радиолиния для передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами

Формула изобретения

Радиолиния передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами, содержащая на передающей стороне генератор псевдослучайных последовательностей (ПСП), формирователь сигнала несущей частоты (НЧ), выход которого соединен с входом фазовращателя и вторым входом второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, а выход фазовращателя соединен со вторым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, на приемной стороне - фазовращатель на 90° и генератор ПСП, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне последовательно соединенные источник цифрового сигнала, блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов (ППВИ) и блок формирования кодовых комбинаций (КК), n выходов которого соединены с n входами блока шифрования КК, а также первый сумматор, усилитель мощности, генератор синхронизирующей ПСП и последовательно соединенные опорный генератор частоты и генератор тактовых импульсов (ТИ), при этом n выходов блока шифрования КК соединены с соответствующими n входами генератора ПСП, n выходов которого соединены с соответствующими n входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, кроме того, выход блока формирования ППВИ соединен с первым синхронизирующим входом генератора ПСП, первым входом генератора синхронизирующей ПСП и вторым входом генератора ТИ, выход которого соединен со вторым синхронизирующим входом генератора ПСП и вторым входом генератора синхронизирующей ПСП, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, причем выход опорного генератора частоты соединен с входом формирователя сигнала НЧ, выход источника цифрового сигнала соединен со вторым входом блока формирования КК, на приемной стороне - высокочастотный блок, первый вход которого соединен с приемной антенной, а выход - с входом фазовращателя на 90°, выход которого соединен с первыми входами N корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами решающего блока, N выходов которого соединены с соответствующими входами устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций (ЗКК), N выходов которого соединены с соответствующими входами дешифратора, N выходов которого соединены с N входами сумматора, выход которого является выходом приемной стороны радиолинии, при этом выход опорного генератора частоты соединен со вторым входом высокочастотного блока и входом генератора тактовых и синхронизирующих импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первыми и вторыми входами генератора ПСП и генератора синхронизирующей ПСП соответственно и с синхронизирующими входами решающего блока и устройства памяти ЗКК, кроме того, выход генератора синхронизирующей ПСП соединен с первым входом блока поиска синхронизирующей ПСП, выход которого соединен с вторыми входами N корреляторов соответственно, причем выход высокочастотного блока соединен со вторым входом блока поиска синхронизирующей ПСП.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения структурной и информационной скрытности передаваемого цифрового сигнала, а также для увеличения помехоустойчивости систем радиосвязи.

Для защиты передаваемой информации по радиолиниям необходимо затруднять или полностью исключать возможность выделения модулирующего информационного сигнала разведприемником. Степень защищенности модулирующего информационного сигнала характеризуется энергетической, структурной и информационной скрытностью передаваемого радиосигнала в целом. В настоящее время для повышения как энергетической, так и структурной скрытности используются широкополосные шумоподобные сигналы, одной из разновидностей которых является псевдослучайная последовательность (ПСП), описанные, например, в книге Варакина Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами" (Издательство "Радио и связь", Москва, 1985 г.). В передатчике последовательность информационных сигналов перемножается с бинарной ПСП, а затем сформированная таким образом манипулирующая последовательность перемножается с синусоидальным сигналом несущей частоты. В результате образуется фазоманипулированный широкополосный сигнал ФМШПС, который передается по радиоканалу. Однако такой способ формирования ФМШПС не исключает возможности перехвата сигнала информации разведприемником, так как манипулирующую последовательность можно выделить схемой Пистолькорса или схемой Костаса, описанными в книге Линдсей В. "Системы синхронизации в связи и управлении" (Издательство "Сов. радио", Москва, 1978 г., стр.101, рис.3.12 и стр.102, рис.3.13). Затем, учитывая периодичность ПСП, можно выделить и сигнал информации.

Известны системы радиосвязи, описанные в книге Варакина Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами" (Издательство "Радио и связь", Москва, 1985 г.), недостатком которых является недостаточная скрытность передачи информации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система радиосвязи, приведенная в книге В.И.Борисов, В.М.Зинчук, Л.Е.Лимарев, Н.П.Мухин, Г.С.Нахмансон. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью", Издательство "Радио и связь", Москва, 2003 г., рис.1.7, принятая за прототип.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг.1;

на фиг.1a - структурная схема передающего устройства, где обозначено:

1 - последовательно-параллельный преобразователь;

2₁-2₄ - первый-четвертый перемножители;

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГНПСП);

4 - формирователь сигналов несущей частоты (ФСНЧ);

5 - фазовращатель на

6 - сумматор;

на фиг.1б - структурная схема приемного устройства, где обозначено:

1 - широкополосный фильтр (ШПФ);

2₁-2 ₄ - первый-четвертый перемножители;

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГНПСП);

4 - формирователь сигналов несущей частоты (ФСНЧ);

5 - фазовращатель на

6₁-6₂ - первый и второй блоки интегрирования и стробирования;

7 - параллельно-последовательный преобразователь.

