Многоканальный приемник с кодовым разделением каналов для приема квадратурно-модулированных сигналов повышенной структурной скрытности

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, в системах управления по радио и др. системах, призванных функционировать в условиях ведения радиоэлектронной борьбы.

Одним из основных требований, предъявляемых к перспективным системам связи, является требование по использованию в них сигналов с высокой структурной скрытностью, что позволяет затруднить противоборствующей стороне создание эффективной помехи (помехи, подобной сигналу) для подавления этих систем, а также защитить эти системы связи от постороннего вмешательства с целью перехвата информации или навязывания ложной информации.

Одним из перспективных направлений по повышению структурной скрытности сигналов является использование для их формирования нелинейных кодовых последовательностей из ансамбля полных кодовых колец.

Известны устройства, формирующие квадратурно-модулированные сигналы с повышенной структурной скрытностью [1], а также устройства, обеспечивающие надежный прием таких сигналов [2].

Однако при длительной эксплуатации этих систем связи возможности сторонних лиц по раскрытию структуры перехваченных ими сигналов значительно возрастают за счет увеличения времени мониторинга работы систем, с одной стороны, и возрастания вычислительных мощностей систем обработки перехваченной информации, с другой.

Известны устройства, формирующие квадратурно-модулированные сигналы, сигнально-кодовая конструкция которых изменяется в процессе эксплуатации [3]. Однако не существует устройств, которые позволяют обеспечить прием таких сигналов.

Известны устройства, которые обеспечивают надежный прием квадратурно-модулированных сигналов повышенной структурной скрытности [2], но им присущи следующие недостатки:

отсутствует возможность осуществлять прием квадратурно-модулированных сигналов, сигнально-кодовая конструкция которых изменяется в процессе эксплуатации;

отсутствует возможность повторного обнаружения сигнала в случае срыва синхронизации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [2] (прототип), в состав которого входят К каналов выделения информации, где К принимает значения от 1 до N-1, а N=2ⁿ при n≥1, один из которых выделен для синхронизации приемника, причем каждый канал выделения информации включает в себя последовательно соединенные первый квадратурный коррелятор канала выделения информации, первый интегратор и первый компаратор, а также последовательно соединенные второй квадратурный коррелятор канала выделения информации, второй интегратор и второй компаратор, первые входы первого и второго квадратурных корреляторов канала выделения информации объединены и являются первым входом k-ого канала выделения информации, где k принимает значения от 1 до К, вторые входы первого и второго квадратурных корреляторов канала выделения информации объединены и являются вторым входом k-ого канала выделения информации, выход первого компаратора соединен с первым входом декодера и является первым и девятым выходами канала выделения информации, выход второго компаратора соединен со вторым входом декодера и является вторым и десятым выходами канала выделения информации, первый выход декодера является третьим выходом канала выделения информации, второй выход декодера является четвертым выходом канала выделения информации, выход первого квадратурного коррелятора канала выделения информации является пятым выходом канала выделения информации, выход второго квадратурного коррелятора канала выделения информации является шестым выходом канала выделения информации, вторые входы первого и второго интегратора и третий вход декодера объединены и являются седьмым входом канала выделения информации, четвертый вход декодера является шестым входом канала выделения информации, выход первого сумматора по модулю два соединен с третьим входом первого квадратурного коррелятора канала выделения информации и является восьмым выходом канала выделения информации, выход второго сумматора по модулю два соединен с третьим входом второго квадратурного коррелятора канала выделения информации и является седьмым выходом канала выделения информации, первый вход первого сумматора по модулю два является третьим входом канала выделения информации, первый вход второго сумматора по модулю два является четвертым входом канала выделения информации, вторые входы первого и второго сумматоров по модулю два объединены и являются пятым входом канала выделения информации, а также последовательно соединенные первый фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом первого преобразователя частоты, третий преобразователь частоты, первый широкополосный фильтр нижних частот и первый аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные второй фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом второго преобразователя частоты, четвертый преобразователь частоты, второй широкополосный фильтр нижних частот и второй аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные пятый преобразователь частоты, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра промежуточной частоты, третий широкополосный фильтр нижних частот, третий аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные шестой преобразователь частоты, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра промежуточной частоты, четвертый широкополосный фильтр нижних частот и четвертый аналого-цифровой преобразователь, причем вторые входы четвертого и пятого преобразователей частоты объединены и через второй фазовращатель на π/2 соединены с выходом опорного генератора, вторые входы третьего и шестого преобразователей частоты объединены и соединены с выходом опорного генератора, последовательно соединенные первый квадратурный коррелятор цепи слежения за несущей частотой и первый перемножитель, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй квадратурный коррелятор цепи слежения за несущей частотой и второй перемножитель, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, второй вход первого перемножителя соединен с 9-ым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, а второй вход второго перемножителя соединен с 10-ым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, выход первого сумматора соединен с входом фильтра фазовой ошибки, первые входы первого и второго квадратурных корреляторов цепи слежения за несущей частотой объединены и соединены с выходом четвертого аналого-цифрового преобразователя, вторые входы первого и второго квадратурных корреляторов цепи слежения за несущей частотой объединены и соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, третий вход первого квадратурного коррелятора цепи слежения за несущей частотой соединен с восьмым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, третий вход второго квадратурного коррелятора цепи слежения за несущей частотой соединен с седьмым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, первые входы всех каналов выделения информации, а также первые входы первого и второго корреляторов цепи слежения за тактовой частотой объединены и соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, вторые входы всех каналов выделения информации, а также вторые входы первого и второго корреляторов цепи слежения за тактовой частотой объединены и соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого коррелятора цепи слежения за тактовой частотой соединен с первым входом третьего перемножителя, а выход второго коррелятора цепи слежения за тактовой частотой соединен с первым входом четвертого перемножителя, третий вход k-ого канала выделения информации соединен с i-ым выходом генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, где i принимает значение k, четвертый вход k-ого канала выделения информации соединен с j-ым выходом генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, где j принимает значение К-k+1, причем если i равняется j, то j принимает значение k+1, пятые входы всех каналов выделения информации объединены и подключены к первому выходу генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, шестые входы всех каналов выделения информации объединены и подключены ко второму выходу генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, (K+1)-ый выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с седьмыми входами всех каналов выделения информации и со вторым входом третьего интегратора, пятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, через первый квадратор соединен с первым входом второго сумматора, а шестой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, через второй квадратор соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого через третий интегратор и первое пороговое устройство соединен с объединенными вторыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, девятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен со вторым входом третьего перемножителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, а десятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен со вторым входом четвертого перемножителя, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, выход третьего сумматора через первый электронный ключ соединен с входом фильтра ошибки по задержке, а также последовательно соединенные пятый перемножитель и пятый широкополосный фильтр нижних частот, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные шестой перемножитель и шестой широкополосный фильтр нижних частот, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, первый и второй входы пятого перемножителя объединены и соединены с выходом первого фильтра промежуточной частоты, первый и второй входы шестого перемножителя объединены и соединены с выходом второго фильтра промежуточной частоты, последовательно соединенные согласованный фильтр, третий квадратор, третий электронный ключ и второе пороговое устройство, выход которого соединен с первыми входами генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей и генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, седьмой перемножитель и второй электронный ключ, выход которого подключен к входу фильтра ошибки по задержке, выход четвертого сумматора соединен с входом согласованного фильтра и со вторым входом седьмого перемножителя, выход согласованного фильтра соединен с входом первого инвертора и с первым входом четвертого электронного ключа, выход первого инвертора соединен с первым входом пятого электронного ключа, выход которого соединен с входом второго инвертора, выходы второго инвертора и четвертого электронного ключа объединены и соединены с первым входом третьего сумматора по модулю два, (K+2)-ой выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с объединенными вторыми входами четвертого и пятого электронных ключей, выход управляемого тактового генератора соединен со вторыми входами третьего сумматора по модулю два, генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, а также со вторыми входами четвертого и пятого сумматоров по модулю два, седьмой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен с первым входом четвертого сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом второго коррелятора цепи слежения за тактовой частотой, восьмой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен с первым входом пятого сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом первого коррелятора цепи слежения за тактовой частотой, последовательно соединенные фильтр фазовой ошибки, первый управляющий элемент и управляемый генератор, выход которого через первый фазовращатель соединен со вторым входом второго преобразователя частоты, второй вход первого преобразователя частоты соединен с выходом управляемого генератора, первые входы первого и второго преобразователей частоты объединены и являются входом устройства, а также последовательно соединенные фильтр ошибки по задержке, второй управляющий элемент, управляемый тактовый генератор.

