Приемопередающее устройство

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи тактических звеньев управления. Заявляемое устройство обеспечивает возможность одновременной передачи в выделенной для связи полосе частот информации по двум каналам, в одном из которых передается аналоговая информация с использованием узкополосных методов модуляции, а в другом - цифровая информация с использованием помехоустойчивого широкополосного метода модуляции. При этом достигаются зашумление узкополосного сигнала и невозможность его качественной демодуляции без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании широкополосного сигнала, что обеспечивает скрытность и защиту его от прослушивания. Устройство содержит усилитель низкой частоты, модулятор, возбудитель, усилитель мощности, две антенны, тракт промежуточных частот, демодулятор, сумматор, элемент задержки, вычитатель, перемножитель, интегратор, коммутатор, приемник широкополосного фазоманипулированного (ШПФМн) сигнала, формирователь ШПФМн сигнала, формирователь копии ШПФМн сигнала, синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель, два синтезатора частоты, усилитель высокой частоты. 4 ил.

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

Известны приемопередающие устройства, представляющие собой серийно выпускаемые радиостанции P-168-2,5; Р-159 и другие, описанные в технических описаниях на указанные устройства: "Радиостанция Р-168-2,5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ШИ1.106.047 ТО", "Радиостанция Р-159. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИП1.100.063 ТО", недостатком которых являются низкая помехоустойчивость и скрытность, а также малый объем передаваемой информации.

Наиболее близкой к предлагаемой аппаратуре является радиостанция Р-163-50К, описанная в техническом описании на нее: "Радиостанция Р-163-50К. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ДЛЯ.201.005 ТО", недостатком которой являются низкая помехоустойчивость и скрытность, а также ее малый объем.

Структурная схема прототипа приведена на фиг.1, где 1 - усилитель низкой частоты, 2 - модулятор, 3 - возбудитель, 4 - усилитель мощности, 6 и 10 - первый и второй синтезаторы частот, 9 - тракт промежуточных частот, 11 - демодулятор.

Передающая часть устройства содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты 1, вход которого является входом устройства, модулятор 2 и возбудитель 3, усилитель мощности 4, передающую антенну 5, содержит первый синтезатор частот 6, первый выход которого соединен с вторым, опорным, входом модулятора 2, второй и третий выходы первого синтезатора частот 6 соединены с вторым и третьим, опорными, входами возбудителя 3 соответственно.

Приемная часть устройства содержит последовательно соединенные приемную антенну 7, усилитель высокой частоты 8, тракт промежуточных частот 9, демодулятор 11, выход которого является выходом устройства, а также второй синтезатор частот 10, первый и второй выходы которого подсоединены к второму и третьему, опорным, входам 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, входа 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 устройства 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 промежуточную частоту. Сигнал на второй промежуточной частоте с выхода блока 9 подается на блок 11, где после демодуляции поступает на выход приемной части устройства.

Недостатком прототипа являются низкая помехоустойчивость и скрытность передачи информации, а также малый ее объем.

Для устранения указанного недостатка в приемопередающее устройство, содержащее в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом устройства, и модулятор, последовательно соединенные возбудитель, усилитель мощности и передающую антенну, а также первый синтезатор частот, первый выход которого соединен с вторым, опорным, входом модулятора, а второй и третий выходы первого синтезатора частот соединены с вторым и третьим, опорными, входами возбудителя; в приемной части последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты и тракт промежуточных частот, второй и третий, опорные, входы которого соединены c первым и вторым выходами второго синтезатора частот соответственно, и демодулятор, выход которого является первым информационным выходом устройства, введены в передающую часть сумматор и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом устройства, а выход формирователя широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом модулятора, а выход сумматора соединен с первым, сигнальным, входом возбудителя.