Устройство-прототип содержит передающее и приемное устройства.

Передающее устройство содержит последовательно-параллельный преобразователь 1, один выход которого через последовательно соединенные первый 2 ₁ и третий 2₃ перемножители соединен с первым входом сумматора 6, выход которого является выходом передающего устройства. Кроме того, другой выход последовательно-параллельного преобразователя 1 через последовательно соединенные второй 2 ₂ и четвертый 2₄ перемножители соединен со вторым входом сумматора 6. При этом первый и второй выходы ГНПСП 3 соединены со вторыми входами первого 2 ₁ и второго 2₂ перемножителей. Выход ФСНЧ 4 соединен со вторым входом третьего перемножителя 2з и входом фазовращателя 5, выход которого соединен со вторым входом четвертого перемножителя 2₄.

Приемное устройство содержит ШПФ 1, первый выход которого через последовательно соединенные первый 2₁ и третий 2 ₃ перемножители и первый блок интегрирования и стробирования 6₁ соединен с одним входом параллельно-последовательного преобразователя 7, выход которого является выходом приемного устройства. Кроме того, второй выход ШПФ 1 через последовательно соединенные второй 2₂ и четвертый 2 ₄ перемножители и второй блок интегрирования и стробирования 6₂ соединен с другим входом параллельно-последовательного преобразователя 7. Выходы ГНПСП 3 соединены со вторыми входами первого 2₁ и второго 2₂ перемножителей соответственно. Выход ФСНЧ 4 соединен со вторым входом третьего перемножителя 2₃ и входом фазовращателя 5, выход которого соединен со вторым входом четвертого перемножителя 2₄.

Работа устройства-прототипа происходит следующим образом.

На вход 1 последовательно-параллельного преобразователя передающего устройства поступает сигнал информационной последовательности d(t). Блок 1 выделяет элементы d ₁(t) и d₂(t) из пары смежных символов информационной последовательности d(t), поступающие затем на соответствующие входы перемножителей 2₁ и 2₂, на другие входы которых подаются сигналы ПСП P₁(t) и P₂ (t) с выходов ГНПСП 3. Таким образом, на выходе перемножителей 2₁ и 2₂ образуются следующие информационные манипулирующие последовательности:

на выходе перемножителя 2₁-d ₁(t)·P₁(t);

на выходе перемножителя 2₂ - d₂ (t)·P₂(t).

Затем сигнал d ₁(t)·P₁(t) с выхода перемножителя 2₁ поступает на первый вход перемножителя 2₃, на второй вход которого подается сигнал несущей частоты с ФСНЧ 4, который одновременно поступает на вход фазовращателя 5, с выхода которого сигнал поступает на второй вход перемножителя 2₄, на первый вход которого подается сигнал d₂(t)·P ₂(t) с выхода перемножителя 2₂. Сигналы с выхода перемножителей 2₃ и 2 ₄, поступают на входы сумматора 6, на выходе которого образуется сигнал квадратурной псевдослучайной модуляции S(t), передаваемый по радиоканалу:

S(t)=d₁(t)·P ₁(t)·Cos( ₀t+ ₀)+d₂(t)·P ₂(t)Sin( ₀t+0₀).

Сигнал S(t) поступает на вход ШПФ 1 приемного устройства и после фильтрации в нем подается на первый вход перемножителя 2₁, на второй вход которого поступает сигнал ПСП P₁(t)·c выхода ГНПСП 3. С другого выхода ГНПСП 3 на второй вход перемножителя 2 ₂ поступает сигнал ПСП P₂(t). Таким образом, на выходе перемножителей 2₁ и 2₂ образуются сигналы, манипулированные по фазе символами передаваемого цифрового сигнала. Затем сигнал с выхода перемножителя 2₁ поступает на первый вход перемножителя 2₃, на второй вход которого подается сигнал с выхода ФСНЧ 4, который одновременно поступает на вход фазовращателя 5, с выхода которого сигнал поступает на второй вход перемножителя 2₄, на первый вход которого подается сигнал с выхода перемножителя 2 ₂. Сигнал с выхода перемножителя 2₃ поступает на вход первого блока интегрирования и стробирования 6₁, с выхода которого сигнал подается на один из входов параллельно-последовательного преобразователя 7, на другой вход которого поступает сигнал с выхода второго блока интегрирования и стробирования 6₂ , на вход которого подается сигнал с выхода перемножителя 2 ₄. Таким образом, на выходе параллельно-последовательного преобразователя 7 образуется передаваемый цифровой сигнал.

