Система для передачи и приема информации

 

Изобретение относится к системам передачи информации с временным разделением каналов и может быть использовано для дуплексного обмена сообщениями между низкоорбитальным космическим аппаратом и наземным пунктом контроля и управления через спутник-ретранслятор. Цель: повышение надежности работы и достоверности передачи информации. Система для передачи и приема информации обеспечивает автоматический выбор и поддержание направления связи, а также установление дуплексного режима обмена сообщениями, и включает в себя генераторы 1 и 2 тактовых импульсов, генераторы 3 и 4 псевдослучайной последовательности, синтезаторы 5 и 6 частот, блоки 7 и 8 переключения, передающий 9 и приемный 10 групповые блоки, абонентские передающие и приемные блоки 16 и 17, кодер 18 и декодер 19 группового сигнала, устройство 20 и 21 относительной фазовой манипуляции и деманипуляции сигнала, радиопередатчик 22, радиоприемник 23, генераторы 24 и 25 несущей и опорной частот, дешифраторы 26 и 29 команд, устройство 28 слежения за задержкой псевдослучайной последовательности, радиопеленгатор 30, антенно-фидерное устройство 31. В системе за счет автоматического выбора и поддержания оптимального направления радиосвязи и за счет циклического анализа уровня мощности сигнала повышается достоверность приема сигналов. 5 ил.

Изобретение относится к системам передачи информации с временным разделением каналов и может быть использовано для дуплексного обмена сообщениями между низкоорбитальным космическим аппаратом и наземным пунктом контроля и управления через спутник-ретранслятор.

Известна система для передачи и приема дискретной информации, содержащая источник информации, кодер, ключевые элементы, фазовращатели, генератор радиоимпульсов, элемент задержки, усилитель мощности и антенну (1).

Недостатком известной системы является то обстоятельство, что она имеет низкую надежность работы, обусловленную отсутствием возможности автономного выбора направления связи.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной является система для передачи и приема информации, содержащая управляемый генератор, блок ключей, кодер, передатчик, генератор случайных чисел, синтезатор частот, формирователь информационного сигнала и второй кодер (2).

Недостатками известной системы являются низкая надежность работы и низкая достоверность передачи информации.

Низкая надежность работы известной системы обусловлена тем, что при ее размещении на низкоорбитальном космическом аппарате (КА), установление дуплексной связи с наземным пунктом контроля и управления через спутник-ретранслятор (СР) носит случайный характер и зависит от изменения взаимного расположения антенн КА и СР в процессе движения КА.

Низкая достоверность передачи информации с помощью известной системы обусловлена тем, что в случае вращения корпуса КА вокруг какой-либо из его осей возможна полная потеря канала передачи информации даже при изначально благоприятном расположении антенн КА и СР.

Цель предлагаемого изобретения повышение надежности работы и достоверности передачи информации.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы для передачи и приема информации; на фиг.2 электрическая схема синтезатора частот, подключенного к блоку переключения; на фиг.3 электрические схемы устройств для относительной фазовой манипуляции (а) и деманипуляции (б); на фиг.4 электрическая схема распределителя группового сигнала; на фиг.5 структурная схема антенно-фидерного устройства.

Система для передачи и приема информации (фиг.1) содержит генераторы 1 и 2 тактовых импульсов, генераторы 3 и 4 псевдослучайной последовательности, синтезаторы 5 и 6 частот, блоки 7 и 8 переключения, передающий групповой блок 9, приемный групповой блок 10, распределитель 11 импульсов, формирователь 12 циклового синхросигнала, сумматор 13, устройство 14 цикловой синхронизации, распределитель 15 группового сигнала, группа источников информации 16, группа приемников информации 17, кодер 18 и декодер 19 группового сигнала, устройство 20 относительной фазовой манипуляции, устройство 21 относительной фазовой деманипуляции, передатчик 22, приемник 23, генератор 24 несущей частоты, генератор 25 опорной частоты, дешифратор 26 команд, усилитель 27 мощности, устройство 28 слежения за задержкой псевдослучайной последовательности, дешифратор 29 команд, радиопеленгатор 30, антенно-фидерное устройство 31.

