линия радиосвязи с повторным использованием частоты

Формула изобретения

Линия радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащая на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены соответственно с входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к двум выходам парафазного усилителя, вход которого является входом для дополнительной информации, выходы амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым и вторым облучателями передающей антенны, на приемной стороне - два облучателя приемной антенны через устройство управления поляризацией соединены с двумя входами сумматора и двумя входами вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого через ограничитель соединен с выходом сумматора, а выход синхронного детектора подключен к узкополосному низкочастотному фильтру, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне генератор колебаний несущей и тактовой частот, один из выходов которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и генератора псевдослучайной последовательности, вторые входы которых соединены соответственно с двумя выходами устройства фазирования, выход формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности через первый перемножитель соединен с первым входом сумматора, а выход генератора псевдослучайной последовательности через второй перемножитель соединен с вторым входом сумматора, второй выход генератора колебаний несущей и тактовой частот соединен с входами фазовращателя на 90^o, выход которого соединен с вторыми входами первого перемножителя и фазового манипулятора, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя, второй вход фазового манипулятора является информационным входом для S₀, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго смесителей, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя несущих частот, вход которого соединен с вторым выходом генератора колебаний несущей и тактовой частот, выходы первого и второго смесителей соответственно через первый и второй полосовые фильтры соединены соответственно с входами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами коммутатора соответственно, вход которого является информационным входом для S₁, выходы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, на приемной стороне - фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход является информационным выходом для S_доп, первый и второй перемножители, входы которых соединены между собой и с выходом амплитудного ограничителя, выход первого перемножителя через первый полосовой фильтр соединен с одним из входов фазового детектора и одним из входов рециркулятора, выход которого через амплитудный детектор и пороговое устройство соединен с одним из входов решающей схемы, а через пиковый детектор - с другим входом той же решающей схемы, третий вход которой соединен с входом блока выделения информации и одним из выходов блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с вторым входом рециркулятора, третий вход которого соединен с первым выходом формирователя несущих частот, второй выход которого соединен с входом ключа, выход решающей схемы соединен с входом блока выделения информации, выход которого является информационным выходом для S₁ и одним из выходов блока синхронизации, третий выход блока синхронизации соединен с вторым входом второго перемножителя, выход которого через второй полосовой фильтр и фазовращатель на /2 соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого является информационным выходом для S₀, опорный генератор, выход которого через формирователь тактовых импульсов соединен с входом формирователя несущих частот и вторым входом блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя, выход узкополосного низкочастотного фильтра подключен к управляющему входу устройства управления поляризацией.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигналов, в частности с эллиптической поляризацией волны путем изменения параметров эллипса поляризации (К.Г. Гусев, А.Д. Филатов, А.П. Сопалев "Поляризационная модуляция", М., "Сов. радио", 1994 г., стр. 63-161).

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов на трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, т.к. в противном случае возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии. Однако в большинстве практических случаев изменяются как параметры распространения сигналов, так и взаимное расположение антенн.

Известно также устройство по патенту США N 4087818, в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цепи в виде замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала с одинаковой частотой со взаимно ортогональной поляризацией волны и приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Однако это устройство в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеет сложную систему автоподстройки. Кроме того, реализация этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является "Устройство радиосвязи с повторным использованием частоты" по а. с. N 1385305, принятое за прототип.

Но в данном устройстве-прототипе объем передаваемой информации недостаточен.

Для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличивать скорость передачи или число радиоканалов, что в том и в другом случаях приводит к расширению полосы радиочастот. А как известно, диапазон радиочастот, начиная от самых низких - ОНЧ и кончая самыми высокими - СВЧ, в настоящее время весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной.

Предлагаемое устройство в некоторой степени решает проблему увеличения объема передаваемой информации.

