РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ
REGIONAL INFORMATION COMMUNICATION SYSTEM

Предлагаемая система относится к системе радиосвязи и может быть использована для передачи сигналов управления и сигнализации с пункта контроля и управления большой группе территориально-распределенных объектов, а также для сбора информации с указанных объектов для централизованного управления технологическими процессами территориально-распределенных объектов (стационарных и подвижных, например, снабжающих водоресурсами мегаполис).
Известны информационные системы связи (авт. свид. СССР №830304, 911464, 930254, 1075426, 1233105, 1276594, 1522417, 1780080; патенты РФ №2049372, 2094853, 2133012, 2122239, 2172524, 2264034; патент США №5574648; патент Франции №2438877 и другие).
Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Региональная информационная система связи» (патент РФ №2264034, H04B 7/00, 2004), которая и выбрана в качестве базовой системы связи.
1
2
c
Данная система обеспечивает обмен аналоговой и дискретной информацией между пунктом контроля и управления и территориально-распределенными объектами. Это достигается установлением между указанными объектами дуплексной радиосвязи на двух частотах ω и ω с использованием сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн) на одной несущей частоте ω.
c
э
c
э
Указанные сигналы являются широкополосными, их ширина спектра Δf определяется длительностью τ элементарных посылок (Δf=1/τ). Вследствие широкой полосы частот используемых сложных AM-ФМн-сигналов в нее попадает множество узкополосных помех. Поэтому отсутствие в системе помехоподавляющих устройств резко снижает помехоустойчивость и достоверность обмена аналоговой и дискретной информации между пунктом контроля и управления и территориально-распределенными объектами.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обмена аналоговой и дискретной информации между пунктом контроля и управления и территориально-распределенными объектами путем подавления узкополосных помех.
Поставленная задача решается тем, что региональная информационная система связи, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом пункт контроля и управления и территориально-распределенные объекты, при этом каждый из них состоит из блока регистрации и анализа, первого синхронного детектора, два входа которого соединены с выходами усилителя второй промежуточной частоты и амплитудного ограничителя соответственно, и последовательно включенных источника аналоговых сообщений, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, амплитудного ограничителя, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, отличается от ближайшего аналога тем, что пункт контроля и управления и каждый территориально-распределенный объект снабжены двумя фазовращателями на +30°, двумя фазовращателями на -30°, двумя фазовращателями на +90°, четырьмя блоками вычитания, вторым и третьим синхронными детекторами, вторым и третьим фазовыми детекторами, причем к выходу амплитудного ограничителя последовательно подключены первый фазовращатель на +30°, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый блок вычитания, первый фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора, а выход подключен к первому входу блока регистрации и анализа, к выходу амплитудного ограничителя последовательно подключены первый фазовращатель на -30° и третий синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу первого блока вычитания, к выходу второго гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на +30°, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, третий блок вычитания, второй фазовращатель на +90° и четвертый блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, а выход подключен к второму входу блока регистрации и анализа, к выходу второго гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на -30° и третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход подключен к второму входу третьего блока вычитания.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов, показана на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг.3 и 4.
Система связи содержит пункт контроля и управления и территориально-распределенные объекты, соединенные между собой дуплексный радиосвязью.
