Способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания

Полезная модель относится к области радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может найти применение в системах радиолокационного опознавания (РЛО), а также в системах связи с шумоподобными сигналами.

В основу полезной модели положена задача повышения имитостойкости и скрытности систем радиолокационного опознавания и связи.

Сущность полезной модели состоит в том, что в известном способе передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами предлагается разбить передаваемый информационный код на отдельные информационные блоки, для кодирования каждого из которых использовать свою псевдослучайную последовательность (ПСП), взятую из сформированного массива на базе накрывающих ПСП и функций Уолша. При этом номер функции Уолша определяется двоичным кодом соответствующего информационного блока. Это позволило в совокупности с большим объемом модулирующих ПСП повысить имитостойкость и скрытность систем связи и опознавания.

Новым в полезной модели является разбиение передаваемого информационного кода на n информационных блоков, каждый из которых кодируется своей ПСП, а также однозначное преобразование цифровых данных каждого блока в номер соответствующей функции Уолша.

Предлагаемая полезная модель относится к области радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может найти применение в системах радиолокационного опознавания (РЛО), а также в системах связи с шумоподобными сигналами.

Известен способ формирования запросных сигналов в виде импульсно-временных кодов, излучаемых на фиксированной частоте. При этом способе кодовая комбинация в виде совокупности единиц и нулей представляется в виде импульсов (на месте единицы) или их отсутствия (на месте нуля). Используются так называемые гладкие (узкополосные или простые) импульсы. Способ применяется в наиболее распространенных в настоящее время запросно-ответных системах типа Mark (Мк-10 и Мк-12), а также в системе отечественного производства «Пароль» [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007, С.412-413]. Основными характеристиками таких систем являются имитостойкость и скрытность.

В системе «Пароль» запросный сигнал включает в себя двоичный информационный код на 44 позициях, формируемый криптографическим устройством [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007, С.413]. Недостатком указанного способа формирования запросного сигнала является его низкая помехозащищенность.

Известно, что для повышения помехозащищенности, имитостойкости и скрытности систем радиолокационного опознавания вместо простых сигналов могут применяться шумоподобные (широкополосные) сигналы (ШПС) [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. T.1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2006].

Известны способы передачи информации в системах связи с шумоподобными сигналами [Патент 2085046 «Система для передачи дискретной информации»; Патент 2219660 «Линия радиосвязи»; Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б.Пестрякова. - М.: Сов. Радио, 1973]. Известные системы связи используют шумоподобные сигналы (ШПС), полученные в результате фазовой манипуляции сигнала несущей частоты псевдослучайной последовательностью (ПСП). В данных системах связи каждый бит передаваемой информации кодируется ПСП, что позволяет обеспечить высокую помехозащищенность. Однако такие системы имеют низкую скорость передачи информации, что является их недостатком

Известен также способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, С.16-18]. Известный способ передачи информации включает формирование сигналов несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют ПСП и производят ее фазовую манипуляцию бинарной последовательностью импульсов, поступающей от источника информации. В процессе фазовой манипуляции, в зависимости от того, что надо передать (1 или 0), импульсы источника информации заменяют прямой или инверсной ПСП. Сигнал несущей частоты манипулируют по фазе (0,180) псевдосучайной последовательностью импульсов, проманипулированной по фазе от источника информации. Сформированный на несущей частоте сигнал усиливают и излучают по каналу связи.

Недостатками описанного способа являются: низкая скорость передачи информации, так как за период ПСП можно передать только один бит информации; низкая имитостойкость и скрытность системы связи, так как для кодирования информации от источника используется только одна ПСП.

Первый из указанных недостатков устраняется способами, изложенными в патентах 2279183 и 2286017 «Способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами». Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому способу формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания является способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами [Патент 2286017], который и выбран в качестве прототипа. При этом способе формируются сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют ПСП, которую манипулируют по фазе от источника информации, а сигнал несущей частоты манипулируют по фазе псевдосучайной последовательностью импульсов, проманипулированной по фазе от источника информации. На передающей стороне цифровые данные, поступающие от источника информации за интервал времени, равный периоду ПСП, взаимно однозначно преобразуют в сдвиг элементы формируемой ПСП относительно элементов ранее сформированной ПСП. Сформированный на несущей частоте сигнал усиливают и излучают по каналу связи. На приемной стороне определяют величину этого сдвига и преобразуют ее в цифровые данные принятой информации. Данный способ позволяет за время, равное периоду ПСП, увеличить скорость передачи информации в log₂ N+1 раз (где N - количество элементов ПСП), однако, как и ранее рассмотренные способы при использовании их в системе опознавания, не обеспечивает требуемой имитостойкости и скрытности.