Целью настоящего изобретения является разработка многоканального устройства, позволяющего обеспечить надежный прием квадратурно-модулированных сигналов, сигнально-кодовая конструкция которых изменяется в процессе эксплуатации, и повторное обнаружение сигнала в случае срыва синхронизации.

Указанная цель достигается тем, что в схему известного устройства, включающего в себя К каналов выделения информации, где К принимает значения от 1 до N-1, а N=2ⁿ при n≥1, один из которых выделен для синхронизации приемника, причем каждый канал выделения информации включает в себя последовательно соединенные первый квадратурный коррелятор канала выделения информации, первый интегратор и первый компаратор, а также последовательно соединенные второй квадратурный коррелятор канала выделения информации, второй интегратор и второй компаратор, первые входы первого и второго квадратурных корреляторов канала выделения информации объединены и являются первым входом k-ого канала выделения информации, где k принимает значения от 1 до К, вторые входы первого и второго квадратурных корреляторов канала выделения информации объединены и являются вторым входом k-ого канала выделения информации, выход первого компаратора соединен с первым входом декодера и является первым и девятым выходами канала выделения информации, выход второго компаратора соединен со вторым входом декодера и является вторым и десятым выходами канала выделения информации, первый выход декодера является третьим выходом канала выделения информации, второй выход декодера является четвертым выходом канала выделения информации, выход первого квадратурного коррелятора канала выделения информации является пятым выходом канала выделения информации, выход второго квадратурного коррелятора канала выделения информации является шестым выходом канала выделения информации, вторые входы первого и второго интегратора и третий вход декодера объединены и являются седьмым входом канала выделения информации, четвертый вход декодера является шестым входом канала выделения информации, выход первого сумматора по модулю два соединен с третьим входом первого квадратурного коррелятора канала выделения информации и является восьмым выходом канала выделения информации, выход второго сумматора по модулю два соединен с третьим входом второго квадратурного коррелятора канала выделения информации и является седьмым выходом канала выделения информации, первый вход первого сумматора по модулю два является третьим входом канала выделения информации, первый вход второго сумматора по модулю два является четвертым входом канала выделения информации, вторые входы первого и второго сумматоров по модулю два объединены и являются пятым входом канала выделения информации, а также последовательно соединенные первый фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом первого преобразователя частоты, третий преобразователь частоты, первый широкополосный фильтр нижних частот и первый аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные второй фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом второго преобразователя частоты, четвертый преобразователь частоты, второй широкополосный фильтр нижних частот и второй аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные пятый преобразователь частоты, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра промежуточной частоты, третий широкополосный фильтр нижних частот, третий аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные шестой преобразователь частоты, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра промежуточной частоты, четвертый широкополосный фильтр нижних частот и четвертый аналого-цифровой преобразователь, причем вторые входы четвертого и пятого преобразователей частоты объединены и через второй фазовращатель на π/2 соединены с выходом опорного генератора, вторые входы третьего и шестого преобразователей частоты объединены и соединены с выходом опорного генератора, последовательно соединенные первый квадратурный коррелятор цепи слежения за несущей частотой и первый перемножитель, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенные второй квадратурный коррелятор цепи слежения за несущей частотой и второй перемножитель, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, второй вход первого перемножителя соединен с 9-ым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, а второй вход второго перемножителя соединен с 10-ым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, выход первого сумматора соединен с входом фильтра фазовой ошибки, первые входы первого и второго квадратурных корреляторов цепи слежения за несущей частотой объединены и соединены с выходом четвертого аналого-цифрового преобразователя, вторые входы первого и второго квадратурных корреляторов цепи слежения за несущей частотой объединены и соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, третий вход первого квадратурного коррелятора цепи слежения за несущей частотой соединен с восьмым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, третий вход второго квадратурного коррелятора цепи слежения за несущей частотой соединен с седьмым выходом канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, первые входы всех каналов выделения информации, а также первые входы первого и второго корреляторов цепи слежения за тактовой частотой объединены и соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, вторые входы всех каналов выделения информации, а также вторые входы первого и второго корреляторов цепи слежения за тактовой частотой объединены и соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого коррелятора цепи слежения за тактовой частотой соединен с первым входом третьего перемножителя, а выход второго коррелятора цепи слежения за тактовой частотой соединен с первым входом четвертого перемножителя, третий вход k-ого канала выделения информации соединен с i-ым выходом генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, где i принимает значение k, четвертый вход k-ого канала выделения информации соединен с j-ым выходом генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, где j принимает значение К-k+1, причем если i равняется j, то j принимает значение k+1, пятые входы всех каналов выделения информации объединены и подключены к первому выходу генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, шестые входы всех каналов выделения информации объединены и подключены ко второму выходу генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, (K+1)-ый выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с седьмыми входами всех каналов выделения информации и со вторым входом третьего интегратора, пятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, через первый квадратор соединен с первым входом второго сумматора, а шестой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, через второй квадратор соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого через третий интегратор и первое пороговое устройство соединен с объединенными вторыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, девятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен со вторым входом третьего перемножителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, а десятый выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен со вторым входом четвертого перемножителя, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, выход третьего сумматора через первый электронный ключ соединен с входом фильтра ошибки по задержке, а также последовательно соединенные пятый перемножитель и пятый широкополосный фильтр нижних частот, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные шестой перемножитель и шестой широкополосный фильтр нижних частот, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, первый и второй входы пятого перемножителя объединены и соединены с выходом первого фильтра промежуточной частоты, первый и второй входы шестого перемножителя объединены и соединены с выходом второго фильтра промежуточной частоты, последовательно соединенные согласованный фильтр, третий квадратор, третий электронный ключ и второе пороговое устройство, выход которого соединен с первыми входами генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей и генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, седьмой перемножитель и второй электронный ключ, выход которого подключен к входу фильтра ошибки по задержке, выход четвертого сумматора соединен с входом согласованного фильтра и со вторым входом седьмого перемножителя, выход согласованного фильтра соединен с входом первого инвертора и с первым входом четвертого электронного ключа, выход первого инвертора соединен с первым входом пятого электронного ключа, выход которого соединен с входом второго инвертора, выходы второго инвертора и четвертого электронного ключа объединены и соединены с первым входом третьего сумматора по модулю два, (K+2)-ой выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с объединенными вторыми входами четвертого и пятого электронных ключей, выход управляемого тактового генератора соединен со вторыми входами третьего сумматора по модулю два, генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей, генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности, а также со вторыми входами четвертого и пятого сумматоров по модулю два, седьмой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен с первым входом четвертого сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом второго коррелятора цепи слежения за тактовой частотой, восьмой выход канала выделения информации, выделенного для синхронизации приемника, соединен с первым входом пятого сумматора по модулю два, выход которого соединен с третьим входом первого коррелятора цепи слежения за тактовой частотой, последовательно соединенные фильтр фазовой ошибки, первый управляющий элемент и управляемый генератор, выход которого через первый фазовращатель соединен со вторым входом второго преобразователя частоты, второй вход первого преобразователя частоты соединен с выходом управляемого генератора, первые входы первого и второго преобразователей частоты объединены и являются входом устройства, а также последовательно соединенные фильтр ошибки по задержке, второй управляющий элемент, управляемый тактовый генератор, внесены следующие изменения, а именно: из схемы устройства исключены: генератор маскирующей ортогональной кодовой последовательности, генератор канальных ортогональных кодовых последовательностей и разорвана связь между выходом первого порогового устройства и вторыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, а в схему устройства дополнительно введены: генератор маскирующей ортогональной кодовой последовательности, генератор канальных ортогональных кодовых последовательностей, первое, второе и третье коммутационные устройства, устройство повторного обнаружения сигнала и элемент развязки и установлены следующие связи между элементами устройства: первый вход генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности соединен с выходом второго порогового устройства, второй вход генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности соединен с выходом управляемого тактового генератора, i-ый выход генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности соединен с i-ым входом первого коммутационного устройства, где i принимает значения от 1 до I (I может принимать значения 2, 3, …), (I+1)-ый выход генератора маскирующей ортогональной кодовой последовательности соединен с объединенными шестыми входами всех каналов выделения информации, выход первого коммутационного устройства соединен с объединенными пятыми входами всех каналов выделения информации, первый вход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с выходом второго порогового устройства, второй вход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с выходом управляемого тактового генератора, выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с входами второго и третьего коммутационных устройств, где принимает значения от 1 до L, (L+1)-ый выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с объединенными седьмыми входами всех каналов выделения информации и с вторым входом третьего интегратора, (L+2)-ой выход генератора канальных ортогональных кодовых последовательностей соединен с объединенными вторыми входами четвертого и пятого электронных ключей, k-ый выход второго коммутационного устройства соединен с третьим входом k-ого канала выделения информации, где k принимает значения от 1 до К, k-ый выход третьего коммутационного устройства соединен с четвертым входом k-ого канала выделения информации, выход первого порогового устройства соединен с первым входом устройства повторного обнаружения сигнала, а через элемент развязки - с вторыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, второй вход устройства повторного обнаружения сигнала соединен с выходом управляемого тактового генератора, выход устройства повторного обнаружения сигнала соединен с объединенными вторыми входами первого, второго и третьего электронных ключей.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в схему приемника новые элементы, а именно: генератор маскирующей ортогональной кодовой последовательности, генератор канальных ортогональных кодовых последовательностей, первое, второе и третье коммутационные устройства, первый, второй и третий электронные ключи, устройство повторного обнаружения сигнала и соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось обеспечить надежный прием квадратурно-модулированных сигналов, сигнально-кодовая конструкция которых изменяется в процессе длительной эксплуатации, а также повторное обнаружение сигнала в случае срыва синхронизации, что соответствует критерию «новизна».