Пункт контроля и управления (территориально-распределенный объект) содержит последовательно включенные источник 1.1 (1.2) аналоговых сообщений, амплитудный модулятор 4.1 (4.2), второй вход которого соединен с выходом генератора 3.1 (3.2) несущей частоты, фазовый манипулятор 5.1 (5.2), второй вход которого соединен с выходом источника 6.1 (6.2) дискретных сообщений, первый смеситель 9.1 (9.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 8.1 (8.2), усилитель 10.1 (10.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 11.1 (11.2) мощности, дуплексер 12.1 (12.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 13.1 (13.2), второй усилитель 15.1 (15.2) мощности, второй смеситель 17.1 (17.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 16.1 (16.2), усилитель 18.1 (18.2) второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 19.1 (19.2), первый фазовращатель 25.1 (25.2) на +30°, второй синхронный детектор 29.1 (29.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 18.1 (18.2) второй промежуточной частоты, первый блок 33.1 (33.2) вычитания, первый фазовращатель 35.1 (35.2) на +90°, второй блок 37.1 (37.2) вычитания, второй вход которого через первый синхронный детектор 20.1 (20.2) соединен с выходами усилителя 18.1 (18.2) второй промежуточной частоты и амплитудного ограничителя 19.1 (19.2), и блок 24.1 (24.2) регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 19.1 (19.2) первый фазовращатель 26.1 (26.2) на -30° и третий синхронный детектор 30.1 (30.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 18.1 (18.2) второй промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу первого блока 33.1 (33.2) вычитания, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина 16.1 (16.2) второй фазовращатель 27.1 (27.2) на +30°, второй фазовый детектор 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 22.1 (22.2), третий блок 34.1 (34.2) вычитания, второй фазовращатель 36.1 (36.2) на +90° и четвертый блок 38.1 (38.2) вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока 24.1 (24.2) регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу второго гетеродина 16.1 (16.2) второго фазовращателя 28.1 (28.2) на -30° и третьего фазового детектора 32.1 (32.2), второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 22.1 (22.2), а выход подключен к второму входу третьего блока 34.1 (34.2) вычитания, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 19.1 (19.2) перемножитель 21.1 (21.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 8.1 (8.2), полосовой фильтр 22.1 (22.2) и первый фазовый детектор 23.1 (23.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 16.1 (16.2), а выход подключен к второму входу четвертого блока 38.1 (38.2) вычитания.
Последовательно включенные генератор 3.1 (3.2) несущей частоты, амплитудный модулятор 4.1 (4.2) и фазовый манипулятор 5.1 (5.2) образуют модулятор 2.1 (2.2) с двойным видом модуляции.
Последовательно включенные первый гетеродин 8.1 (8.2), первый смеситель 9.1 (9.2), усилитель 10.1 (10.2) первой промежуточной частоты и первый усилитель 11.1 (11.2) мощности образуют передатчик 7.1 (7.2).
Второй усилитель 15.1 (15.2) мощности, второй смеситель 17.1 (17.2), второй гетеродин 16.1 (16.2), усилитель 18.1 (18.2) второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 19.1 (19.2), первый 20.1 (20.2), второй 29.1 (29.2) и третий 30.1 (30.2) синхронные детекторы, перемножитель 21.1 (21.2), полосовой фильтр 22.1 (22.2), первый 23.1 (23.2), второй 31.1 (31.2) и третий 32.1 (32.2) фазовые детекторы, блок 24.1 (24.2) регистрации и анализа, первый 25.1 (25.2) и второй 27.1 (27.2) фазовращатели на +30°, первый 26.1 (26.2) и второй 28.1 (28.2) фазовращатели на -30°, первый 33.1 (33.2), второй 34.1 (34.2), третий 37.1 (37.2) и четвертый 38.1 (38.2) блоки вычитания образуют приемник 14.1 (14.2).
Между пунктом контроля и управления и каждым территориально-распределенным объектом устанавливается дуплексная радиосвязь с использованием сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн) на одной несущей частоте. При этом на пункте контроля и управления эти сигналы излучаются на частоте
1
пр1
г2
ω=ω=ω,
пр1
где ω - первая промежуточная частота;
г2
ω - частота гетеродина 16.1 (8.2),
а принимаются на частоте
2
пр3
г1
ω=ω=ω,
пр3
где ω - третья промежуточная частота;
г1
ω - частота гетеродина 8.1 (16.2).
2
1
На территориально-распределенном объекте, наоборот, сложные AM-ФМн - сигналы излучаются на частоте ω, а принимаются на частоте ω.
г1
г2
Частоты ω и ω гетеродинов 8.1 (16.2) и 16.1 (8.2) разнесены на вторую промежуточную частоту (фиг.2)
г2
г1
пр2
ω=ω=ω,
Региональная информационная система связи работает следующим образом.
