Способ радиосвязи и устройство для его осуществления

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для защиты системы связи от организованных, преднамеренных радиопомех. В изобретении решается задача повышения помехозащищености передачи информации с требуемым качеством и минимальными потерями времени. Особенность изобретения заключается в том, что в способ-прототип введены операции, в результате которых в заданный момент, привязанный к единому времени, определяют текущее местоположение и параметры движения источника помех, центральной и ведомых станций, вычисляют экстраполяционные точки нахождения соответствующих станций во время планируемого сеанса связи, осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн центральной и первой (в порядке обслуживания) ведомой станции и слежение за ними во время движения, проводят обмен данными между соответствующими станциями, затем после подтверждения о приеме эту процедуру повторяют со второй ведомой станцией и так далее, при совпадении направления на i-ю ведомую станцию с направлением на источник помех вычисляют оптимальный маршрут передачи данных на i-ю ведомую станцию через другие ведомые станции, работающие в режиме ретрансляции, причем центральная и выбранные для ретрансляции ведомые станции осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн и слежение за ними во время движения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для защиты системы связи от организованных, преднамеренных радиопомех при работе этих систем в условиях превосходящих по уровню помех и различия в пространственном распространении рабочих сигналов и помех.

Близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ защиты системы связи от помех, основанный на использовании пространственной селекции сигналов в жесткой радиальной структуре сети связи. Передаваемый антенной центральной станции информационный сигнал принимается, например, антенной любой ведомой станции, удаленной на расстояние R в группировке станций. Обработанное сообщение ведомой станции через антенну излучается в направлении центральной станции. Антенна ведомой станции ориентирована жестко в радиальном направлении на центральную станцию. Обмен информацией между центральной и ведомой станциями в прямом и обратном направлениях возможен в том случае, если отношение сигнал/шум на выходе приемника равно нормированному значению или больше его. Принятый антенной центральной станции сигнал через коммутатор направления связи подается на вход приемника-возбудителя, обрабатывается в приемнике и выдается разрешение в блок управления для формирования управляющего сигнала для блока ориентации антенны, который изменяет положение диаграммы направленности антенны в направлении антенны другой ведомой станции. Сигнал из приемника-возбудителя также подается в блок ввода-вывода информации, который формирует команды для возбудителя, сигнал сообщения усиливается усилителем мощности и через блок коммутации направления связи передается на антенну, которая излучает его в направлении ведомой станции. После обмена информацией одной из ведомых станций формируется аналогично управляющий сигнал для последующей переориентации антенны центральной станции и работы с последующими ведомыми станциями.

К недостаткам аналога следует отнести то, что при появлении организованной широкополосной помехи, перекрывающей полосу частот системы и находящейся в направлении главных лепестков диаграмм направленности антенны центральной станции и любой из ведомых станций при жесткой радиальной ориентации антенн, система связи не обеспечивает возможности осуществления выборки свободного от помех радиоканала. В данной системе способ защиты от превосходящих по уровню помех для случая доставки быстростареющей информации оказывается недостаточным и малоэффективным [1].

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ радиосвязи и устройство для его осуществления [2]. Способ заключается в том, что на передающей стороне наводят диаграмму направленности антенны на диаграмму направленности антенны приемной стороны и передают сигналы при измеренном на приемной стороне нормированном отношении сигнал/помеха, затем на передающей стороне измеряют уровень помех, приходящих с направления приемной стороны, и при наличии организованной помехи измеряют азимут на источник помех, выбирают маршрут ретрансляции и изменяют положение диаграммы направленности антенны передающей и положение диаграммы направленности антенны приемной стороны в соответствии с выбранным маршрутом.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- снижение помехоустойчивости передачи данных при появлении нового источника помех в моменты времени, когда вторая антенна находится в режиме поиска и не закончен цикл обзора в пределах 0...360°;

- отсутствие постоянного взаимного слежения за положением в пространстве диаграмм направленности антенн центральной и ведомых станций при их относительном перемещении;

- невозможность организации обмена данными при выходе ведомой станции за пределы зоны устойчивой радиосвязи (зоны, в которой обеспечивается передача информации с требуемым качеством);