Поскольку совокупность введенных элементов и их связи до даты подачи заявки в патентной и научной литературе не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».

Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1 и 2. С целью упрощения схемы на фиг. 1 изображены только один k-ый (k=1) канал выделения информации, а также элементы, которые обеспечивают функционирование устройства и позволяют пояснить его работу в целом. На фиг. 1 представлена общая схема устройства, на которой цифрами обозначены:

1, 16 - фазовращатель на π/2 (ФВ);

2 - управляемый генератор (УГ);

3, 52 - управляющий элемент (УЭ);

4 - фильтр фазовой ошибки (ФФО);

5, 15, 18, 20, 32, 34 - преобразователь частоты (ПЧ);

6, 14, 21, 31, 37, 39 - широкополосный фильтр нижних частот (ШФНЧ);

7, 13, 22, 30 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

8, 12 - квадратурный коррелятор цепи слежения за несущей частотой (КК НЧ);

9, 11, 38, 40, 49, 59, 60 - перемножитель (П);

10, 36, 61, 64 - сумматор (См);

17 - опорный генератор (ОГ);

19, 33 - фильтр промежуточной частоты (ФПЧ);

23, 29 - квадратурный коррелятор канала выделения информации (КК КВИ);

24, 28, 63 - интегратор (Инт.);

25, 27 - компаратор (КМ);

26 - декодер (ДК);

35 - согласованный фильтр (СФ);

41, 42, 48, 54, 55 - сумматор по модулю два (См2);

43, 50, 56, 69, 70 - электронный ключ (ЭК);

45, 65, 66 - квадратор (КВ);

46 - генератор канальных ортогональных кодовых последовательностей (ГКОКП);

47 - генератор маскирующей ортогональной кодовой последовательности (ГМОКП);

51 - управляемый тактовый генератор (УТГ);

53 - фильтр ошибки по задержке (ФОЗ);

57, 58 - квадратурный коррелятор цепи слежения за тактовой частотой (КК ТЧ);

44, 62 - пороговое устройство (ПУ);

67, 68 - канал выделения информации (КВИ);

71, 72 - инвертор (Инв.);

73, 74, 75 - первое, второе и третье коммутационные устройства (КУ);

76 - устройство повторного обнаружения сигнала (УПОС);

77 - элемент развязки.

На фиг. 2 представлена структурная схема УПОС (76). Цифрами на фиг. 2 обозначены:

1 - делитель частоты (ДЧ);

2 - вычитающий счетчик (ВСч);

3 - дешифратор (Дш)

4 - инвертор (Инв.).

Работа приемника. Порядок работы приемника рассмотрим по структурной схеме, которая изображена на фиг. 1.

При рассмотрении работы приемника будем исходить из следующего:

1. На вход приемного устройства поступает аддитивная смесь сигнала и шума вида

где s(t) - собственно принимаемый приемником групповой сигнал;

n(t) - шум на входе приемника.

Принимаемый сигнал на входе K-канального приемника представим в виде:

где А - амплитуда сигнала;

ω_o - несущая угловая частота сигнала;

t - текущее время;

- i-ая канальная ортогональная кодовая последовательность в синфазном k-ом КВИ на интервале времени;

- j-ая канальная ортогональная кодовая последовательность в квадратурном k-ом КВИ на интервале времени;

k - номер КВИ, к принимает значения от 1 до К, а К принимает значения от 1 до N-1, a N=2ⁿ при n≥1;

i - номер одной из канальных ортогональных кодовых последовательностей из ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), i принимает значения 1, 2, …К, …L;

j - номер одной из канальных ортогональных кодовых последовательностей из ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), j принимает значения 1, 2, …К, …L; причем i≠j.

- длительность канальной ортогональной кодовой последовательности, генерируемой ГКОКП (46), равная длительности информационного символа;

П0_i - одна из маскирующих ортогональных кодовых последовательностей, генерируемых ГМОКП (47), i принимает значения 1, 2, …I; одновременно выполняет функцию цикловой синхронизации, причем ее длительность S кратна длительности канальной ортогональной кодовой последовательности, генерируемой ГКОКП (46), т.е. , где m - число канальных ортогональных кодовых последовательностей, укладывающихся на интервале маскирующей ортогональной кодовой последовательности;

- фрагмент i-ой маскирующей ортогональной кодовой последовательности, генерируемой ГМОКП (47) на интервале ;

- фаза сигнала в синфазном k-ом КВИ на интервале времени. Причем значение фазы на интервале времени постоянно, зависит от знака информационного символа и может принимать значения 0 или π;

- фаза сигнала в квадратурном k-ом КВИ на интервале времени. Причем значение фазы постоянно на интервале времени, зависит от знака информационного символа и может принимать значения π/2 или -π/2.

Шумовая составляющая на входе K-канального приемника имеет вид

где ψ(t) - фаза шумовых составляющих n_cs(t) и n_sn(t), которая представляет собой случайный процесс, равномерно распределенный на интервале ;

n_cs(t), n_sn(t) - амплитуды шумовых составляющих в синфазном и квадратурном каналах соответственно.