При передаче сообщений и команд с пункта контроля и управления включается генератор 3.1 несущей частоты, который формирует высокочастотное колебание (фиг.3, a)
C1
c1
c
с1
C1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
c1
c
c1
C1
где υ, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,
1
которое поступает на первый вход амплитудного модулятора 4.1. На второй вход амплитудного модулятора 4.1 с выхода источника 1.1 аналоговых сообщений подается модулирующая функция m(t) (фиг.3, б), содержащая аналоговую информацию. На выходе амплитудного модулятора 4.1 образуется амплитудно-модулированный (AM) сигнал (фиг.3, в)
1
c1
1
c
с1
C1
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
1
который поступает на первый вход фазового манипулятора 5.1, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.3, г) с выхода источника 6.1 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 5.1 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн) (фиг.3, д)
2
c1
1
c
k1
c1
C1
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos(ωt+φ(t)+φ), 0≤t≤T,
k1
1
1
э
э
э
1
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φk(t)=const при k·τ<t<(к+1)·τ и может изменяться скачком при t=k·τ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=0, 1, 2, …, N-1);
э
1
C1
C1
1
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T (T=N·τ),
который поступает на первый вход первого смесителя 9.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 8.1
Г1
г1
г1
г1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе смесителя 9.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 10.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
ПР1
пр1
1
пр1
k1
пр1
C1
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos(ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр1
1
c1
г1
где  υ=1/2·K·υ·υ;
1
K - коэффициент передачи смесителя;
пр1
с
г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр1
с
г1
φ=ω+ω.
1
пр1
г2
г1
Это напряжение после усиления в усилителе 11.1 мощности через дуплексер 12.1 поступает в приемопередающую антенну 13.1 и излучается ею в эфир на частоте ω=ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 13.2 и через дуплексер 12.2 и усилитель 15.2 мощности поступает на первый вход смесителя 17.2. На второй вход смесителя 17.2 подается напряжение U(t) гетеродина 16.2 территориально-распределенного объекта. На выходе смесителя 17.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пр2
пр2
1
пр2
k1
пр2
C1
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos(ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр2
1
пр1
г1
·
где  υ=1/2·K·υ υ;
пр2
пр1
г1
ω=ω+ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр2
пр1
г1
φ=ω+ω,
которое поступает на вход амплитудного ограничителя 19.2 и на первый (информационный) вход первого синхронного детектора 20.2. На выходе амплитудного ограничителя 19.2 образуется напряжение (фиг.3, е)
3
0
пр2
k1
пр2
C1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ(t)+φ), 0≤t≤T,
0
где υ - порог ограничения,
которое поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 20.2 и на первый вход перемножителя 21.2.
На выходе первого синхронного детектора 20.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, ж)
Н1
н1
1
C1
U(t)=υ·[1+m(t)], 0≤t≤T,
н1
2
пр2
0
где υ=1/2·K·υ·υ;
2
1
К - коэффициент передачи синхронного детектора, пропорциональное модулирующей функции m(t) (фиг.3, б).
На второй вход перемножителя 21.2 подается напряжение гетеродина 8.2
Г2
г2
г2
г2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ),
на выходе которого образуется напряжение (фиг.3, з)
4
4
г1
k1
г1
C1
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
4
3
0
г2
где υ=1/2·K·υ·υ;
3
К - коэффициент передачи перемножителя,
г1
г1
которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω гетеродина 16.2. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 22.2 и поступает на информационный вход фазового детектора 23.2, на опорный вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 16.2 (фиг.3.и).
На выходе фазового детектора 23.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, к)
Н2
н2
k1
C1
U(t)=υ·Cosω(t), 0≤t≤T,
н2
4
4
г1
где υ=1/2·K·υ·υ;
4
K - коэффициент передачи фазового детектора,
1
пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.3, г).
Если в эфире действует узкополосная помеха
П1
п1
п1
п1
U(t)=υ·Cos[ωt+φ],
п1
частота ω которой незначительно отличается от второй промежуточной частоты
п1
пр2
1
ф1
ω-ω=Δω≤Δω,
ф1
пр2
п1
где Δω - полоса пропускания синхронных детекторов 20.2, 29.2 и 30.2, то аддитивная смесь принимаемого АМ-ФМн-сигнала U(t) и узкополосной помехи U(t)
Σ1
ПР2
П1
U(t)=U(t)+U(t),
с выхода усилителя 18.2 второй промежуточной частоты поступает на первые входы синхронных детекторов 20.2, 29.2 и 30.2.
