Результат интеллектуальной деятельности: Радиопередающее устройство с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радиопередающим устройствам, осуществляющим автоматическую регулировку параметров спектра радиосигнала в интересах обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) с радиоэлектронными средствами, работающими одновременно с радиопередающим устройством в общих областях пространства и в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства.

Известно радиопередающее устройство [1], состоящее из задающего генератора имеющего выход, соединенный с одним из входов перемножителя, генератора псевдослучайного сигнала имеющего выход соединенный с одним из входов перемножителя, выход которого соединен с фильтром основной полосы имеющего выход соединенный с одним из входов модулятора, генератора несущего колебания имеющего выход соединенный с другим входом модулятора, выход которого соединен с входом усилителя имеющего выход соединенного с входом полосового фильтра, выход которого соединен с входом антенно-фидерного устройства, формирующее BPSK сигнал и имеющее постоянно настроенный фильтр основной полосы, обеспечивающий пониженный уровень внеполосного излучения в интересах гарантированного обеспечения ЭМС с радиоэлектронными средствами, работающими одновременно с радиопередающим устройством в общих областях пространства и в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства.

Недостатком известного радиопередающего устройства является то, что использование неперестраиваемого фильтра основной полосы, ориентированного на достижение минимального уровня внеполосного излучения радиосигнала, приводит к снижению эффективности использования энергетического ресурса радиопередающего устройства, вызванному увеличением значения пик-фактора PF формируемого BPSK сигнала, подвергшегося фильтрации в фильтре основной полосы, и, как следствие, к снижению уровня средней мощности излучаемого радиосигнала (, где - пиковой значение сигнала, - среднеквадратическое значение сигнала).

Одним их возможных путей увеличения эффективности использования энергетического ресурса радиопередающего устройства является адаптивное динамическое управление параметрами спектра излучаемого радиосигнала радиопередающего устройства в зависимости от результатов контроля электромагнитной обстановки:

1) при отсутствии признаков работы приоритетных радиосредств в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства или при их наличии, но не выявлении факта негативного влияния радиосигнала радиопередающего устройства на работу приоритетного радиосредства, фильтрация радиосигнала радиопередающего устройства в фильтре основной полосы не производится, что минимизирует значение пик-фактора радиосигнала и повышает энергетическую эффективность радиопередающего устройства;

2) при появлении признаков работы приоритетных радиосредств в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства и выявлении факта негативного влияния радиосигнала радиопередающего устройства на работу приоритетного радиосредства, производится расчет параметров фильтра основной полосы, исходя из соотношения мощности сигнала приоритетного радиосредства и мощности внеполосного излучения радиопередающего устройства, адаптация фильтра основной полосы к складывающейся электромагнитной обстановке путем перестройки его параметров на расчетные, и дальнейшая фильтрация радиосигнала радиопередающего устройства в перестроенном фильтре основной полосы, что вызывает соответствующее увеличение значения пик-фактора радиосигнала и снижение его энергетической эффективности.

В этом случае при отсутствии признаков работы приоритетных радиосредств в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства или при их наличии, но не выявлении факта негативного влияния радиосигнала радиопередающего устройства на работу приоритетного радиосредства, энергетическая эффективность радиопередающего устройства будет максимальна. При выявлении факта негативного влияния радиосигнала радиопередающего устройства на работу приоритетного радиосредства, энергетическая эффективность радиопередающего устройства будет снижаться адаптивно, исходя из соотношения мощности сигнала приоритетного радиосредства и мощности внеполосного излучения радиопередающего устройства, как плата за обеспечение ЭМС радиопередающего устройства с приоритетными радиосредствами, работающими в полосах радиочастот его внеполосного излучения.

Таким образом, целью настоящего изобретения (техническим результатом) является повышение эффективности использования энергетического ресурса радиопередающего устройства путем адаптивного динамического управления параметрами спектра излучаемого радиосигнала в зависимости от результатов контроля электромагнитной обстановки в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства.