Причем n(t), n_cs(t), n_sn(t) - случайные процессы, распределенные по нормальному закону с нулевым средним значением. Спектральная плотность мощности процесса n(t) равна N₀, а процессов n_cs(t) и n_sn(t) - N₀/2; дисперсия процесса n(t) равна σ², а процессов n_cs(t) и n_sn(t) - σ²/2, то есть

2. На выходе УГ (2) формируется сигнал вида

где ω_g - частота УГ;

ϕ - начальная фаза частоты УГ относительно частоты принимаемого сигнала.

На выходе ФВ (1) сигнал имеет вид

3. Информация в канале передается блоками S-ой длины, каждый блок включает m информационных символов, длительность каждого из которых равна . Каждому информационному символу соответствует канальная ортогональная последовательность. Для повышения структурной скрытности каждый информационный блок «закрывается» маскирующей последовательностью, длина которой равна S.

4. Для обеспечения высокой структурной скрытности в групповом сигнале, поступающем на вход приемного устройства, в явном виде отсутствует пилот-сигнал (сигнал синхронизации). Для решения задач обнаружения сигнала, синхронизации, а также слежения за несущей и тактовой частотами используется информация, циркулирующая в принимаемом групповом сигнале. Причем в групповом сигнале обязательно присутствуют две канальные ортогональные кодовые последовательности m произведение которых дает последовательность П_С. На эту последовательность и настроен СФ (35). Эта же последовательность П_С с (L+2)-ого выхода ГКОКП (46) поступает на первый вход См2 (48) через соответствующий открытый ЭК (69) или (70).

5. В момент включения приемного устройства начала последовательностей, генерируемых ГКОКП (46) и ГМОКП (47), не совпадают друг с другом, а так же, как правило, не совпадают с началом последовательностей, поступающих на вход приемного устройства.

6. Начало маскирующей последовательности, поступающей на вход приемного устройства, совпадает с началом поступающего на вход приемного устройства информационного блока и с началом первой канальной последовательности в составе информационного блока.

7. После включения приемного устройства электронные ключи, (43) и (50) открыты, ЭК (56), (69) и (70) закрыты, а вычитающий счетчик (2) в УПОС (76) (см. фиг. 2) обнулен (т.е. все ячейки счетчика находятся в нулевом состоянии).

8. Значение порога ПУ (62) в общем случае определяется требуемым значением вероятности ложных тревог и выбирается исходя из следующих условий:

суммарное значение помеховых составляющих синфазного и квадратурного каналов (помеховые составляющие с 5 и 6 выходов КВИ (67)), накопленное Инт. (63) на интервале длительности информационного символа , не должно превышать величины выбранного порога;

суммарное значение энергии составляющих полезного сигнала синфазного и квадратурного каналов (составляющие полезного сигнала с 5 и 6 выходов КВИ (67)), накопленное Инт. (63), должно превысить величину выбранного порога за интервал времени менее , чтобы обеспечить закрытие ЭК (43) и (50) и открытие ЭК (56) до момента появления очередного импульса с выхода СФ (35).

9. На выходе ОГ (17) формируется сигнал вида

а на выходе ФВ (16) сигнал вида

где ω_ог - частота ОГ, причем ее значение соответствует значению промежуточной частоты ω_пр на выходе ФПЧ (19) и (33).

10. Для повышения структурной скрытности сигналов примем, что в каждом k-ом КВИ должны использоваться две разные канальные ортогональные кодовые последовательности из ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), т.е. в синфазном канале k-ого КВИ используется последовательность с номером i, а в квадратурном канале k-ого КВИ - последовательность с номером j. Объем ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), равен L.

11. Будем считать, что устройство вышло из режима синхронизации, если на интервале времени с выхода ПУ (62) на первый вход УПОС (76) не поступил ни один импульс.

12. КУ (73) обеспечивает подключение выходов ГМОКП (47) к пятым входам соответствующих каналов, КУ (74) обеспечивает подключение выходов ГКОКП (46) к третьим входам соответствующих каналов, а КУ (75) обеспечивает подключение выходов ГМОКП (46) к четвертым входам соответствующих каналов, причем коммутация входов и выходов КУ (74) и (75) осуществляется таким образом, чтобы на третий и четвертый входы любого КВИ поступали разные канальные ортогональные кодовые последовательности.

В общем случае работа приемника состоит в решении следующих задач: обнаружение сигнала;

установление и поддержание синхронизации приемника по несущей и тактовой частотам;

выделение информации;

повторное обнаружение сигнала в случае срыва синхронизации.

Работа приемника. Пусть на вход приемника, а, следовательно, и на первые входы ПЧ (18) и (34) поступает аддитивная смесь сигнала s(t) (2) и шума n(t) (3).

Одновременно на второй вход ПЧ (18) непосредственно, а на второй вход ПЧ (34) через ФВ (1) с выхода УГ (2) подаются сигналы вида (5) и (6), соответственно.

Тогда сигнальную составляющую в синфазном канале можно представить в виде

а шумовую составляющую - в виде

а в квадратурном канале сигнальную составляющую - в виде

а шумовую составляющую - в виде

В результате преобразований сигнальной и шумовой составляющих в ПЧ (18) и в ПЧ (34) на их выходах появятся составляющие суммарной (ω_Σ=ω_o+ω_g) и разностной (ω_р=ω_o-ω_g) частот сигнала и шума. Составляющие суммарной частоты ω_Σ сигнала и шума подавляются фильтрами промежуточной частоты (19) и (33), а составляющие разностной частоты сор (назовем ее промежуточной частотой ω_пр) проходят через ФПЧ (19) и (33).

Тогда сигнальная составляющая на выходе ФПЧ (19) (синфазный канал) будет иметь вид

а шумовая составляющая -

где u_шcs - амплитуда шума в синфазном канале;

u_шsn - амплитуда шума в квадратурном канале.

А сигнальная составляющая на выходе ФПЧ (33) (квадратурный канал) будет иметь вид

а шумовая составляющая -

Работа приемника в режиме обнаружения сигнала. Сигнал с выхода ФПЧ (19) (синфазный канал) вида (13) и (14) поступает на первый и второй входы П (38), а с выхода ФПЧ (33) (квадратурный канал) сигнал вида (15) и (16) - на первый и второй входы П (40).

Сигнал на выходе П (38) можно представить в виде

После возведения в квадрат выражение (17) примет вид

Принимая во внимание, что , где , а и выражение

Принимая во внимание, что , где , а и выражение

Учитывая, что , где , а ; ; , где - одна из последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), то выражение

Учитывая, что , где , а ; ; , где - одна из последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), выражение

Учитывая, что , где , а ; ; , где - одна из последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), выражение

Выражение

Выражение

Выражение

Выражение

Выражение

Выражение

Из анализа приведенных выше выражений следует, что в перемножителе (38) в результате перемножения сигналов, поступивших на его входы, на его выходе появляются составляющие суммарной и разностной частот сигнала и шума.

Составляющие суммарной частоты сигнала и шума синфазного канала подавляются ШФНЧ (37), а низкочастотные составляющие проходят через ШФНЧ (37). Тогда сигнал на выходе ШФНЧ (37) примет вид

Принимая во внимание, что и могут принимать значения только 0 или π, a и - только π/2 или -π/2, тогда , и , то сигнал на выходе ШФНЧ (37) можно представить в виде

Из анализа выражения (17в) следует, что слагаемые в круглых скобках представляют собой постоянную величину, слагаемые в квадратных скобках представляют собой прямые или инверсные ортогональные кодовые последовательности из ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), причем четвертое слагаемое представляет собой последовательность П_с, на которую настроен СФ (35), слагаемые в фигурных скобках представляют собой шумовую составляющую сигнала в синфазном канале. Этот сигнал поступает на первый вход См (36).

Сигнал на выходе П (40) можно представить в виде

После возведения в квадрат выражение (18) примет вид

Если с выражением (18а) провести преобразования, аналогичные преобразованиям, проведенным с выражением (17а), то станет ясно, что в перемножителе (40) в результате перемножения сигналов, поступивших на его входы, на его выходе появляются составляющие суммарной и разностной частот сигнала и шума.