- диаграммы направленности антенн управляются только по азимуту, что снижает получаемый эффект.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехозащищенности передачи информации с требуемым качеством и минимальными потерями времени.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ радиосвязи, заключающийся в том, что на передающей стороне наводят диаграмму направленности антенны на диаграмму направленности антенны приемной стороны и передают сигналы при измеренном на приемной стороне нормированном отношении сигнал/помеха, на передающей стороне измеряют уровень помех, приходящих с направления приемной стороны, и при наличии организованной помехи измеряют азимут на источник помех, выбирают маршрут ретрансляции и изменяют положение диаграммы направленности антенны передающей и положение диаграммы направленности антенны приемной стороны в соответствии с выбранным маршрутом, введены операции, в результате которых определяют в заданный момент времени текущее местоположение и параметры движения источника помех, центральной и ведомых станций, вычисляют экстраполяционные точки нахождения соответствующих станций во время планируемого сеанса связи, осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн центральной и первой (в порядке обслуживания) ведомой станции и слежение за ними во время движения, проводят обмен данными между соответствующими станциями, затем после получения подтверждения о приеме эту процедуру повторяют со второй ведомой станцией и так далее, при совпадении направления на i-ю ведомую станцию с направлением на источник помех вычисляют оптимальный маршрут передачи данных на i-ю ведомую станцию через другие ведомые станции, работающие в режиме ретрансляции, причем центральная и выбранные для ретрансляции ведомые станции осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн и слежение за ними во время движения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для радиосвязи, реализующем предлагаемый способ и содержащем (n+1) станцию, одна из которых определена заранее в качестве центральной, а остальные являются ведомыми, причем каждая станция содержит направленную антенну и последовательно соединенные коммутатор направления связи, приемник-возбудитель, блок ввода-вывода информации и блок управления, второй вход коммутатора направления связи соединен с выходом усилителя мощности, третий вход и второй выход коммутатора направления связи соединены соответственно с вторым выходом блока управления и первым входом направленной антенны, первый вход усилителя мощности соединен с третьим выходом приемника-возбудителя, четвертый выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами приемника-возбудителя, блока ввода-вывода информации и усилителя мощности, второй выход блока ввода-вывода информации соединен с третьим входом приемника-возбудителя, пространственно-временной измеритель, первый вход которого соединен с третьим выходом приемника-возбудителя, второй вход - с пятым выходом блока управления, первый и второй выходы пространственно-временного измерителя соединены соответственно с вторым входом направленной антенны и третьим входом блока ввода-вывода информации, причем пространственно-временной измеритель содержит последовательно соединенные блок ориентации антенн, антенну, последовательно соединенные измеритель уровня радиопомех, измеритель азимута на источник помех и блок вычисления, причем второй выход измерителя уровня радиопомех соединен с вторым входом блока вычисления, третий вход которого является первым входом пространственно-временного измерителя, вторым входом, первым и вторым выходами которого являются соответственно вход и второй выход блока ориентации антенн и выход блока вычисления, каждая станция дополнительно содержит приемник глобальной навигационной спутниковой системы, подключенный к четвертому входу блока вычисления, второй и третий коммутаторы, причем первый и второй входы второго коммутатора соединены с выходом направленной антенны и с пятым выходом блока управления, а его выход - с четвертым входом коммутатора направления связи, второй выход коммутатора направления связи подключен также к первому входу третьего коммутатора, второй вход которого подключен к выходу антенны, второй выход его соединен с входом измерителя уровня радиопомех, пятый выход блока управления подключен к управляющему входу второго коммутатора, шестой выход - к управляющему входу третьего коммутатора, седьмой выход - к входу направленной антенны, восьмой выход - к входу антенны пространственно-временного измерителя, второй выход блока вычисления соединен с третьим входом блока управления, антенна соединена двухсторонними связями через последовательно соединенные i-ю, ..., (n-i)-ю ведомые станции с первой (по времени обмена данными) ведомой станцией.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, представленном на фигуре.

Устройство содержит станцию 13, определенную заранее в качестве центральной, первую (по времени обмена данными) 14, i-ю 15, ..., (n-i)-ю 16 ведомые станции. Каждая станция содержит блок 1 управления, усилитель 2 мощности, приемник-возбудитель 3, коммутатор 4 направления связи, направленную антенну 5, блок 6 ввода-вывода информации, пространственно-временной измеритель 7, состоящий из антенны 8, измерителя 9 уровня радиопомех, измерителя 10 азимута на источник помех, блока 11 вычисления и блока 12 ориентации антенн, а также второй 17 и третий 18 коммутаторы, приемник 19 глобальной навигационной спутниковой системы.

