Способ передачи и приема информации и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости, которое достигается тем, что сигналы с ШИМ от источника информации дополнительно дифференцируют, преобразуют в парафазные сигналы с длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний, а последние используют для амплитудной модуляции генерируемых колебаний с частотой f, а на приемной стороне тем, что после широкополосного усиления дополнительно выполняют операцию полосовой несимметричной относительно частоты фильтрации с полосой пропускания, рассчитываемой по формуле ΔF= 4f/N, где N - количество квазиполупериодов, кроме того дополнительно выполняют последовательно не менее двух блоков преобразований, состоящих из согласованной фильтрации квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, широкополосного усиления и селекции. сигнала по длительности и мощности, детектирование и передачу потребителю информации в виде ШИМ-сигнала, кроме этого электропитание дополняют сетевой фильтрацией и экранированием. В устройство введены функциональные элементы, реализующие перечисленные в способе операции. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Известен способ передачи информации, основанный на использовании сверхширокополосных (СШП) сигналов. Передающая сторона использует для передачи информации широкую полосу частот, а на приемной стороне выбирается частотный диапазон, меньше всего забитый помехами, что позволяет повысить помехоустойчивость радиосвязи.

Известно устройство, реализующее данный способ [1]. В данном техническом решении для приема информации используется только часть энергии излучаемого сигнала, что потенциально снижает его помехоустойчивость.

Известен способ передачи и приема информации, содержащий генерирование колебаний частотой f, амплитудную их модуляцию сигналами от источника информации, первое усиление и электромагнитное излучение, а на приемной стороне - операции приема и преобразования в электрический сигнал, второе усиление, выделение огибающей и передачу потребителю информации (с. 7-9 [2]). В состав способа также входят операции: первое электропитание и первое экранирование всех преобразований на передающей стороне за исключением электромагнитного излучения, а на приемной стороне - второе электропитание и второе экранирование всех преобразований на приемной стороне за исключением приема и преобразования в электрический сигнал. Известно устройство передачи и приема информации, содержащее на передающей стороне источник информации, генератор колебаний с частотой f, первый усилитель, подключенный к излучающей антенне, и первый источник электропитания, а на приемной стороне - приемную антенну, соединенную со вторым усилителем, блок выделения огибающей, потребитель информации и второй источник электропитания, при этом передающая и приемная стороны, кроме антенн, экранированы.

Способ и устройство прототипа характеризуются низкой помехоустойчивостью. Радиоэфир забит помехами от тысяч постоянно работающих радиостанций. Радиочастоты распределены между потребителями. Количество потребителей радиоканалов ограничено. Потребности радиоканала вошли в противоречие с его возможностями, требуется поиск новых способов передачи и приема информации и поиск новых сигналов.

Цель изобретения Повышение помехоустойчивости за счет использования новых сигналов и новых способов их обработки.

Сущность Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом техническом решении переносчиком информации использован новый сигнал. Характерной особенностью такого сигнала является малая база сигнала, формируемая короткой, до единиц наносекунд, длительностью, включающей до четырех квазиполупериода (временных лепестков) гармонического сигнала. Ширина спектра такого сигнала определяется по формуле (1) Δ F = 4f/N, где f - частота гармонического сигнала; N - количество квазиполупериодов. Формируемый таким образом сигнал отличается от СШП сигнала аналога стабильностью и повторяемостью параметров сигнала - прежде всего стабильностью ширины полосы частот, длительности и уровня мощности излучаемых сигналов. Это обеспечивает работу способа в заданной полосе частот и с заданным уровнем мощности и селекции по длительности излучаемого сигнала радиосвязи так, чтобы не мешать другим, работающим в радиоэфире, устройствам передачи и приема информации. А на приемной стороне используется операция согласованной фильтрации для выделения нового сигнала с заданными параметрами. Такие сигналы в радиосвязи ранее не использовались. В радиолокации их применение ограничивается использованием для получения координатной информации и сопряжено с технологическими проблемами стробоскопической обработки сигналов [3]. Традиционная аппаратура радиосвязи использует колебательные контуры с большой добротностью для усиления сигналов в определенной полосе частот. При этом длительность используемых сигналов достаточна, чтобы раскачать колебательный контур приемника и включает до нескольких десятков и даже сотен периодов высокочастотного заполнения. Традиционный приемник защищен от коротких импульсных сигналов, являющихся для него помехой. В заявляемом техническом решении традиционные сигналы - помеха, а короткий импульсный сигнал является носителем информации. Новый сигнал представляет собой переходной процесс. Сигнал с малой абсолютной до нескольких пико- наносекунд и относительной длительностью - до четырех квазиполупериодов имеет комплексную огибающую не отражающую однозначно форму сигнала, а значит и создание для него (сигнала) согласованного фильтра нецелесообразно (стр. 10 в кн. [3]). В данном техническом решении согласованный фильтр разработан, и построен на принципе шунтирования сигналов с большой базой и выделения сигналов с малой базой - представляющего собой квадратурную составляющую огибающей сигнала переходного процесса. А сам сигнал не имеет участка установившегося процесса и представляет собой переходной процесс. Традиционный приемник не регистрирует такие сигналы, а временная регулировка усиления, колебательные контуры и другие схемные решения современного приемника подавляет их. Согласованная фильтрация выделяет квадратурную составляющую огибающей сигнала [4] с заданной длительностью и подавляет, шунтирует стационарные установившиеся процессы. Предлагаемые сигналы обеспечили использование нового радиоэфира, в котором традиционные сигналы подавляются как помехи. Вхождение в синхронизм передающей и приемной сторон организуется протоколом обмена на программном уровне в источнике и потребителе информации [5]. Выбор N до 4 объясняется следующими причинами: на стр.10 в кн. [3] указано, что при N ≅ 6 комплексная огибающая уже не отражает форму сигнала; появление квадратурной составляющей огибающей связано с несоответствием средней частоты сигнала средней частоте полосового или согласованного фильтров (стр. 175-176 в кн. [6]), что строго выполняется при N ≅ 2, так по формуле (1) Δ F ≥ 2f, при этом нулевая и отрицательные частоты для радиосигнала исключаются, что и приводит к несимметрии средней частоты сигнала и средней частоты указанных фильтров. Однако такое строгое требование не обязательно, так как указанная несимметрия возникает и по другим причинам за счет: доплеровского эффекта при движении приемной, передающей сторон, а также движения среды радиоканала между ними; нелинейности и дисперсии радиоканала для разных частот; нестабильности работы генератора передающей стороны; несимметричного относительно частоты f широкополосного усиления первого и (или) второго. Выполняется условие возникновения квадратурной составляющей тем, что средняя частота полосового или согласованного фильтра смещена относительно средней частоты сигнала. В заявляемом техническом решении это условие выполняется за счет операции несимметричной относительно частоты f полосовой фильтрации.

