Способ формирования сигнала с программной перестройкой рабочей частоты с изменяемыми параметрами

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС) с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), использующих помехозащищенные радиосигналы. Техническим результатом изобретения является повышение помехозащищенности сигнала. Способ формирования сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) с изменяемыми параметрами модуляции включает генерацию первичного сигнала S(t) в негармоническом базисе, формирование опорного колебания M(t), перемножение модулированного сигнала S(t) с опорным колебанием M(t), замену на передающей стороне каждого элемента информационной последовательности на радиоимпульсы, формирование на рабочей частоте сигнала частотной модуляции, передачу сформированного сигнала на приемную сторону, на приемной стороне демодуляцию сигнала частотной модуляции на основе параметров, заданных последовательностью O₁(t), и замену радиоимпульсов на логические элементы информационной последовательности, синхронное изменение кодовых слов на основе последовательностей O₁(t) и O₂(t) с каждым изменением частоты опорного колебания M(t). Частоты опорного колебания M(t) f₁, f₂, … определяют в соответствии с заданной случайной кодовой цифровой последовательностью O₂(t). Радиоимпульсы получают из вейвлет-функций заданного порядка. Рабочая частота определяется кодовой последовательностью O₂(t). Индекс частной модуляции, порядок вейвлет-функции и время излучения выбирают в соответствии с кодовой последовательностью O₁(t) синхронно с изменением частоты опорного колебания M(t). Информационную последовательность передают получателю сообщения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС) с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), использующих помехозащищенные радиосигналы.

Известен способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами (см. 1. патент РФ на изобретение №2231921, М. кл. Н04В 1/69, H04L 27/34, опубл. 27.06.2004 г.). Способ предназначен для формирования помехозащищенных радиосигналов.

В известном способе осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности которых получают перекодировкой кодовой последовательности шумоподобного радиоимпульса, после чего осуществляют стробирование полученной суммы видеоимпульсом, равным длительности кодовой последовательности, формирование противоположного сигнала производят на основе инверсии кода модулирующей последовательности одного из квадратурных каналов.

Однако известный способ имеет низкую структурную скрытность формируемого сигнала вследствие выраженных автокорреляционных свойств модулирующих сигналов, неизменяемые параметры радиосигнала, что определяет недостаточную степень его помехозащищенности.

Известен способ формирования и обработки сложного сигнала в помехозащищенных системах (см. 2. патент РФ на изобретение №2205496, М.кл. Н03С 3/40, Н04В 1/10, H04L 27/18, опубл. 27.05.2003 г.).

В данном способе в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум, временные участки которого с амплитудой выше пороговой имеют равномерное распределение фазы в пределах относительно фазы опорного частотно-модулированного

колебания, а участки с амплитудой ниже пороговой имеют распределение фазы, равномерное в пределах ±π, причем обработку сложного сигнала производят схемой Костаса с отслеживанием введенной частотной модуляции несущей.

Однако данный способ, как и предыдущий аналог, имеет низкую структурную скрытность формируемого радиосигнала в частотно-ограниченных моделях радиоканалов, а также неизменные параметры радиосигнала, что определяет низкие параметры его помехозащищенности.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому является способ формирования сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (см. 3 патент РФ на изобретение №2648291, М. кл. Н04В 1/713, опубл. 23.03.2018 г.).

В прототипе осуществляют формирование сигнала в режиме ППРЧ. Для этого первичный сигнал модулируют цифровой информацией, перемножают результат модуляции с опорным синхронным колебанием M(t), частота которого определяется в соответствии с заданным генератором псевдослучайной последовательности (ГПСП) кодовым словом последовательности O₂(t). Причем первичный сигнал для модулятора формируют в базисах функций сплайн-характера (БФСХ), параметры которых выбирают в соответствии с заданным ГПСП кодовым словом последовательности O₁(t) синхронно изменению параметров опорного синхронного колебания, которое также формируют в БФСХ. Параметры БФСХ выбирают в соответствии с заданным ГПСП кодовым словом последовательности O₁(t). Причем кодовые слова, определяющие параметры БФСХ для первичного и опорного синхронного колебания, различны.

Структура сигнала, применяемая в способе-прототипе, является известной, неизвестным для системы противодействия являются параметры базиса формирования сигнала, задаваемые ГПСП при выборе рабочей частоты и степени БФСХ. Следствием этого является низкая степень структурной скрытности формируемого сигнала, а инвариантность параметров сигнала не позволяет получить высокие показатели помехозащищенности.

Проблемой, которую необходимо решить, является низкая структурная скрытность формируемого сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты и инвариантность параметров сигнала.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение помехозащищенности сигнала путем изменения значений времени излучения на рабочей частоте и ширины полосы частот при каждой перестройке СРС с ППРЧ, определяемых по псевдослучайному закону параметрами сигнала частотной модуляции, а также формированием сигнала частотной модуляции первичным сигналом в переменном базисе вейвлет-функций, изменяемым по псевдослучайному закону при каждой перестройке рабочей частоты СРС.