Сущность способа радиосвязи заключается в следующем. В радиостанции 13 при передаче наводят диаграмму направленности антенны 5 на диаграмму направленности антенны 5 приемной стороны, например, радиостанции 14 и передают сигналы. При этом измеряют на приемной стороне величину нормированного отношения сигнал/помеха и на передающей стороне измеряют уровень помех, приходящих с направления приемной стороны. При наличии организованной помехи измеряют азимут на источник помех, выбирают маршрут ретрансляции данных к радиостанции 14, например через радиостанции 15, ..., 16, и изменяют положения диаграмм направленности антенны 5 передающей и антенны 5 приемной стороны в соответствии с выбранным маршрутом. За счет операций над сигналами глобальной навигационной спутниковой системы, в результате которых определяют в заданный момент времени текущее местоположение и параметры движения источника помех, центральной и ведомых станций, вычисляют экстраполяционные точки нахождения соответствующих станций во время планируемого сеанса связи. Затем осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн 5 центральной 13 и первой (в порядке обслуживания) ведомой станции 14 и их взаимное слежение во время движения, слежение за положением центральной станции 13 всеми остальными радиостанциями. После взаимного наведения проводят обмен данными между соответствующими станциями. После получения подтверждения о приеме эту процедуру повторяют со второй ведомой станцией и так далее. При совпадении направления на i-ю ведомую станцию 15 с направлением на источник помех вычисляют оптимальный маршрут передачи данных на i-ю ведомую станцию 15 через другие ведомые станции, работающие в режиме ретрансляции, причем центральная 13 и выбранные для ретрансляции ведомые станции осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн 5 и слежение за ними во время движения.

Устройство работает следующим образом.

Центральная станция 13 и ведомые станции 14, 15, 16 (на фигуре показаны только 3) располагаются на расстоянии R друг от друга, равном реальному расстоянию для дуплексной передачи сообщений туда и обратно с требуемым качеством и минимальными потерями времени. Направленная антенна 5 центральной станции 13 и направленная антенна 5 ведомой станции ориентируются в пространстве максимумами диаграмм направленности друг на друга с помощью блока 12 ориентации антенн и блока 1 управления, а антенна 8 находится в движении в режиме поиска помех в пределах 0...360°. При отсутствии радиопомех центральная станция 13 поочередно в прямом и обратном радиальном направлениях производит обмен сообщениями (информацией) со всеми ведомыми станциями. При этом антенна 8 принимает сигналы фоновой обстановки в пределах 0...360°, направляет их в измеритель 9 уровня радиопомех, который измеряет уровни фона и передает их значения в блок 11 вычисления для обработки и хранения в памяти устройства. Одновременно сигналы с выхода антенны 8 через измеритель 9 уровня радиопомех поступают в измеритель 10 азимута на источник помех, с помощью которого определяют местоположение источника помех в пространстве. Аппаратура связи системы работает в соответствии со схемой организации связи в заданном режиме, обеспечивая устойчивую связь между станциями. Каждая ведомая станция в сеансе связи с центральной станцией 13 передает свои координаты и параметры движения, привязанные к реальному времени. Для этого данные с приемника 19 глобальной навигационной спутниковой системы снимаются и обрабатываются в блоке 11 вычисления. При слежении за положением ведомых станций и источника помех в блоке 11 вычисления применяется метод экстраполяции, позволяющий направить оси диаграмм направленности антенн 5 в район расположения выбранной ведомой станции в момент сеанса связи. При передаче приоритетной информации и ретрансляции данных одновременно могут быть использованы два радиоканала связи: прямой - с центральной станции 13 на выбранную ведомую и по маршруту ретрансляции данных через ведомые станции. На ведомой станции в этом случае в блоке 11 вычисления менее достоверная информация отбрасывается.

При появлении широкополосной организованной радиопомехи направленная антенна 5 и антенна 8 центральной станции 13 принимают ее и через коммутаторы 17 и 18 передают на вход измерителя 9 уровня радиопомех, который определяет уровень помехи в заданном направлении связи, передает ее значение на вход блока 11 вычисления и через коммутатор 4 направления связи - на вход приемника-возбудителя 3, в котором определяется величина отношения сигнал/помеха на выходе приемника-возбудителя 3 для блока 11 вычисления. В блоке 11 вычисления сравниваются значения отношений сигнал/помеха с заданным фиксированным нормированным отношением сигнал/помеха, оценивается отклонение отношения сигнал/помеха от заданного. Эти данные с привязкой к единому времени и координатам (местоположению) запоминаются для дальнейшего использования в процессе связи. Измеритель 10 азимута на источник помех по данным измерителя 9 уровня радиопомех определяет направление на источник помех и передает результаты измерений в блок 11 вычисления для обработки и хранения.