Приведенные причины и позволили осуществить выбор N ≅ 4. На выбор повлияли и результаты экспериментов, при которых устройство наиболее устойчиво работает при N=4, хотя высокая помехоустойчивость устройства передачи и приема информации сохранялась при N от 2 до 6. Устройство функционирует и при больших N, однако с увеличением N помехоустойчивость резко падает до помехоустойчивости традиционных способов связи.

Блок-схема алгоритма заявляемого способа приведена на фиг. 1. Способ (прототипа) передачи и приема информации, содержащий генерирование колебаний частотой f, амплитудную их модуляцию сигналами от источника информации, первое широкополосное усиление и электромагнитное излучение, а также первое электропитание и первое экранирование всех операций и преобразований на передающей стороне, за исключением электромагнитного излучения, а на приемной стороне - операции приема и преобразования в электрический сигнал, второе широкополосное усиление, выделение огибающей и передачу потребителю информации, а также второе электропитание и второе экранирование всех преобразований на приемной стороне за исключением приема и преобразования в электрический сигнал, изменен с целью повышения помехоустойчивости дополнительным включением следующих операций: на передающей стороне сигналы от источника информации дополнительно дифференцируют и преобразуют в парафазные сигналы с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний, а последние используют для амплитудной модуляции, а на приемной стороне тем, что после второго широкополосного усиления дополнительно выполняют операцию несимметричной относительно частоты f полосовой фильтрации с полосой пропускания Δ F, рассчитываемой по формуле /2/: Δ F = 4f/N, где N - количество используемых в сигнале на передающей стороне квазиполупериодов, кроме того дополнительно выполняют последовательно не менее двух блоков преобразований, состоящих из согласованной фильтрации квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего широкополосного усиления и селекции сигнала по длительности и мощности, кроме этого первое и второе электропитания на передающей и приемной сторонах охватывают и дополнительно введенные преобразования, при этом первое и второе электропитание дополняют операциями сетевой фильтрации, кроме этого первое и второе экранирование на передающей и приемной сторонах охватывают и дополнительно введенные преобразования.

Новые существенные признаки заявляемого технического решения: новый сигнал с определенными устойчивыми параметрами, полосовая несимметричная относительно частоты f фильтрация сигнала, соответствующая длительности излучаемого сигнала и рассчитываемая по формуле (1), согласованная фильтрация данного сигнала, а также его селекция по длительности и мощности вошли во взаимодействие друг с другом и с признаками прототипа, что и обеспечило достижение сверхсуммарного эффекта - повышения помехоустойчивости способа передачи и приема информации. Такой эффект является насущной потребностью практики и обеспечит повышение качества радиосвязи и расширение сферы пользователей радиоканала. Что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям новизна и существенные отличия.

