Способ повышения скрытности передачи группы бинарных полезных сигналов, манипулированных по амплитуде, фазе или частоте

Способ повышения скрытности передачи группы бинарных полезных сигналов, манипулированных по амплитуде, фазе или частоте

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи, предназначенных для функционирования в условиях радиоэлектронной борьбы (РЭБ), когда передача сигналов сопровождается их разведкой и подавлением со стороны противника.

Надежность передачи информации в условиях РЭБ существенно зависит от энергетической и структурной скрытности применяемых сигналов. В настоящее время широко известны способы передачи цифровой информации при помощи бинарных сигналов, манипулированных по амплитуде, фазе или частоте, которые имеют недостаточно высокую скрытность, особенно при незначительном удалении от передатчика.

Скрытность передачи бинарных манипулированных сигналов может быть повышена за счет дополнительно излучаемых маскирующих сигналов.

Известен "Способ маскировки передаваемого сообщения" (Заявка ФРГ №OS 3605350, Н 04 К 1/02, 1987 г.), согласно которому на передающей стороне на полезный сигнал синхронно накладывается маскирующий сигнал, не несущий информации, закон формирования которого известен, поэтому на приемной стороне он может быть отделен от полезного сигнала. Но при этом маскируется лишь один полезный сигнал, что является недостатком этого способа.

Известен также способ передачи замаскированного сигнала (Э.В.Кальянов. Передача информации при использовании кодирования маскирующих хаотических колебаний. - Радиотехника и электроника, 2002, т.47, №4, рис.1, стр.469), который заключается в следующем.

В передатчике совмещают формирование полезного и маскирующего сигналов, при этом используют двухканальную передачу: по второму каналу передают только маскирующий сигнал, а по первому - этот же сигнал, преобразованный по амплитуде и фазе, суммированный с полезным сигналом. На входе "своего" приемника включен помехоподавляющий блок, в котором маскирующий сигнал, переданный по второму каналу, подвергают преобразованию, аналогичному преобразованию в передатчике, и вычитают его из суммарного сигнала, переданного по первому каналу. В результате устранения маскирующего сигнала остается только полезный сигнал. На входе "чужого" приемника будет действовать сумма полезного и маскирующего сигналов, т.е. структура полезного сигнала будет скрыта.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет замаскировать сигнал только одного передатчика, хотя часто требуется маскировка группы "своих" передатчиков.

Наиболее близким к предлагаемому способу является "Способ повышения скрытности передачи группы узкополосных сигналов" (Патент РФ №2232475, приоритет 10.04.2003 г., опубл. 10.07.2004 г., Бюллетень №19), принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в следующем.

Излучают группу полезных сигналов независимо от маскирующего, а излучение маскирующего сигнала осуществляют в диапазоне частот всей группы полезных сигналов. Маскирующий сигнал формируют из узкополосного сигнала путем расширения его спектра за счет частотной или фазовой модуляции, закон которой известен "своим" приемникам. В "своих" приемниках преобразуют все входные, в том числе и маскирующий, сигналы таким образом, что спектр маскирующего сигнала сужают, а спектры остальных входных сигналов расширяют, далее маскирующий сигнал режектируют, а затем восстанавливают остальные входные сигналы.

Однако способ-прототип, основанный на подавлении маскирующего сигнала в помехоподавляющем блоке методом режекции, имеет следующие недостатки:

- во-первых, для уменьшения искажений полезных сигналов из-за режекции полосу режекции необходимо сокращать, а свернутый спектр маскирующего сигнала необходимо приближать к δ-функции. Известно, что таким спектром обладает немодулированное синусоидальное колебание. Однако, проходя через полосовые фильтры, маскирующий сигнал приобретает паразитную модуляцию, которая не устраняется в блоке свертки спектра, в результате чего спектр маскирующего сигнала на выходе данного блока имеет боковые составляющие, которые не режектируются, образуя на выходе вторичные (остаточные) маскирующие помехи;

- во вторых, в общем случае затруднительно восстановление исходной формы маскируемых полезных сигналов, т.е. достижения равенства

F{F[S(t)]}≡S(t),

где F(...) - оператор модуляции (расширения спектра).