Если отношение сигнал/помеха остается равным нормированному отношению, то приемник-возбудитель 3 центральной станции 13 через блок 1 управления и блок 12 ориентации антенн выдает разрешение на переориентацию антенн 5 или 8 с одной ведомой станции на другую ведомую станцию. Приемник-возбудитель 3 ведомой станции после обмена сообщениями с центральной станцией 13 в данном случае устойчив к помехам. Если отношение сигнал/помеха на выходе приемника возбудителя 3 центральной станции 13 уменьшается под воздействием сигнала помехи ниже заданного уровня, то алгоритм работы устройства в данном направлении изменяется.

В этом случае приемник-возбудитель 3 считается неустойчивым к радиопомехам данной пары и не может использоваться для работы в системе связи группировки станций. Тогда в блоке 11 вычисления центральной станции 13 решается задача поиска оптимального маршрута связи с ведомыми станциями, в котором отношение сигнал/помеха на выходе приемника возбудителя 3 было бы выше нормированного отношения, на основе данных о координатах и параметрах движения центральной станции 13, n ведомых станций, а также источника помех. Координаты и параметры движения источника помех могут быть вычислены в блоке 11 вычисления, например, с помощью триангуляционного метода, при котором используются результаты измерений азимута на источник помех тремя и более станциями и их координаты на время измерения азимута. Далее блок 11 вычисления определяет оптимальные маршруты и очередность во времени доставки сообщений ведомым станциям через выбранные ведомые станции, электрические оси диаграмм направленности антенн 5 которых не совпадают с направлением на источник помех. Блок 11 вычисления через блок 6 ввода-вывода информации, блок 1 управления управляет коммутатором 4 направления связи и положением антенны 5 центральной станции 13 по угловым координатам. Так как центральная 13 и ведомые станции аналогичны по структуре, при отношении сигнал/помеха на выходе приемника-возбудителя 3 менее заданного с блока 11 вычисления через блок 1 управления на второй коммутатор 17 выдается команда, которая блокирует прием сообщений с направленной антенны 5. В то же время при вращении антенны 8 в ведомой станции анализируется не только уровень помех, но и направление на соседние ведомые станции, работающие в режиме обмена данными с центральной станцией 13. По принимаемым сообщениям в блоке 11 вычисления ведомой станции 14 определяются координаты и параметры движения других станций и к заданному моменту сеанса связи ось диаграммы направленности ее антенн 5 и 8 устанавливается в направлении (по азимуту и углу места) на центральную станцию 13 (источник сообщений). Аналогичным образом по принятым данным устанавливаются антенны 5 или 8 ведомых станций 15, ..., 16, работающих в режиме ретрансляции данных на станцию 14. Используя вычисленные блоком 11 вычисления центральной станции 13 данные об экстраполированном положении ведомых станций, можно определить маршрут для связи со станцией, находящейся за пределами радиогоризонта относительно центральной станции 13. После приема сообщения с соответствующих ведомых станций 14 (или 15) на центральную станцию 13 выдается подтверждение. Далее указанная процедура продолжается последовательно во времени.

Таким образом, предложенный способ в сравнении со способом-аналогом по результату действия по защите системы связи от организованных, преднамеренных помех, превосходящих по уровню передаваемую информацию, позволяет сохранить устойчивость системы радиосвязи к радиопомехам за счет перехода от радиального способа передачи информации в группировке станций к радиально-круговому по маршруту с меньшими уровнями помех в радиоканалах с помощью ретрансляции данных через ведомые станции, положение которых в пространстве известно, благодаря обработке привязанных к единому времени данных с выхода приемника глобальной навигационной спутниковой системы.

Использование предлагаемых способа и устройства для повышения помехозащищенности передачи информации на ведомые станции дает возможность рационально использовать радиочастотный спектр, выделенный для рассматриваемых сетей связи, и сократить число вводимых станций для покрытия определенных территориальных зон полезными сообщениями.

Блоки 1-16 - по назначению и структуре одинаковые с прототипом и известные на практике. Они могут быть реализованы на известных серийных элементах и узлах, например на приемопередатчиках, высокочастотных реле и т.п. Введенные блоки 17-19 могут быть реализованы на известных микросхемах и узлах. Функции блоков 6, 9-11 могут быть выполнены программно с помощью микроЭВМ.

