когерентная радиолиния

Формула изобретения

Когерентная радиолиния, содержащая на передающей стороне последовательно включенные первый источник дискретных сообщений и кодирующее устройство, последовательно включенные передатчик и передающую антенну, а на приемной стороне синхронный детектор и последовательно включенные приемную антенну и приемник, отличающаяся тем, что она снабжена на передающей стороне вторым источником дискретных сообщений, источником аналоговых сообщений, двумя цифровыми скремблерами, аналоговым скремблером, генератором высокой частоты, амплитудным модулятором, фазовым и частотным манипуляторами, причем к выходу кодирующего устройства последовательно подключены первый цифровой скремблер, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, частотный манипулятор, второй вход которого через второй цифровой скремблер соединен с выходом второго источника дискретных сообщений, и амплитудный модулятор, второй вход которого через аналоговый скремблер соединен с выходом источника аналоговых сообщений, а выход подключен к передатчику, а на приемной стороне блоком поиска, гетеродином, смесителем, усилителем промежуточной частоты, двумя измерителями ширины спектра, удвоителем фазы, блоком сравнения, пороговым блоком, линией задержки, ключом, двумя амплитудными ограничителями, двумя системами ФАПЧ, двумя делителями фазы на два, двумя узкополосными фильтрами, двумя цифровыми дескремблерами, аналоговым дескремблером, тремя фазовыми детекторами, формирователем опорного сигнала, сумматором и блоком регистрации, причем к выходу приемника последовательно подключены смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилитель промежуточной частоты, удвоитель фазы, второй измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, пороговый блок, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый амплитудный ограничитель, синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, аналоговый дескремблер и блок регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены второй амплитудный ограничитель, первая система ФАПЧ, первый делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, частотный демодулятор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, и первый цифровой дескремблер, выход которого подключен ко второму входу блока регистрации, к выходу второго амплитудного ограничителя последовательно подключены вторая система ФАПЧ, второй делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого подключен к третьему входу частотного демодулятора, к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, сумматор, третий фазовый детектор и второй цифровой дескремблер, выход которого соединен с третьим входом блока регистрации, к выходу второго узкополосного фильтра подключен второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, а выход подключен ко второму входу сумматора, к выходу первого узкополосного фильтра подключен формирователь опорного сигнала, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен ко второму входу третьего фазового детектора, вход блока поиска соединен с выходом порогового блока.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая радиолиния относится к радиотехнике и может быть использована для передачи конфиденциальной аналоговой и дискретной информации с использованием сложных сигналов с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями (АМ-ФМн-ЧМн).

Известны радиолинии и системы передачи аналоговой и дискретной информации (авт. свид. СССР №№1.291.984, 1.626.428, 1.163.784, 1.798.738; патенты РФ №№2.001.531, 2.013.018, 2.019.052, 2.156.551, 2.214.691, 2.215.370; патенты США №№5.058.136, 5.077.538, 5.856.027; ЕР №№0.405.512, 0.486.839, 0.497.433; WO №№96/10309, 97/20438; Тепляков И.М. и др. Радиосистема передачи информации. - М.: "Радио и связь", 1982, с.233, рис.122).

Из известных радиолиний и систем наиболее близкой к предлагаемой является когерентная радиолиния (Тепляков И.М. и др. Радиосистемы передачи информации. - М.: "Радио и связь", 1982, с.233, рис.122), которая и выбрана в качестве прототипа.

Однако указанная радиолиния не полностью реализует свои потенциальные возможности.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей радиолинии путем передачи конфиденциальных дискретных и аналоговых сообщений с помощью сложных сигналов с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями (АМ-ФМн-ЧМн).