Заявляемый технический результат достигается в предлагаемом способе формирования сигнала с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) с изменяемыми параметрами, при котором первичный сигнал S(t) генерируют в негармоническом базисе, формируют опорное колебание M(t), частоты которого f₁, f₂, …f_n определяют в соответствии с заданной случайной кодовой цифровой последовательностью O₂(t), перемножают модулированный сигнал S(t) с опорным колебанием M(t), параметры формируемого сигнала выбирают в соответствии с заданной псевдослучайной кодовой последовательностью O₁(t) синхронно с изменением частоты опорного колебания M(t), согласно изобретению на передающей стороне каждый элемент информационной последовательности заменяют на радиоимпульсы, которые получают из вейвлет-функций заданного порядка, на рабочей частоте, определяемой кодовой последовательностью O₂(t), формируют сигнал частотной модуляции, причем индекс частной модуляции, порядок вейвлет-функций и время излучения выбирают в соответствии с кодовой последовательностью O₁(t), сформированный сигнал передают на приемную сторону, после чего синхронно изменяют кодовые слова последовательностей O₁(t) и O₂(t), на приемной стороне после выбора рабочей частоты колебания M(t) в соответствии с кодовым словом последовательности O₂(t) демодулируют сигнал частотной модуляции на основе параметров, заданных последовательностью O₁(f), производят замену радиоимпульсов на логические элементы информационной последовательности, которую передают получателю сообщения.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе реализуется принцип расширения базы сигнала на основе режима ППРЧ и модуляции частоты с переменным индексом частотной модуляции, а также изменение времени излучения при каждой перестройке СРС.

В прототипе реализуются расширение спектра сигнала на основе БФСХ функций заданного порядка и усложнением реализации известного режима ППРЧ. Поскольку вид радиосигнала не изменяется, то и параметры помехозащищенности формируемого радиосигнала является низкими.

В заявляемом способе расширение спектра дискретного первичного сигнала производится частотной модуляцией с переменным индексом, что определяет изменение полосы частот формируемого радиосигнала, а представление первичного сигнала в базисе вейвлет-функций переменного порядка и изменение времени излучения на рабочей частоте определяют существенное повышение свойств структурной скрытности формируемого таким образом радиосигнала (см. 4. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. Учебник. - М, 1973 г.), что и обуславливает повышение помехозащищенности формируемого радиосигнала.

Заявленный способ поясняется чертежами, где:

на фиг. 1. изображены

а) информационная последовательность;

б) модуляция вейвлет-функциями;

в) частотная модуляция на первой частоте;

в) частотная модуляция на n-ой частоте.

На фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма реализации способа формирования сигнала с программной перестройкой рабочей частоты с изменяемыми параметрами.

Реализация заявляемого способа в соответствии блок-схемой алгоритма на фиг. 2 осуществляется следующим образом.

1. Первичный сигнал S(t) генерируют в негармоническом базисе, формируют опорное колебание M(t), частоты которого f₁, f₂, … определяют в соответствии с заданной случайной кодовой цифровой последовательностью О₂(t) (блок Т4 фиг. 2), перемножают модулированный сигнал S(t) с опорным колебанием M(t) (блок Т5 фиг. 2), параметры формируемого сигнала выбирают в соответствии с заданной псевдослучайной кодовой последовательностью O₁(t) синхронно с изменением частоты опорного колебания M(t). Данные процедуры аналогичны способу-прототипу, за исключением того, что кодовая последовательность O₁(t) не является составной и по своей структуре идентична кодовой последовательности O₂(t).

2. На передающей стороне каждый элемент информационной последовательности U_и(t) (фиг. 1, а) заменяют на радиоимпульсы S(t), которые получают из вейвлет-функций заданного порядка (фиг. 1, б, блок Т1 фиг. 2).

Указанная процедура осуществляется на основе низкочастотной модуляции информационной последовательности {1,0} вейвлет-функциями заданного порядка. При посылке логического нуля происходит инверсия вейвлет-функций (фиг. 1, б). Этапы формирования являются известными и приведены, например, в (см. 5. патент РФ на изобретение №2412551, М. кл. H04L 27/18, опубл. 20.02.2011 г.). Количество радиоимпульсов определяется в зависимости от длительности излучения на частоте.

3. Формируют сигнал частотной модуляции, причем индекс частной модуляции, порядок вейвлет-функций и время излучения выбирают в соответствии с кодовой последовательностью O₁(t) (фиг. 1, в, г, блоки Т2, Т3 фиг. 2).