Для предлагаемого устройства цель достигается тем, что на передающей стороне выход источника информации соединен с входом первого широкополосного усилителя через дополнительно введенные и последовательно соединенные дифференцирующую цепь, логический элемент И, формирователь парафазных сигналов с заданной длительностью и коммутатор, причем первый и второй выходы данного формирователя парафазных сигналов подключены к соответствующему первому, второму входу коммутатора, при этом третий вход данного коммутатора соединен с выходом генератора колебаний с частотой f, кроме этого первый источник электропитания соединен через соответствующие дополнительно внесенные сетевые фильтры со всеми элементами передающей стороны, кроме излучающей антенны, а на приемной стороне выход второго широкополосного усилителя соединен с входом блока выделения огибающей через дополнительно включенные и последовательно соединенные полосовой фильтр, несимметричный относительно частоты f, и не менее двух блоков преобразования, при этом выход блока выделения огибающей соединен с входом потребителя информации через триггер со счетным входом, причем каждый блок преобразования состоит из последовательно соединенных согласованного фильтра квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего широкополосного усилителя и селектора сигнала по длительности и мощности, причем согласованный фильтр состоит из двух конденсаторов и двух дросселей, при этом вход согласованного фильтра соединен через параллельно включенные первый дроссель и первый конденсатор с выходом данного согласованного фильтра, кроме этого вход данного фильтра соединен через последовательно включенные второй конденсатор и второй дроссель с общей шиной приемной стороны, при этом каждая пара дроссель - конденсатор выполнены в экранированном исполнении, кроме того селектор сигнала по длительности и мощности состоит из цепи, соединяющей вход с выходом и подключенной к общей шине приемной стороны через два параллельно соединенных и встречно включенных диода, при этом все элементы приемной стороны, кроме селектора сигнала по длительности и мощности и приемной антенны, соединены через соответствующие дополнительно включенные сетевые фильтры со вторым источником электропитания, кроме того все элементы устройства, кроме антенн, выполнены в экранированном исполнении, а экраны передающей и приемной сторон являются дня каждой из них общей шиной. Структурная схема устройства приведена на фиг. 2. Новая совокупность функциональных элементов обеспечивает: дифференцирование информационного сигнала, поступающего от источника информации в виде сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ); генерирование колебаний с частотой f; формирование парафазных сигналов с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний с частотой f; формирование сигнала - переносчика информации путем амплитудной модуляции генерируемых колебаний парафазными сигналами с заданной длительностью, парафазные сигналы обеспечивают высокое качество по фронту и длительности; первое широкополосное усиление, т.к. сигнал стал широкополосным; электромагнитное излучение;
прием электромагнитных волн и преобразование их в электрический сигнал;
второе широкополосное усиление;
полосовую несимметричную относительно частоты f фильтрацию с шириной полосы, определяемой по формуле (1) и согласованной с заданной длительностью N ≥ 4;
согласованную фильтрацию, выделяющую сигнал с малой базой квадратурную составляющую огибающей сигнала;
третье широкополосное усиление сигнала с малой базой;
селекцию сигнала с заданными параметрами по длительности и мощности, с целью подавить проникающие помехи;
выделение огибающей с целью приведения сигнала к требованиям потребителя информации и возможной селекции сигнала по длительности в потребителе информации;
экранирование всех элементов устройства для подавления внешних и взаимных помех;
электропитание элементов устройства через сетевые фильтры, чтобы исключить проникновение помех через цепи электропитания;
введение в состав устройства двух и более блоков преобразования обеспечивает получение требуемого качества приема информации;
организация протокола обмена на уровне источника и потребителя информации обеспечивает широкое разнообразие выбора вида модуляции, кодирования, синхронизации и их согласованном изменении во времени, что позволяет по требованию заказчика наращивать помехоустойчивость и помехозащищенность устройств передачи и приема информации.

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить количество пользователей общего радиоэфира за счет: применения параллельно с традиционным радиоэфиром, основанным на использовании известных способов радиообмена информацией, нового радиоэфира, использующего новые сигналы с малой базой и известными параметрами. В различных устройствах могут изменяться: частота f, средняя частота и полоса частот Δ F полосового фильтра, длительность абсолютная и относительная, а также различные формы модуляции, кроме этого источник и потребитель информации определяют форму модуляции-демодуляции, вид кодирования-декодирования, их последовательность и кратность. Разность временных масштабов информационного сигнала и сигнала переносчика информации позволяет реализовать многоуровневую организацию протокола обмена, например аналогичную многоуровневой организации, приведенной на стр. 19 в работе [5], и поднять помехоустойчивость до требуемого уровня потребителя. Суммарная база сигнала определяется произведением базы предлагаемого сигнала и базы сигнала, используемого источником и потребителем информации (в нашем случае ШИМ сигнала) [стр. 65 в кн. 6]. Возможно применение практически всех видов модуляции. По длительности также нет потенциальных ограничений, т.к. за нанотехнологиями идут пикотехнологии. Из классических уравнений Максвелла, описывающих закон излучения энергии в пространстве [5, 6], следует, что излучаемая мощность пропорциональна скорости изменения тока в антенне во времени. В работе [6, 7] показано, что переход к несинусоидальным сигналам позволяет получить выигрыш в излучаемой мощности обратно пропорциональный времени нарастания и спада сигнала, что при одинаковой мощности излучения требует меньшего значения коммутируемого напряжения. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с традиционными сигналами уменьшится пропорционально расширению полосы при одинаковой мощности излучения, что позволит устранить или снизить помехи в эфире станциям, работающим в этой полосе. Известно ( стр. 19 в кн. [6]), что пропускная способность канала увеличивается с расширением полосы частот.