Поставленная задача решается тем, что когерентная радиолиния, содержащая на передающей стороне последовательно включенные первый источник дискретных сообщений и кодирующее устройство, последовательно включенные передатчик и передающую антенну, а на приемной стороне синхронный детектор и последовательно включенные приемную антенну и приемник, снабжена на передающей стороне вторым источником дискретных сообщений, источником аналоговых сообщений, двумя цифровыми скремблерами, аналоговым скремблером, генератором высокой частоты, амплитудным модулятором, фазовым и частотным манипуляторами, причем к выходу кодирующего устройства последовательно подключены первый цифровой скремблер, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, частотный манипулятор, второй вход которого через второй цифровой скремблер соединен с выходом второго источника дискретных сообщений, и амплитудный модулятор, второй вход которого через аналоговый скремблер соединен с выходом источника аналоговых сообщений, а выход подключен к передатчику, а на приемной стороне - блоком поиска, гетеродином, смесителем, усилителем промежуточной частоты, двумя измерителями ширины спектра, удвоителем фазы, блоком сравнения, пороговым блоком, линией задержки, ключом, двумя амплитудными ограничителями, двумя системами ФАПЧ, двумя делителями фазы на два, двумя узкополосными фильтрами, двумя цифровыми дескремблерами, аналоговым дескремблером, тремя фазовыми детекторами, формирователем, сумматором и блоком регистрации, причем к выходу приемника последовательно подключены смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилитель промежуточной частоты, удвоитель фазы, второй измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, пороговый блок, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый амплитудный ограничитель, синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, аналоговый дескремблер и блок регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены второй амплитудный ограничитель, первая система ФАПЧ, первый делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, частотный демодулятор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, и первый цифровой дескремблер, выход которого подключен ко второму входу блока регистрации, к выходу второго амплитудного ограничителя последовательно подключены вторая система ФАПЧ, второй делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого подключен к третьему входу частного демодуляторе, к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, сумматор, третий фазовый детектор и второй цифровой дескремблер, выход которого соединен с третьим входом блока регистрации, к выходу второго узкополосного фильтра подключен второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, а выход подключен ко второму входу сумматора, к выходу первого узкополосного фильтра подключен формирователь, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен ко второму входу третьего фазового детектора, вход блока поиска соединен с выходом порогового блока.

Структурная схема передающей части когерентной радиолинии представлена на фиг.1. Структурная схема приемной части когерентной радиолинии изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиолинии изображены на фиг.3. Взаимное расположение символьных частот сигнала с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями показано на фиг.4.

Передающая часть когерентной радиолинии содержит последовательно включенные первый источник 1 дискретных сообщений, кодирующее устройство 2, первый цифровой скремблер 3, фазовый манипулятор 5, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 высокой частоты, частотный манипулятор 8, второй вход которого через второй цифровой скремблер 7 соединен с выходом второго источника 6 дискретных сообщений, амплитудный модулятор 11, второй вход которого через аналоговый скремблер 10 соединен с выходом источника 9 аналоговых сообщений, передатчик 12 и передающую антенну 13.

Приемная часть когерентной радиолинии содержит последовательно включенные приемную антенну 14, приемник 15, смеситель 18, второй вход которого через гетеродин 17 соединен с выходом блока 16 поиска, усилитель 19 промежуточной частоты, удвоитель 22 фазы, второй измеритель 23 ширины спектра, блок 24 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 21 ширины спектра соединен с выходом усилителя 19 промежуточной частоты, пороговый блок 25, второй вход которого через линию задержки 26 соединен с его выходом, ключ 27, второй вход которого соединен с выходом усилителя 19 промежуточной частоты, первый амплитудный ограничитель 28, синхронный детектор 29, второй вход которого соединен с выходом ключа 27, аналоговый скремблер 30 и блок 31 регистрации, последовательно подключенные к выходу удвоителя 22 фазы второй амплитудный ограничитель 32, первую систему ФАПЧ 33, делитель 35 фазы на два, первый узкополосный фильтр 37. Частотный демодулятор 39 и первый цифровой дескремблер 40, выход которого подключен ко второму входу блока 31 регистрации, последовательно подключенные к выходу второго амплитудного ограничителя 32, вторую систему ФАПЧ 34, делитель 36 фазы на два и второй узкополосный фильтр 38, выход которого подключен ко второму входу частотного демодулятора 39, третий вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя 28, последовательно подключенные к выходу первого узкополосного фильтра 37, первый фазовый детектор 41, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя 28, сумматор 43, третий фазовый детектор 45 и второй дискретный дескремблер 46, выход которого соединен с третьим входом блока 31 регистрации, подключенный к выходу второго узкополосного фильтра 38, второй фазовый детектор 42, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя 28, а выход подключен ко второму входу сумматора 43, подключенный к выходу первого узкополосного фильтра 37, формирователь 44, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 38, а выход подключен ко второму входу третьего фазового детектора 45, вход блока 16 поиска соединен с выходом порогового блока 25.