Для увеличения объема передаваемой информации в устройство, содержащее на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены соответственно с высокочастотными входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых подключены соответственно к двум выходам парафазного усилителя, выходы амплитудных модуляторов подключены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, на приемной стороне - два облучателя (возбудителя) приемной антенны через устройство управления поляризацией подключены к двум входам сумматора и двум входам вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого через ограничитель соединен с выходом сумматора, а выход синхронного детектора через узкополосный низкочастотный фильтр подключен к управляющему входу устройства управления поляризацией, введено на передающей стороне - генератор колебаний несущей и тактовой частот, один из выходов которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и генератора псевдослучайной последовательности, вторые входы которых соединены соответственно с двумя выходами устройства фазирования, выход формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности через первый перемножитель соединен с первым входом сумматора, а выход генератора псевдослучайной последовательности через второй перемножитель соединен со вторым входом сумматора, второй выход генератора колебаний несущей и тактовой частот соединен со входами фазовращателя на 90^o, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя и фазового манипулятора, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя, на второй вход фазового манипулятора подается "ИНФ1" (S₀), выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго смесителей, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя несущих частот, вход которого соединен с вторым выходом генератора колебаний несущей и тактовой частот, выходы первого и второго смесителей соответственно через первый и второй полосовые фильтры соединены соответственно со входами первого и второго ключей, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходам коммутатора соответственно, на вход которого подается "ИНФ2" (S₁), выходы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен со входом разветвителя мощности, на приемной стороне - ФНЧ, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а с выхода снимается "ИНФ3" (S_доп), первый и второй перемножители, входы которых соединены между собой и выходом ограничителя, выход первого перемножителя через первый полосовой фильтр соединен с одним из входов фазового детектора и с одним из входов рециркулятора, выход которого через амплитудный детектор и пороговое устройство соединен с одним из входов решающей схемы, а через пиковый детектор - с другим входом той же решающей схемы, третий вход которой соединен со входом блока обработки информации и с одним из выходов блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен со вторым входом рециркулятора, третий вход которого соединен со входом ключа, выход решающей схемы соединен со входом ключа, выход решающей схемы соединен со входом блока выделения информации "ИНФ2" (S₁) и с одним из входов блока синхронизации, третий выход блока синхронизации соединен со вторым входом второго перемножителя, выход которого через второй полосовой фильтр, фазовращатель на 90^o соединен со вторым входом фазового детектора, с выхода которого снимается "ИНФ1" (S₀), опорный генератор, выход которого через формирователь тактовых импульсов соединен со входом формирователя несущих частот и вторым входом блока синхронизации, четвертый выход которого соединен со вторым выходом первого перемножителя.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

Передающее устройство.

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частоты,

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности,

3 - генератор псевдослучайной последовательности,

4 - устройство фазирования,

5, 6 - первый и второй перемножители,

7 - фазовращатель на 90^o,

8 - фазовый манипулятор,

9, 18 - первый и второй сумматоры,

10 - формирователь несущих частот,

11, 12 - первый и второй смесители,

13, 14 - первый и второй полосовые фильтры,

15 - коммутатор,

16, 17 - первый и второй ключи,

19 - разветвитель мощности,

20, 21 - первый и второй амплитудные модуляторы,

22 - парафазный усилитель,

23, 24 - первый и второй облучатели передающей антенны,

25 - передающая антенна.

Приемное устройство

26, 27 - первый и второй возбудители приемной антенны,

29 - устройство поворота поляризации,

30 - сумматор,

31 - амплитудный ограничитель,

32 - вычитающее устройство,

33 - узкополосный низкочастотный фильтр,

34 - синхронный детектор,

35, 49 - первый и второй перемножители,

36 - ФНЧ,

37, 50 - первый и второй полосовые фильтры,

38 - ключ,

39 - рециркулятор,

40 - формирователь тактовых импульсов,

41 - формирователь несущих частот,

42 - опорный генератор,

43 - решающая схема,

44 - пиковый детектор,

45 - амплитудный детектор,

46 - блок выделения информации,

47 - блок синхронизации,

48 - формирователь порога,

51 - фазовращатель на /2

52 - фазовый детектор,

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи:

Передающее устройство

Генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ) 1 одним выходом соединен со входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) 2 и генератора псевдослучайной последовательности (ГПП) 3, выход ФОПП2 через первый перемножитель 5 соединен с первым входом сумматора 9, а выход ГПП3 через перемножитель 6 соединен со вторым входом сумматора 9. Второй выход ГНТЧ1 через фазовращатель на 90^o 7 соединен со вторым входом первого перемножителя 5, а через фазовый манипулятор 8 - со вторым входом второго перемножителя 6. На второй вход фазового манипулятора 8 подается информация S₀. Выход сумматора 9 соединен со входами первого 11 и второго 12 смесителей, выходы которых соответственно через первый 13 и второй 14 полосовые фильтры соединены с первыми входами первого 16 и второго 17 ключей соответственно. Вторые входы первого 11 и второго 12 смесителей соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя несущих частот 16, вход которого соединен со вторым выходом ГНТЧ1, а вторые входы первого 16 и второго 17 ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами коммутатора 15. Выходы первого 16 и второго 17 ключей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 18, выход которого подключен ко входу разветвителя мощности 19, первый выход которого через первый амплитудный модулятор 20 соединен с первым облучателем передающей антенны 25, а второй выход разветвителя мощности 19 через второй амплитудный модулятор 21 соединен со вторым облучателем 24 передающей антенны 25.