Таким образом, новая совокупность функциональных узлов устройства и их взаимосвязь, объединенные единой целью, обеспечили повышение помехоустойчивости радиообмена информацией. Наличие новых признаков: дополнительно внесенные элементы, новые связи между всей совокупностью элементов устройства, а также достижение усиленных свойств - повышение помехоустойчивости позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям новизна, существенные отличия, реализуемость и полезность для практики.

Перечень фигур
На фиг. 1 приведена блок-схема алгоритма способа передачи и приема информации, где обозначены:
1 - прием ШИМ сигналов от источника информации;
2 - дифференцирование;
3 - генерирование колебаний с частотой f;
4 - преобразование в парафазные сигналы с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний f;
5 - амплитудная модуляция генерируемых колебаний f парафазными сигналами с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов;
6 - первое широкополосное усиление;
7 - электромагнитное излучение;
8 - прием электромагнитных волн и преобразование в электрический сигнал;
9 - второе широкополосное усиление;
10 - полосовая несимметричная относительно частоты f фильтрация с полосой, рассчитываемой по формуле (1);
11 - согласованная фильтрация квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью;
12 - третье широкополосное усиление;
13 - селекция по длительности и мощности;
14 - двух и более кратное повторение операций 11, 12 и 13;
15 - выделение огибающей;
16 - передача потребителю информации;
17 - первое электропитание с сетевой фильтрацией;
18 - первое экранирование преобразований передающей стороны за исключением операции электромагнитного излучения;
19 - второе электропитание с сетевой фильтрацией;
20 - второе экранирование преобразований приемной стороны устройства за исключением операции приема электромагнитных волн и преобразования в электрический сигнал;
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства передачи и приема информации, где обозначены:
1 - источник информации;
2 - генератор колебаний с частотой f;
3 - первый широкополосный усилитель;
4 - излучающая антенна;
5 - первый источник электропитания;
6 - приемная антенна;
7 - второй широкополосный усилитель;
8 - блок выделения огибающей;
9 - потребитель информации;
10 - второй источник электропитания;
11 - экран;
12 - дифференцирующая цепь;
13 - логический элемент И;
14 - формирователь парафазных сигналов с заданной длительностью;
15 - коммутатор;
16 - сетевые фильтры;
17 - полосовой фильтр несимметричный относительно частоты f,
18 - блок преобразования;
19 - триггер со счетным входом;
20 - согласованный фильтр квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью;
21 - третий широкополосный усилитель;
22 - селектор сигнала по длительности и мощности;
23 и 26 - первый и второй дроссель;
24 и 25 - первый и второй конденсатор;
27 - общая шина;
28 и 29 - диоды.

На фиг. 3 приведены эпюры напряжений в контрольных точках данного устройства:
1 - сигнал на выходе источника, информации;
2 - сигнал на выходе дифференцирующей цепи;
3 - сигнал на выходе формирователя парафазных сигналов с заданной длительностью;
4 - излучаемый сигнал;
5 - принимаемый сигнал;
6 - сигнал на выходе полосового фильтра несимметричного относительно частоты f;
7 - сигнал на выходе согласованного фильтра квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью;
8 - сигнал на выходе блока выделения огибающей;
9 - сигнал на выходе триггера со счетным входом.

Пример.

Способ передачи и приема информации (см. фиг. 1) содержит: 1 - прием ШИМ - сигналов от источника информации в виде 1, изображенном на фиг. 3; 2 - дифференцирование, на фиг. 3 сигнал имеет вид 2; 3 - генерирование колебаний с частотой f; 4 - преобразование в парафазные сигналы с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний, на фиг. 3 сигнал имеет вид 3; 5 - амплитудную модуляцию генерируемых колебаний парафазными сигналами с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов; 6 - первое широкополосное усиление; 7 - электромагнитное излучение, на фиг. 3 излучаемый сигнал имеет вид 4; 8 - прием электромагнитных волн и преобразование в электрический сигнал; 9 - второе широкополосное усиление; 10 - полосовая фильтрация, несимметричная относительно частоты f, с полосой пропускания, рассчитываемой по формуле (1), на фиг. 3 сигнал после полосовой несимметричной относительно частоты f фильтрации имеет вид 6; 11 - согласованная фильтрация квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, на фиг. 3 сигнал после согласованной фильтрации имеет вид 7; 12 - третье широкополосное усиление; 13 - селекция по длительности и мощности; 14 - двух (и более) кратное повторение операций 11, 12 и 13; 15 - выделение огибающей, на фиг. 3 сигнал после выделения огибающей имеет вид 8; 16 - передача потребителю информации возможна и в виде сигнала 8 (см. фиг.3), но для повышения качества и помехоустойчивости сигнал приводят к стандартному виду - подают на счетный вход триггера, сигнал, поступающий на входе потребителя информации, имеет вид 9; 17 - первое электропитание с сетевой фильтрацией для преобразований передающей стороны; 18 - первое экранирование для преобразований передающей стороны за исключением электромагнитного излучения; 19 - второе электропитание с сетевой фильтрацией для преобразований приемной стороны; 20 - второе экранирование для каждого преобразования приемной стороны за исключением приема электромагнитных волн и преобразования в электрический сигнал.