Заявляемый способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания позволяет повысить имитостойкость и скрытность системы опознавания. Достигается это за счет того, что передаваемый информационный код (m-разрядная кодовая комбинация) разбивается на n кодовых комбинаций меньшей разрядности k (k<m), называемых информационными блоками, каждый из которых кодируется своей ПСП. При этом на передающей стороне вместо одной ПСП создается производная система сигналов на основе массива накрывающих псевдослучайных последовательностей и системы функций Уолша, которые достаточно просто генерируются и обеспечивают формирование ШПС с хорошими корреляционными свойствами [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, С.110-114].

Массив накрывающих ПСП {G} формируется известным способом [Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б.Пестрякова. - М.: Сов. Радио, 1973, С.131-132] путем сложения по модулю два двух М-последовательностей, взятых из общего массива М-последовательностей, с разными начальными значениями в сдвиговых регистрах

где M_i, M_j - две М-последовательности с номерами i и j из общего массива М-последовательностей;

Z₀ - начальное значение сдвигового регистра для М_i;

Z_i=Z₀ +Z - начальное значение сдвигового регистра для M_j ;

Z - разность начальных значений сдвиговых регистров для M_j и М_i.

М-последовательности являются периодическими, поэтому длина L_M (количество символов) используемых М-последовательностей выбирается равной периоду и рассчитывается по формуле L_M=2^k , где k - разрядность регистра.

Система функций Уолша включает в себя N_w=2^k функций Уолша, с помощью каждой из которых кодируется k бит информации. Так, если необходимо передать В бит информационного кода (В-разрядную кодовую комбинацию), то запросный сигнал формируется в виде последовательности информационных шумоподобных импульсов, следующих друг за другом непрерывно, без временных интервалов. Знак < > означает округление до большего целого числа. Внутри каждого информационного импульса ( - номер импульса) осуществляется кодирование псевдослучайной последовательностью S^(t), массив которых {S} формируется путем умножения накрывающей ПСП на соответствующую функцию Уолша

где - модулирующая ПСП для t-го информационного импульса;

- накрывающая ПСП с номером для t-го импульса;

- функция Уолша с номером l для t-го импульса.

Номер l функции Уолша для t-го информационного импульса определяется числом, которому соответствует двоичный код соответствующего информационного блока. Например, если информационный блок состоит из восьми элементов и имеет вид 00000110, то этому коду соответствует число 6, то есть будет выбрана функция Уолша .

Объем (N_G) массива накрывающих ПСП {G} определяется по формуле

где - число сочетаний из N_M по 2;

N_M - общий объем массива ортогональных М-последовательностей;

N_z - количество вариантов Z.

Объем (N_s) массива ПСП {S} определяется по формуле

где N_W - объем массива функций Уолша.

В качестве примера предположим, что требуется передать В=44 бита информационного кода (как в системе «Пароль»), а М-последовательности формируются с помощью восьмиразрядного регистра (k=8). Тогда получим:

запросный сигнал формируется в виде последовательности информационных шумоподобных импульсов, следующих друг за другом непрерывно, без временных интервалов;

общий объем массива ортогональных М-последовательностей N _M=16 [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, С.59];

количество вариантов разностей начальных значений сдвиговых регистров N_z=2^k-1=2⁸-1=255;

длина М-последовательностей, как и сформированных на их основе накрывающих ПСП G, равна L_M=L_G=2^k =2⁸=256;

объем массива функций Уолша N_W=2^k=2⁸=256.

Подставив указанные значения в формулы (3), (4), получим

;

N_s=N_G·N _W=30600·256=7833600.

Большой объем массива ПСП {S}, используемых при кодировании информационных импульсов (N_s7,8 млн), обеспечивает структурную скрытность запросных сигналов, затрудняя противнику возможность вскрытия модулирующих ПСП (в течение времени, когда противнику еще есть смысл воспользоваться информацией о вскрытой структуре сигнала).

