СИСТЕМА СКРЫТНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
SECURE HYDROACOUSTIC COMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к водолазным станциям гидроакустической (звукоподводной) связи. Известны гидроакустические станции (ГАС) связи, использующие однополосную связь с подавленной несущей (отечественные МГВ-6 «Угорь», зарубежные "Aquacom SSB-1001", "Aquacom STX-101M Transeiver") - аналоги изобретения. Принципы однополосной радиосвязи изложены в многочисленных учебниках (например, Н.И.Чистяков и др. «Радиосвязь и вещание», изд. «Связь», М., 1968 г., стр.22,204 и 264). Принципы однополосной связи в гидроакустике изложены в учебниках (например, A.M.Тюрин и др. «Основы гидроакустики», изд. «Судостроение», 1966 г., стр.214.216.), а также в Справочнике по гидроакустике, изд. "Судостроение", 1988 г., стр.30. Многочисленные конструкции однополосных передатчиков и радиоприемников можно найти в журналах «Радио» (например, ж. «Радио» № 2 за 2009 г., стр.54).
Все перечисленные ГАС связи малогабаритны и широко применяются боевыми пловцами и дайверами. Однако у них есть один существенный недостаток. При использовании ГАС связи боевыми пловцами иногда возникает необходимость скрыть не только смысл, но и сам факт передачи информации по гидроакустическому каналу. Существующие однополосные системы передачи информации не обладают такой скрытностью. В то же время из радиосвязи известны системы передачи данных с помощью широкополосных шумоподобных сигналов (ПШС), обладающих высокой скрытностью и помехоустойчивостью. Примеры таких систем приведены в книге Варакина Л.Е. «Системы связи с шумоподобными сигналами», изд. «Радио и связь», М., 1985 г. Одним из широко применяемых методов модуляции шумоподобных сигналов является частотная модуляция или частотная манипуляция. Блок-схема системы связи с частотно-манипулированным ШПС приведена в книге Варакина Л.Е. на стр.19 (рис.1.11) - прототип изобретения.
Недостатками прототипа являются сложность, высокая стоимость и значительные габариты приемо-передающей аппаратуры, делающие ее непригодными для станций ЗПС боевых пловцов и дайверов. Поэтому такие ГАС до сих пор не нашли применения в ВМС иностранных государств.
Задачей настоящего изобретения является создание простой малогабаритной и дешевой системы скрытной гидроакустической связи водолазов с частотно-модулированным или с частотно-манипулированным шумоподобным сигналом.
Идея изобретения состоит в том, что в передатчике звуковой сигнал в режиме телефонии (ТЛФ) или телеграфии (ТЛГ) после усилителя низкой частоты подается на генератор несущей частоты и модулирует его по частоте. Затем этот ЧМ-сигнал подается на балансный модулятор (БМ), на другой вход которого подается шумовой сигнал от генератора шума или от специального приемника шумов моря. На выходе БМ получаем двухполосный ШПС с подавленной несущей. Этот сигнал усиливается широкополосным усилителем мощности и излучается в воду с помощью акустической антенны.
В приемном тракте шумоподобный гидроакустический сигнал поступает от антенны на вход широкополосного усилителя-ограничителя (или нескольких усилителей-ограничителей, охватывающих всю полосу ШПС), который срезает все амплитудные помехи, что повышает помехоустойчивость системы. После этого сигнал детектируется с помощью обычного амплитудного детектора без восстановления несущей. В результате на выходе детектора все составляющие спектра шума (нижняя и верхняя боковые полосы) взаимодействуют между собой, образуя суммарные и разностные частоты шумового спектра. Суммарные частоты подаются на фильтр высокой частоты, а разностные частоты (низкие) подавляются тем же фильтром. Среди суммарных частот есть и сигнал с частотой, равной удвоенной частоте несущей. Он образуется в результате сложения нижней и верхней боковой полос шумоподобного сигнала (происходит «свертка» шумоподобного сигнала). Эта двойная несущая модулирована по частоте звуковым сигналом (ТЛФ или ТЛГ) также как и основная исходная несущая в передатчике, но с двойной девиацией. Она выделяется полосовым фильтром и подается на частотный детектор. На выходе детектора получается низкая частота, которая после усилителя поступает в телефон (наушник) водолаза.