В приемную часть введены коммутатор, последовательно соединенные элемент задержи и вычитатель, выход которого соединен с вторым сигнальным входом коммутатора, последовательно соединенные перемножитель и интегратор и последовательно соединенные приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, формирователь копии широкополосного фазоманипулированного сигнала, синхронно-фазовый фильтр и регулируемый усилитель, выход которого соединен с вторыми входами вычитателя и перемножителя, первый вход которого соединен с выходом вычитателя.

При этом выход тракта промежуточных частот, первый сигнальный вход коммутатора и входы элемента задержки и приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены между собой, причем первый выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с третьим, управляющим, входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора, а второй выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с вторым, информационным, входом формирователя копии широкополосного фазоманипулированного сигнала и является вторым информационным выходом устройства. Кроме того, выход элемента задержки соединен с первым, сигнальным, входам синхронно-фазового фильтра, а выход интегратора соединен с вторым, управляющим, входом регулируемого усилителя.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где 1 - усилитель низкой частоты, 2 - модулятор, 3 - возбудитель, 4 - усилитель мощности, 5 - передающая антенна, 6 и 10 - первый и второй синтезаторы частот, 7 - приемная антенна, 8 - усилитель высокой частоты, 9 - тракт промежуточных частот, 11 - демодулятор, 12 - сумматор, 13 - элемент задержки, 14 - вычитатель, 15 - перемножитель, 16 - интегратор, 17 - коммутатор, 18 - приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, 19 - формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, 20 - формирователь копии широкополосного фазоманипулированного сигнала, 21 - синхронно-фазовый фильтр, 22 - регулируемый усилитель.

Предлагаемое устройство в передающей части содержит последовательно соединенные усилитель низкой частоты 1, вход которого является первым информационным входом устройства, и модулятор 2, выход которого соединен с первым входом сумматора 12, выход которого соединен с первым, сигнальным, входом возбудителе 3, выход которого через усилитель мощности 4 соединен с входом передающей антенны 5, причем второй, опорный, вход модулятора 2 соединен с первым выходом первого синтезатора частот 6, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим, опорными, входами возбудителя 3; кроме того, второй вход сумматора 12 соединен с выходом формирователя широкополосного фазоманипулированного сигнала 19, вход которого является вторым информационным входом устройства.

Приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну 7, усилитель высокой частоты 8, выходом присоединенный к первому, сигнальному, входу тракта промежуточных частот 9, выход которого через элемент задержки 13 соединен с первым входом вычитателя 14, выходом присоединенного к первому входу перемножителя 15 и к второму сигнальному входу коммутатора 17, выход которого через демодулятор 11 соединен с первым информационным выходом устройства; первый и второй выходы второго синтезатора частот 10 соединены с вторым и третьим входами тракта промежуточных частот 9 соответственно; первый сигнальный вход коммутатора 17 соединен с входами элемента задержки 13 и приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала 18, первый выход которого соединен с третьим, управляющим, входом коммутатора 17 и первым, управляющим, входом формирователя копии широкополосного фазоманипулированного сигнала 20, второй, информационный вход которого соединен с вторым выходом приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала 18 и является вторым информационным выходом устройства, а выход формирователя копии широкополосного фазоманипулированного сигнала 20 соединен с вторым, опорным, входом синхронно-фазового фильтра 21, первый, сигнальный, вход которого соединен с выходом элемента задержки 13, а выход синхронно-фазового фильтра 21 соединен с первым, сигнальным, входам регулируемого усилителя 22, выход которого соединен с вторым входам вычитателя 14 и вторым входом перемножителя 15, выход которого через интегратор 16 соединен с вторым, управляющим, входом регулируемого усилителя 22.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На первый вход передающей части устройства подается аналоговый речевой сигнал, который усиливается в блоке 1, с выхода которого подается на блок 2, где он модулирует гармоническое колебание, поступающее на опорный вход блока 2 с первого выхода блока 6. С выхода блока 2 модулированный сигнал подается на первый сигнальный вход блока 12, на второй сигнальный вход которого подается широкополосный фазоманипулированный сигнал, сформированный в блоке 19, на вход которого, являющийся вторым информационным входом устройства, подается низкоскоростной цифровой сигнал. Суммарный сигнал с выхода блока 12 подается на первый, сигнальный, вход блока 3, на второй и третий, опорные, входы которого подаются гармонические колебания от блока 6, с использованием которых осуществляется перенос суммарного сигнала сначала на первую промежуточную частоту, а затем на выходную частоту, которая усиливается по мощности в блоке 4 и излучается блоком 5.