Приемное устройство

Первый 26 и второй 27 возбудители приемной антенны 28 подключены соответственно к первому и второму входам устройства поворота поляризации 29, третий вход которого соединен с выходом узкополосного низкочастотного фильтра 33. Два выхода устройства поворота поляризации 29 соединены соответственно с двумя входами сумматора 30 и двумя входами вычитающего устройства 32. Выход сумматора 30 через амплитудный ограничитель 31 соединен с одним из входов первого 35 и второго 49 перемножителей и одним из входов синхронного детектора 34, второй вход которого соединен с выходом вычитающего устройства 32. Выход синхронного детектора 34 соединен со входами узкополосного низкочастотного фильтра 33 и ФНЧ 36, с выхода которого снимается "ИНФ3" (S_доп). Выход первого перемножителя 36 через первый полосовой фильтр 37 соединен с одним из входов фазового детектора 52 и одним их входов рециркулятора 39, второй и третий входы рециркулятора 39 соединены соответственно с выходом ключа 38 и с выходом формирователя несущих частот 41, а выход того же рециркулятора соединен со входом пикового детектора 44 и через амплитудный детектор 45 со входом формирователя порога 48, выход которого соединен с одним из входов решающей схемы 43, второй вход которой соединен с выходом пикового детектора 44. Опорный генератор 42 своим выходом через формирователь тактовых импульсов 40 соединен с одним из входов блока синхронизации 47 и входом формирователя несущих частот 41, второй выход которого соединен с одним из входов ключа 38, второй вход которого соединен с одним из входов блока синхронизации 47, второй выход этого блока синхронизации соединен со вторым входом второго перемножителя 49, выход которого через второй полосовой фильтр 50, фазовращатель на 90^o 51 соединен со вторым входом фазового детектора 52, с выхода которого снимается информация S₀, третий вход решающей схемы 43 соединен с четвертым выходом блока синхронизации 47, и одним из входов блока выделения информации S₁, второй вход которого соединен со вторым входом блока синхронизации 47.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

В передатчике генератор несущей и тактовой частоты ГНТЧ1 формирует две частоты: тактовую частоту для формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности ФОПП2 и генератора псевдослучайной последовательности ГПП3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ1 поступает на вход ФОПП2 и ГПП3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования псевдослучайных последовательностей выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП2 и ГПП3 при любом фазовом сдвиге между ними. Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления ЭХО-сигнала в приемнике. Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП2 и ГПП3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП2 и ГПП3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе.

Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90^o 7 с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты. На выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с достоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. В зависимости от знака передаваемой информации S₀, фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0^o, 90^o, 180^o и 270^o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением знаков элементов двоичных псевдослучайных последовательностей ФОПП2 и ГПП3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает на входы первого 11 и второго 12 смесителей, на вторые входы которых подаются сигналы гетеродинов с выходов формирователя несущих частот 10. Сигнал с выхода смесителя 11 на несущей частоте поступает на полосовой фильтр 13, где производится отфильтровка побочных гармоник и затем подается на сигнальный вход ключа 16. Аналогично сигнал со смесителя 12 через полосовой фильтр 14 подается на сигнальный вход ключа 17. Управляющие ключами 16, 17 сигналы поступают соответственно с первого и второго выходов коммутатора 15, переключение выходов которого происходит по программе информации "ИНФ 2" (S₁). С выходов ключей 16 и 17 сигнал поступает на сумматор 10, откуда затем подается на разветвитель мощности 19, где осуществляется разделение его мощности пополам и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 20 и 21. В этих модуляторах амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_доп с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 22. Эти сигналы поступают на входы облучателей 23 и 24 передающей антенны 25, которая может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 23 и 24 создают поля с ортогональной одно относительно другого линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, которые излучает передающая антенна 25, принимаются приемной антенной 28. Ее облучатели 26, 27 (возбудители) имеют ортогональную одна относительно другой линейную или круговую поляризации. Приемная антенна 28 с возбудителями 26, 27 выполнена аналогично передающей. Принятый на приемную антенну 28 сигнал поступает на входы сумматора 30 и вычитающего устройства 32. В сумматоре 30 производится частичное сглаживание амплитудной модуляции (фиг. 1 эпюра U_д). Сигнал с выхода сумматора 30 через амплитудный ограничитель 31 поступает на один из входов синхронного детектора 34, который используется в качестве опорного сигнала, на другой вход этого детектора поступает сигнал с выхода вычитающего устройства 32. С выхода синхронного детектора 34 через ФНЧ 36 выделяется передаваемая информация "ИНФ 3" (S_доп), обусловленная дополнительной поляризационной модуляцией. Сигнал с выхода синхронного детектора 34, кроме того, через узкополосный ФНЧ 33 поступает на управляющий вход устройства управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей) 29, которое повернет облучатели так, что угол рассогласования между поляризацией приходящего сигнала и поляризацией облучателей приемной антенны будет минимальным и в пределе равен нулю.