Измерители 21 и 23 ширины спектра, удвоитель 22 фазы, блок 24 сравнения, пороговый блок 25 и линия 26 задержки образуют обнаружитель 20.

Когерентная радиолиния работает следующим образом.

Дискретное сообщение с выхода первого источника 1 через кодирующее устройство 2 и первый дискретный скремблер 3 в виде модулирующего кода M₁(t) (фиг.3, а) поступает на первый вход фазового манипулятора 5, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода генератора 4 высокой частоты (фиг.3, б)

где U_c, f_c, _c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.

На выходе фазового манипулятора 5 образуется фазоманипулируемый (ФМн) сигнал (фиг.3, в)

где

К₁ - коэффициент передачи фазового манипулятора;

_к(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t) (фиг.3, а), причем _к(t) = const при k _Э<t<(k+1) _Э и может изменяться скачком при t=k _Э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, ..., N-1);

_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=N _Э).

Этот сигнал поступает на первый вход частотного манипулятора 8, на второй вход которого с выхода источника 6 дискретных сообщений через второй дискретный скремблер 7 подается второе дискретное сообщение в виде модулирующего кода M₂ (t) (фиг.3, г). При этом отрицательные модулирующие видеоимпульсы не изменяют несущей частоты (f_c=f₁), а положительные модулирующие видеоимпульсы изменяют частоту f ₁ на f₂. На выходе частотного манипулятора 8 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой и частотной манипуляцией (ФМн-ЧМн) (фиг.3, д)

где

К₂ - коэффициент передачи частотного манипулятора;

- средняя частота сигнала;

- частота, соответствующая символу "0" (пауза);

- частота, соответствующая символу "1" (посылка) (фиг.4).

Данный сигнал поступает на первый вход амплитудного модулятора 11, второй вход которого с выхода источника 9 аналоговых сообщений через аналоговый скремблер 10 поступает аналоговое сообщение m(t) (фиг.3, е).

На выходе амплитудного модулятора 11 образуется сложный сигнал с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями (АМ-ФМн-ЧМн) (фиг.3, ж)

где

К₃ - коэффициент передачи амплитудного модулятора.

Данный сигнал после усиления в передатчике 12 (усиление мощности) излучается передающей антенной 13 в эфир, принимается приемной антенной 14 и через приемник 15 (усилитель высокой частоты) поступает на первый вход смесителя 18, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 17.

где U_Г, f_Г, _Г, T_П - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость изменения частоты в заданном диапазоне частот Дf.

Следовательно, поиск сложных АМ-ФМн-ЧМн-сигналов осуществляется в заданном частотном диапазоне Дf с помощью блока 16 поиска, который по линейному закону изменяет частоту гетеродина 17.

На выходе смесителя 18 образуются напряжения комбинационных частот.

Усилителем 19 промежуточной частоты выделяется напряжение разностной (промежуточной) частоты

где

К4 - коэффициент передачи смесителя;

- промежуточная частота;

Это напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой манипуляцией, частотной манипуляцией и линейной частотной модуляцией (АМ-ФМн-ЧМн-ЛЧМ). Оно поступает на вход обнаружителя 20, состоящего из измерителей 21 и 23 ширины спектра, удвоителя 22 фазы, блока 24 сравнения, порогового блока 25 и линии задержки 26.