Формула изобретения имеет вид. Способ передачи и приема информации, содержащий генерирование 4 колебаний частотой f, амплитудную их модуляцию 5 сигналами, поступающими 1 от источника информации, первое широкополосное 6 усиление и электромагнитное 7 излучение, а также первое 17 электропитание и первое 18 экранирование всех операций и преобразований на передающей стороне за исключением электромагнитного 7 излучения, а на приемной стороне - операции приема и преобразования 8 в электрический сигнал, второе 9 широкополосное усиление, выделение 15 огибающей и передачу 16 потребителю информации, а также второе 12 электропитание и второе 20 экранирование всех преобразований на приемной стороне за исключением приема и преобразования 8 в электрический сигнал, отлагающийся тем, что с целью повышения помехоустойчивости на передающей стороне сигналы от источника информации дополнительно дифференцируют 2 и преобразуют 4 в парафазные сигналы с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний, а последние используют для амплитудной 5 модуляции, а на приемной стороне тем, что после второго 9 широкополосного усиления дополнительно выполняют операцию несимметричной относительно частоты f полосовой 10 фильтрации с полосой пропускания Δ F, рассчитываемой по формуле Δ F = 4f/N, где N - количество используемых в излучаемом сигнале на передающей стороне квазиполупериодов, кроме того дополнительно выполняют последовательно не менее двух блоков 14 преобразований, состоящих из согласованной 11 фильтрации квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего 12 широкополосного усиления и селекции 13 сигнала по длительности и мощности, кроме этого первое 17 и второе 19 электропитания на передающей и приемной сторонах охватывают и дополнительно введенные преобразования, при этом первое 17 и второе 19 электропитание дополняют операциями сетевой фильтрации, кроме этого первое 18 и второе 20 экранирование на передающей и приемной сторонах охватывают и дополнительно введенные преобразования.

Для реализации данного способа устройство передачи и приема информации содержит на передающей стороне источник 1 информации, генератор 2 колебаний с частотой f, первый 3 широкополосный усилитель, подключенный к излучающей 4 антенне, и первый источник 5 электропитания, а на приемной стороне - приемную 6 антенну, соединенную со вторым широкополосным 7 усилителем, блок выделения 8 огибающей, потребитель 9 информации и второй 10 источник электропитания, при этом передающая и приемная стороны кроме антенн экранированы 11, при этом с целью повышения помехоустойчивости дополнительно внесены следующие изменения: на передающей стороне выход источника 1 информации соединен с входом первого 3 широкополосного усилителя через дополнительно введенные и последовательно соединенные дифференциирующую 12 цепь, логический 13 элемент И, формирователь 14 парафазных сигналов с заданной длительностью и коммутатор 15, причем первый и второй выходы данного формирователя 14 парафазных сигналов подключены к соответствующему первому, второму входу коммутатора 15, при этом третий вход данного коммутатора 15 соединен с выходом генератора 2 колебаний с частотой f, кроме этого первый источник 5 электропитания соединен через соответствующие дополнительно внесенные сетевые 16 фильтры со всеми элементами передающей стороны, кроме излучающей 4 антенны, а на приемной стороне выход второго широкополосного 7 усилителя соединен с входом блока 8 выделения огибающей через дополнительно включенные и последовательно соединенные полосовой 17 несимметричный относительно частоты f фильтр и не менее двух блоков 18 преобразований, при этом выход блока 8 выделения огибающей соединен с входом потребителя 9 информации через триггер 19 со счетным входом, причем каждый блок 18 преобразований состоит из последовательно соединенных согласованного 20 фильтра квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего широкополосного 21 усилителя и селектора 22 сигнала по длительности и мощности, причем согласованный 20 фильтр состоит из двух конденсаторов 24, 25 и двух дросселей 23, 26, при этом вход согласованного 20 фильтра соединен через параллельно включенные первый 23 дроссель и первый 24 конденсатор с выходом данного согласованного 20 фильтра, кроме этого вход данного 20 фильтра соединен через последовательно включенные второй 25 конденсатор и второй 26 дроссель с общей шиной 27 приемной стороны, при этом каждая пара дроссель - конденсатор выполнены в экранированном исполнении, кроме того селектор 22 сигнала по длительности и мощности состоит из цепи, соединяющей вход с выходом и подключенной к общей 27 шине приемной стороны через два параллельно соединенных и встречно включенных диода 28, 29, при этом все элементы приемной стороны, кроме селектора 22 сигнала по длительности и мощности и приемной антенны, соединены через соответствующие дополнительно включенные сетевые 16 фильтры со вторым источником 10 электропитания, кроме того все элементы устройства, кроме антенн 4 и 6, выполнены в экранированном исполнении, а экраны 11 передающей и приемной сторон являются для каждой из них общей шиной 27.