Для устранения отмеченных недостатков в способе, заключающемся в независимом излучении каждого полезного сигнала и широкополосного маскирующего сигнала, их суммировании и последующем подавлении маскирующего сигнала при приеме, причем излучение маскирующего сигнала осуществляют в диапазоне частот всей группы полезных сигналов, согласно изобретению широкополосный маскирующий сигнал имеет значение несущей частоты, кратное величине, обратной длительности одного элемента полезной цифровой информации, и периодическую структуру во времени с периодом, кратным длительности одного элемента полезной цифровой информации, передаваемой при помощи бинарных сигналов, манипулированных по амплитуде (АМн), частоте (ЧМн) или фазе (ФМн) и имеющих значения несущих частот (для случая ЧМн - манипулируемых частот), кратные величине, обратной длительности одного элемента полезной цифровой информации, подавление маскирующего сигнала в "своих" приемниках осуществляют методом компенсации с задержкой, для чего задерживают входную смесь сигналов на время, равное периоду широкополосного маскирующего сигнала, а затем вычитают ее из незадержанной смеси сигналов, а возникающие в результате компенсации искажения полезных сигналов устраняют в блоках восстановления сигналов, включенных на выходах "своих" приемников.

Чертежи, представленные в заявке:

Фиг.1 - Функциональная схема системы связи, реализующая предлагаемый способ.

Фиг.2 - Функциональная схема блока подавления маскирующего сигнала (БПМС) I.

Фиг.3 - Функциональная схема блока восстановления сигнала (БВС) II.

Фиг.4 - Количество спектральных составляющих маскирующего сигнала в полосах пропускания приемников полезных сигналов.

Фиг.5 - Форма периодического широкополосного маскирующего сигнала на входе приемника при различных интервалах развертки (а, б).

Фиг.6 - Форма маскирующего сигнала на выходе помехоподавляющего блока после режекции (прототип) при различных интервалах развертки (а, б).

Фиг.7 - Форма маскирующего сигнала на выходе БПМС I (предлагаемый способ) при различных интервалах развертки (а, б).

Фиг.8 - Форма исходного полезного информационного видеосигнала, передаваемого в канале связи.

Фиг.9 - Форма ФМн сигнала на входе приемника 4¹ (а), на выходе БПМС I (б) и на выходе приемника 4¹ (в).

Фиг.10 - Форма АМн сигнала на входе приемника 4¹ (а), на выходе БПМС I (б) и на выходе приемника 4¹ (в).

Фиг.11 - Форма ЧМн сигнала на входе приемника 4¹ (а), на выходе БПМС I (б) и на выходе приемника 4¹ (в).

Фиг.12 - Форма сигнала на входе БВС II.

Фиг.13 - Форма сигнала на выходе диодного моста БВС II.

Фиг.14 - Форма сигнала на выходе инвертирующего усилителя постоянного тока БВС II.

Фиг.15 - Форма сигнала на выходе сумматора БВС II.

Фиг.16 - Форма сигнала на выходе устройства временной задержки БВС II.

Фиг.17 - Форма сигнала на выходе перемножителя БВС II.

Фиг.18 - Форма сигнала на выходе фильтра низких частот БВС II.

Фиг.19 - Форма сигнала на выходе решающего устройства БВС II.

Функциональная схема системы связи, в которой реализуется предлагаемый способ, приведена на фиг.1, где обозначено:

I - блок подавления маскирующего сигнала (БПМС);

II - блок восстановления сигнала (БВС);

1¹ - один из группы передатчиков полезных сигналов;

1² - передатчик периодического широкополосного маскирующего сигнала;

2¹, 2² - линии (каналы) связи;

3¹, 3² - приемные антенны, суммирующие приходящие сигналы;

4¹ - один из приемников "своей" радиолинии;

4² - приемник "чужой" радиолинии.

В этой системе в качестве примера представлена одна "своя" радиолиния, которых может быть несколько, состоящая из передатчика полезного сигнала 1¹, линии связи (радиоэфира) 2¹, приемной антенны 3¹, блока подавления маскирующего сигнала (БПМС) I, "своего" приемника 4¹ и блока восстановления сигнала (БВС) II.

«Чужой» приемник 4², играющий роль разведприемника, принимает смесь сигналов с выхода приемной антенны 3².

Передатчик периодического широкополосного маскирующего сигнала I², по сути, является передатчиком заградительной помехи, которая кроме маскировки сигналов в своей полосе частот может подавлять "чужие" приемники.

Усилитель мощности и передающая антенна не имеют принципиального значения, поэтому на фиг.1 не показаны.

Работа этой радиосистемы происходит следующим образом.