Достижение технического результата изобретения обеспечивается за счет того, что в известное радиопередающее устройство [1] дополнительно введены:

- устройство управления фильтром основной полосы, состоящее из блока определения параметров радиосигнала, радиоприемного устройства, блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов и блока расчета параметров фильтра основной полосы, которые имеют между собой следующие связи: вход блока определения параметров радиосигнала соединен с одним из выходов коммутатора, а один из выходов блока определения параметров радиосигнала соединен с одним из входов блока расчета параметров фильтра основной полосы, а другой выход блока определения параметров радиосигнала соединен с одним из входов радиоприемного устройства, имеющего антенный вход, выход, соединенный с блоком расчета параметров фильтра основной полосы, и другой вход, который соединен с одним из выходов блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов, имеющего один вход, являющийся другим входом устройства управления фильтром основной полосы, в виде разъема X1 для соединения со съемным защищенным носителем информации и другой выход, соединенный с одним из входов блока расчета параметров фильтра основной полосы, имеющего один выход, являющийся одним из выходов устройства управления фильтром основной полосы, соединенный с одним из входов коммутатора, и другой выход, являющийся одним из выходов устройства управления фильтром основной полосы, соединенный с входом фильтра основной полосы. Устройство управления фильтром основной полосы обеспечивает контроль электромагнитной обстановки в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства и расчет параметров фильтра основной полосы в зависимости от результатов этого контроля;

- съемный защищенный носитель информации, подключаемый через разъем X1 к блоку данных о параметрах защищаемых радиосигналов и обеспечивающий ввод в устройство управления фильтром основной полосы данных о параметрах сигналов приоритетных радиосредств, необходимых для контроля электромагнитной обстановки в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства;

- коммутатор, включенный между модулятором и усилителем и обеспечивающий блокирование излучения радиосигнала радиопередающего устройства на время расчета параметров и перестройки фильтра основной полосы.

Сущность изобретения поясняется рисунками.

На фиг. 1 показана функциональная схема радиопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала, на фиг. 2 показан спектр BPSK сигнала, не подвергшегося фильтрации в фильтре основной полосы, состоящий их основной полосы частот (необходимая ширина полосы частот радиоизлучения) и полос внеполосного излучения , включающих в себя полосы боковых лепестков спектра и полосы избыточности основного лепестка спектра (полоса основного лепестка спектра обозначена ), на фиг. 3 показана амплитудно-временная характеристика (осциллограмма) BPSK сигнала, не подвергшегося фильтрации в фильтре основной полосы, на которой обозначены уровни и , на фиг. 4 показан спектр BPSK сигнала, сформированного фильтром основной полосы с коэффициентом скругления амплитудно-частотной характеристики α≈1 и спектр радиосигнала 13 приоритетного радиосредства, работающего в полосе радиочастот боковых лепестков спектра BPSK сигнала радиопередающего устройства, на фиг. 5 показана амплитудно-временная характеристика (осциллограмма) BPSK сигнала, сформированного фильтром с коэффициентом скругления амплитудно-частотной характеристики α≈1, на фиг. 6 показан спектр BPSK радиосигнала, сформированного фильтром с коэффициентом скругления амплитудно-частотной характеристики α≈0, и спектр радиосигнала 14 приоритетного радиосредства, работающего в полосе избыточности основного лепестка спектра BPSK сигнала радиопередающего устройства, на фиг. 7 показана амплитудно-временная характеристика (осциллограмма) BPSK сигнала, сформированного фильтром с коэффициентом скругления амплитудно-частотной характеристики α≈0.

Радиопередающее устройство с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала состоит из (фиг. 1): задающего генератора 1, генератора псевдослучайного сигнала 9, перемножителя 2, фильтра основной полосы 3, модулятора 4, генератора несущего колебания 10, коммутатора 5, усилителя 6, полосового фильтра 7, антенно-фидерного устройства 8, съемного защищенного носителя информации 12, устройства управления фильтром основной полосы 11, состоящего из радиоприемного устройства 11.4, блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов 11.1, блока определения параметров радиосигнала 11.3, и блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2.

Элементы радиопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала имеют между собой следующие связи. Выход задающего генератора 1 соединен с одним из входов перемножителя 2. Выход генератора псевдослучайного сигнала 9 соединен с другим входом перемножителя 2, выход которого соединен с одним из входов фильтра основной полосы 3. Выход фильтра основной полосы 3 соединен с одним из входов модулятора 4. Выход генератора несущих колебаний 10 соединен с другим входом модулятора 4, выход которого соединен с одним из входов коммутатора 5. Один из выходов коммутатора 5 соединен с входом усилителя 6, выход которого соединен с входом полосового фильтра 7, выход которого соединен с входом антенно-фидерного устройства 8. Другой выход коммутатора 5 соединен с входом блока определения параметров радиосигнала 11.3, являющимся одним из входов устройства управления фильтром основной полосы 11, один из выходов блока определения параметров радиосигнала 11.3 соединен с одним из входов блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2, а другой выход блока определения параметров радиосигнала 11.3 соединен с одним из входов радиоприемного устройства 11.4, имеющего антенный вход, выход, соединенный с блоком расчета параметров фильтра основной полосы 11.2, и другой вход, который соединен с одним из выходов блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов 11.1, имеющего один вход, являющийся другим входом устройства управления фильтром основной полосы 11, в виде разъема X1 для соединения со съемным защищенным носителем информации 12 и другой выход, соединенный с одним из входов блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2, имеющего один выход, являющийся одним из выходов устройства управления фильтром основной полосы 11, соединенный с одним из входов коммутатора 5, и другой выход, являющийся одним из выходов устройства управления фильтром основной полосы 11, соединенный с входом фильтра основной полосы 3.