3
Опорное напряжение U(t) (фиг.3, е) с выхода амплитудного ограничителя 19.2 одновременно поступает на опорный вход синхронного детектора 20.2 и на входы фазовращателей 25.2 и 26.2 на +30° и -30°, на выходе которых образуются соответствующие напряжения:
3
0
пр2
k1
пр2
U'(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ+30°],
3
0
пр2
k1
пр2
C1
U''(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ-30°], 0≤t≤Т,
Эти напряжения подаются на вторые входы синхронных детекторов 29.2 и 30.2 соответственно. На выходе синхронных детекторов 20.2, 29.2 и 30.2 в этом случае выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:
Н3
н1
1
н3
п1
пр2
п1
пр2
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
Н4
н1
1
н3
п1
пр2
п1
пр2
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ+30°],
Н5
н1
1
н3
п1
пр2
п1
пр2
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ-30°],
н3
2
п1
0
где υ=1/2·K·υ·υ.
На выходе первого блока 33.2 вычитания образуется следующее разностное напряжение
Н1
H4
H5
н3
п1
пр2
п1
ΔU(t)=U(t)-U(t)=υ·{Cos[(ω-ω)t+ω-
пр2
п1
пр2
п1
пр2
-φ+30°]-Cos[(φ-ω)t+φ-φ-30°]}=
н3
п1
пр2
п1
пр2
=2υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ]·Sin30°=
н3
п1
пр2
п1
пр2
=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ].
H1
Анализ полученного разностного напряжения ΔU(t) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.
Н1
Разностное напряжение ΔU(t) с выхода блока 33.2 вычитания поступает на вход фазовращателя 35.2 на +90°, на выходе которого образуется напряжение
H2
н3
п1
пр2
п1
пр2
ΔU(t)=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ+90°]=
н3
п1
пр2
п1
пр2
=υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
Н3
которое поступает на второй вход второго блока 37.2 вычитания. На первый вход блока 37.2 вычитания подается напряжение U(t) с выхода первого синхронного детектора 20.2. На выходе второго блока 37.2 вычитания образуется следующее разностное напряжение
H3
H3
H2
н1
1
ΔU(t)=U(t)-ΔU(t)=υ·[1+m(t)],
в котором помеховая составляющая уже отсутствует.
Это напряжение поступает на первый вход исполнительного блока 24.2.
Если в эфире действует узкополосная помеха
П2
п2
п2
п2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ),
п2
г1
частота ω которой незначительно отличается от частоты ω гетеродина 16.2
п2
г1
2
ф2
Δω-ω=Δω≤Δω,
ф2
4
П2
где Δω - полоса пропускания фазовых детекторов 23.2, 31.2 и 32.2, то аддитивная смесь принимаемого ФМн-сигнала U(t) и узкополосной помехи U(t)
Σ2
4
П21
U(t)=U(t)+U(t)
с выхода полосового фильтра 22.2 поступает на первые (информационные) входы фазовых детекторов 23.2, 31.2 и 32.2.
Г1
Опорное напряжение U(t) с выхода гетеродина 16.2 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 23.2 и на входы фазовращателей 27.2 и 28.2 на +30° и -30°.
На выходе фазовращателей 27.2 и 28.2 на +30° и -30° образуются следующие напряжения соответственно:
Г1
г1
г1
г1
U'(t)=υ·Cos(ω·t+φ+30°),
Г1
г1
г1
г1
U''(t)=υ·Cos(ωt+φ-30°),
которые подаются на вторые входы фазовых детекторов 31.2 и 32.2 соответственно. На выходе фазовых детекторов 23.2, 31.2 и 32.2 в этом случае выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:
Н6
н2
k1
н4
п2
г1
п2
г1
U(t)=υ·Cosφ(t)+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
H7
н2
k1
н4
п2
г1
п2
г1
U(t)=υ·Cos[φ(t)+30°]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ+30°],
H8
н2
k1
н4
п2
г1
п2
г1
U(t)=υ·Cos[φ(t)-30°]+υ·Cos[(ω-ω)t+ω-φ-30°],
н4
4
н2
г1
где υ=1/2·К·υ·υ.
