Аппаратура для передачи дискретной и аналоговой информации

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи информации. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности помехоустойчивой и скрытной передачи информации, маскирование узкополосного сигнала и увеличение объема передаваемой информации. Результат достигается благодаря тому, что в заданной частотной полосе, предназначенной для передачи аналогового сигнала с применением узкополосных методов модуляции, передается дополнительная цифровая информация с использованием широкополосного фазоманипулированного сигнала. Аппаратура содержит усилитель низкой частоты, модулятор, возбудитель, усилитель мощности, передающую антенну, два синтезатора частот, приемную антенну, усилитель высокой частоты, тракт промежуточных частот, формирователь и приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, два элемента задержки, коммутатор, четыре перемножителя, режекторный фильтр, два сумматора, демодулятор. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи информации.

Известна аппаратура для передачи информации, описанная в серийно выпускаемых радиостанциях Р-168-2,5, Р-159, принцип работы которых изложен в технических описаниях "Радиостанция P-168-2,5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации", "Радиостанция Р-159". Техническое описание и инструкция по эксплуатации", недостатком которых является низкая помехоустойчивость и скрытность.

Наиболее близкой к предлагаемой аппаратуре является радиостанция P-163-50K, описанная в "Радиостанция Р-163-50К. Техническое описание и инструкция по эксплуатации", недостатком которой является низкая помехоустойчивость и скрытность.

Структурная схема прототипа показана на фиг.1, где приведены следующие обозначения: 1 - усилитель низкой частоты; 2 - модулятор; 3 - возбудитель; 4 - усилитель мощности; 5 - передающая антенна; 6 - первый синтезатор частот; 7 - приемная антенна; 6 - усилитель высокой частоты; 9 - тракт промежуточных частит;
10 - второй синтезатор частот;
11 - демодулятор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

Передающая часть содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты 1, вход которого является первым информационным входом аппаратуры, выходом присоединенный к первому сигнальному входу модулятора 2, выходом присоединенный к первому сигнальному входу возбудителя 3, усилитель мощности 4 и передающую антенну 5, а также первый синтезатор частот 6, первый выход которого соединен с вторым опорным входом модулятора 2, а второй и третий выходы первого синтезатора частот 6 соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя 3 соответственно. Приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну 7, усилитель высокой частоты 8, выходом присоединенный к первому сигнальному входу тракта промежуточных частот 9, выход которого соединен с входом демодулятора 11, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры, и, кроме того, второй синтезатор частот 10, первый и второй выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами тракта промежуточных частот 9 соответственно.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Аналоговая речевая информация поступает на вход блока 1, где усиливается. С выхода блока 1 она поступает на первый сигнальный вход блока 2, на второй опорный вход которого поступает гармоническое колебание с первого выхода блока 6, которое модулируется (по частоте, фазе или амплитуде) с аналоговым сигналом, поступающим от блока 1. С выхода блока 2 сигнал, промодулированный речевой информацией, поступает на первый сигнальный вход блока 3, на второй и третий опорные входы которого поступают гармонические колебания разных частот от блока 6. В блоке 3 с их использованием осуществляется перенос модулированного колебания сначала на первую, а затем на вторую промежуточную частоту, которая, являясь выходной частотой, усиливается в блоке 4 по мощности и излучается передающей антенной 5.

В приемной части аппаратуры сигнал с выхода приемной антенны 7 подается на блок 8, где усиливается, после чего поступает на первый сигнальный вход блока 9, на второй и третий опорные входы которого подаются гармонические колебания от блока 10. С использованием этих напряжений в блоке 9 осуществляется преобразование сигнала сначала на первую, а затем на вторую промежуточные частоты. Сигнал на второй промежуточной частоте с выхода блока 9 подается на блок 11, где после демодуляции поступает на выход приемной части аппаратуры.

Недостатком прототипа является малый объем передаваемой информации и низкая помехоустойчивость передач.