Способ работает в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 1.

Структурная схема устройства, реализующего данный метод, приведена на фиг. 2 и работает следующим образом. На передающей стороне источник 1 информации вырабатывает широтно-импульсный сигнал вида 1, см. фиг. 3, который, проходя через дифференциирующую 12 цепь, преобразуется к виду 2 и поступает через логический 13 элемент И на формирователь 14 парафазных сигналов, на первом и втором выходах которого формируются сигналы вида 3, поступающие соответственно на первый и второй входы коммутатора 15. На третий вход данного коммутатора 15 подан гармонический сигнал с генератора 2 (гармонического) сигнала. Коммутатор пропускает на выход часть гармонического сигнала заданной длительности, которая обеспечивает формирование из гармонического специального сигнала, включающего до четырех квазиполупериодов гармонического сигнала. Ширина спектра такого сигнала определяется по формуле (1).

На выходе коммутатора 15 сигнал принимает вид 4, усиливается в первом широкополосном 3 усилителе и поступает на излучающую 4 антенну. В результате формируется сигнал с короткой, до единиц наносекунд, длительностью и широкой, до нескольких сотен мегагерц, полосой частот. Сигнал с такими параметрами обладает повышенной проходимостью через различные препятствия. Известно, что СШП-сигналы используются для зондирования подземных сооружений и объектов. Электромагнитные волны достигают приемной 6 антенны, преобразуются в электрический сигнал вида 5 и поступают через второй широкополосный 7 усилитель на полосовой 17 несимметричный относительно частоты f фильтр. Широкополосность второго 7 усилителя и полоса пропускания данного 17 фильтра соответствуют полосе частот излучаемого сигнала. На выходе полосового 17 несимметричного относительно частоты f фильтра выделяется сигнал вида 6 и поступает на блок 18 преобразования, в котором проходит согласованную фильтрацию в одноименном 20 фильтре, усиление в третьем широкополосном 21 усилителе и селекцию по длительности и уровню мощности с помощью параллельно и встречно включенных диодов 28, 29, входящих в состав селектора 22 сигнала по длительности и мощности. Сущность согласованной фильтрации состоит в выделении квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, то есть выделении специального сигнала, используемого в данном техническом решении, и отличающегося малой длительностью не только в абсолютном значении - до единиц наносекунд, но и относительной - до четырех квазиполупериодов высокочастотного заполнения, в нашем случае - гармонического сигнала, хотя ограничений для других типов высокочастотного заполнения нет. В согласованном 20 фильтре квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью параллельный контур из первого 24 конденсатора и первого 23 дросселя обладает низкой добротностью, согласованной с нашим специальным сигналом, пропускает его к третьему широкополосному 21 усилителю. Традиционно используемые в радиосвязи сигналы в этом контуре ослабляются. Последовательная цепь из второго 25 конденсатора и второго 26 дросселя не пропускает наш специальный сигнал на корпус 27, а шунтирует на него традиционные сигналы радиосвязи. Приведенное сочетание цепей: 23-24 и 25-26 обеспечивает выделение нашего специального сигнала и ослабление радиосигналов других радиостанций. Диоды 28, 29 селектора 22 сигнала по длительности и мощности защищают последующие элементы приемной стороны от мощных помех, например от грозовых разрядов или импульсов радиолокаторов. При этом данный 22 селектор сигнала не успевает шунтировать предлагаемые сигналы, т.к. диоды 28 и 29 не успели открыться, и надежно шунтируют традиционные сигналы радиосвязи, отличающиеся достаточной продолжительностью - не менее нескольких десятков милисекунд [4]. В устройстве используются не менее двух последовательно включенных блоков 18 преобразования, что обеспечивает высокое качество согласованной фильтрации, необходимой для удовлетворения высоких требований пользователей устройств передачи и приема информации. На выходе последнего блока 18 преобразования сигнал приобретает вид 7 и поступает на блок 8 выделения огибающей и принимает форму вида 8. Данный блок 8 выделения огибающей позволяет потребителю информации провести дополнительную селекцию нашего специального сигнала по длительности, равной длительности излучаемого сигнала. Далее сигнал поступает на счетный вход триггера где приводится к стандартному для пользователей виду, хотя это преобразование и не носит принципиальный характер, поэтому не включена в состав способа. На выходе данного триггера 19 формируется сигнал вида 9, поступающий на вход потребителя 9 информации. Синхронизация передачи и приема информации организуется протоколом обмена на программном уровне в источнике 1 и потребителе 9 информации одним из известных способов [4].