Составляющие суммарной частоты сигнала и шума квадратурного канала подавляются ШФНЧ (39), а низкочастотные составляющие проходят через ШФНЧ (39). Тогда сигнал на выходе ШФНЧ (39) примет вид

Из анализа выражения (18б) следует, что слагаемые в круглых скобках представляют собой постоянную величину, слагаемые в квадратных скобках представляют собой прямые или инверсные ортогональные кодовые последовательности из ансамбля последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), причем четвертое слагаемое представляет собой последовательность П_с, на которую настроен СФ (35), слагаемые в фигурных скобках представляют собой шумовую составляющую сигнала в квадратурном канале. Этот сигнал поступает на второй вход См (36).

Результирующий сигнал на выходе См (36) можно представить в виде

Сигнал вида (19) поступает на вход СФ (35) и на второй вход П (49).

Учитывая, что последовательность П_С может быть как прямой, так и инверсной на выходе согласованного фильтра (35) появляется положительный или отрицательный импульс.

Сигнал с выхода СФ (35) через квадратор (45) и открытый ЭК (43) поступает на вход ПУ (44), в котором происходит сравнение уровней поступившего сигнала и установленного порога. При превышении сигналом порогового значения принимается решение об обнаружении сигнала и на выходе ПУ (44) появляется импульс напряжения, который подается на первые входы ГКОКП (46) и ГМОКП (47). Этот сигнал устанавливает их в исходное состояние. С этого момента можно считать, что:

начала всех канальных ортогональных кодовых последовательностей, генерируемых ГКОКП (46), а именно последовательностей на выходах 1…L и последовательности на (L+2)-ом выходе совпадают с началом принимаемых канальных ортогональных кодовых последовательностей (в том числе и начало последовательности П_с, поступающей с (L+2)-ого выхода ГКОКП (46) на первый вход См2 (48), совпадает с началом последовательности 77 с, которая поступает с выхода См (36) на второй вход П (49));

начала канальных ортогональных кодовых последовательностей, как генерируемых ГКОКП (46), так и принимаемых, совпадают с началом маскирующей ортогональной кодовой последовательности, генерируемой ГМОКП (47).

При этом следует заметить, что совпадение обеспечивается в пределах интервала длительности элементарного символа канальных и маскирующей последовательностей, а именно в пределах (-T_o/2≤τ≤+T_o/2), где T_o - длительность элементарного символа последовательностей, а τ - величина задержки.

Не совпадают только начало маскирующей последовательности, генерируемой ГМОКП (47), с началом принимаемой маскирующей последовательности.

Следующий, сформированный на выходе ПУ (44) импульс, также подается на первые входы ГКОКП (46) и ГМОКП (47) и устанавливает их в исходное состояние, если они находятся в другом состоянии. Но поскольку начала канальных последовательностей, формируемых ГКОКП (46), и начала канальных последовательностей, принятых приемным устройством, уже совпадают (это обеспечил первый импульс, т.е. ГКОКП (46) в этот момент уже находится в исходном состоянии), то этот импульс не изменяет режим работы ГКОКП (46). А вот этот импульс, поступивший на первый вход ГМОКП (47), устанавливает его опять в исходное состояние, и он начинает формировать маскирующую последовательность сначала. И этот процесс будет проходить до тех пор, пока начало маскирующей последовательности, формируемой ГМОКП (47), не совпадет с началом принятой маскирующей последовательности.

Совместную синхронную работу генераторов ГМОКП (47) и ГКОКП (46) обеспечивает УТГ (51), с выхода которого тактовые импульсы подаются на их вторые входы.

Из анализа выражения (19) следует, что первое слагаемое представляет собой постоянную величину и, следовательно, эта составляющая ортогональна к характеристике согласованного фильтра (35), т.е. им не пропускается. Второе слагаемое является полезным сигналом и на него настроен согласованный фильтр. Третье слагаемое является шумовой составляющей, которая СФ (35) усредняется.

Тогда отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе СФ (35) можно представить как

где N - число элементарных символов в канальной ортогональной кодовой последовательности;

А_д, u_{д шэс} - действующие значения амплитуд сигнала и шума на интервале элементарного символа соответственно;

u²_{д шэс}=Р_шэс - среднее значение мощности шума на интервале элементарного символа;

А²_д=Р_сэс - значение мощности сигнала на интервале элементарного символа.

Из анализа выражения (20) следует, что при обнаружении сигнала потери отсутствуют, т.е. предложенная схема обнаружения сигнала является оптимальным устройством.

Одновременно с процессом установления совпадений начал принятой и формируемой ГМОКП (47) маскирующих последовательностей (т.е одновременно с процессом установления синхронизации по маскирующей последовательности) осуществляется слежение за тактовой частотой УТГ (51). Для чего на первый вход См2 (48) с (L+2)-ого выхода ГКОКП (46) через открытый ЭК (69) или (70) поступает канальная прямая или инверсная последовательность П_с, а на его второй вход - импульсы тактовой частоты с выхода УТГ (51).

Если на выходе СФ (35) появился отрицательный импульс, (в этом случае с выхода См (36) на второй вход П (49) поступает инверсная последовательность П_с), то этот импульс через Инв. (71) открывает ЭК (70) и последовательность П_с, с (L+2)-ого выхода ГКОКП (46) через открытый ЭК (70) и Инв. (72) поступает на первый вход См2 (48).

Если на выходе СФ (35) появился положительный импульс, (в этом случае с выхода См (36) на второй вход П (49) поступает прямая последовательность П_с), то этот импульс открывает ЭК (69) и последовательность П_с, с (L+2)-ого выхода ГКОКП (46) через открытый ЭК (69) поступает на первый вход См2 (48).

В См2 (48) потоки, поступившие на его первый и второй входы, складываются по модулю два. Суммарный сигнал с выхода См2 (48) поступает на первый вход П (49), на второй вход которого поступает сигнал с выхода См (36), в составе которого присутствует последовательность П_с (прямая или инверсная), полученная в результате перемножения принятых последовательностей и .

В перемножителе (49) осуществляется свертка поступивших сигналов и на его выходе, наряду с шумовой составляющей, присутствует сигнал, несущий информацию о величине рассогласования по задержке тактовых частот принятой и сформированной ГКОКП (46) последовательностей. Сигнал с выхода П (49) через открытый ЭК (50) поступает на вход ФОЗ (53). Выделенный ФОЗ (53) сигнал ошибки по задержке поступает на вход УЭ (52), который, воздействуя на УТГ (51), подстраивает его тактовую частоту под тактовую частоту принимаемой последовательности П_с, приводя ошибку по задержке τ к нулю.

Таким образом уже на начальной стадии синхронизации приемника (отсутствует еще синхронизация по маскирующей последовательности П0) обеспечивается слежение за тактовой частотой.

По окончании каждого цикла формирования канальных ортогональных кодовых последовательностей на (L+1)-ом выходе ГКОКП (46) появляются импульсы, частота следования которых определяется периодом формируемой последовательности. Этот поток импульсов поступает на седьмые входы всех каналов выделения информации и второй вход Инт. (63) и обеспечивает совместную работу всех канальных интеграторов (применительно к первому каналу это Инт. (24), (28)) и интегратора (63), а также обеспечивает последовательный ввод информации в декодирующее устройство каждого КВИ (применительно к первому КВИ это ДК (26)) и последовательный вывод информации из него.