Для устранения указанных недостатков в аппаратуру для передачи дискретной и аналоговой информации, содержащую в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом присоединенный к первому сигнальному входу модулятора, второй опорный вход которого соединен с первым выходом первого синтезатора частот, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя, выход которого через усилитель мощности соединен с входом передающей антенны, в приемной части - последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты и тракт промежуточных частот, второй и третий опорные входы которого соединены с первым и вторым выходами второго синтезатора частот соответственно, и демодулятор, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры; в передающую часть введены первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом модулятора, и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым сигнальным входом возбудителя. В приемную часть введены последовательно соединенные первый элемент задержки, первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, а также коммутатор, приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, третий и четвертый перемножители, второй сумматор и второй элемент задержки, причем второй сигнальный вход коммутатора соединен с выходом второго перемножителя, а первый сигнальный вход коммутатора соединен с входом первого элемента задержки, с выходом тракта промежуточных частот и с сигнальным входом приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала, первый выход которого соединен с третьим управляющим входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора. Третий и четвертый выходы приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены соответственно с первым сигнальным и вторым опорным входами третьего перемножителя, а пятый и шестой выходы приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены соответственно с первым сигнальным и вторым опорным входами четвертого перемножителя. При этом выходы третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен с вторым опорным входом первого перемножителя и через второй элемент задержки соединен с вторым опорным входом второго перемножителя. Кроме того, второй выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала является вторым информационным выходом аппаратуры.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - усилитель низкой частоты;
2 - модулятор;
3 - возбудитель;
4 - усилитель мощности;
5 - передающая антенна;
6 - первый синтезатор частот;
7 - приемная антенна;
8 - усилитель высокой частоты;
9 - тракт промежуточных частот;
10 - второй синтезатор частот;
11 - приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала;
12 и 13 - первый и второй элементы задержки;
14 - коммутатор;
15 - формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала;
16, 18, 19 и 20 - первый, второй, третий и четвертый перемножители;
17 - режекторный фильтр;
21 и 22 - первый и второй сумматоры;
23 - демодулятор.

Предлагаемая аппаратура имеет следующие функциональные связи.

Передающая часть содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты 1, вход которого является первым информационным входом аппаратуры, выходом присоединенный к первому сигнальному входу модулятора 2, выходом присоединенный к первому входу первого сумматора 21, выходом присоединенный к первому сигнальному входу возбудителя 3, выход которого через усилитель мощности 4 соединен с входом передающей антенны 5, а также формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала 15, вход которого является вторым информационным входом аппаратуры, выходом присоединенный к второму входу первого сумматора 2l, и, кроме того, первый синтезатор частот 6, первый выход которого соединен с вторым опорным входом модулятора 2, а второй и третий выходы первого синтезатора частот 6 соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя 3 соответственно. Приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну 7 и усилитель высокой частоты 8, выходом присоединенный к первому сигнальному входу тракта промежуточных частот 9, второй и третий опорные входы которого соединены с первым и вторым выходами второго синтезатора частот 10 соответственно. Выход тракта промежуточных частот присоединен к сигнальному входу приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала 11, к первому сигнальному входу коммутатора 14 и к последовательно соединенным первому элементу задержки 12, первому перемножителю 16, режекторному фильтру 17 и второму перемножителю 18, выход которого соединен с вторым сигнальным входом коммутатора 14, выход которого соединен с входом демодулятора 23, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры. При этом третий выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала 11 соединен с первым сигнальным входом третьего перемножителя 19, второй опорный вход которого соединен с четвертым выходом приемника 11, пятый выход которого соединен с первым сигнальным входом четвертого перемножителя 20, второй опорный вход которого соединен с шестым выходом приемника 11, второй выход которого является вторым информационным выходом аппаратуры. Выходы третьего 19 и четвертого 20 перемножителей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 22, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя 16 и с входом второго элемента задержки 13, выход которого соединен с вторым опорным входом второго перемножителя 18. Первый выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала 11 соединен с третьим управляющим входом коммутатора 14.

Передающая часть аппаратуры работает следующим образом.

Аналоговый речевой сигнал подается на блок 1, где усиливается. С выхода блока 1 усиленный речевой сигнал подается на блок 2, где он модулирует гармонический сигнал, поступающий с первого выхода блока 6. Колебание, модулированное информационным речевым сигналом, подается на первый вход блока 21, на второй вход которого поступает широкополосный фазоманипулированный сигнал с выхода блока 15. На вход блока 15 поступает низкоскоростной цифровой сигнал.

В блоке l5 формируется широкополосный фазоманипулированный сигнал, предназначенный для передачи цифровой информации, при этом ширина спектра его равна ширине спектра модулированного речевой информацией сигнала на выходе блока 2. Оба сигнала суммируются в блоке 2l, суммарный сигнал переносится с выхода блока 2l, подается на блок 3, где переносится сначала на первую промежуточную частоту, а затем на выходную частоту в блоке 3 с использованием гармонических колебаний, поступающих на второй и третий опорные входы блока 3. Суммарный сигнал на выходной частоте усиливается по мощности в блоке 3 и излучается блоком 5.