В приемной части устройства сигнал принимается блоком 7, усиливается блоком 8, после чего подается на первый, сигнальный, вход блока 9, где с использованием гармонических колебаний, поступающих на второй и третий его опорные входы с выходов блока 10, осуществляется перенос входной частоты сначала на первую, а затем на вторую промежуточные частоты. С выхода блока 9 сигнал на второй промежуточной частоте поступает одновременно на вход блока 18, на первый сигнальный вход блока 17 и через блоки 13, 14 на второй сигнальный вход блока 17.

В блоке 18 осуществляются вхождение в синхронизм с широкополосным фазоманипулированным сигналом, его корреляционная обработка и демодуляция сигнала. Команда "сигнал синхронизации", формируемая блоком 18, свидетельствующая об установлении синхронизма в блоке 18 и определяющая начальную фазу опорных генераторов псевдослучайных последовательностей блока 18, с первого выхода блока 18 подается на первый, управляющий, вход блока 20. С второго, информационного, выхода блока 18 выделенный информационный цифровой сигнал подается на второй, информационный, вход блока 20. С использованием этих сигналов в блоке 20 формируется копия широкополосного фазоманипулированного сигнала, синхронная с входным широкополосным фазоманипулированным сигналом, которая через блоки 21 и 22 подается на второй вход блока 14, где компенсирует широкополосный фазоманипулированный сигнал во входной смеси, поступающей на первый вход блока 14 через блок 13. Величина задержки блока 13 выбирается таким образам, чтобы обеспечивалось выравнивание по времени входного широкополосного фазоманипулированного сигнала на входах блока 14.

Входная смесь с выхода блока 13 подается на первый, сигнальный, вход блока 21, на второй, опорный, вход которого подается копия широкополосного фазоманипулированного сигнала с выхода блока 20. Блок 21, представляющий собой синхронно-фазовый фильтр, пропускает на свой выход только те сигналы, копии которых поступают на его второй, опорный, вход, при этом начальная фаза сигнала на выходе синхронно-фазового фильтра совпадает с начальной фазой сигнала на его первом, сигнальном, входе, а напряжение сигнала на его выходе с точностью до постоянного множителя совпадает с напряжением на его первом, сигнальном, входе.

Таким образом, блок 21 обеспечивает автоматическую подстройку фазы его выходного сигнала и слежение за амплитудой, при этом выбор постоянного множителя напряжения на выходе блока 22 максимально близким к единице (для обеспечения максимальной степени компенсации) достигается за счет использования блоков 22, 15 и 16. Коэффициент передачи блока 22 регулируется напряжением, поступающим от блока 16, в котором интегрируется результат перемножения в блоке 15 напряжений, подаваемых с выхода блока 22 и выхода блока 14.

Действительно, чем больше остаточное напряжение широкополосного фазоманипулированного сигнала на выходе блока 14, тем больше напряжение на выходе блока 16 и, соответственно, блока 16. Увеличение напряжения на втором, управляющем, входе блока 22 приводит к увеличению его коэффициента передачи и, следовательно, к увеличению компенсирующего напряжения на втором входе блока 14 и, соответственно, к уменьшению разностного напряжения. Таким образом, в блоке 14 осуществляется компенсация широкополосного фазоманипулированного сигнала и на его выходе выделяется узкополосный сигнал на второй промежуточной частоте, модулированный аналоговым речевым сигналом, который через блок 17 подается на блок 11, где осуществляется его демодуляция, аналоговой речевой сигнал с выхода блока 11 подается на первый информационный выход устройства.