Сигнал с выхода амплитудного ограничителя 21 поступает на два перемножителя 35 и 49. Для устранения неопределенности по задержке необходимо осуществлять поиск принятого сигнала, для чего с блока синхронизации 47 на перемножитель 25 поступает опорная псевдослучайная последовательность (ПСП) с периодом T. В случае отсутствия превышения порога в блоке 43 опорная псевдослучайная последовательность каждый раз сдвигается на (- длительность элемента ПСП) до тех пор, пока фазы принятого и опорного сигналов не совпадут, т.е. не устранится рассогласование по задержке.

С выхода перемножителя 35 сигнал поступает на интегратор, в качестве которого используется обычный полосовой фильтр 37, полоса пропускания которого выбирается из требования обеспечения помехозащищенности с учетом изменения несущей частоты ШПС на передающей стороне. Благодаря тому, что на выходе полосового фильтра 37 включен блок рециркулятора 39 со смещением частоты во всей изменяющейся полосе несущей в предлагаемом устройстве снижения помехозащищенности не происходит.

Принцип работы рециркулятора со смещением частоты описан в статье Соловьева И. В. и Свиреденко С.С. "Зарубежная радиоэлектроника" N 8, 1961 г., стр. 3-36.

С основного генератора 42 поступает сигнал опорной частоты на формирователь тактовых импульсов 40. С помощью тактовых импульсов в синхронизаторе 47 формируются опорный сигнал ПСП, импульсы считывания (U_сч (фиг. 1 эпюра U_сч и импульсы гашения U_гаш (фиг. 1 эпюра U_гаш). Для лучшей фильтрации побочных продуктов преобразования рециркулятор 39 выполнен с двойным преобразованием частоты, для чего генератор несущих частот 41 формирует две частотные подставки. Кольцо рециркулятора разрывается каждый раз импульсом гашения (U_гаш) с периодом T (T - период ПСП). Передний фронт импульса гашения (U_гаш) является задним фронтом импульса считывания (U_сч). Длительность импульса гашения выбирается равной длительности импульса считывания. Длительность импульса считывания выбирается исходя из разноса информации S₁, находящейся на передающей стороне.

С выхода рециркулятора 39 сигнал поступает на пиковый детектор 44 и формирователь порога, состоящий из амплитудного детектора 45 и формирователя порога 48. В конце периода T пиковый детектор 44 выдает максимальное напряжение, которое сравнивается в решающей схеме 43 с порогом в момент действия импульса считывания (U_сч). Импульсом гашения производится обнуление в рециркуляторе 39 и пиковом детекторе 44. В случае превышения порога в решающей схеме 43 блок синхронизации 47 не производит перестройки на . Фаза опорного и принимаемого сигналов совпала. Сигнал с выхода решающей схемы 43 поступает также в блок обработки информации 46, куда поступает и импульс считывания. В этом блоке импульс считывания делится на два равных импульса считывания U_сч1 и U_сч2 (фиг. 1 эпюры U_сч1 и U_сч2). Если отклик с решающей схемы 43 попал в интервал длительности обоих импульсов считывания U_сч1 и U_сч2, то передавалась условно "единица". Если отклик попал в интервал только импульса считывания U_сч2 то передавался "ноль". Таким образом, на выходе блока 46 выделяется информация S₁.

В момент синхронизации с блока синхронизации 47 поступает другая опорная ПСП на перемножитель 49, в результате чего снимается модуляция с информационной ПСП. Сигнал, пройдя через полосовой фильтр 50 и фазовращатель 51 на /2 сравнивается с другим сигналом в фазовом детекторе 52. При совпадении фаз или противоположных фазах фазовый детектор 52 будет менять фронт согласно передаваемой информации S₀.