В приемной части аппаратуры суммарный входной сигнал поступает на блок 7, далее усиливается в блоке 8, преобразуется сначала на первую, а затем на вторую промежуточную частоту в блоке 9 с использованием гармонических сигналов гетеродинов, поступающих на второй и третий опорные входы блока 9 с первого и второго выходов блока 10 соответственно. С выхода блока 9 суммарный сигнал на второй промежуточной частоте поступает одновременно на первый сигнальный вход блока 14 и на первый сигнальный вход блока 11, а на второй сигнальный вход блока 14 - через последовательно соединенные блоки 12, 16, 17, 18.

В блоке 11 осуществляются вхождение в синхронизм с широкополосным фазоманипулированным сигналом, его корреляционная обработка и демодуляция. Демодулированный цифровой сигнал с второго выхода блока 11 подается на второй информационный выход устройства. Команда "Сигнал синхронизации", формируемая блоком 11 и свидетельствующая о вхождении в синхронизм блока 11 с входным широкополосным фазоманипулированным сигналом, с его первого выхода подается на управляющий вход блока 14. При отсутствии синхронизма в блоке 11 команда "Сигнал синхронизации" принимает значение "0". В этом случае к выходу блока 14 подключается его первый сигнальный вход, при этом входной сигнал, преобразованный на вторую промежуточную частоту, подается непосредственно на вход блока 23 и после демодуляции в нем поступает на первый информационный выход устройства.

Наличие команды "0" на первом выходе блока 11 соответствует либо отсутствию передачи широкополосного фазоманипулированного сигнала (на блок 15 не подано напряжение питания), либо отсутствию синхронизма в блоке 11. При появлении команды "1" на первом выходе блока 11 блок 14 обеспечивает подключение к своему выходу своего второго сигнального входа. В этом случае сигнал на второй промежуточной частоте поступает на вход блока 18 через блоки 12, 16, 17, l8, в которых с использованием копии (оценки) широкополосного фазоманипулированного сигнала осуществляется режекция из входной смеси широкополосного фазоманипулированного сигнала, за счет чего исключается его влияние при демодуляции узкополосного сигнала. Режекция широкополосного фазоманипулированного сигнала из входной смеси осуществляется следующим образом.

В блоке 16 входная смесь перемножается с копией широкополосного фазоманипулированного сигнала, синхронной с широкополосным фазоманипулированным сигналом во входной смеси, формируемой на выходе блока 22. Результат свертки режектируется узкополосным режекторным фильтром 17 и не проходит на сигнальный вход блока 18. В то же время на узкополосный модулированный сигнал из входной смеси в блоке 16 накладывается манипуляция широкополосным фазоманипулированным сигналом (за счет чего спектр его расширяется), которая затем снимается в блоке 18 за счет перемножения с тем же синхронным опорным сигналом. Малая часть расширенного спектра вырезается блоком 17. Так как в блоке 17 режектируется результат свертки широкополосного фазоманипулированного сигнала и его копии, то полоса режекции чрезвычайно узка. Поэтому влиянием блока 17 на качество выделяемого речевого сигнала можно пренебречь. Значение задержек в блоках 12 и 13 подбирается при настройке аппаратуры таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов с учетом аппаратурной задержки сигналов.

Формирование копии широкополосного фазоманипулированного сигнала осуществляется следующим образом.

Опорная псевдослучайная последовательность синхросигнала с третьего выхода блока 11 и свернутый синхросигнал (гармоническое колебание) с четвертого выхода блока 11 подаются на опорный и сигнальный входы блока 19 соответственно, где осуществляется их перемножение, за счет чего на выходе блока 19 восстанавливается (регенерируется) широкополосная фазоманипулированная синхропоследовательность, аналогичная синхропоследовательности во входной смеси. Опорная псевдослучайная последовательность, используемая при корреляционной обработке информационного сигнала, с шестого выхода блока 11 и свернутый (узкополосный) информационный сигнал (гармоническое колебание, модулированное информацией) подаются на опорный и сигнальный входы блока 20 соответственно, где за счет их перемножения происходит восстановление широкополосного фазоманипулированного информационного сигнала во входной смеси (копии широкополосных фазоманипулированных синхросигнала и информационного сигналов суммируются в блоке 22).