К преимуществам заявляемого способа и реализующего его устройства следует отнести:

- повышение помехозащищенности передачи данных за счет использования второй антенны центральной и ведомых станций, находящихся в зоне действия источника помех;

- постоянное взаимное слежение за положением в пространстве диаграмм направленности антенн центральной и ведомых станций, а также за источником помех при их относительном перемещении;

- организация обмена данными при выходе ведомой станции за пределы зоны устойчивой радиосвязи при использовании ведомых станций в качестве ретрансляторов;

- увеличение отношения сигнал/помеха за счет управления диаграммами направленности антенн не только по азимуту, но и по углу места.

Литература

1. Патент РФ №2195774, М. кл. Н04В 7/26, 2002.

2. Патент РФ №2037961, М. кл. Н04В 7/00, 2002 (Прототип).

1. Способ радиосвязи, заключающийся в том, что на передающей стороне наводят диаграмму направленности антенны на диаграмму направленности антенны приемной стороны и передают сигналы при измеренном на приемной стороне нормированном отношении сигнал/помеха, на передающей стороне измеряют уровень помех, приходящих с направления приемной стороны, и при наличии организованной помехи измеряют азимут на источник помех, выбирают маршрут ретрансляции и изменяют положение диаграммы направленности антенны передающей и положение диаграммы направленности антенны приемной стороны в соответствии с выбранным маршрутом, отличающийся тем, что в него введены операции, в результате которых определяют в заданный момент, привязанный к единому времени, текущее местоположение и параметры движения источника помех, центральной и ведомых станций, вычисляют экстраполяционные точки нахождения соответствующих станций во время планируемого сеанса связи, осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн центральной и первой (в порядке обслуживания) ведомой станций и слежение за ними во время движения, проводят обмен данными между соответствующими станциями, затем после получения подтверждения о приеме эту процедуру повторяют со второй ведомой станцией и так далее, при совпадении направления на i-ю ведомую станцию с направлением на источник помех вычисляют оптимальный маршрут передачи данных на i-ю ведомую станцию через другие ведомые станции, работающие в режиме ретрансляции, причем центральная и выбранные для ретрансляции ведомые станции осуществляют взаимное наведение центров диаграмм направленности антенн и слежение за ними во время движения.

2. Устройство для радиосвязи, реализующее способ по п.1, содержащее (n+1) станцию, одна из которых определена заранее в качестве центральной, а остальные являются ведомыми, причем каждая станция содержит направленную антенну, пространственно-временной измеритель, который состоит из последовательно соединенных измерителя уровня радиопомех, измерителя азимута на источник помех и блока вычисления, а также блока ориентации антенн и антенны, причем второй выход измерителя уровня радиопомех соединен со вторым входом блока вычисления, третий вход которого соединен со вторым выходом приемника-возбудителя, а первый выход - с третьим входом блока ввода-вывода информации, вход блока ориентации антенн соединен с пятым входом блока управления, первый и второй выходы блока ориентации антенн подключены к антенне пространственно-временного измерителя и направленной антенне соответственно, последовательно соединенные коммутатор направления связи, приемник-возбудитель, блок ввода-вывода информации и блок управления, второй вход коммутатора направления связи соединен с выходом усилителя мощности, второй выход коммутатора направления связи соединен с первым входом направленной антенны, первый вход усилителя мощности соединен с третьим выходом приемника-возбудителя, четвертый выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами приемника-возбудителя, блока ввода-вывода информации и усилителя мощности, второй выход блока ввода-вывода информации соединен с третьим входом приемника-возбудителя, с помощью блока управления задается режим работы коммутатора направления связи, отличающееся тем, что каждая станция дополнительно содержит приемник глобальной навигационной спутниковой системы, подключенный к четвертому входу блока вычисления, второй и третий коммутаторы, причем первый вход второго коммутатора соединен с выходом направленной антенны, а его выход - с четвертым входом коммутатора направления связи, второй вход третьего коммутатора подключен к выходу антенны пространственно-временного измерителя, выход третьего коммутатора соединен с входом измерителя уровня радиопомех, второй выход блока вычисления соединен с третьим входом блока управления, с помощью блока управления задается режим работы второго и третьего коммутаторов, направленной антенны, антенны пространственно-временного измерителя.