Примером реализуемости функциональных элементов данного устройства являются следующие известные аналоги:
источником 1 информации могут быть различные формирователи сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), например последовательно включенный микрофон и широтно-импульсный модулятор, последний описан в А. С. СССР N 18911948;
генератор 2 гармонического сигнала приведен в кн. [8];
первый, второй и третий широкополосные 3, 7 и 21 усилители приведены в А.С. СССР N 1568208, БИ -10-90, с.50;
излучающая 4 антенна, как у прототипа, выполнена в виде вибраторного излучающего элемента полоскового типа. См. с. 124 в кн. [3] или любая из излучающих широкополосных антенн, например плоская логарифмическая спиральная антенна, приведена на с. 82-113 в кн. [3];
первый и второй источники соответственно 5 и 10 электропитания аналогичны прототипу,
приемная 6 антенна аналогично описанной на с. 82-143 в кн. [7];
блок 8 выделения огибающей аналогичен схеме детектирования огибающей по заявке N 1185010 Японии, БИ -10-90 (10Г 186П).

в роли потребителя 9 информации в виде ШИМ-сигналов может быть использован преобразователь ШИМ-сигнала в цифровой код [9] и ЭВМ или последовательно соединенные преобразователь ШИМ-сигнала в напряжение [10] и динамик;
конструкция экрана 11 известна, функциональные элементы данного устройства выполнены в экранированном исполнении для того, чтобы исключить влияние не только внешних, но взаимных помех дифференцирующая 12 цепь описана на с. 30-33 в кн.[8];
логический 13 элемент И на один вход получается из схемы, описанной на с.343 в кн. [8] путем замыкания входных контактов;
формирователь 14 парафазных сигналов с регулируемой длительностью приведен в кн. [8, 11];
коммутатор 15 аналогичен стробирующему устройству, приведенному на с.233 в кн. [12], или полупроводниковому ключу по заявке 64-72617 Яп. БИ-10-90(10В 620П);
сетевые 16 фильтры аналогичны фильтру сетевых помех, см. патент N 4835497 США, БИ-10-90 (10Г 143П);
полосовой 17 несимметричный относительно частоты f фильтр с регулируемой полосой пропускания приведен в заявке Японии N 1144714, БИ-10-90 (10Г 142П);
блок 18 преобразования состоит из:
согласованного 20 фильтра квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, который собран из двух конденсаторов 24 и 25 известной конструкции [11] и двух дросселей 23 и 26 известной конструкции [11], при этом параллельный контур из первых конденсатора 24 и дросселя 23 обладают низкой добротностью, обеспечивая прохождение коротких импульсных сигналов и задержку, гашение длительных гармонических процессов, а цепь из вторых конденсатора 25 и дросселя 26 имеет высокую добротность, беспрепятственно пропуская длительные гармонические сигналы, а для коротких сигналов обладает большим сопротивлением;
третьего 21 широкополосного усилителя сигнала аналогичен операционному усилителю, см. описание А. С. СССР N 1569948, БИ-10-90 (10В 461П);
селектора 22 сигнала по длительности и мощности, состоящего из цепи, соединяющей вход с выходом и подключенной к общей шине через два параллельно соединенных и встречно включенных диода 28 и 29;
конструкция триггера 19 со счетным входом известна, см. с 168-169 в кн. [8];
конструкция общей 27 шины известна, широко используется в радиотехнике;
конструкция диодов 28, 29 известна, предлагается использовать КД503;
Предлагаемые способ и устройство передачи и приема информации повышает помехоустойчивость радиосвязи за счет использования сигналов, ранее в связи не применяемых. Традиционная аппаратура радиосвязи использует колебательные контуры с большой добротностью для усиления сигналов в определенной полосе частот. При этом длительности используемых сигналов достаточны, чтобы раскачать колебательный контур приемника и включает до нескольких десятков и даже сотен периодов высокочастотного заполнения. Традиционный приемник от коротких импульсных сигналов, являющихся помехой.

В заявляемом техническом решении традиционные сигналы - помеха, а короткий импульсный (специальный) сигнал является носителем информации. Совокупность таких специальных сигналов, организованная протоколом обмена обладает высокой помехоустойчивостью. Разность временных масштабов информационного, используемого источником и потребителем информации, и специального сигналов позволяет организовать многоуровневую организацию протокола обмена, например аналогичную многоуровневой организации, приведенной на с. 19 в статье [5], и поднять помехоустойчивость до требуемого уровня за счет суммарной базы сигнала, определяемой произведением базы данного специального сигнала, например равной 0,5 и базы информационного сигнала B_и, превышающей базу традиционно используемых сигналов радиосвязи в тысячи раз за счет многоуровневой организации кодирования. При этом база B_и информационного сигнала определяется произведением баз (B_i) сигналов, формируемых на различных (i-ых) уровнях кодирования, по формуле

От наносекундных носителей к традиционному сигналу связи с длительностью 200 10^-3 с можно организовать 0,2/0,000000001 = 2 · 10⁸ уровней кодирования. Что обеспечивается уже при базе кодирования каждого уровня чуть больше единицы, например при базе, равной 1,5, помехоустойчивость 0,5 (1,5)ⁿ ≥ 1 при n ≥2, где n - количество уровней кодирования, в предлагаемом техническом решении база ШИМ-сигнала значительно больше 2. А количество уровней кодирования определяется по требованию заказчика обеспечить необходимую помехоустойчивость.