Блок 15 представляет собой типовой передатчик широкополосного фазоманипулированного сигнала, представляющего собой смесь широкополосных фазоманипулированных синхросигнала и информационного сигнала (и может быть выполнен так, как это представлено в а.с. 300946 МПК, Н 03 3/40, авторы В.В. Перьков и Л.А. Яковлев (передающая часть). Блок 11 представляет собой типовой приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, может быть выполнен как приемная часть аппаратуры по а.с. 300946, структурные схемы блоков 15 и 11 приведены на фиг.3 и 4 соответственно.

На фиг.3 использованы следующие обозначения:
151 - генератор несущей и тактовых частот;
152 - генератор синхропоследовательности;
153, 156 - первый и второй перемножители;
154 - сумматор;
155 - генератор информационной последовательности;
157 - фазовращатель на 90^o;
158 - фазовый манипулятор;
159 - блок фазирования.

Блок 15 содержит генератор несущей и тактовой частот 151, генератор синхропоследовательности 152, первый перемножитель 153, генератор информационной последовательности 155, второй перемножитель 156, а также блок фазирования 159, выходы которого соединены с управляющими входами блоков l52 и 155, при этом первый выход блока l5l соединен с сигнальным входом блока 153 через фазовращатель на 90^o блок 157, а с сигнальным входом блока 156 через фазовый манипулятор 158, вход которого является информационным входом блока 15.

Второй выход блока l5l соединен с входом блока 152 и входом блока 155. Выход блока 152 через блок 153 соединен с опорным входом блока 154, выход блока 155 через блок 156 соединен с сигнальным входом блока 154, выход которого является выходом блока 15.

Несущая частота в блоке l5l выбирается равной средней частоте спектра модулированного колебания на выходе блока 2, а тактовая частота (f_Т) блока 151 выбирается в соответствии с соотношением f_т=Δf_м/2, где Δf_м - полоса спектра модулированного колебания на выходе блока 2.

Блок 15 работает следующим образом.

Тактовая частота с выхода блока 151 подается одновременно на блоки 152 и 155, где с ее использованием формируются псевдослучайные последовательности синхросигнала и информационного сигнала соответственно, привязка начальных фаз которых осуществляется блоком 159. Несущая частота со второго выхода блока 151 поступает на сигнальный вход блока 153 через блок 157, где осуществляется поворот ее фазы на 90^o, а на сигнальный вход блока 156 - через блок 158, где осуществляется ее фазовая манипуляция цифровым информационным сигналом, поступающим с информационного входа блока 15. На опорный вход блока 153 поступает псевдослучайная последовательность синхросигнала, которая манипулирует несущую частоту по фазе на 0, π, поступающую на его сигнальный вход, в результате чего на выходе блока 153 формируется широкополосный фазоманипулированный синхросигнал, который подается на первый опорный вход блока 154.

На опорный вход блока 156 поступает псевдослучайная последовательность информационного сигнала, которая манипулирует по фазе на 0, π несущую частоту, поступающую на его опорный вход, в результате чего на выходе блока 156 формируется широкополосный фазоманипулированный информационный сигнал, который поступая на второй сигнальный вход блока 154, суммируется в нем с широкополосным фазоманипулированным сигналом и излучается.

Структурная схема блока 11 приведена на фиг.4.

На фиг.4 использованы следующие обозначения:
111 - блок синхронизации;
112 - генератор синхропоследовательности;
113, 115 - первый и второй перемножители;
114 - генератор информационной последовательности;
116,118 - первый и второй полосовые фильтры;
117 - фазовый детектор.

Блок 11 содержит последовательно соединенные первый перемножитель 113 и первый полосовой фильтр 116, последовательно соединенные второй перемножитель 115 и второй полосовой фильтр 118, содержит блок синхронизации 111, вход которого, объединенный с сигнальными входами блоков 113 и 115, является входом блока 11, а выход блока 111 является первым (управляющим) выходом блока 11. Выход блока 111 также соединен с управляющими входами генератора синхропоследовательности 112 и генератора информационной последовательности 114, при этом выходы блоков 112 и 114 соединены соответственно с опорными входами блока 113 и 115 и являются соответственно 3-им и 6-ым выходами блока 11. Выход блока 116, соединенный с первым опорным входом блока 117, является четвертым выходом блока 11, а выход блока 118, соединенный с сигнальным входом блока 117, является пятым выходом блока 11. Выход блока 117 является вторым (информационным) выходом блока 11 и вторым информационным выходом приемной части аппаратуры.

Блок 11 работает следующим образом.