Как только начало маскирующей последовательности, формируемой ГМОКП (47), совпадет с началом принятой маскирующей последовательности, в КВИ (67) начинается процесс выделения информации и на его 5-ом и 6-ом выходах появятся информационные отсчеты (отклики напряжения), которые поступают на входы КВ (65) и (66), соответственно. В КВ (65) и (66) поступивший сигнал возводится в квадрат и с их выходов поступает на первый и второй входы См (64), соответственно. Суммарный сигнал с выхода См (64) подается на первый вход Инт. (63), в котором происходит накопление энергии. Результирующее значение накопленной энергии с выхода Инт. (63) постоянно поступает на вход ПУ (62), в котором это значение сравнивается с порогом. В момент превышения значения накопленной энергии установленного порога на выходе ПУ (62) появляется сигнал, который устанавливает УПОС (76) в рабочее состояние (работа УПОС будет рассмотрена ниже), а через элемент развязки (77) закрывает ЭК (43) и (50) и открывает ЭК (56).

Закрытый ЭК (43) предотвращает дальнейшую подстройку ГМОКП (47), поскольку начало маскирующей последовательности, генерируемой ГМОКП (47), уже совпадает с началом принимаемой маскирующей последовательности.

Одна из i маскирующих ортогональных кодовых последовательностей, сформированных ГМОКП (47), где i принимает значения от 1 до I, через первое коммутационное устройство (73) поступает на пятые входы всех КВИ. По окончании каждого цикла формирования маскирующей ортогональной кодовой последовательности на (I+1)-ом выходе ГМОКП (47) появляются импульсы, частота следования которых определяется периодом формируемой последовательности. Этот поток импульсов подается на 6-ые входы всех каналов выделения информации и обеспечивает цикловую синхронизацию декодеров этих каналов.

Закрытый ЭК (50) и открытый ЭК (56) обеспечивают переключение режима слежения за тактовой частотой. Закрытый ЭК (50) исключает возможность слежения за тактовой частотой по последовательности П_С, выделяемой в процессе обнаружения сигнала (т.к. ЭК (50) разрывает цепь между выходом П (49) и входом ФОЗ (53)), а открытый ЭК (56)обеспечивает подключение выхода См (61), на котором формируется информация о величине рассогласования тактовых частот по принимаемому информационному сигналу, ко входу ФОЗ (53). Процесс формирования сигнала о величине рассогласования тактовых частот по принимаемому информационному сигналу будет рассмотрен ниже.

Работа приемника в режиме выделения информации. Работу приемника в режиме выделения информации условно можно разделить на два этапа. На первом этапе из принятого группового радиосигнала выделяется групповой видеосигнал, а на втором этапе из полученного группового видеосигнала каждым КВИ выделяется собственно информация, переданная по этому каналу.

I этап. Сигналы (сигнальные и шумовые составляющие вида (13), (14) и (15) и (16) с выхода фильтров промежуточной частоты (19) и (33) поступают на первые входы ПЧ (20) и (32), соответственно. На вторые входы ПЧ (20) и (32) поступает гармонический сигнал от ОГ (17), причем на ПЧ (20) - непосредственно, а на ПЧ (32) - через ФВ (16).

В результате преобразований сигнальной и шумовой составляющих в ПЧ (20) и (32) на их выходах появятся составляющие суммарной и разностной частот сигнала и шума. Составляющие суммарной частоты сигнала и шума подавляются ШФНЧ (21) и (31), а составляющие разностной частоты (видеосигнал) проходят через ШФНЧ (21) и (31) и подаются на входы АЦП (22) и (30) соответственно, в которых видеосигнал преобразуется в цифровую форму. С выхода АЦП (22) видеосигнал в цифровой форме подается на первые входы всех КВИ и на первые входы КК ТЧ (57) и (58), а с выхода АЦП (30) - на вторые входы всех КВИ и на вторые входы КК ТЧ (57) и (58).

Указанные выше преобразования аналитически можно представить: следующим образом.

Сигнальную составляющую на выходе ПЧ (20) s_выхcs(t) (синфазный канал) в общем виде можно представить как

а с учетом выражений (7) и (13), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (21) примет вид

Сигнал вида (22) поступает на вход ШФНЧ (21), в котором происходит подавление высокочастотных составляющих и селекция видеосигнала. После этих преобразований в ШФНЧ (21) на его выходе сигнальная составляющая будет иметь вид

Шумовую составляющую на выходе ПЧ (20) n_выхcs(t) (синфазный канал) в общем виде можно представить как

С учетом выражений (7) и (14), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (24) примет вид

Сигнал вида (25) поступает на вход ШФНЧ (21), а после преобразований в ШФНЧ (21) на его выходе шумовая составляющая будет иметь вид

Сигнальную составляющую на выходе ПЧ (32) s_выхsn(t) (квадратурный канал) в общем виде можно представить как

а с учетом выражений (8), (15), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (27) примет вид

Сигнал вида (28) поступает на вход ШФНЧ (31), в котором происходит подавление высокочастотных составляющих и селекция видеосигнала. После этих преобразований в ШФНЧ (31) на его выходе сигнальная составляющая будет иметь вид

Шумовую составляющую на выходе ПЧ (32) n_выхsn(t) (квадратурный канал) в общем виде можно представить как

С учетом выражений (8) и (16), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (30) примет вид

Сигнал вида (31) поступает на вход ШФНЧ (31), а после преобразований в ШФНЧ (31) на его выходе шумовая составляющая будет иметь вид

II этап. Работа канала выделения информации.

Выделение информации каналами начинается с момента совпадения начал маскирующей последовательности, формируемой ГМОКП (47), и принятой маскирующей последовательности. Работу канала выделения информации рассмотрим по структурной схеме КВИ (67), представленной на фиг. 1.

На первый вход КВИ (67), а, следовательно, и на первые входы КК КВИ (23) и (29) с выхода АЦП (22) подается видеосигнал в цифровой форме, а на второй вход КВИ (67), а, следовательно, и на вторые входы КК КВИ (23) и (29) с выхода АЦП (30) также подается видеосигнал в цифровой форме.

На третий вход КВИ (67), а, следовательно, и на первый вход См2 (41) с первого выхода второго коммутационного устройства (74) поступает одна из L опорных канальных ортогональных кодовых последовательностей, генерируемых ГКОКП (46) (пусть это будет последовательность ), а на четвертый вход КВИ (67), а, следовательно, и на первый вход См2 (42) с первого выхода третьего коммутационного устройства (75) поступает одна из L опорных канальных ортогональных кодовых последовательностей, генерируемых ГКОКП (46) (пусть это будет последовательность )

На пятый вход КВИ (67), а, следовательно, и на вторые входы См2 (41) и См2 (42) с выхода первого коммутационного устройства (73) поступает одна из маскирующих ортогональных кодовых последовательностей (пусть это будет последовательность П0).

В См2 (41) происходит сложение по модулю два двух последовательностей П0 и . Результирующая последовательность с выхода См2 (41) подается на третий вход КК КВИ (23) и через восьмой выход КВИ (67) - на третий вход КК НЧ (8) и на первый вход См2 (55).

В См2 (42) происходит сложение по модулю два двух последовательностей П0 и . Результирующая последовательность 7/02=770 0772/1 к с выхода См2 (42) подается на третий вход КК КВИ (29) и через седьмой выход КВИ (67) - на третий вход КК НЧ (12) и на первый вход См2 (54).

В квадратурных корреляторах КВИ (23) и (29) происходит перемножение принятых сигналов (видеосигналов в цифровой форме) с результирующими последовательностями П01 и П02, а также выделение информационной составляющей сигнала, переданного в синфазном канале, из принятого в синфазном и квадратурном каналах видеосигнала (КК КВИ (23)) и выделение информационной составляющей сигнала, переданного в квадратурном канале, из принятого в синфазном и квадратурном каналах видеосигнала (КК КВИ (29)). Варианты реализации квадратурных корреляторов КВИ и описание принципа их работы представлены в [2].

Суммарное значение отсчетов с выхода КК КВИ (23) поступают на первый вход Инт. (24) и на пятый выход КВИ (67), а с выхода КК КВИ (29) - на первый вход Инт. (28) и на шестой выход КВИ (67).