Н7
Н8
Напряжения U(t) и U(t) поступают на входы блока 34.2 вычитания, на выходе которого образуется следующее разностное напряжение
H4
H7
H8
н4
п2
г1
п2
ΔU(t)=U(t)-U(t)=υ·{Cos[(ω-ω)t+φ-
г1
п2
г1
п2
г1
-φ+30°]-Cos[(ω-ω)t+φ-φ-30°]}=
н4
п2
г1
п2
г1
=2υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ]·Sin30°=
н4
п2
г1
п2
г1
=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ].
Н4
Анализ полученного разностного напряжения ΔU(t) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.
Н4
Разностное напряжение ΔU(t) с выхода блока 34.2 вычитания поступает на вход фазовращателя 36.2 на +90°, на выходе которого образуется напряжение
H5
н4
п2
г1
п2
г1
ΔU(t)=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ+90°]=
н4
п2
г1
п2
г1
=υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
Н6
которое поступает на второй вход блока 38.2 вычитания. На первый вход блока 38.2 вычитания подается напряжение U(t) с выхода первого фазового детектора 23.2. На выходе блока 38.2 вычитания образуется следующее разностное напряжение
H6
H6
H5
н2
k1
ΔU(t)=U(t)-ΔU(t)=υ·Cosφ(t),
в котором помеховая составляющая уже отсутствует.
Это напряжение поступает на второй вход исполнительного блока 24.2.
При передаче сообщений с территориально-распределенного объекта с помощью генератора 3.2 несущей частоты формируется высокочастотное колебание (фиг.4, а)
C2
c2
c
с2
С2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤Т,
2
которое поступает на первый вход амплитудного модулятора 4.2. На второй вход амплитудного модулятора 4.2 с выхода источника 1.2 аналоговых сообщений подается модулирующая функция m(t) (фиг.4, б), содержащая аналоговую информацию. На выходе амплитудного модулятора 4.2 образуется сигнал с амплитудной модуляцией (AM) (фиг.4, в)
5
c2
2
c
с
С2
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos(ωt+φ2), 0≤t≤Т,
2
который поступает на первый вход фазового манипулятора 5.2, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.4, г) с выхода источника 6.2 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 5.2 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн) (фиг.4, д)
6
c2
2
c
k2
с2
С2
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
который поступает на первый вход первого смесителя 9.2, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 8.2
Г2
г2
г2
г2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе смесителя 9.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 10.2 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
7
7
2
пр3
k2
пр3
С2
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos[(ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
7
1
c2
г2
где υ=1/2·K·υ·υ;
пр3
г2
c
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
c
г2
ω=φ-φ.
2
пр3
г1
Г2
Это напряжение после усиления в усилителе 11.2 мощности через дуплексер 12.2 поступает в приемопередающую антенну 13.2 и излучается ею в эфир на частоте ω=ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 13.1 и через дуплексер 12.1 и усилитель 15.1 мощности поступает на первый вход смесителя 17.1. На второй вход смесителя 17.1 подается напряжение U(t) гетеродина 16.1 пункта контроля и управления. На выходе смесителя 17.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
ПР3
пр3
пр2
k2
пр3
С2
U(t)=υ·[1+m(t)]·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
пр3
1
7
г2
где υ=1/2·K·υ·υ;
пр2
г2
2
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр4
пр3
г2
φ=φ-φ,
которое поступает на вход амплитудного ограничителя 19.1 и на первый (информационный) вход синхронного детектора 20.1. На выходе амплитудного ограничителя 19.1 образуется напряжение (фиг.4, е)
8
0
пр2
k2
пр4
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ],
которое поступает на опорный вход синхронного детектора 20.1 и на первый вход перемножителя 21.1.
На выходе синхронного детектора 20.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4, е)
H9
н5
2
С2
U(t)=υ·[1+m(t)], 0≤t≤Т,
н5
2
пр3
0
где υ=1/2·К·υ·υ,
2
пропорциональное модулирующей функции m(t) (фиг.4, б).