Длительность одного элемента полезной цифровой информации, передаваемой при помощи бинарных сигналов, манипулированных по амплитуде, частоте или фазе, равна Т. Периодический широкополосный маскирующий сигнал, представляющий собой последовательность повторяющегося во времени сегмента произвольного широкополосного колебания длительностью n·Т (где n - величина кратности), имеющего значение несущей частоты N/T (где N - величина кратности), с выхода передатчика 1 попадает на приемные антенны 3¹, 3² "своей" 2¹ и "чужой" 2² радиолиний. Приемная антенна 3² соединена с входом "чужого" приемника 4². В антеннах 3¹ и 3² маскирующий сигнал суммируется с другими сигналами, в том числе полезным сигналом, излучаемым передатчиком 1¹.

Значения несущих частот полезных сигналов (для случая ЧМн - манипулируемых частот) должны быть равны значениям М/Т (где M=(N±m) - величина кратности, m=0, 1, 2... - целое положительное число, m<N). В этом случае все полезные сигналы, находящиеся в полосе частот маскирующего сигнала, оказываются замаскированными спектральными составляющими последнего, количество которых в полосах пропускания приемников полезных сигналов равно n - при n нечетном и равно (n-1) - при n четном. На фиг.4 показаны примеры для n=2, 3, 4, 5.

Подавление маскирующего сигнала в "своем" приемнике 4¹ осуществляется методом компенсации с задержкой в БПМС I, включенном на входе приемника 4¹, для чего задерживают входную смесь сигналов на время, равное периоду широкополосной помехи, а затем вычитают ее из незадержанной смеси сигналов.

Устранение появляющихся в результате компенсации с задержкой искажений полезного сигнала осуществляется в блоке восстановления сигнала (БВС) II, включенном на выходе "своего" приемника 4¹.

На входе "чужого" приемника 4² все маскируемые полезные сигналы оказываются подавленными мощными спектральными составляющими маскирующего сигнала, вследствие чего их прием и обработка становятся невозможными.

Функциональная схема блока подавления маскирующего сигнала (БПМС) I приведена на фиг.2, где обозначено:

11 - входной широкополосный фильтр;

12 - устройство задержки сигнала на величину n·Т;

13 - устройство вычитания.

БПМС I содержит входной широкополосный фильтр 11, вход которого является входом БПМС I, а выход соединен со вторым входом устройства вычитания 13 и через устройство задержки сигнала на величину n·Т 12 с его первым входом, причем выход устройства вычитания 13 является выходом БПМС I.

Полоса входного широкополосного фильтра 11 БПМС I согласована с полосой частот маскирующего сигнала.

Задачей, которую решает блок I, является подавление периодического широкополосного маскирующего сигнала посредством задержки принимаемой смеси сигналов на время, равное периоду n·Т повторения сегмента маскирующего сигнала и последующего вычитания задержанного сигнала из незадержанной смеси. Задержка осуществляется в устройстве задержки 12.

На выходе устройства вычитания 13 и, следовательно, на выходе БПМС I происходит компенсация (устранение) маскирующего сигнала из входной смеси сигналов.

Замена режекции маскирующего сигнала компенсацией с задержкой позволяет увеличить его подавление, что подтверждается проведенным компьютерным моделированием, результаты которого приведены на фиг.5-7.

На фиг.5а и 5б показаны осциллограммы маскирующего сигнала на входах помехоподавляющего блока с режекцией (прототип) и БПМС с компенсацией с задержкой (предлагаемый способ) при различных интервалах развертки (фиг.5а - 1000 мкс, фиг.5б - 7 мкс), а на фиг.6а, 6б и 7а, 7б - аналогичные осциллограммы на выходах помехоподавляющего блока с режекцией и БПМС с компенсацией с задержкой соответственно.

Приведенные результаты показывают, что подавление маскирующего сигнала в БПМС I с компенсацией с задержкой значительно (на 30 дБ и более) выше, чем в помехоподавляющем блоке с режекцией.

Однако замена режекции маскирующего сигнала компенсацией с задержкой приводит к искажению полезного сигнала в блоке подавления маскирующего сигнала I, что подтверждается проведенным компьютерным моделированием, результаты которого для случая n=1, Т=0,00004 с, N=400, М=396 (m=4) приведены на фиг.8-11.

На фиг.8 показан пример осциллограммы исходного полезного информационного видеосигнала, передаваемого в канале связи.

На фиг.9 (а, б, в), 10 (а, б, в), 11 (а, б, в) показаны осциллограммы сигналов (а - на входах "своих" приемников 4¹, б - на выходах БПМС I, в - на выходах "своих" приемников 4¹ для ФМн, АМн и ЧМн сигналов соответственно.

Из фиг.9в, 10в, 11в видно, что искажения формы сигналов на выходах приемников 4¹ ФМн, АМн и ЧМн сигналов идентичны, поэтому для восстановления исходного полезного информационного видеосигнала (фиг.8) требуется одинаковое устройство.