Недостатком устройства-прототипа является низкая информационная и структурная скрытность, а также недостаточная помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Для устранения указанных недостатков в радиолинию передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами, содержащую на передающей стороне генератор ПСП, формирователь сигнала несущей частоты, выход которого соединен с входом фазовращателя и вторым входом второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, а выход фазовращателя соединен со вторым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, на приемной стороне - фазовращатель на 90° и генератор ПСП, согласно изобретению введены на передающей стороне - последовательно соединенные источник цифрового сигнала, блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов и блок формирования кодовых комбинаций, n выходов которого соединены с n входами блока шифрования КК, а также первый сумматор, усилитель мощности, генератор синхронизирующей ПСП и последовательно соединенные опорный генератор частоты и генератор тактовых импульсов, при этом n выходов блока шифрования КК соединены с соответствующими n входами генератора ПСП, n выходов которого соединены с соответствующими n входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, кроме того, выход блока формирования ППВИ соединен с первым синхронизирующим входом генератора ПСП, первым входом генератора синхронизирующей ПСП и вторым входом генератора ТИ, выход которого соединен со вторым синхронизирующим входом генератора ПСП и вторым входом генератора синхронизирующей ПСП, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, причем выход опорного генератора частоты соединен с входом формирователя сигнала НЧ, выход источника цифрового сигнала соединен со вторым входом блока формирования КК, на приемной стороне - высокочастотный блок, первый вход которого соединен с приемной антенной, а выход - с входом фазовращателя, выход которого соединен с первыми входами N корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами решающего блока, N выходов которого соединены с соответствующими входами устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций, N выходов которого соединены с соответствующими входами дешифратора, N выходов которого соединены с N входами сумматора, выход которого является выходом приемной стороны радиолинии, при этом выход опорного генератора частоты соединен со вторым входом высокочастотного блока и входом генератора тактовых и синхронизирующих импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первыми и вторыми входами генератора ПСП и генератора синхронизирующей ПСП соответственно и с синхронизирующими входами решающего блока и устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций, кроме того, выход генератора синхронизирующей ПСП соединен с первым входом блока поиска синхронизирующей ПСП, выход которого соединен со вторыми входами N корреляторов соответственно, причем выход высокочастотного блока соединен со вторым входом блока поиска синхронизирующей ПСП.

Структурная схема предлагаемой радиолинии представлена на фиг.2.

На фиг.2а - схема передающей стороны радиолинии, где обозначено:

1 - источник цифрового сигнала (источник ЦС);

2 - блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов (блок формирования ППВИ);

3 - блок формирования кодовых комбинаций (блок формирования КК);

4 - блок шифрования кодовых комбинаций (блок шифрования КК);

5 - генератор ПСП;

6 - генератор синхронизирующей ПСП;

7 - опорный генератор частоты;

8 - генератор тактовых импульсов (генератор ТИ);

9 - формирователь сигнала НЧ;

11 ₁, 11₂ - первый и второй перемножители;

12 - фазовращатель на 90°;

10₁ , 10₂ - первый и второй сумматоры;

13 - усилитель мощности.

На фиг.2б - схема приемной стороны радиолинии, где обозначено:

5 - генератор ПСП;

6 - генератор синхронизирующей ПСП;

7 - опорный генератор частоты;

14 - устройство памяти зашифрованных кодовых комбинаций;

12 - фазовращатель на 90°;

21 - сумматор;

15 - высокочастотный блок;

16 - генератор тактовых и синхронизирующих импульсов;

17₁, 17 ₂,..., 17_k,...,17 _N - первый - N-ый корреляторы;

18 - блок принятия решения (решающий блок);

19 - дешифратор кодовых комбинаций;

20 - блок поиска синхронизирующей ПСП.

Предлагаемая радиолиния содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник ЦС 1, блок формирования ППВИ 2 и блок формирования КК 3, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока шифрования КК, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока шифрования КК, n выходов которого соединены с соответствующими входами генератора ПСП 5, n выходов которого соединены с соответствующими входами первого сумматора 10₁, выход которого через первый перемножитель 11₁ соединен с первым входом второго сумматора 10₂, выход которого соединен с входом усилителя мощности 13, выход которого подсоединен к передающей антенне. При этом выход источника ЦС 1 соединен со вторым входом блока формирования КК 3. Выход блока формирования ППВИ 2 соединен с первым синхронизирующим входом генератора ПСП 5, первым входом генератора синхронизирующей ПСП 6 и первым входом генератора ТИ 8, выход которого соединен со вторым синхронизирующим входом генератора ПСП 5 и вторым входом генератора синхронизирующей ПСП 6, выход которого через второй перемножитель 11₂ соединен со вторым входом второго сумматора 10₂. Кроме того, выход опорного генератора частоты 7 соединен со вторым входом генератора ТИ 8 и входом формирователя сигнала НЧ 9, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя 11₂ и входом фазовращателя 12, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя 11₁.