Суть изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена блок-схема передающего тракта.
На фиг.2 представлена блок-схема приемного тракта.
На фиг.3 представлены спектральные характеристики передающего тракта.
На фиг.4 представлены спектральные характеристики приемного тракта.
Цифрами на чертежах обозначены.
На фиг.1: 1 - микрофон, 2 - усилитель низкой частоты, 3 - генератор несущей частоты с возможностью ее частотной модуляции, 4 - генератор широкополосного шума, 5 - балансный модулятор, 6 - усилитель мощности ШПС, 7 - передающая антенна, 8 - телеграфный ключ.
На фиг.2: 9 - приемная антенна, 10 - усилитель-ограничитель шумоподобного сигнала, 11 - амплитудный детектор, 12 - фильтр высокой частоты, 13 - усилитель высокой частоты, 14 - частотный детектор, 15 - усилитель низкой частоты, 16 - телефонный капсюль, 17 - узкополосный кварцевый фильтр, 18 - усилитель высокой частоты, 19 - генератор тона.
Работает система скрытной гидроакустической связи следующим образом.
В передающем канале с микрофона 1 сигнал с шириной спектра Fзв (фиг.3а) поступает на усилитель низкой частоты 2. Усиленный сигнал подается на генератор 3 несущей частоты fн, которая с помощью варикапа модулируется по частоте (фиг.3б). Далее эта частота (ЧМ ТЛФ-сигнал) поступает на балансный модулятор 5. Одновременно с генератора шума 4 на балансный модулятор 5 подается широкополосный шум. На выходе БМ получаем широкополосный шумоподобный сигнал с подавленной несущей, которая модулирована по частоте (фиг.3в). Далее этот сигнал поступает на высокочастотный широкополосный усилитель мощности 6 и излучается антенной 7. В случае работы в режиме телеграфии (или передачи цифровой информации двоичным кодом) генератор несущей 3 модулируется по частоте узкополосным ТЛГ-сигналом (фиг.4г) с помощью телеграфного ключа 8.
В приемном канале шумоподобный сигнал с антенны 9 поступает на вход широкополосного усилителя-ограничителя 10 (фиг.4д), после которого детектируется обычным амплитудным детектором 11. С детектора сигнал поступает на высокочастотный полосовой фильтр 12, настроенный на частоту 2fн±2Fм (фиг.4е). Далее высокочастотный сигнал поступает на усилитель высокой частоты 13, а затем на частотный детектор 14. На выходе частотного детектора получаем низкочастотный ТЛФ-сигнал, который усиливается усилителем 15 и подается на телефон водолаза 16. В случае ТЛГ-сигнала (или цифрового двоичного кода) применяется узкополосный кварцевый фильтр 17, повышающий чувствительность приемного тракта, после которого высокочастотный сигнал (фиг.4ж) усиливается усилителем 18 и запускает (или выключает) генератор тона 19, с которого сигнал поступает в телефон водолаза 16 (или в дешифратор цифровых сигналов).
Налицо существенное упрощение предложенной системы скрытной гидроакустической связи по сравнению с прототипом. Так в предлагаемой системе отсутствуют синхронизатор, генератор сетки частот, второй модулятор, решающее устройство. А все это непростые схемные решения.
Необходимо отметить, что в гидроакустике (в отличие от радиосвязи) частотная модуляция в режиме телефонии (частоты звука 0,1-3,5 кГц) возможна только при частоте несущей свыше 100 кГц, т.к. ширина спектра частотно-модулированного ТЛФ-сигнала fн превышает 10 кГц, Это обеспечивает дальность гидроакустической связи 200-300 м. Ширина спектра шума может лежать в пределах ±20-30 кГц. При необходимости иметь большие дальности связи целесообразно переходить на частоты связи fн=25-35 кГц и телеграфный (частотно-манипулированный) режим работы с полосой 500-1000 Гц. Ширина полосы шума в этом случае может находиться в пределах ±10-15 кГц.
Система скрытной связи может использоваться и для привода водолаза на гидроакустический маяк с шумоподобным сигналом. В этом случае маяк должен излучать ШПС с цифровой частотной манипуляцией подавленной несущей.