г1
На второй вход перемножителя 21.1 подается напряжение U(t) гетеродина 8.1. На выходе перемножителя 21.1 образуется напряжение
9
9
г2
k2
г2
C2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
9
3
0
г1
где υ=1/2·К·υ·υ.
г2
Г2
которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω гетеродина 16.1. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 22.1 и поступает на информационный вход фазового детектора 23.1, на опорный вход которого подается напряжение U(t) (фиг.4, и) гетеродина 16.1. На выходе фазового детектора 23.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4, к)
H10
н6
k2
С2
U(t)=υ·Cosφ(t), 0≤t≤Т,
н6
4
9
г2
где υ=1/2·К·υ·υ,
2
пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.4, г).
Если в эфире действует узкополосная помеха
П3
п3
п3
п3
U(t)=υ·Cos(ωt+φ),
п3
частота ω которой незначительно отличается от второй промежуточной частоты
п3
пр2
3
ф3
ω-φ=Δω≤Δω,
ф3
ПР3
П3
где Δω - полоса пропускания синхронных детекторов 20.1, 29.1 и 30.1, то аддитивная смесь принимаемого AM-ФМн-сигнала U(t) и узкополосной помехи U(t)
Σ3
ПР3
П3
U(t)=U(t)+U(t),
с выхода усилителя 18.1 второй промежуточной частоты поступает на первые входы синхронных детекторов 20.1, 29.1 и 30.1.
8
Опорное напряжение U(t) (фиг.4, е) с выхода амплитудного ограничителя 19.1 одновременно поступает на опорный вход синхронного детектора 20.1 и на входы фазовращателей 25.1 и 26.1 на +30° и -30°. На выходе фазовращателей 25.1 и 26.1 на +30° и -30° образуются соответствующие напряжения:
8
0
пр2
k2
пр4
U'(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ+30°],
8
0
пр2
k2
пр4
U''(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ-30°].
Эти напряжения подаются на вторые входы синхронных детекторов 29.1 и 30.1 соответственно. На выходе синхронных детекторов 20.1, 29.1 и 30.1 в этом случае выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:
H10
н5
2
н6
п3
пр2
п3
пр4
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
H11
н5
2
н6
п3
пр2
п3
пр4
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ+30°],
Н12
н5
2
н6
п3
пр2
п3
пр4
U(t)=υ·[1+m(t)]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ-30°],
н6
2
н3
0
где υ=1/2·K·υ·ν.
На выходе первого блока 33.1 вычитания образуется следующее разностное напряжение
H6
H11
H12
н6
п3
пр2
п3
ΔU(t)=U(t)-U(t)=υ·{Cos[(ω-ω)t+φ-
пр4
п3
пр2
п3
пр4
-φ+30°]-Cos[(ω-ω)t+φ-φ-30°]}=
н6
п3
пр2
п3
пр4
=2υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ]·Sin 30°=
н6
п3
пр2
п3
пр4
=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ].
Н6
Анализ полученного разностного напряжения ΔU(t) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.
Н6
Разностное напряжение ΔU(t) с выхода блока 33.1 вычитания поступает на вход фазовращателя 35.1 на +90°, на выходе которого образуется напряжение
H7
н6
п3
пр2
п3
пр4
ΔU(t)=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ+90°]=
н6
п3
пр2
п3
пр4
=υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
Н10
которое поступает на второй вход второго блока 37.1 вычитания. На первый вход блока 37.1 вычитания подается напряжение U(t) с выхода первого синхронного детектора 20.1. На выходе второго блока 37.1 вычитания образуется следующее разностное напряжение
H8
H10
H7
н5
2
ΔU(t)=U(t)-ΔU(t)=υ·[1+m(t)],
в котором помеховая составляющая уже отсутствует.
Это напряжение поступает на первый вход исполнительного блока 24.1.