В блоке 111 осуществляется синхронизация с широкополосным фазоманипулированным сигналом, находящимся во входной смеси. Команда "Cигнал синхронизации", вырабатываемая блоком 111, подается на управляющие входы блоков 112 и 114. При поступлении этой команды блоки 112 и 114 начинают формировать опорные псевдослучайные последовательности (синхропоследовательность и информационную последовательность соответственно), синхронные с соответствующими широкополосными фазоманипулированными сигналами (синхросигналом и информационным сигналом) во входной смеси.

В результате перемножения входных и опорных сигналов в блоке 113 осуществляется свертка синхросигнала в гармоническое колебание, которое фильтруется в блоке 116 и подается на опорный вход блока 117, а в блоке 113 осуществляется свертка широкополосного фазоманипулированного информационного сигнала в узкополосный информационный сигнал (гармоническое колебание, манипулированное цифровой информацией), который подается на сигнальный вход блока 117, где за счет фазового детектирования осуществляется выделение информационного цифрового сигнала.

Таким образом, на первый выход блока 11 поступает команда "Cигнал синхронизации", на второй его выход - цифровой информационный сигнал. С третьего выхода подается псевдослучайная синхропоследовательность, синхронная с широкополосным фазоманипулированным синхросигналом во входной смеси. С четвертого выхода подается свернутый синхросигнал (гармоническое колебание), с пятого выхода - свернутый информационный сигнал (гармоническое колебание, модулированное цифровым информационным сигналом, с шестого выхода - псевдослучайная информационная последовательность, синхронная с широкополосной фазоманипулированной информационной последовательностью во входной смеси. Указанные сигналы используются для формирования копии широкополосного фазоманипулированного сигнала, синхронной с широкополосным фазоманипулированным сигналом во входной смеси.

В прототипе обеспечивается передача информации по одному каналу с использованием узкополосных методов модуляции, при этом не обеспечивается скрытность и помехоустойчивость передачи информации.

В заявляемой аппаратуре одновременно с узкополосным сигналом в той же полосе частот Δf, выделенной для данного узкополосного канала, передается низкоскоростная цифровая информация с использованием шумоподобного фазоманипулированного сигнала, помехоустойчивость которого определяется базой (Б) сигнала, где Б = Δf/ΔF_инф
где ΔF_инф - полоса спектра передаваемого цифрового низкоскоростного сигнала.

С уменьшением скорости передачи сигнала (уменьшением ΔF_инф) при заданной полосе частот ΔF увеличивается помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Одновременно обеспечивается зашумление узкополосного речевого сигнала и невозможность его качественной демодуляции без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании шумоподобного фазоманипулированного сигнала. При этом в устройстве обеспечивается подавление широкополосного фазоманипулированного сигнала на входе демодулятора узкополосного сигнала, то есть исключается влияние двух каналов передачи сообщений на качество выделения информации в каждом из них.

Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечиваются увеличение объема передаваемой информации и повышение помехоустойчивости и скрытности передачи сообщений.

Формула изобретения

Аппаратура для передачи дискретной и аналоговой информации, содержащая в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом передающей части аппаратуры, и модулятор, второй, опорный, вход которого соединен с первым выходом первого синтезатора частот, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя соответственно, выход которого через усилитель мощности соединен с входом передающей антенны; в приемной части - последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты и тракт промежуточных частот, второй и третий опорные входы которого соединены с первым и вторым выходами второго синтезатора частот соответственно, и демодулятор, выход которого является первым информационным выходом аппаратуры, отличающаяся тем, что в передающую часть введены первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом модулятора, и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом передающей части аппаратуры, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым, сигнальным, входом возбудителя; в приемную часть введены последовательно соединенные первый элемент задержки, первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, а также коммутатор, приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, третий и четвертый перемножители, второй сумматор и второй элемент задержки, причем второй сигнальный вход коммутатора соединен с выходом второго перемножителя, а первый сигнальный вход коммутатора соединен с входом первого элемента задержки, с выходом тракта промежуточных частот и с сигнальным входом приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала, первый выход которого соединен с третьим, управляющим, входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора; третий и четвертый выходы приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены соответственно с первым, сигнальным, и вторым, опорным, входами третьего перемножителя, а пятый и шестой выходы приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены соответственно с первым, сигнальным, и вторым, опорным, входами четвертого перемножителя; при этом выходы третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен с вторым, опорным, входом первого перемножителя и через второй элемент задержки с вторым, опорным, входом второго перемножителя; кроме того, второй выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала является вторым информационным выходом аппаратуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4