В результате предлагаемое техническое решение обеспечивает требуемое для потребителя повышение помехоустойчивости процесса передачи и приема информации.

Библиографические данные
1. Свидетельства на полезную модель N 3072, БИ N 10, 1996.

2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1986.

3. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. -М.: Радио и связь, 1989.

4. B.C. Гуров, Г.А. Емельянов, Н.Н. Етрухин, В.Г. Осипов. Передача дискретной информации и телеграфия. Учебник для институтов связи. Изд. 2-е, доп. -М.: Связь, 1974.

5. Бунин С. Радио. - 1990, N 7, c. 17 - 20.

6. Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. -М.: Радио и связь, 1985.

7. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи/ Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1985.

8. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров / Пер. с англ. -М.: Мир. 1989.

9. Авторское свидетельство СССР N 1698892, БИ-46-91.

10. Авторское свидетельство СССР N 1691951, БИ-42-1991, с. 232.

11. Пухальский Г. И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. -М.: Радио и связь, 1990, 304 с.

12. Гонтаренко Г.М., Крыжановская Н.Г. Формирование и измерение сигналов в импульсной технике. -М.: Изд-во стандартов, 1992.

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема информации, содержащий генерирование колебаний частотой f, амплитудную их модуляцию сигналами от источника информации, первое широкополосное усиление и электромагнитное излучение, а на приемной стороне - операции приема и преобразования в электрический сигнал, второе широкополосное усиление, выделение огибающей и передачу потребителю информации, отличающийся тем, что на передающей стороне сигналы от источника информации дополнительно дифференцируют и преобразуют в парафазные сигналы с заданной длительностью до четырех квазиполупериодов генерируемых колебаний, а последние используют для амплитудной модуляции, а на приемной стороне тем, что после второго широкополосного усиления дополнительно выполняют операцию полосовой несимметричной относительно частоты f фильтрации с полосой пропускания ΔF, рассчитываемой по формуле ΔF=4f/N, где N - количество используемых в сигнале на передающей стороне квазиполупериодов, кроме того, дополнительно на приемной стороне выполняют последовательно не менее двух этапов преобразований, состоящих из согласованной фильтрации квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего широкополосного усиления и селекции сигнала по длительности и мощности.

2. Устройство передачи и приема информации, содержащее на передающей стороне источник информации, генератор колебаний с частотой f, первый широкополосный усилитель, подключенный к изучающей антенне, и первый источник электропитания, а на приемной стороне - приемную антенну, соединенную с вторым широкополосным усилителем, блок выделения огибающей, потребитель информации и второй источник электропитания, при этом передающая и приемная стороны, кроме антенн, экранированы, отличающееся тем, что на передающей стороне выход источника информации соединен с входом первого широкополосного усилителя через дополнительно введенные и последовательно соединенные дифференцирующую цепь, логический элемент И, формирователь парафазных сигналов с заданной длительностью и коммутатор, причем первый и второй выходы данного формирователя парафазных сигналов подключены к соответствующему первому и второму выходам коммутатора, при этом третий вход данного коммутатора соединен с выходом генератора колебаний с частотой f, кроме этого, первый источник электропитания соединен через соответствующие дополнительно внесенные сетевые фильтры с всеми элементами передающей стороны, кроме изучающей антенны, а на приемной стороне выход второго широкополосного усилителя соединен с входом блока выделения огибающей через дополнительно включенные и последовательно соединенные полосовой несимметричный относительно частоты f фильтр и не менее двух блоков преобразования, при этом выход блока выделения огибающей соединен с входом потребителя информации через триггер со счетным входом, причем каждый блок преобразования состоит из последовательно соединенных согласованного фильтра квадратурной составляющей огибающей сигнала с заданной длительностью, третьего широкополосного усилителя и селектора сигнала по длительности и мощности, причем согласованный фильтр состоит из двух конденсаторов и двух дросселей, при этом вход согласованного фильтра соединен через параллельно включенные первый дроссель и первый конденсатор с выходом данного согласованного фильтра, кроме этого, вход данного фильтра соединен через последовательно включенные второй конденсатор и второй дроссель с общей шиной приемной стороны, при этом каждая пара дроссель - конденсатор выполнена в экранированном исполнении, кроме того, селектор сигнала по длительности и мощности состоит из цепи, соединяющей вход с выходом и подключенной к общей шине приемной стороны через два параллельно соединенных и встречно включенных диода, при этом все элементы приемной стороны, кроме селектора сигнала по длительности и мощности и приемной антенны, соединены через соответствующие дополнительно включенные сетевые фильтры с вторым источником электропитания, кроме того, все элементы устройства, кроме антенн, выполнены в экранированном исполнении, а экраны передающей и приемной сторон являются для каждой из них общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3