Если в эфире действует узкополосная помеха
П4
п4
п4
п4
U(t)=υ·Cos(ωt+φ),
4
г2
частота ω которой незначительно отличается от частоты ω гетеродина 16.1
п4
г2
4
ф4
ω-ω=Δω≤Δω,
ф4
8
П4
где Δω - полоса пропускания фазовых детекторов 23.1, 31.1 и 32.1, то аддитивная смесь принимаемого ФМн-сигнала U(t) и узкополосного сигнала U(t)
Σ4
8
П4
U(t)=U(t)+U(t),
с выхода полосового фильтра 22.1 поступает на первые (информационные) входы фазовых детекторов 23.1, 31.1 и 32.1.
Г2
Опорное напряжение U(t) с выхода гетеродина 16.1 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 23.1 и на входы фазовращателей 27.1 и 28.1 на +30° и -30°.
На выходе фазовращателей 27.1 и 28.1 на +30° и -30° образуются следующие напряжения соответственно:
Г2
г2
г2
г2
U'(t)=υ·Cos[ωt+φ+30°],
Г2
г2
г2
г2
U''(t)=υ·Cos[ωt+φ-30°].
которые подаются на вторые входы фазовых детекторов 31.1 и 32.1 соответственно. На выходе фазовых детекторов 23.1, 31.1 и 32.1 в этом случае выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:
Н13
н6
k2
н7
п4
г2
п4
г2
U(t)=υ·Cosφ(t)+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
H14
н6
k2
н7
п4
г2
п4
г2
U(t)=υ·Cos[φ(t)+30°]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ+30°],
H15
н6
k2
н7
п4
г2
п4
г2
U(t)=υ·Cos[φ(t)-30°]+υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ-30°],
н7
4
п4
г2
где υ=1/2·К·υ·υ.
H14
Н15
Напряжения U(t) и U(t) поступают на входы блока 34.1 вычитания, на выходе которого образуется следующее разностное напряжение
H9
H14
H15
н7
п4
г2
п4
ΔU(t)=U(t)-U(t)=υ·{Cos[(ω-ω)t+φ-
г2
п4
г2
п4
г2
-φ+30°]-Cos[(φ-ω)t+φ-φ-30°]}=
н7
п4
г2
п4
г2
=2υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ]·Sin 30°=
н4
п4
г2
п4
г2
=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ].
Н9
Анализ полученного разностного напряжения ΔU(t) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.
H9
Разностное напряжение ΔU(t) с выхода блока 34.1 вычитания поступает на вход фазовращателя 36.1 на +90°, на выходе которого образуется напряжение
H10
н7
п4
г2
п4
г2
ΔU(t)=υ·Sin[(ω-ω)t+φ-φ+90°]=
н7
п4
г2
п4
г2
=υ·Cos[(ω-ω)t+φ-φ],
Н13
которое поступает на второй вход блока 38.1 вычитания. На первый вход блока 38.1 вычитания подается напряжение U(t) с выхода первого фазового детектора 23.1. На выходе блока 38.1 вычитания образуется следующее разностное напряжение
H11
Н13
Н10
н6
k2
ΔU(t)=U(t)-ΔU(t)=υ·Cos φ(t),
в котором помеховая составляющая уже отсутствует.
Это напряжение поступает на второй вход исполнительного блока 24.1.
1
2
c
Между пунктом контроля и управления и территориально-распределенными объектами устанавливается дуплексная радиосвязь на двух частотах ω и ω с использованием сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) на одной несущей частоте ω.
С точки зрения обнаружения данные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных AM-ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный AM-ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. 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 и помех.
Структурная скрытность сложных AM-ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных AM-ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Сложные AM-ФМн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи сообщений. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.
Следует также отметить, что на пункте контроля и управления сложные AM-ФМн-сигналы излучаются на частоте
1
пр1
г2
ω=ω=ω,
а принимаются на частоте
2
пр3
г1
ω=ω=ω.
2
1
На каждом территориально-распределенном объекте, наоборот, сложные AM-ФМн-сигналы излучаются на частоте ω, а принимаются на частоте ω.
г1
г2
Частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена аналоговой и дискретной информацией между пунктом контроля и управления и территориально-распределенными объектами. Это достигается подавлением узкополосных помех фазокомпенсационным методом.