Блок восстановления сигнала (БВС) II может быть выполнен, например, в виде схемы, приведенной на фиг.3, где обозначено:

21 - сумматор;

22 - диодный мост;

23 - фильтр низких частот;

24 - устройство временной задержки на время n·Т;

25 - инвертирующий усилитель постоянного тока с коэффициентом передачи, равным 1;

26 - решающее устройство;

27 - перемножитель.

БВС II содержит сумматор 21, первый вход которого объединен с входом диодного моста 22 и является входом БВС II. Выход сумматора 21 соединен с входами устройства временной задержки на время n·Т 24 и фильтра низких частот 23, выход которого через решающее устройство 26 соединен с выходом БВС II. Выход устройства временной задержки на время n·Т 24 соединен с первым входом перемножителя 27, выход которого соединен со вторым входом сумматора 21. Выход диодного моста 22 через инвертирующий усилитель постоянного тока 25 с коэффициентом передачи, равным 1, соединен со вторым входом перемножителя 27.

Задачей, которую решает блок БВС II, является устранение возникающих в результате компенсации с задержкой искажений полезного сигнала, т.е. восстановление полезного сигнала до вида, соответствующего исходному информационному сигналу (фиг.8).

Решение этой задачи в БВС II осуществляется за счет выделения "потерянной" в блоке подавления маскирующего сигнала I части полезного сигнала, которая при сложении с искаженным полезным сигналом восстанавливает его форму.

С этой целью входной сигнал БВС II подвергается операции вычисления его модуля с последующей инверсией. Полученный сигнал, будучи перемноженным с задержанным на время n·Т восстановленным сигналом, представляет собой не что иное, как "потерянную" в БПМС I часть полезного сигнала, которая по цепи обратной связи подается на сумматор 21, где складывается с входным сигналом БВС II.

Таким образом, входной искаженный полезный сигнал подается одновременно на первый вход сумматора 21 и вход диодного моста 22, который осуществляет функцию вычисления модуля сигнала. С выхода диодного моста 22 сигнал поступает на вход инвертирующего усилителя постоянного тока 25 с коэффициентом передачи, равным 1, осуществляющего инверсию модуля сигнала без изменения его максимального значения. С выхода сумматора 21 восстановленный сигнал подается одновременно на устройство временной задержки на время n·Т 24 и фильтр низких частот 23. Задержанный сигнал перемножается с сигналом с выхода инвертирующего усилителя постоянного тока в блоке 27. Сигнал с выхода перемножителя 27 складывается в сумматоре 21 с входным искаженным полезным сигналом БВС, формируя на выходе блока 21 восстановленный сигнал, высокочастотные составляющие которого подавляются в фильтре низких частот 23, что повышает надежность работы решающего устройства 26, выполняющего логическую функцию: если входной сигнал >0, то передана "единица", если входной сигнал <0, то передана "минус единица".

Сигнал на выходе решающего устройства 26 является выходным сигналом БВС II и соответствует исходному полезному информационному сигналу, показанному на фиг.8.

Функционирование БВС II поясняется осциллограммами сигналов в различных точках структуры, полученных в результате проведенного компьютерного моделирования для случая Т=0,00004 с (фиг.12-19).

Способ повышения скрытности передачи группы бинарных полезных сигналов, манипулированных по амплитуде, фазе или частоте, заключающийся в независимом излучении каждого полезного сигнала и широкополосного маскирующего сигнала, их суммировании и последующем подавлении маскирующего сигнала при приеме, причем излучение маскирующего сигнала осуществляют в диапазоне частот всей группы полезных сигналов, отличающийся тем, что широкополосный маскирующий сигнал имеет значение несущей частоты, кратное величине, обратной длительности одного элемента полезной цифровой информации и периодическую во времени структуру с периодом, кратным длительности одного элемента полезной цифровой информации, передаваемой при помощи бинарных сигналов, манипулированных по амплитуде, частоте или фазе и имеющих значения несущих частот (для случая частотной манипуляции - манипулируемых частот), кратные величине, обратной длительности одного элемента полезной цифровой информации, подавление маскирующего сигнала в "своих" приемниках осуществляют методом компенсации с задержкой, для чего задерживают входную смесь сигналов на время, равное периоду широкополосного маскирующего сигнала, а затем вычитают ее из не задержанной смеси сигналов, а возникающие в результате компенсации искажения полезных сигналов устраняют в блоках восстановления сигналов, включенных на выходах "своих" приемников.