Блок 21 может быть выполнен так, как это представлено в монография В.М. Свистова "Радиолокационные сигналы и их обработка" М., "Сов. радио", 1977 г. , стр.123.

Варианты аппаратурной реализации блоков 19 и 20 приведены на фиг.3 (а и б), где 31 - генератор несущей и тактовых частот, 32 - генератор синхропоследовательности, 33 и 36 - первый и второй перемножители, 34 - сумматор, 35 - генератор информационной последовательности, 37 - фазовращатель на 90^o, 38 - фазовый манипулятор, 39 - устройство фазирования.

Блок 19, представленный на фиг.3а, содержит последовательно соединенные генератор синхропоследовательности 32 и первый перемножитель 33, а также последовательно соединенные генератор информационной последовательности 35 и второй перемножитель 36, а также генератор несущей и тактовых частот 31, фазовращатель на 90^o 37, фазовый манипулятор 38, устройство фазирования 39, сумматор 34, выход которого является выходом блока. Первый выход блока 31 соединен с первыми входами блоков 32 и 35, второй его выход соединен с вторым входом блока 33 через блок 37, а с вторым входом блока 36 через блок 38. Выход блока 33 соединен с первым входом блока 34, а выход блока 36 соединен с вторым входом блока 34. Выходы блока 39 соединены с управляющими входами блоков 32 и 35.

Блок 19 работает следующим образом.

Тактовая частота, формируемая блоком 31, подается на блоки 32 и 35, обеспечивая формирование в них псевдослучайных последовательностей разной структуры. Первая из них, формируемая блоком 32, используется для формирования широкополосного фазоманипулированного синхросигнала за счет перемножения ее в блоке 33 с несущей частотой, поступающей с второго выхода блока 31 через блок 37, где осуществляется поворот ее фазы на 90^o. Вторая (информационная) псевдослучайная последовательность, формируемая блокам 35, перемножается в блоке 36 с несущей, формируемой блоком 31 и манипулированной информационным сигналам в блоке 36, за счет чего формируется широкополосный фазоманипулированный информационный сигнал, который суммируется с синхросигналом в блоке 34. Установку начальных фаз блоков 32 и 35 осуществляет блок 39.

Структурная схема блока 20 приведена на фиг.3б, которая аналогична фиг. 3а, с тем лишь отличием, что установка начальных фаз блоков 32 и 35 осуществляется не устройством фазирования 39, как это имеет место на фиг.3а, а командой "сигнал синхронизации", поступающей от блока 18.

Структурная схема блока 18 приведена на фиг.4, где 41 - устройство синхронизации, 42 - генератор синхропоследовательности, 43 и 45 - первый и второй перемножители, 44 - генератор информационной последовательности, 46 и 48 - первый и второй полосовые фильтры, 47 - фазовый детектор.

Блок 18 содержит последовательно соединенные первый перемножитель 43 и первый полосовой фильтр 46, последовательно соединенные второй перемножитель 45 и второй полосовой фильтр 48, выходы блоков 46 и 48 соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора 47, выход которого является первым, информационным, выходом блока. Он содержит также генератор синхропоследовательности 42, генератор информационной последовательности 44, устройство синхронизации 41, при этом вход устройства соединен одновременно с входами блоков 41, 43, 45, выход блока 41 соединен с управляющими входами блоков 42 и 44 и является вторым, управляющим, выходом блока 18.

Блок 18 работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и узкополосные сигналы, поступает на блоки 41, 43 и 45. В блоке 41 осуществляется синхронизация с синхропоследовательностью, команда "сигнал синхронизации", формируемая блоком 41, подается на управляющие входы блоков 42 и 44, обеспечивая их синхронизацию с входными широкополосными синхро- и информационными сигналами.