Формирование сигналов частотной модуляции является известной процедурой и приведено, в частности, в (см. 6. патент РФ на полезную модель №62310 М. кл. Н03С 3/10, H03L 7/18, опубл. 07.12.2006 г.). Особенностью формирования частотно-модулированного сигнала в заявляемом способе является изменение индекса модуляции, а также времени излучения при каждой перестройке. Данные процедуры могут быть реализованы на основе формирования вектора функционирования СРС, состоящего из кодовых слов последовательности O₁(t), которым задаются индекс частотной модуляции и время излучения. Вектор функционирования СРС представляет собой вектор двоичных чисел. Процедура формирования вектора двоичных чисел аналогична формированию последовательностей двоичных чисел и приведена, например, в (см. 7. патент РФ на изобретение №2447579, М. кл. Н04В 3/46, опубл. 21.01.2010 г.). Изменение времени излучения в радиолинии аналогично процедуре изменения скорости ППРЧ и представлено, например, в (см. 8. патент РФ на изобретение №2628328, М. кл. H04L 9/00, Н04В 7/00, опубл. 15.08.17 г.). Выбор значений индекса частотной модуляции описан в (см. 4. Кловский ДД. Теория передачи сигналов. Учебник. - М., 1973 г.).

4. Демодулируют сигнал частотной модуляции на основе параметров, заданных последовательностью O1(t), производят замену радиоимпульсов на логические элементы информационной последовательности, которую передают получателю сообщения (блок Т6 фиг. 2).

Процедура частотной демодуляции является известной и приведена, например, в (см. 9. патент РФ на изобретение №2522039, М. кл. Н04В 1/10, H03D 3/00, опубл. 17.12.2012 г.).

Замена радиоимпульсов на логические элементы процедура обратная п. 1.

5. Изменяют кодовые слова на основе последовательностей O₁(t) и O₂(t) (блок Т7 фиг. 2).

Процедуры организации функционирования радиолинии в режиме ППРЧ и изменение кодовых слов последовательностей, а также синхронный выбор номера частоты и параметров формируемого частотно модулированного сигнала идентичны способу-прототипу.

Результаты проведенного имитационного моделирования передачи сообщений в среде MatLAB на основе разработанного способа показали высокую вероятность ошибки демодуляции при неправильной идентификации структуры сигнала, что согласно (см. 10. Борисов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи. Основы теории и принципы реализации. Монография. М.: Наука. 2009. - 358 с.) определяет повышение помехозащищенности формируемого сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты.

Способ формирования сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) с изменяемыми параметрами модуляции, заключающийся в том, что первичный сигнал S(t) генерируют в негармоническом базисе, формируют опорное колебание M(t), частоты которого f₁, f₂, … определяют в соответствии с заданной псевдослучайной кодовой последовательностью O₂(t), перемножают модулированный сигнал S(t) с опорным колебанием M(t), параметры формируемого сигнала выбирают в соответствии с заданной псевдослучайной кодовой последовательностью O₁(t) синхронно с изменением частоты опорного колебания M(t), отличающийся тем, что синхронно с каждым изменением частоты опорного колебания M(t) формируют кодовые слова на основе псевдослучайных последовательностей O₁(t) и O₂(t), на передающей стороне полосу частот канала тональной частоты разбивают на две полосы на основе граничного значения частоты, которое выбирают с использованием кодового слова псевдослучайной последовательности O₁(t), из информационной последовательности формируют первое и второе кодовые слова, на основе кодовой последовательности O₁(t) выбирают порядок первой, второй, третьей, четвертой вейвлет-функций, элементы первого и второго кодовых слов заменяют на радиоимпульсы, которые получают соответственно из первой, второй и третьей, четвертой вейвлет-функций, причем длину кодовых слов определяют исходя из значений сформированных в полосе канала тональной частоты значений полос и порядка вейвлет-функций, а элементы первого кодового слова заменяют на радиоимпульсы первой и второй вейвлет-функций, элементы второго кодового слова заменяют на радиоимпульсы третьей и четвертной вейвлет-функций, радиоимпульсы второго кодового слова инвертируют и производят сложение радиоимпульсов, на основе полученного первичного сигнала S(t) на промежуточной частоте формируют сигнал однополосной модуляции, производят демодуляцию сформированного однополосного сигнала, причем частоту несущей при демодуляции выбирают равной сумме значений промежуточной частоты и граничного значения частоты, полученного в соответствии с кодовым словом псевдослучайной последовательности O₁(t), на основе демодулированного сигнала на рабочей частоте, определяемой кодовым словом последовательности O₂(t), формируют сигнал однополосной модуляции, который излучают в сторону корреспондента, после чего изменяют частоту опорного колебания M(t), на приемной стороне после выбора рабочей частоты колебания M(t) в соответствии с кодовым словом последовательности O₂(t) демодулируют сигнал однополосной модуляции, производят разделение радиоимпульсов первого и второго кодовых слов, в соответствии с кодовой последовательностью O₁(t) производят замену радиоимпульсов на логические элементы информационной последовательности, которую передают получателю сообщения.