Радиопередающее устройство с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала работает следующим образом.

Задающий генератор 1 формирует электрический сигнал в виде последовательности импульсов информационного сигнала и передает этот информационный сигнал в перемножитель 2.

Генератор псевдослучайного сигнала 9 формирует одну из псевдослучайных последовательностей импульсов (сигнал расширения спектра) для сигналов с различными видами фазовой манипуляции BPSK сигнала (BPSK, BOC, CBOC, TMBOC, DBOC, AltBOC, GBOC и NBOC) и передает сигнал расширения спектра в перемножитель 2. Выбор вида и параметров фазовой манипуляции осуществляется органами управления генератора псевдослучайного сигнала 9 (на схеме фиг. 1 не показаны).

Перемножитель 2 выполняет формирование результирующей импульсной последовательности информационного сигнала расширенного спектра x путем сложения по модулю «2» импульсных последовательностей информационного сигнала и сигнала расширения спектра, и передает ее в фильтр основной полосы 3.

Фильтр основной полосы 3, получив на один вход от перемножителя 2 информационный сигнал расширенного спектра x и на другой вход из блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 - команду на включение/выключение фильтра и значение коэффициента скругления АЧХ фильтра α, формирует модулирующий сигнал y с заданными характеристиками спектра и передает его на первый вход модулятора 4.

Генератор несущего колебания 10 формирует непрерывный высокочастотный гармонический сигнал с заданными параметрами и передает его на второй вход модулятора 4. Параметры высокочастотного гармонического сигнала задаются органами управления генератора несущего колебания 10 (на схеме фиг. 1 не показаны).

Модулятор 4, получив модулирующий сигнал y от фильтра основной полосы 3 и непрерывный высокочастотный гармонический сигнал от генератора несущего колебания 10, формирует BPSK сигнал с занимаемой полосой частот , где - основная полоса частот сигнала, - полосы внеполосного излучения сигнала (см. фиг. 2), который передает в коммутатор 5.

Коммутатор 5 до получения от блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 кодограммы с командой разрешения трансляции BPSK сигнала в усилитель 6 направляет принятый с выхода модулятора 4 BPSK сигнал в блок определения параметров радиосигнала 11.3.

Блок определения параметров радиосигнала 11.3 выполняет количественные оценки:

1) параметров (центральная частота и ширина полосы) основной полосы частот сигнала и полос внеполосного излучения сигнала и передает эти оценки в радиоприемное устройство 11.4 для осуществления контроля электромагнитной обстановки;

2) мощности внеполосного излучения радиосигнала радиопередающего устройства P_м и передает эти данные на первый вход блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2.

В блок данных о параметрах защищаемых радиосигналов 11.1 через разъем Х1 из подключаемого съемного защищенного машинного носителя информации 12 заранее вносится информация о параметрах защищаемых приоритетных сигналов (амплитудно-частотные (спектральные) характеристики, данные о номинале несущей радиочастоты, вид и параметры модуляции/манипуляции, значение минимально допустимого отношения мощности защищаемого радиосигнала к мощности мешающего радиосигнала Q_д).

Блок данных о параметрах защищаемых радиосигналов 11.1 передает данные о характеристиках защищаемых приоритетных радиосигналов в радиоприемное устройство 11.4, а значение допустимого отношения Q_д передает на второй вход блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2.

Радиоприемное устройство 11.4, получив информацию от блока определения параметров радиосигнала 11.3 и от блока данных о параметрах защищаемых радиосигналов 11.1, при условии попадания значения несущей частоты защищаемого сигнала в полосу частот внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика осуществляет настройку на прием защищаемого приоритетного радиосигнала.

На интервале времени функционирования радиопередающего устройства с автоматической регулировкой параметров спектра радиосигнала радиоприемное устройство 11.4, согласно установленному временному регламенту, осуществляет прием защищаемых приоритетных радиосигналов 13 и/или 14 и передает информацию об отсутствии или наличии защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 с оценкой его мощности P_з на третий вход блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2.

Блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.2, получив информацию от радиоприемного устройства 11.4, осуществляет фиксацию факта обнаружения или необнаружения защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 в полосе частот внеполосного излучения радиосигнала радиопередающего устройства и управление работой фильтра основной полосы 3 в соответствии со следующим алгоритмом.

1) Если защищаемый радиосигнал 13 и/или 14 на текущем интервале временного регламента не обнаружен, то блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 формирует и передает в фильтр основой полосы 3 команду на выключение фильтра, что соответствует отсутствию фильтрации информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы 3 (фиг. 2), а в коммутатор 5 передает кодограмму с командой разрешения трансляции BPSK сигнала с выхода модулятора 4 на вход усилителя 6.

2) При обнаружении защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 в пределах полос боковых лепестков спектра BPSK сигнала радиопередатчика блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 выполняет:

- расчет текущего отношения мощности защищаемого радиосигнала P_з к мощности внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика P_м в пределах полосы рабочих частот защищаемого радиосигнала

Q_т = P_з/P_м;

- сравнение вычисленного значения Q_т с допустимым значением отношения мощности защищаемого радиосигнала к мощности мешающего радиосигнала Q_д и принятие решения о фиксации факта критического негативного влияния мешающего радиосигнала на прием защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 в соответствии со следующей логикой:

а) если Q_д ≤ Q_т, то факт критического влияния внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика на прием защищаемого приоритетного радиосигнала не фиксируется, и блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.1 передает в фильтр основой полосы 3 команду на выключение фильтра, что соответствует отсутствию фильтрации информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы 3 (фиг. 2), а в коммутатор 5 передает кодограмму с командой разрешения трансляции BPSK сигнала с выхода модулятора 4 на вход усилителя 6;

б) если Q_д > Q_т, то фиксируется факт критического влияния мешающего радиосигнала на прием защищаемого приоритетного радиосигнала, после чего блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.1 формирует и передает в фильтр основой полосы 3 команду на включение фильтра и значение коэффициента скругления АЧХ фильтра α≈1, что соответствует фильтрации боковых лепестков спектра информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы 3 до уровня -50 дБ относительно уровня основной полосы спектра (фиг. 4), а в коммутатор 5 передает кодограмму с командой разрешения трансляции BPSK сигнала с выхода модулятора 4 на вход усилителя 6.

3) При обнаружении защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 в пределах полос избыточности основного лепестка спектра BPSK сигнала радиопередатчика блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 выполняет:

- расчет текущего отношения мощности защищаемого радиосигнала P_з к мощности внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика P_м в пределах полосы рабочих частот защищаемого радиосигнала

Q_т = P_з/P_м;

- сравнение вычисленного значения Q_т с допустимым значением отношения мощности защищаемого радиосигнала к мощности мешающего радиосигнала Q_д и принятие решения о фиксации факта критического негативного влияния мешающего радиосигнала на прием защищаемого радиосигнала 13 и/или 14 в соответствии со следующей логикой:

а) если Q_д ≤ Q_т, то факт критического влияния внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика на прием защищаемого приоритетного радиосигнала не фиксируется, и блок расчета параметров фильтра основной полосы 11.1 передает в фильтр основой полосы 3 команду на выключение фильтра, что соответствует отсутствию фильтрации информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы 3 (фиг. 2), а в коммутатор 5 передает кодограмму с командой разрешения трансляции BPSK сигнала с выхода модулятора 4 на вход усилителя 6;

б) если Q_д > Q_т, то фиксируется факт критического влияния мешающего радиосигнала на прием защищаемого приоритетного радиосигнала, после чего выполняется итеративная процедура расчета параметров фильтра основной полосы.

Пошаговая реализация процедуры расчета параметра фильтра основной полосы имеет следующий вид.

Шаг 1. Исходные значения величин: i=1; α₁=1; α₀=0; ΔQ - конечная положительная величина, определяющая точность определения значения коэффициента скругления АЧХ фильтра α_i и сходимость итеративной процедуры.

Шаг 2. Задание номера очередной итерации i=i+1.

Шаг 3. Определение значения коэффициента скругления АЧХ фильтра α_i:

α_i = α_i-1 – |α_i-1 - α_i-2| / 2, если Q_д > Q_{т i-1};

α_i = α_i-1 + |α_i-1 - α_i-2| / 2, если Q_д ≤ Q_{т i-1} - ΔQ.

Шаг 4. Передача результатов расчета значения коэффициента скругления АЧХ фильтра α_i на вход фильтра основной полосы 3 и перестройка фильтра.