На выходе удвоителя 22 фазы образуется напряжение

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала определяется длительностью сигнала Т_с

тогда как ширина спектра f_c принимаемого сигнала определяется длительностью _Э его элементарных посылок

т.е. ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

Следовательно, при умножении фазы АМ-ФМн-ЧМн-ЛЧМ-сигнала на два его спектра "сворачивается" в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаруживать сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра f_c входного сигнала измеряется с помощью измерителя 21, а ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала измерителя с помощью измерителя 23. Напряжения U₁ и U_II, пропорциональные f_c и f₂ соответственно, с выходов измерителей 21 и 23 ширины спектра поступают на два входа блока 24 сравнения. Так как U_I>U_II, то на выходе блока 24 сравнения образуется положительный импульс, который сравнивается с пороговым напряжением U_пор в пороговом блоке 25. Пороговый уровень U_пор превышается только при обнаружении сложного АМ-ФМн-ЧМн-сигнала. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 25 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 27, открывая его, на управляющий вход блока 16 поиска, переводя его в режим остановки, и на вход линии 26 задержки. В исходном состоянии ключ 27 всегда закрыт.

С этого момента времени просмотр заданного диапазона частот Дf и поиск АМ-ФМн-ФМн-сигналов прекращается на время регистрации и анализа обнаруженного АМ-ФМн-ЧМн-сигнала, которое определяется временем задержки _З линии 26 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 17 усилителем 19 промежуточной частоты выделяется напряжение

которое через открытый ключ 27 поступает на входы амплитудного ограничителя 28 и синхронного детектора 29. На выходе амплитудного ограничителя 28 образуется ФМн-ЧМн-сигнал

где U_ОГР - порог ограничения,

который поступает на второй вход синхронного детектора 29 в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования на выходе синхронного детектора 29 образуется низкочастотное напряжение

где

К₅ - коэффициент передачи синхронного детектора;

пропорциональное исходным аналоговым сообщениям. Это напряжение через аналоговый дескремблер 30 поступает на первый вход блока 31 регистрации.

Следует отметить, что в спектре принимаемого сложного АМ-ФМн-ЧМн-сигнала с индексом частотной манипуляции

символьные частоты f₁ и f₂ подавлены. Поэтому приемная часть когерентной радиолинии настроена на среднюю частоту f_cp=f_пр (фиг.4).

Напряжение u₄(t) с выхода первого амплитудного ограничителя 28 поступает на первые входы частотного демодулятора 39, фазовых детекторов 41 и 42.

На выходе удвоителя 22 фазы образуется напряжение (блок 16 поиска выключен)

которое поступает на вход амплитудного ограничителя 32. На выходе последнего образуется напряжение

где U_огр - порог ограничения.

Удвоитель 22 фазы, амплитудный ограничитель 32, системы 33 и 34 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), делители 35 и 36 фазы на два, узкополосные фильтры 37 и 38 образуют систему символьной синхронизации, необходимую для когерентной демодуляции принимаемого сложного сигнала с угловой манипуляцией.

Символьная синхронизация основана на том, что в энергетическом спектре указанного сигнала с индексом частотной манипуляции mf=1 используются дискретные составляющие на символьных частотах 2f₁ и 2f₂ . Сложный сигнал с индексом частотной манипуляции mf=1 формируется из принимаемого сигнала с помощью удвоителя 22 фазы. Системы 33 и 34 фазовой автоподстройки частоты настроены на частоты 2f ₁ и 2f₂, которые они захватывают и отслеживают. Делители 35 и 36 фазы на два предназначены для приведения в соответствие частот сигналов синхронизации и принимаемого сигнала. На выходах делителей 35 и 36 фазы на два образуются следующие гармонические колебания:

которые выделяются узкополосными фильтрами 37 и 38 соответственно.

Напряжения u₇(t) и u ₈(t) с выходов узкополосных фильтров одновременно поступают на входы частотного демодулятора 39. На выходе частотного демодулятора 39 образуется последовательность разнополярных прямоугольных импульсов, пропорциональная модулирующему коду M₂(t) (фиг.3, г). Указанная последовательность импульсов через первый цифровой дескремблер 40 поступает на второй вход блока 31 регистрации.