Синтезатор частот (фиг. 2) содержит триггер 32, элемент ИЛИ-НЕ 33, счетчик 34, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 35.

Устройство для относительной фазовой манипуляции (фиг.3,а) содержит триггер 36, инвертор 37, триггер 38, сумматор 39 по модулю 2, преобразователь 40 уровня сигнала, усилитель 41.

Устройство для относительной фазовой деманипуляции (фиг.3,б) содержит инвертор 42, триггеры 43, 44, сумматор 45 по модулю 2.

Распределитель группового сигнала (фиг.4) содержит счетчик 46, ПЗУ 47, демультиплексоры 48 и 49.

Антенно-фидерное устройство (фиг.5) содержит делитель 50, развязывающий фильтр 51, переключатель 52 и мультиплексор 53.

Синтезатор частот (фиг.2) содержит триггер 32, соединенный выходом через элемент ИЛИ-НЕ 33 с тактовым входом счетчика 34, выходы счетчика 34 подключены к адресным входам ППЗУ 44, выходы которого соединены с информационными входами блока 7 переключения.

В антенно-фидерном устройстве (фиг.5) один вывод мультиплексора 53 подключен к входу переключателя 52, а другой вывод соединен с развязывающим фильтром 51. Выход разделительного фильтра 51 через делитель 50 соединен с вторым входом переключателя 52.

Система для передачи и приема информации функционирует следующим образом.

Основными режимами работы СПИИ является режим автоматического поиска направления связи и режим дуплексного обмена информацией.

В режиме автоматического поиска направления связи радиопеленгатор 30 последовательно подключает к своему входу сигналы с выхода устройства 31, поступающие на его входы от различных антенных элементов с непересекающимися диаграммами направленности приема. В радиопеленгаторе 30 принятый по каждому из направлений сигнал оценивается по структуре и, если последняя соответствует ожидаемой, то далее производится оценка принятого сигнала по уровню мощности с последующими запоминанием. Таким образом, по окончании цикла анализа уровней сигналов, принимаемых антенными элементами, в радиопеленгаторе 30 выявляется номер антенного элемента, на котором уровень мощности сигнала наибольший. Это значение уровня мощности запоминается в радиопеленгаторе 30, который переключает выход устройства 31 на вход приемного тракта системы.

После подключения выхода устройства 31 на вход приемного тракта системы радиопеленгатор 30 продолжает циклический опрос всех антенных элементов за исключением подключенного к приемнику системы. Для оценки уровня мощности сигнала на основном (подключенном к входу приемника) антенном элементе, радиопеленгатор 30 подключает к своему входу сигнал приемного тракта через непропорциональный делитель 50 (фиг.5) и отслеживает относительное изменение этого уровня.

По окончании режима автоматического поиска направления связи система переходит в режим дуплексного обмена информацией. При этом, как только приемник 23 примет сигнал, он формирует сигнал управления включения передатчика 22. В результате этого образуется дуплексная радиолиния, по которой может передаваться цифровая информация а элементы и блоки системы работают следующим образом.

Генератор 1 и 2 формируют последовательности тактовых импульсов, которые поступают на входы генераторов 3 и 4, и на входы синтезатора 5 и 6 соответственно, синтезаторы 5 и 6 формируют наборы последовательностей тактовых импульсов, соответствующих набору возможных скоростей передачи группового сигнала, значения которых устанавливаются кодом с выходом дешифратора 26. На выходе блока 7 присутствует частота последовательности тактовых импульсов, соответствующая выбранной скорости передачи, которая поступает на входы распределителя 11 импульсов блока 9. На управляющие входы распределителя тактовых импульсов поступает код, определяющий соотношения скоростей передачи источников информации индивидуальных передающих блоков 16. Таким образом, на передающей стороне имеется возможность задания не только скоростей передачи в каждом из временных каналов, но и возможность варьирования скоростей передачи группового сигнала.