Отсчеты на пятом и шестом выходах КВИ (67) обеспечивают переключение режима слежения за тактовой частотой по последовательности П_С на режим слежения за тактовой частотой по принимаемому информационному сигналу.

В интеграторах (24) и (28) все отсчеты, поступающие на интервале длительности информационного символа (интервале длительности канальной ортогональной последовательности), суммируются. По окончании цикла формирования канальных ортогональных последовательностей (окончания информационного символа) с (L+l)-ого выхода ГКОКП (46) на вторые входы Инт. (24) и (28) поступает импульс, который переносит содержимое интеграторов в виде импульса положительной или отрицательной полярности на соответствующие входы компараторов (25) и (27).

Учитывая изложенное выше, а также выражения (23), (26), (29), (32) значения информационной и шумовой составляющих на выходе интегратора (24) (синфазный канал) можно представить в виде:

для напряжения сигнальной составляющей

и для мощности сигнальной составляющей

для шумовой составляющей, принимая во внимание, что при прохождении через квадратурный коррелятор ее статистические характеристики не изменяются, значение ее мощности можно представить в виде

Тогда отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе интегратора, а, следовательно, и на выходе информационного канала будет

Выражение (36) дает основание считать, что прием информации является оптимальным, так как отсутствуют потери энергии сигнала.

Аналогичные рассуждения справедливы и для квадратурного канала (т.е. относительно отношения мощности сигнала к мощности шума на выходе Инт. (28)).

В компараторах (25) и (27) поток разнополярных импульсов, поступающих на их входы с соответствующих выходов интеграторов (24) и (28), преобразуются в последовательности информационных символов.

С выхода КМ (25) последовательность информационных символов поступает на первый выход КВИ (67), на первый вход ДК (26) и через девятый выход КВИ (67) на вторые входы П (9) и П (59), а с выхода КМ (27) - на второй выход КВИ (67), на второй вход ДК (26) и через десятый выход КВИ (67) на вторые входы П (11) и П (60).

В декодере (26) происходит декодирование информации, поступающей на его первый и второй входы. Вариант реализации декодера и описание принципа его работы представлены в [2].

Итак, первый и второй выходы КВИ (67) являются выходами не декодированной информации синфазного и квадратурного каналов, соответственно, а его третий и четвертый выходы - выходами декодированной информации синфазного и квадратурного каналов, соответственно.

Работа приемника в режиме слежения за тактовой частотой по принимаемому информационному сигналу. Слежение за тактовой частотой по информационному сигналу начинается с момента подключения выхода См (61), в котором формируется информация о величине и знаке рассогласования тактовых частот, к входу ФОЗ (53).

Процесс формирования сигнала о величине рассогласования тактовых частот по принимаемому информационному сигналу происходит следующим образом.

На первый вход См2 (54) с седьмого выхода КВИ (67) поступает результирующая последовательность вида П02, а с восьмого выхода КВИ (67) на первый вход См2 (55) - результирующая последовательность вида П01. На вторые входы См2 (54) и (55) с выхода УТГ (51) поступает последовательность тактовых импульсов. Результаты сложения в См2 (54) и (55) (обозначим результаты сложения как последовательности П02_т и П01_т соответственно) с их выходов поступают на третьи входы соответствующих КК ТЧ (58) и (57). На первые входы КК ТЧ (57) и (58) поступают видеосигнал вида (23) и шумовая составляющая вида (26) (синфазный канал), а на вторые входы КК ТЧ (57) и (58) видеосигнал вида (29) и шумовая составляющая вида (32) (квадратурный канал). В КК ТЧ (57) и (58) осуществляется свертка поступивших на их входы сигналов и на их выходах появляются сигналы, несущие информацию о величине смещения по времени тактовых частот принимаемого и опорного сигналов. Вариант реализации КК ТЧ (57), (58) и описание принципа их работы представлены в [2].

Сигналы с выходов КК ТЧ (57), (58) подаются на соответствующие первые входы П (59) и (60), на вторые входы которых поступают сигналы с девятого и десятого выходов КВИ (67) соответственно. В перемножителях (59) и (60) с сигналов, поступивших на их первые входы, снимается информационная составляющая, т.е. исключается влияние передаваемой информации на оценку величины задержки τ. Далее сигналы с выходов перемножителей (59) и (60) поступают на первый и второй входы См (61), соответственно, в котором формируется результирующий сигнал ошибки, пропорциональный величине временного рассогласования тактовых частот принятого и опорного сигналов.

В предложенной схеме слежения за тактовой частотой отсутствуют потери в отношении сигнал/шум, т.е. данная схема слежения является оптимальной [2].

Работа приемника в режиме слежения за несущей частотой. Процесс формирования сигнала о величине рассогласования несущей и опорной частот происходит следующим образом.

Сигнал с выхода ФПЧ (19) (синфазный канал) поступает на первый вход ПЧ (5), а с выхода ФПЧ (33) (квадратурный канал) - на первый вход ПЧ (15). На вторые входы ПЧ (5) и ПЧ (15) подается сигнал с выхода ОГ (17). Причем на второй вход ПЧ (5) непосредственно, а на второй вход ПЧ (15) - через ФВ (16).

В ПЧ (5) и (15) в результате перемножения сигналов, поступивших на их входы, на их выходах появляются составляющие суммарной и разностной частот сигнала и шума.

Составляющие суммарной частоты сигнала и шума подавляются ШФНЧ (6) и (14), а составляющие разностной частоты (видеосигнал) проходят через ШФНЧ (6) и (14) и подаются на входы АЦП (7) и (13) соответственно, в которых видеосигнал преобразуется в цифровую форму.

Указанные выше преобразования аналитически можно представить следующим образом.

Сигнальную составляющую на выходе ПЧ (5) s_вых5(t) (синфазный канал) в общем виде можно представить как

а с учетом выражений (8) и (13), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (37) примет вид

Сигнал вида (38) поступает на вход ШФНЧ (6), в котором происходит подавление высокочастотных составляющих и селекция видеосигнала. После этих преобразований в ШФНЧ (6) на его выходе сигнальная составляющая будет иметь вид

Шумовую составляющую на выходе ПЧ (5) n_вых5(t) (синфазный канал) в общем виде можно представить как

С учетом выражений (8) и (14), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (40) примет вид

Сигнал вида (41) поступает на вход ШФНЧ (6), а после преобразований в ШФНЧ (6) на его выходе шумовая составляющая будет иметь вид

Сигнальную составляющую на выходе ПЧ (15) s_вых15(t) (квадратурный канал) в общем виде можно представить как

а с учетом выражений (7), (15), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (43) примет вид

Сигнал вида (44) поступает на вход ШФНЧ (14), в котором происходит подавление высокочастотных составляющих и селекция видеосигнала. После этих преобразований в ШФНЧ (14) на его выходе сигнальная составляющая будет иметь вид

Шумовую составляющую на выходе ПЧ (15) n_вых15(t) (квадратурный канал) в общем виде можно представить как

С учетом выражений (7) и (16), а также условия, что ω_ог=ω_пр выражение (46) примет вид

Сигнал вида (47) поступает на вход ШФНЧ (14), а после преобразований в ШФНЧ (14) на его выходе шумовая составляющая будет иметь вид

С выхода АЦП (13) видеосигнал в цифровой форме подается на первые входы КК НЧ (8) и (12), а с выхода АЦП (7) - на вторые входы КК НЧ (8) и (12).

На третий вход КК НЧ (8) с восьмого выхода КВИ (67) поступает результирующая последовательность П01, а на третий вход КК НЧ (12) с седьмого выхода КВИ (67) поступает результирующая последовательность 7702.