Напряжения u₇(t) и u₈(t) с выходов узкополосных фильтров 37 и 38 одновременно поступают на опорные входы фазовых детекторов 41 и 42 соответственно, на информационные входы которых подается напряжение u₄(t) с выхода амплитудного ограничителя 28. Выходные напряжения фазовых детекторов 41 и 42 суммируются в сумматоре 43, на выходе которого формируется следующее суммарное напряжение:

где , так как символьные частоты f₁ и f ₂ симметричны относительно средней частоты f_cp (фиг.4).

Следовательно, напряжение u (t) можно записать следующим образом

Это напряжение с выхода сумматора 43 поступает на информационный вход фазового детектора 45.

Гармонические напряжения u₇(t) и u₈(t) с выходов узкополосных фильтров 37 и 38 одновременно поступают на два входа формирователя 44, на выходе которого образуется опорное напряжение

которое поступает на опорный вход фазового детектора 45. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение

где

К₆ - коэффициент передачи фазового детектора;

которое является аналогом модулирующего кода M₁(t) (фиг.3, а). Это напряжение через второй цифровой дескремблер 46 поступает на третий вход блока 31 регистрации.

Время задержки _З линии 26 задержки выбирается таким, чтобы можно было зафиксировать и проанализировать обнаруженный сложный АМ-ФМн-ЧМн-сигнал. По истечении этого времени напряжение с выхода линии 26 задержки поступает на вход сброса порогового блока 25 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом блок 16 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 27 закрывается, т.е. они переводятся в свои исходные состояния. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Дf и поиск АМ-ФМн-ЧМн-сигналов продолжается.

В случае обнаружения следующего АМ-ФМн-ЧМн-сигнала на другой несущей частоте, работа приемной части когерентной радиолинии происходит аналогичным образом.

Следовательно, приемная часть может работать с несколькими передающими частями, использующими разные несущие частоты, т.е. с несколькими когерентными радиолиниями.

Цифровые скремблеры 3, 7 и аналоговый скремблер 10 реализуют криптографические методы, которые являются эффективными методами защиты конфиденциальной дискретной и аналоговой информации.

Криптографические методы защиты информации - это специальные методы шифрования, кодирования и преобразования информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

При цифровом способе закрытия передаваемых сообщений можно условно выделить четыре основные группы:

1) подстановка - символы дискретного сообщения заменяются другими символами в соответствии с заранее определенным правилом;

2) перестановка - символы дискретного сообщения переставляются по некоторому правилу в пределах заданного блока передаваемого дискретного сообщения;

3) аналитическое преобразование - шифруемое сообщение преобразуется по некоторому аналитическому правилу;

4) комбинированное преобразование - исходное дискретное сообщение шифруется двумя или большим числом способов шифрования.

При аналоговом скремблировании сообщения подвергаются следующим преобразованием:

1) частотная инверсия;

2) частотная перестановка;

3) временная перестановка.

Цифровые и аналоговые методы дескремблирования аналогичны методам скремблирования, но имеют противоположный характер.

Таким образом, предлагаемая когерентная радиолиния по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает передачу конфиденциальных дискретных и аналоговых сообщений и защиту их от несанкционированного доступа с использованием сложных сигналов с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями (АМ-ФМн-ЧМн). При этом защита указанной информации имеет три уровня: энергетический, структурный и криптографический.

Энергетический и структурный уровни обеспечиваются применением сложных сигналов с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями, которые обладают энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого используемый сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия сложного сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность сложных сигналов с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Сложные сигналы с комбинированными амплитудной модуляцией, фазовой и частотной манипуляциями открывают новые возможности в технике передачи дискретных и аналоговых сообщений на двух несущих частотах и их защиты от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять сложные сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных сигналов.

Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования конфиденциальных дискретных и аналоговых сообщений, в результате которых их содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Тем самым функциональные возможности когерентной радиолинии расширен.