Последовательности цифровых информационных сигналов поступают по соединительным линиям на информационные входы передающих индивидуальных блоков 16, в которых сигналы задерживаются на определенное время и восстанавливается их форма. Сигналы со всех передающих индивидуальных блоков 16 поступают в передающий групповой блок 9, который обеспечивает их временное объединение, распределение по циклам и передачу на выход.

Сформированный информационный групповой сигнал поступает на вход кодера 12 группового сигнала (например, сверточного кода), на выходе которого образуется кодированная последовательность импульсов. Кодированный групповой сигнал подвергается относительной фазовой манипуляции в устройстве 20 и там же суммируется по мод.2 с поднесущей частотой (это повышает помехоустойчивость цифрового потока и создает наиболее оптимальные условия для приема сигнала).

С выхода устройства 20 групповой сигнал поступает на вход передатчика 22. В передатчике 22 несущая частота, поступающая на генератор 24, сначала модулируется групповым сигналом с выхода устройства 20, а затем модулируется с выхода генератора 3, что обеспечивает равномерное распределение сигнала в спектральной области и снижение плотности потока мощности. Промодулированный сигнал с выхода радиопередатчика 22 усиливается в усилителе 27 и излучается (передается) по каналу связи.

Сигналом, соответствующим началу работы и поступающим с выхода генератора 3, синхронизируется работа синтезатора 5 частоты. За счет этого обеспечивается "привязка" начала импульса тактовой последовательности к началу работы, что позволяет при приеме сигнала синхронизировать работу синтезатора 6 с работой синтезатора 5 с точностью до задержки между синхросигналом с выхода генератора 3 и фронтом импульса выхода синтезатора 5, которая в общем случае определяется задержкой срабатывания элементов и может составлять сравнительно малую величину.

Принятый сигнал двукратно демодулируется в приемнике 23, причем с первого выхода приемника 23 поступает последовательность информационных импульсов, а на втором выходе приемника 23 присутствует сигнал, пропорциональный величине рассогласования по задержке между переданной последовательности и опорной, поступающей с выхода генератора 4, т.е. пропорциональный величине корреляции двух последовательностей. Ориентируясь по величине корреляции, устройство 28 автоматически устраняет рассогласование между принятой и опорной последовательностей, используя принцип экстремального регулирования и поддерживая величину взаимной корреляции двух последовательностей на максимальном уровне. Началом опорной последовательности, которая однозначно совпадает с началом принятой, синхронизируется работа синтезатора 6, что, как уже отмечалось выше, позволяет синхронизировать тактовые импульсы приемной и передающей сторон.

Поступающий групповой сигнал с выхода приемника 23 подвергается относительной фазовой деманипуляции в устройстве 21 и декодированию в декодере 19 группового сигнала, после чего поступает на вход приемного группового блока 10. Кроме этого, сигнал с выхода приемника 23 поступает на информационный вход дешифратора 29 команд для выделения управляющего кода. Дешифратор 29 на своих выходах формирует двоичный код, который поступает на управляющие входы блока 10 и блока 8. На выходе блока 8 образуется последовательность тактовых импульсов, равная частоте передачи группового сигнала, которая поступает на тактовый вход блока 10.

В блоке 10 устройство 14 устанавливает и поддерживает цикловую синхронизацию. По сигналам синхронизации с выхода устройства 14 распределитель 15 распределяет входной поток цифровой информации по соответствующим каналам.

В распределителе 11 группового сигнала (фиг.4) происходят процессы, аналогичные работе синтезатора 5 частоты. Перераспределение группового сигнала здесь осуществляется в зависимости от кода управления, т.е. от области памяти используемого ППЗУ.

В многоканальной цифровой системе передачи и приема информации содержатся технические средства, обеспечивающие поддержание тактовой синхронизации при изменении частот задающих генераторов 1 и 2 от температуры или от старения элементов, а также при значительном удалении приемной части системы от передающей, что имеет место, например, при работе через спутник ретранслятор. Априори известный вид последовательности и ее начала, а также синхронизация работы синтезаторов 5 и 6 с началом последовательности обеспечивают однозначное выделение начала импульса тактовой последовательности на приемной стороне, что позволяет синхронизировать работу синтезаторов 5 и 6 с точностью до разницы в задержках срабатывания дискретных элементов.