В КК НЧ (8) и (12) осуществляется свертка поступивших на их входы сигналов и на их выходах появляются сигналы, несущие информацию о величине рассогласования принятой несущей и опорной частот, и которые имеют вид [2]:

С выхода КК НЧ (8) сигнал вида (49) поступает на первый вход П (9). На второй вход П (9) поступает сигнал с девятого выхода КВИ (67), который компенсирует влияние информационной составляющей на оценку величины сигнала о рассогласовании несущей и опорной частот, и тогда сигнал на выходе П (9) будет иметь вид

С выхода КК НЧ (12) сигнал вида (50) поступает на первый вход П (11). На второй вход П (11) поступает сигнал с десятого выхода КВИ (67), который компенсирует влияние информационной составляющей на оценку величины сигнала о рассогласовании несущей и опорной частот, и тогда сигнал на выходе П (11) будет иметь вид

Сигнал вида (51) с выхода П (9) поступает на первый вход См (10), а сигнал вида (52) - на второй вход См (10). Сигнал на выходе См (10) будет иметь вид

Сигнал вида (53) с выхода См (10) поступает на вход фильтра фазовой ошибки (4) и после фильтрации сигнала в нем, результирующее напряжение ошибки с его выхода через управляющий элемент (3) поступает на вход УГ (2), замыкая петлю слежения за несущей частотой, и изменяет его частоту таким образом, чтобы ликвидировать имеющееся рассогласование по фазе частоты входного сигнала относительно частоты опорного генератора.

Вариант реализации КК НЧ (8) и (12) и описание принципа их работы представлены в [2].

Используя выражение (53) оценим отношение мощностей сигнала и шума на входе ФФО (4) при максимально допустимом расхождении фаз принимаемого и опорного сигналов, т.е. при ϕ=±π/2

Из выражения (54) следует, что в цепи слежения за несущей имеет место оптимальная фильтрация несущей частоты с возрастанием мощности сигнала в N раз.

Работа приемника в режиме повторного обнаружения сигнала в случае срыва синхронизации. Основным элементом приемника, обеспечивающим процесс повторного обнаружения сигнала и установления синхронизации, является УПОС (76), которое представлено на фиг. 2. В рабочее состояние УПОС (76) переводится первым импульсом, поступающим на его первый вход с выхода ПУ (62) (т.е. после установления процесса синхронизации по тактовой и несущим частотам и начала выделения информации в каналах).

Работу УПОС (76) рассмотрим по структурным схемам, представленным на фиг. 1 и фиг. 2.

Каждый импульс, поступающий на первый вход УПОС (76) а, следовательно, и на первый вход ВСч (2) устанавливают его ячейки в состояние «1» (т.е. в счетчик записано максимальное число).

На второй вход УПОС (76), а, следовательно, и на второй вход ВСч (2) (через ДЧ (1)) поступают тактовые импульсы с выхода УТГ (51). При поступлении каждого тактового импульса записанное в счетчике число уменьшается на единицу. Введение в УПОС делителя частоты снижает требования к схемной реализации ВСч (2).

Если на временном интервале на первый вход УПОС (76) не поступит ни один импульс (это значит, что система вышла из синхронизма), то тактовые импульсы, поступающие на второй вход ВСч (2) с выхода УТГ (51), установят ячейки счетчика в состояние (определенная комбинация «1» и «0» в ячейках счетчика), на которую настроен дешифратор (3). При появлении этой комбинации в счетчике на выходе Дш (3) а, следовательно, и на выходе УПОС (76) (пройдя через инвертор (4)) появляется отрицательный импульс, который, поступает на вторые входы ЭК (43), (50) и (56). При этом ЭК (43) и (50) открываются, а ЭК (56)закрывается. Таким образом приемное устройство переведено в режим повторного обнаружения сигнала. Работа приемника в режиме обнаружения сигнала описана выше.

Работа устройства в режиме обеспечения высокой структурной скрытности в период длительной эксплуатации. Высокая структурная скрытность передаваемых сигналов в предлагаемом устройстве обеспечивается за счет введения в его схему КУ (73), (74) и (75). КУ (74) и (75) представляют собой соединительный разъем с L входами и К выходами (см. фиг. 3а), причем L>K, и коммутационные колодки, обеспечивающие коммутацию входов соединительного разъема с соответствующими его выходами (см. фиг. 3б и 3в), а КУ (73) представляет собой соединительный разъем с I входами и одним выходом (см. фиг. 3г) и коммутационную колодку, обеспечивающую коммутацию соответствующего входа соединительного разъема с его выходом (см. фиг. 3д).

Высокая структурная скрытность передаваемых сигналов в период длительной эксплуатации достигается периодической сменой коммутационных колодок в коммутационных устройствах (73), (74) и (75) за счет чего осуществляется оперативная перекоммутация выходов ГКОКП (46) с 3-ими и 4-ыми входами всех КВИ (с помощью КУ (74) и (75)) и выходов ГМОКП (47) с 5-ыми входами всех КВИ (с помощью КУ (73)).

В комплекте каждого КУ предусматривается несколько коммутационных колодок. Их количество и период использования каждой колодки зависит от длительности эксплуатации системы и производительности средств обработки информации.

Сравнительная оценка структурной скрытности сигналов в заявляемом устройстве и в прототипе. Сравнительную оценку структурной скрытности сигналов, используемых в заявляемом устройстве и прототипе, проведем путем оценки возможностей сторонних лиц по раскрытию структуры передаваемых сигналов. Известно, что высокая структурная скрытность зависит от размера ансамбля используемых сигналов, времени эксплуатации системы и производительности средств обработки перехваченной информации.

При сравнительной оценке структурной скрытности заявляемого устройства и прототипа будем исходить из следующих условий:

1. Размер ансамбля нелинейных кодовых последовательностей, генерируемых ГНОК устройств А₁ и А₂, одинаков и при разрядности регистров ГНОК m=6 составляет 2²⁶ [4, с. 30]).

2. В каждом канале устройств присутствуют две нелинейные ортогональные кодовые последовательности А₁ и А₂.

3. Для раскрытия структуры любой нелинейной кодовой последовательности длиной 2^m необходимо определить все 2^m элементов этой последовательности.

4. Число операций А для раскрытия структуры двух нелинейных последовательностей ортогонального кода одного канала при разрядности регистра генератора нелинейных ортогональных кодов m=6 составит

A=A₁*A₂*2^m=2²⁶*2²⁶*2⁶=2⁵⁸≈10¹⁷.

5. Производительность средств обработки перехваченной информации П составляет 10⁹…10¹⁰ операций в секунду [5].

Из приведенных выше условий следует, что для раскрытия структуры нелинейных последовательностей ортогонального кода одного канала устройств (прототипа и заявляемого устройства) необходим промежуток времени ΔT=A/П=10¹⁷/(10⁹…10¹⁰)=(10⁸…10⁷) секунд, что соответствует временному интервалу от 3-х лет до 3-х месяцев.

Следовательно, через рассчитанный промежуток времени ΔT стороннее лицо способно контролировать в устройстве-прототипе передаваемую информацию, а в заявляемом устройстве за счет смены коммутационных колодок в КУ (48), (49) и (50) у него такая возможность отсутствует, так как в контролируемым им канале используется уже другая пара нелинейных ортогональных кодовых последовательностей и процесс раскрытия им структуры передаваемых сигналов начинается с самого начала.

Таким образом, за счет периодической смены коммутационных колодок в КУ (48), (49) и (50) в заявляемом устройстве обеспечивается высокая структурная скрытность передаваемых сигналов в процессе длительной эксплуатации.

Литература.

1. Патент на изобретение №2494550, приоритет изобретения 19.12.2011 г., опубликовано: 27.09.2013 г., Бюл. №27.

2. Патент №2544767, приоритет изобретения 08.11.2013 г., опубликовано: 20.03.2015 г., Бюл. №8 (прототип).

3. Патент №2553055, приоритет изобретения 07.07.2014 г., опубликовано: 10.06.2015 г., Бюл. №16.

4. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Под ред. Г.И. Тузова - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с. (стр. 29).

5. Воеводин В.В. Суперкомпьютеры: вчера, сегодня, завтра // Наука и жизнь, 2000, №5, с. 76-83.