В блоке 43 осуществляется свертка широкополосного синхросигнала в узкополосный гармонический сигнал за счет перемножения входной смеси с опорным сигналом блока 42, результат свертки фильтруется в блоке 46, с выхода которого подается на опорный вход блока 47, где используется при фазовом детектировании информационного сигнала, который выделяется за счет перемножения в блоке 45 входной смеси с опорным сигналом блока 44 и его фильтрации блоком 48. Выход блока 41 является первым, управляющим, выходам блока 18, выход блока 47 является информационным выходом блока 18.

За счет корреляционной обработки в блоке 18 осуществляется подавление узкополосного аналогового сигнала во входной смеси. Действительно, в блоках 43 и 45 узкополосный аналоговый сигнал, входящий в состав входной смеси, манипулируется псевдослучайными последовательностями блоков 42 и 44 соответственно, в результате чего спектр узкополосного аналогового сигнала расширяется, после чего производится фильтрация расширенного спектра узкополосными фильтрами 46 и 48 соответственно.

При этом степень подавления аналогового узкополосного сигнала в блоке 18 определяется соотношением где Δf - полоса широкополосного сигнала, а ΔF - полоса пропускания блоков 46 и 48.

В прототипе обеспечивается передача аналогового речевого сигнала с использованием узкополосных методов модуляции, при этом не обеспечивается помехоустойчивость и скрытность передачи информации, кроме того, в прототипе обеспечивается передача только одного информационного канала.

В заявляемом устройстве в выделенной для данной радиолинии полосе частот обеспечивается одновременная передача аналогового речевого сигнала, передаваемого с использованием узкополосных методов модуляции, и цифрового низкоскоростного сигнала, передаваемого с использованием шумоподобного фазоманипулированного сигнала, при этом достигается повышение скрытности передачи узкополосного сигнала за счет его зашумления шумоподобным фазоманипулированным сигналом и невозможности его демодуляции с заданным качеством выделения аналогового сигнала без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании широкополосного фазоманипулированного сигнала.

Кроме того, вводится дополнительный помехоустойчивый канал передачи цифровой информации, за счет чего увеличивается объем передаваемой информации.

Формула изобретения

Приемопередающее устройство, содержащее в передающей части последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого является первым информационным входом устройства, и модулятор, последовательно соединенные возбудитель, усилитель мощности и передающую антенну, а также первый синтезатор частот, первый выход которого соединен с вторым, опорным входом модулятора, а второй и третий выходы первого синтезатора частот соединены с вторым и третьим опорными входами возбудителя; 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 устройства, отличающееся тем, что в передающую часть введены сумматор и формирователь широкополосного фазоманипулированного сигнала, вход которого является вторым информационным входом устройства, а выход формирователя широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом модулятора, а выход сумматора соединен с первым, сигнальным входом возбудителя; в приемную часть введены коммутатор, последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, выход которого соединен с вторым сигнальным входом коммутатора, последовательно соединенные перемножитель и интегратор и последовательно соединенные приемник широкополосного фазоманипулированного сигнала, формирователь копии широкополосного фазоманипулированного сигнала, синхронно-фазовый фильтр и регулируемый усилитель, выход которого соединен с вторыми входами вычитателя и перемножителя, первый вход которого соединен с выходом вычитателя, при этом выход тракта промежуточных частот, первый сигнальный вход коммутатора и входы элемента задержки и приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединены между собой, причем первый выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с третьим, управляющим входом коммутатора, выход которого соединен с входом демодулятора, а второй выход приемника широкополосного фазоманипулированного сигнала соединен с вторым, информационным входом формирователя копии широкополосного фазоманипулированного сигнала и является вторым информационным выходом устройства, кроме того, выход элемента задержки соединен с первым, сигнальным входом синхронно-фазового фильтра, а выход интегратора соединен с вторым, управляющим входом регулируемого усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4