующими входами блока коммутации, Mlog₂M выходов которого соединены с соответствующими log₂M входами каждого из М дешифраторов, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих М ключей, сигнальные входы третьего... М-го ключей соединены с соответствующими выходами второго... (М-1)-го фазовращателей, причем входы всех (М-1) фазовращателей объединены и соединены с выходом генератора несущего колебания.

Предлагаемый способ формирования СФМнС может быть реализован в устройстве, функциональная схема которого приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - генератор тактовых импульсов;

2 - генератор ПСП;

3 - генератор синхроимпульсов;

4 - блок задержек ПСП;

5 - блок коммутации;

6 - синхронизатор;

7¹...7^M - дешифраторы;

8¹...8^M - ключи;

9 - сумматор;

10 - перемножитель;

12 - генератор несущего колебания;

I - блок фазовращателей 11¹...11^M-1.

Предлагаемое устройство содержит генератор несущего колебания 12, выход которого соединен с сигнальным входом ключа 8¹ и с объединенными входами всех фазовращателей 11¹...11^M-1, выходы которых соединены с сигнальными входами ключей 8²...8^M соответственно. Выходы ключей 8¹...8^M соединены с соответствующими входами сумматора 9, выход которого через перемножитель 10 соединен с выходом устройства. Тактовый вход генератора ПСП 2 соединен с выходом генератора тактовых импульсов 1 и с входом тактовых импульсов блока задержек ПСП 4, 2log₂M прямых и инверсных выходов которого соединены с соответствующими входами блока коммутации 5, Mlog₂M выходов которого соединены с соответствующими log₂M входами каждого из М дешифраторов 7¹...7^M, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих ключей 8¹...8^M. Выход генератора синхроимпульсов 3 соединен с входом синхронизации генератора ПСП 2, с установочным входом блока задержек ПСП 4 и со вторым входом синхронизатора 6, первый вход которого является входом сигнала информации, а выход соединен со вторым входом перемножителя 10. Выход генератора ПСП 2 соединен с сигнальным входом блока 4.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Генератор несущего колебания 12 вырабатывает синусоидальное колебание с частотой f₀, которое поступает на ключ 8¹ и на объединенный вход фазовращателей 11¹...11^M-1. С выходов фазовращателей 11¹...11^M-1 на ключи 8²...8^M подаются синусоидальные колебания с начальными фазами соответственно . Генератор тактовых импульсов 1 обеспечивает работу генератора ПСП 2 и блока задержек ПСП 4. Поступающая на сигнальный вход блока 4 ПСП задерживается в нем на 0,1,2,...log₂M тактов. Задержанные копии ПСП выделяются на log₂M парах выходов блока 4 (на каждом выходе пары выделяется прямая или инверсная копия ПСП). Блок коммутации 5 служит для подключения входов дешифраторов 7¹...7^M к соответствующим выходам блока 4. Переключатели в блоке коммутации 5 подключают к входам соответствующих дешифраторов 7¹...7^M либо прямой, либо инверсный выход триггеров из блока задержек ПСП 4. Ключи 8¹...8^M по одному отпираются сигналами с выходов дешифраторов 7¹...7^M. В результате на выходе сумматора 9 формируется М-фазный ФМн сигнал-переносчик, который перемножается в перемножителе 10 с бинарным сигналом информации. По синхроимпульсам, вырабатываемым генератором 3, происходит "привязка" фронтов импульсов сигнала информации в синхронизаторе 6 к определенному состоянию генератора ПСП 2.

Обычно к новым сигналам предъявляется требование, чтобы они принимались приемниками старого парка без их переделки. Будем считать, что в передатчиках старого парка бинарный ФМн сигнал-переносчик формируется путем перемножения синусоидального несущего колебания, поступающего с выхода генератора 12, с ПСП, вырабатываемой генератором 2. Тогда значению (+1) ПСП должны соответствовать векторы элементов М-фазного ФМн сигнала-переносчика, расположенные в верхней полуплоскости, а значению (-1) - в нижней полуплоскости (фиг.3).

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы дешифраторы 7¹...7^M вырабатывали соответствующие отпирающие сигналы для ключей 8¹...8^M.

Для определенности будем рассматривать сигналы со значениями М=2^k, где k=3,4..., в которых значения М можно получить из log²M=kПСП.

Пусть М=8. Тогда на входы дешифраторов 7¹...7^M достаточно подать три ПСП, в результате чего равновероятны следующие комбинации элементов ПСП:

1 1 -1 → 45°;

1 -1 1 → 90°;

-1 1 1 →270°;

1 1 1 → 0°;

-1 -1 -1 → 180°;

1 -1 -1 → 315°;

-1 1 -1 → 135°;

-1-1 1 → 225°,

которым можно поставить в соответствие определенные значения начальных фаз пропускаемых радиоимпульсов, обозначенные справа.

Данный многофазный СФМнС можно принимать соответствующим приемником бинарного СФМнС. При этом потери составляют

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет формировать многофазный СФМнС, обеспечивающий повышенную структурную скрытность, который может приниматься как бинарный СФМнС приемниками старого парка.

Блок задержек ПСП 4 может быть выполнен в виде регистра сдвига (фиг.4), начальная установка триггеров которого осуществляется соответствующим подключением входов R или S к шине "Установка".

Блок коммутации 5 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.5. Он служит для подключения входов дешифраторов 7¹...7^M к соответствующим выходам блока 4. Переключатели в блоке коммутации 5 подключают к входам соответствующих дешифраторов 7¹...7^M либо прямой, либо инверсный выход триггеров из блока задержек ПСП 4.

Блок фазовращателей I может быть выполнен на линии задержки с отводами через время ΔT (фиг.6), причем , .

На i-м отводе линии задержки фаза синусоидального колебания с частотой f₀ равна

i=1,...M-1.

В устройстве-прототипе время задержки линии составляет .

При этом фаза выходного колебания равна .

Устройство для формирования сложного фазоманипулированного сигнала, содержащее генератор несущего колебания, выход которого соединен с сигнальным входом первого ключа и с входом первого фазовращателя, выход которого соединен с сигнальным входом второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через перемножитель соединен с выходом устройства, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход синхронизации соединен с выходом генератора синхроимпульсов и со вторым входом синхронизатора, первый вход которого является входом сигнала информации, а выход соединен со вторым входом перемножителя, отличающееся тем, что в него введены блок коммутации, М дешифраторов, М-2 ключа, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, М-2 фазовращателей, блок задержек ПСП, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора ПСП, вход синхронизации которого соединен с установочным входом блока задержек ПСП, тактовый вход генератора ПСП соединен с входом тактовых импульсов блока задержек ПСП, 2log₂M прямых и инверсных выходов которого соединены с соответствующими входами блока коммутации, Mlog₂M выходов которого соединены с соответствующими log₂M входами каждого из М дешифраторов, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих М ключей, сигнальные входы третьего,... М-го ключей соединены с соответствующими выходами второго,... (М-1)-го фазовращателей, причем входы всех (М-1) фазовращателей объединены и соединены с выходом генератора несущего колебания.