На приемной стороне радиолинии - последовательно соединенные высокочастотный блок 15 и фазовращатель на 90° 12, выход которого соединен с первыми входами N корреляторов 17, выходы которых подсоединены к соответствующим N входам решающего блока 18, N выходов которого соединены с соответствующими N входами устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 10, N выходов которого соединены с соответствующими N входами дешифратора 19, N выходов которого соединены с соответствующими N входами сумматора 21, выход которого является выходом приемной стороны радиолинии. При этом выход опорного генератора частоты 7 соединен со вторым входом высокочастотного блока 15 и входом генератора тактовых и синхронизирующих импульсов 16, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами генератора ПСП 5 и генератора синхронизирующей ПСП 6, выход которого соединен с первым входом блока поиска синхронизирующей ПСП 20, выход которого соединен с другими входами генератора синхронизирующей ПСП 6 и генератора ПСП 5, N выходов которого соединены со вторыми входами корреляторов 17₁-17_N соответственно. Кроме того, первый выход генератора тактовых и синхронизирующих импульсов 16 соединен с соответствующими входами решающего блока 18 и устройства памяти 14. Выход высокочастотного блока 15 соединен со вторым входом блока поиска синхронизирующей ПСП 20.

Работа устройства происходит следующим образом.

На передающей стороне с выхода источника ЦС 1 информационный сигнал поступает на вход блока 2, в котором из приходящего цифрового сигнала формируется периодическая последовательность видеоимпульсов, период повторения которых равен длительности кодовой комбинации _k=n/f_T, где n - значность двоичного кода, то есть число импульсов кодовой комбинации, f_T - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала.

Полученная периодическая последовательность видеоимпульсов с выхода блока 2 поступает на первые входы генератора ТИ 8 и генератора синхронизирующей ПСП 6, и первый синхронизирующий вход генератора ПСП 5 для обеспечения их синфазности, а также - на первый вход блока формирования КК 3, на второй вход которого подается цифровой сигнал с выхода источника ЦС 1.

Блок формирования КК 3 представляет собой n-разрядный сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельным выходом, на вход которого поступает цифровой сигнал в последовательном коде, а затем в регистре происходит накопление n разрядов информационной последовательности, и она выставляется на выходную шину в параллельном виде. Так происходит со всей последовательностью информационных символов, поступающих от источника ЦС 1. Таким образом, в блоке 3 происходит формирование двоичных кодовых комбинаций длительностью _k которые с выходов 1, 2,..., k,..., n блока 3 подаются на соответствующие входы блока шифрования КК 4, в котором осуществляется шифрование поступающих кодовых комбинаций цифрового сигнала, то есть каждая поступающая двоичная кодовая комбинация цифрового сигнала заменяется на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования.

Затем в блоке шифрования КК 4 осуществляется преобразование зашифрованных двоичных кодовых комбинаций в десятичные числа, при этом 10 на одном из 2ⁿ выходов блока 4 появляется логическая единица в соответствии с десятичным числом, а на остальных выходах - логический ноль, которые затем поступают на соответствующие входы генератора ПСП 5, где данному значению десятичного числа, в соответствии с используемым методом шифрования, присваивается номер ПСП, которая с одного из 2 ⁿ выходов генератора ПСП 5 подается на соответствующий вход первого сумматора 10₁, с выхода которого она поступает на первый вход первого перемножителя 11 ₁. В перемножителе 11₁ сигналом ПСП осуществляется фазовая манипуляция на 180° сигнала несущей частоты, который с выхода формирователя сигнала НЧ 9 подается на один из входов второго перемножителя 11₂ и на вход фазовращателя на 90° 12, с выхода которого сдвинутый по фазе на 90° сигнал несущей частоты подается на второй вход первого перемножителя 11₁.