Шаг 5. Фильтрация информационного сигнала расширенного спектра x в перестроенном фильтре основной полосы с коэффициентом скругления АЧХ фильтра α_i в результате чего полоса избыточности обработки спектра BPSK сигнала радиопередающего устройства сужается (на фиг. 6 показан спектр BPSK сигнала, обработанного в фильтре основной полосы 3 с параметром α≈0, при котором ).

Шаг 6. Определение текущего значения Q_{т i} и контроль соотношения Q_д и Q_{т i}:

- если |Q_д -Q_{т i}| > ΔQ - переход на шаг 2;

- иначе - перестройка фильтра прекращается и в коммутатор 5 передается кодограмма с командой разрешения трансляции BPSK сигнала с выхода модулятора 4 на вход усилителя 6.

Коммутатор 5, получив от блока расчета параметров фильтра основной полосы 11.2 кодограмму с командой разрешения трансляции BPSK сигнала, производит переключение и транслирует BPSK сигнал с выхода модулятора 4 в усилитель 6.

Усилитель 6 усиливает BPSK сигнал и передает в полосовой фильтр 7, который обеспечивает ослабление гармоник и комбинационных составляющих спектра усиленного BPSK сигнала и передает этот сигнал в антенно-фидерное устройство 8.

Антенно-фидерное устройство 8 обеспечивает преобразование усиленного BPSK сигнала в радиосигнал и его излучение в пространство.

Таким образом, если при контроле электромагнитной обстановки защищаемый радиосигнал не обнаружен, или обнаружен, но не зафиксирован факт критического негативного влияния мешающего радиосигнала радиопередатчика на прием защищаемого радиосигнала, фильтрация информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы BPSK сигнала не производится. При этом уровень внеполосного излучения радиопередающего устройства будет значительным и составит минус 10-13 дБ относительно уровня излучения основной полосы, ширина полос избыточности основного лепестка спектра составит 1/2Т_c, где Т_c - период следования ПСП сигнала расширения спектра (на фиг. 2 показан пример спектра для Т_c = 1 мкс), а энергетическая эффективность радиопередающего устройства будет максимальна (значение пик-фактора формируемого BPSK сигнала 3 дБ, см. фиг. 3).

Если при контроле электромагнитной обстановки будет зафиксирован факт критического негативного влияния мешающего радиосигнала радиопередатчика на прием защищаемого радиосигнала, излучаемого в пределах полос боковых лепестков спектра BPSK сигнала, то будет осуществляться фильтрация информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы BPSK сигнала со значением коэффициента скругления АЧХ фильтра α≈1. При этом уровень боковых лепестков спектра информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы 3 снижается до минус 50 дБ относительно уровня основной полосы спектра, но ширина полос избыточности основного лепестка спектра останется равной 1/2Т_c (см. фиг. 4). Энергетическая эффективность радиопередающего устройства в этом случае снизится (значение пик-фактора повысится до 4,75 дБ, см. фиг. 5) как плата за обеспечение ЭМС радиопередающего устройства с приоритетными радиосредствами, работающими в полосах радиочастот его внеполосного излучения.

Если при контроле электромагнитной обстановки будет зафиксирован факт критического негативного влияния мешающего радиосигнала радиопередатчика на прием защищаемого радиосигнала, излучаемого в пределах полос избыточности основного лепестка спектра BPSK сигнала, то будет осуществляться адаптивная фильтрация информационного сигнала расширенного спектра x в фильтре основной полосы BPSK сигнала в зависимости от соотношения мощности защищаемого радиосигнала к мощности внеполосного излучения радиосигнала радиопередатчика. При этом средний уровень спектра сигнала в пределах полос внеполосного излучения спектра BPSK сигнала радиопередающего устройства будет оставаться на уровне минус 50 дБ относительно уровня основной полосы (см. фиг. 5), а ширина полос избыточности основного лепестка спектра BPSK сигнала адаптивно будет уменьшаться и в предельном случае при α≈0 будет равна нулю (см. фиг. 5). Однако в этом случае адаптивно снижается энергетическая эффективность радиопередающего устройства (значение пик-фактора повышаться до 7 дБ), как плата за обеспечение ЭМС радиопередающего устройства с приоритетными радиосредствами, работающими в полосах радиочастот его внеполосного излучения.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение эффективности использования энергетического ресурса радиопередающего устройства путем адаптивного динамического управления параметрами спектра излучаемого BPSK радиосигнала в зависимости от результатов контроля электромагнитной обстановки в полосах радиочастот внеполосного излучения радиопередающего устройства.

Источники информации

1. С. 128 Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. М.: Радио и связь, 2002. 440 с.

2. С. 137 Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов. Под ред. Уолта Кестера. - Москва.: Техносфера, 2010. - 328 с.