По сравнению с прототипом заявленная система для передачи и приема информации обладает следующими технико-экономическими преимуществами.

Заявленная система по сравнению с известными системами позволяет повысить достоверность приема сигналов при ее использовании на низкоорбитальных КА за счет автоматического выбора и поддержания оптимального направления радиосвязи, за счет циклического анализа уровня мощности сигнала на всех возможных направлениях, включая рабочее.

За счет своевременного переключения приемного тракта системы на выход антенного элемента с наибольшим текучим уровнем мощности принимаемого сигнала повышается точность передачи цифровой информации за счет обеспечения устойчивой тактовой синхронизации передающей и приемной частей системы.

Формула изобретения

СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ, содержащая первые генератор тактовых импульсов, блок переключения, генератор псевдослучайной последовательности, синтезатор частот и кодер, передатчик, приемник, задающий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, группу источников информации и декодер, отличающаяся тем, что в нее введены группа приемников информации, вторые генератор тактовых импульсов, блок переключения, генератор псевдослучайной последовательности и синтезатор частот, передающий групповой блок, приемный групповой блок, устройство относительной фазовой манипуляции, устройство относительной фазовой деманипуляции, генератор несущей частоты, первый и второй дешифраторы команд, усилитель мощности, устройство слежения за задержкой псевдослучайной последовательности, радиопеленгатор и антенно-фидерное устройство, выход первого генератора тактовых импульсов подключен к входу первого синтезатора частот и к тактовому входу первого генератора псевдослучайной последовательности, соединенного первым выходом с синхронизирующим входом первого синтезатора частот, выходы которого подключены к соответствующим тактовым входам первого блока переключения, первый вход которого объединен с тактовым входом устройства относительной фазовой манипуляции, выход которого подключен к первому входу передатчика, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с вторым выходом первого генератора псевдослучайной последовательности, с выходом генератора несущей частоты и с управляющим выходом приемника, выход через усилитель мощности подключен к первому входу антенно-фидерного устройства, подключенного первым выходом к первому входу приемника, второй вход которого соединен с первым выходом второго генератора псевдослучайной последовательности, первый и второй выходы подключены соответственно к входам устройства относительной фазовой деманипуляции и устройства слежения за задержкой псевдослучайной последовательности, соединенного выходом с управляющим входом второго генератора псевдослучайной последовательности, подключенного вторым выходом к первому входу второго синтезатора частот, второй вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов и объединен с вторым входом устройства слежения за задержкой псевдослучайного сигнала, выходы второго синтезатора частот подключены к тактовым входам второго блока переключения, первый выход соединен с вторым входом устройства относительной фазовой деманипуляции, соединенного выходом с входом декодера, подключенного выходом к входам первого и второго дешифраторов команд и к информационному входу приемного группового блока, соединенного информационными выходами с входами соответствующих приемников информации группы, управляющие входы второго блока переключения и приемного группового блока подключены к управляющим выходам второго дешифратора команд, выход которого соединен с тактовыми входами декодера, приемного группового блока, первого и второго дешифраторов команд, приемный групповой блок своими первым и вторым синхронизирующими выходами подключен соответственно к синхронизирующим входам второго и первого дешифраторов команд, выходы первого дешифратора команд подключены к управляющим входом передающего группового блока и первого блока переключения, соединенного выходом с первым входом кодера и с тактовым входом передающего группового блока, соединенного группой информационных входов и группой тактовых выходов с соответствующими выходами и входами источников информации группы, вход передающего группового блока подключен к второму входу кодера, соединенного выходом с входом устройства относительно фазовой манипуляции, радиопеленгатор подключен входом, выходом и группой управляющих выходов к второму выходу, второму входу и управляющему входу соответственно антенно-фидерного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5