На первый вход перемножителя 11₂ подается сигнал синхронизирующей ПСП с выхода генератора синхронизирующей ПСП 6, на второй вход которого поступают тактовые импульсы с выхода генератора ТИ 8, которые также поступают на один из входов генератора ПСП 5. Для формирования тактовых импульсов и сигнала несущей частоты на другой вход генератора ТИ 8 и на вход формирователя сигнала НЧ 9 подается сигнал с выхода опорного генератора частоты 7. В перемножителе 11₂ сигналом синхронизирующей ПСП осуществляется фазовая манипуляция на 180° сигнала несущей частоты, который затем поступает на один из входов сумматора 10₂, на первый вход которого подается сигнал с выхода перемножителя 11₁. Полученный суммарный фазоманипулированный широкополосный сигнал (ФМШПС) с выхода сумматора 10₂ подается на вход усилителя мощности 13 для его излучения в пространство. Таким образом осуществляется передача по радиолинии только псевдослучайных последовательностей (ПСП) вместо исходного цифрового сигнала, что практически полностью исключает возможность перехвата сигнала информации потенциальным разведприемником и обеспечивается структурная и информационная скрытность передаваемого цифрового сигнала.

На приемной стороне входной сигнал поступает на первый вход высокочастотного блока 15, на второй вход которого подается сигнал с опорного генератора частоты 7, поступающий также на вход генератора тактовых и синхронизирующих импульсов 16. В блоке 15 осуществляется предварительная селекция входного высокочастотного сигнала и его преобразование в сигнал промежуточной частоты, который затем подается на один из входов блока поиска синхронизирующей ПСП 20 и на вход фазовращателя на 90° 12, с выхода которого сигнал поступает на первые входы первого - N-го корреляторов 17₁-17_N (N=2 ⁿ), на вторые 2ⁿ входов которых подаются сигналы ПСП с N=2ⁿ выходов генератора ПСП 5, на первый и второй входы которого поступают соответственно тактовые и синхронизирующие импульсы с генератора тактовых и синхронизирующих импульсов 16, которые также подаются на первый и второй входы генератора синхронизирующей ПСП 6. При этом синхронизирующие импульсы, период повторения которых равен периоду повторения синхронизирующей ПСП, обеспечивают синфазность сигналов ПСП и синхронизирующей ПСП и подаются также на один из входов решающего блока 18 и устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 14.

В блоке поиска синхронизирующей ПСП 20 осуществляется поиск по времени задержки и обнаружение передаваемого сигнала синхронизирующей ПСП, для этого на другой вход блока поиска синхронизирующей ПСП 20 подается видеосигнал синхронизирующей ПСП с выхода генератора синхронизирующей ПСП 6. Сигнал обнаружения синхронизирующей ПСП с выхода блока поиска синхронизирующей ПСП 20 поступает на другие входы генератора ПСП 5 и генератора синхронизирующей ПСП 6 для обеспечения их синхронизации. После обнаружения сигнала синхронизирующей ПСП в каждом из N=2ⁿ корреляторов 17 ₁-17_N осуществляется вычисление автокорреляционной функции входного сигнала ПСП с одной из 2ⁿ ПСП, поступающих с генератора ПСП 5. Затем сигналы с 2 ⁿ выходов корреляторов 17₁-17 _N поступают на N=2ⁿ входов блока принятия решений 18, в которой в момент окончания сигнала ПСП принимается решение о его обнаружении и номере принятой ПСП и на каждый из 2ⁿ выходов блока принятия решений 18 выставляется сигнал логической единицы при приеме соответствующей ПСП. Затем сигнал с 2ⁿ выходов блока принятия решений 18 поступает на 2 ⁿ входов устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 14, в котором хранится весь набор зашифрованных кодовых комбинаций. В соответствии с кодом сигнала, поступающим на 2 ⁿ входов устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 14, происходит считывание соответствующей зашифрованной кодовой комбинации, которая с n выходов устройства памяти 19 подается на n входов дешифратора кодовых комбинаций 19, в котором она преобразуется в кодовую комбинацию передаваемого цифрового сигнала.

Расшифрованные кодовые комбинации с n выходов дешифратора кодовых комбинаций 19 поступают на n входов сумматора 21, на выходе которого образуется передаваемый цифровой сигнал.

Таким образом, так как вычисление автокорреляционных функций входных сигналов ПСП осуществляется в течение времени, равном длительности кодовой комбинации _k, то это приводит к повышению отношения сигнал/шум на выходе корреляторов в n раз, что позволяет значительно увеличить помехоустойчивость приема цифрового сигнала.

Сигнал, передаваемый по радиолинии, обладает большим числом степеней свободы, чем обычный двоичный информационный сигнал. В связи с этим значительно уменьшается вероятность раскрытия структуры сигнала при условии обнаружения этого сигнала, что улучшает структурную скрытность сигнала. Помимо этого, само информационное сообщение не передается по радиолинии, что улучшает информационную скрытность сигнала.