Таким образом, при заявляемом способе передаваемый информационный код (m-разрядную кодовую комбинацию) разбивают на n кодовых комбинаций меньшей разрядности k (k<m), называемых информационными блоками. На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют массив накрывающих ПСП {G}. Цифровой код, поступающий от источника информации (криптографического устройства) за время длительности одного информационного блока, однозначно преобразуют в номер l функции Уолша. Для каждого информационного блока формируют фазоманипулированный сигнал (ПСП) S^(t) , представляющий собой произведение одной из ПСП массива {G} на соответствующую функцию Уолша . Сигнал несущей частоты манипулируют по фазе псевдослучайной последовательностью импульсов S^(t). Сформированный на несущей частоте фазоманипулированный сигнал (информационный импульс) усиливают и излучают в пространство. На приемной стороне для каждого принятого информационного импульса определяют номер функции Уолша, получают последовательность этих номеров и восстанавливают по ней переданный информационный код.

Новыми признаками, обладающим существенными отличиями, являются:

1. Разбиение передаваемого информационного кода на n информационных блоков, каждый из которых кодируется своей ПСП, представляющей собой произведение накрывающей ПСП на соответствующую функцию Уолша.

2. Однозначное преобразование каждого информационного блока в номер соответствующей функции Уолша.

Данные признаки обладают существенными отличиями, т.к. в известных способах не обнаружены.

Применение этих признаков, наряду с большим объемом массива ПСП {S}, используемых при кодировании информационных импульсов, позволит обеспечить структурную скрытность запросных сигналов и низкую вероятность их имитации противником.

На фиг. приведена структурная схема передатчика [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с.16], поясняющая предлагаемый способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания, где структура фазового модулятора и генератора фазоманипулированного сигнала, определяемая изложенными выше существенными признаками, показана более подробно. Для упрощения схемы связи блока управления и формирования управляющих сигналов (синхронизатора) 12 с другими блоками показаны условно (пунктирными линиями, каждая из которых может представлять из себя совокупность различных тактовых импульсов).

Тактовые импульсы, поступающие от блока управления и формирования управляющих сигналов 12, производят запуск генераторов функций Уолша 7 и накрывающих ПСП 9. Каждая из сформированных генератором 7 функций Уолша W_l записывается в свою ячейку под номером l запоминающего устройства (ЗУ) 3, образуя массив {W} функций Уолша объемом N _W. Аналогично каждая из сформированных генератором 9 накрывающих ПСП записывается в свою ячейку запоминающего устройства 10, образуя массив {G} накрывающих ПСП объемом N_G. По сигналу управления, поступающему от блока управления и формирования управляющих сигналов 12, с первого выхода криптографического устройства 1 в k-разрядный регистр адреса 2 записывается первый (t=1) блок информационного кода, а со второго его выхода в регистр адреса 11 записывается код адреса запоминающего устройства 10. Записанная в регистре 2 кодовая комбинация представляет собой двоичный код адреса (номера ячейки памяти) запоминающего устройства 3, который по сигналу считывания поступает в l-тую ячейку запоминающего устройства 3. Аналогично записанная в регистре 11 кодовая комбинация представляет собой двоичный код адреса (номера ячейки памяти) запоминающего устройства 10, который по сигналу считывания поступает в -ую ячейку запоминающего устройства 10. В результате с выхода ЗУ 3 на первый вход умножителя 4 поступает функция Уолша с номером l, а с выхода ЗУ 10 на второй вход умножителя 4 поступает накрывающая ПСП c номером . После посимвольного перемножения функции Уолша на накрывающую ПСП (формула (2)) на выходе умножителя 4 получаем последовательность ШПС в виде фазоманипулированных (ФМ) сигналов, переносящую информационный код первого блока (ПСП S⁽¹⁾). Эта последовательность поступает в модулятор 5, в котором осуществляется балансная модуляция колебания, вырабатываемого генератором 8 несущей частоты, ФМ сигналом. После усиления сформированного сигнала в усилителе мощности 6 сигнал поступает на антенну и излучается в пространство.

Одновременно с сигналом считывания с регистра 2 первого блока информационного кода, производится запись в него второго (t=2) блока информационного кода и описанный выше процесс повторяется, пока не будут переданы все n блоков информационного кода.

Способ формирования сигналов и передачи информации в системе радиолокационного опознавания, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют псевдослучайную последовательность (ПСП), которой манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, а сформированный на несущей частоте фазоманипулированный сигнал усиливают и излучают в пространство, отличающийся тем, что передаваемый информационный код разбивают на n информационных блоков одинаковой длины, каждый из которых кодируют своей ПСП, представляющей собой произведение накрывающей ПСП на соответствующую функцию Уолша, номер которой однозначно определяется двоичным кодом информационного блока, а на приемной стороне для каждого принятого информационного блока определяют номер функции Уолша, получают последовательность этих номеров и восстанавливают по ней переданный информационный код.