СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ РАДИОСИГНАЛОВ
METHOD OF GENERATING NOISE-IMMUNE RADIO SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости радиосигналов (PC) в системах связи.
Известны различные способы формирования помехоустойчивых PC [патенты РФ №2231924, 2205496]. В указанных способах для формирования помехоустойчивых шумоподобных PC используют модуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью (ПСП).
В известном способе [патент RU 2231924, опубликованный 27.06.2004] формируют помехоустойчивые шумоподобные радиоимпульсы (ШРИ) для передачи бинарных символов информации сложными сигналами. Известное изобретение относится к системам передачи информации и включает минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности, которых получают перекодировкой кодовой последовательности ШРИ, стробирование полученной суммы видеоимпульсом, равным длительности кодовой последовательности, формирование противоположного сигнала инверсией кода модулирующей кодовой последовательности одного из квадратурных каналов.
Недостатком данного способа является сложность его реализации, связанная с необходимостью формирования квадратурных каналов. Кроме того, в указанном способе применяется энергетически неоптимальная сигнально-кодовая конструкция, включающая амплитудно-фазовую модуляцию, что снижает эффект повышения помехоустойчивости.
В известном способе [патент RU 2205496, опубликованный 27.05.2003] формируется и обрабатывается сложный сигнал в помехозащищенных радиосистемах. Известное изобретение относится к области радиотехники и включает фазовую манипуляцию несущего колебания ПСП и сигналом информации, на приемной стороне - снятие ПСП с последующей демодуляцией в схеме Костаса, причем в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум.
Недостаток известного способа заключается в том, что повышение скрытности передаваемого PC достигается за счет снижения помехоустойчивости приемника радиолинии.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ формирования помехоустойчивых сигналов [патент RU 2412551, опубликованный 20.02.2011. Бюл. №5]. В способе-прототипе формируют помехоустойчивые сигналы на основе формирования широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра сигнала методом ПСП, которую модулируют двоичной фазовой манипуляцией. Причем для модуляции ПСП используют биортогональные вейвлет-функции (БВФ), при этом "0" и "1" модулируют противоположными БВФ.
Недостатком прототипа является относительно низкая помехоустойчивость, обусловленная недостаточным увеличением ширины спектра (занимаемой полосы частот) PC модулированного БВФ.
Техническим результатом заявленного способа является повышение помехоустойчивости радиосигналов за счет увеличения ширины спектра (занимаемой ими полосы частот).
Это достигается тем, что способ формирования помехоустойчивых радиосигналов, основанный на формировании широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра методом псевдослучайной последовательности, которую модулируют биортогональными вейвлет-функциями, отличается тем, что для модуляции логических элементов псевдослучайной последовательности используют радиоимпульсы, которые получают в результате перемножения биортогональных вейвлет-функций и сигналов с линейной частотной модуляцией, у которых для модуляции логического элемента «1» и логического элемента «0» псевдослучайной последовательности задают различную скорость увеличения частоты, причем скорость увеличения частоты в сигнале с линейной частотной модуляцией задают произвольной, но таким образом, чтобы ее значение для модуляции логического элемента «1» отличалось не менее чем в два раза по отношению к логическому элементу «0», а в качестве биортогональных вейвлет-функций используют функции второй производной от функции Гаусса.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе, заключающихся в использовании вместо БВФ радиоимпульсов, представляющих результат перемножения БВФ и сигналов ЛЧМ с различным значением скорости изменения частоты, обеспечивается увеличение ширины спектра результирующего PC.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - числовая бинарная ПСП 000100110101111, сформированная с помощью генератора случайных чисел;
фиг. 2 - временное представление прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;
фиг. 3 - временное представление обратной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;
фиг. 4 - временное представление сигнала с ЛЧМ для модуляции логической «1»;
фиг. 5 - временное представление сигнала с ЛЧМ для модуляции логического «0» (скорость возрастания частоты в сигнале с ЛЧМ увеличена в два раза по отношению к скорости возрастания частоты, используемой в сигнале с ЛЧМ, предназначенном для модуляции логической «1»);
фиг. 6 - временное представление радиоимпульса, построенного на основе перемножения БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, и сигнала с ЛЧМ для модуляции логической «1»;
фиг. 7 - временное представление радиоимпульса, построенного на основе перемножения БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, и сигнала с ЛЧМ для модуляции логического «0»;
фиг. 8 - элемент PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг.1, радиоимпульсами, сформированными на основе перемножения БВФ и сигналов с ЛЧМ с различной скоростью увеличения частоты для модуляции логических «1» и «0» ПСП;
фиг. 9 - элемент PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, сигналами на основе прямой формы БВФ для «1» и обратной формы БВФ для «0»;
фиг. 10 - модуль спектра PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, радиоимпульсами, сформированными на основе перемножения БВФ и сигналов с ЛЧМ с различной скоростью увеличения частоты для модуляции логических «1» и «0» ПСП;
фиг. 11 - модуль спектра PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг.1, сигналами на основе прямой формы БВФ для «1» и инверсной формы БВФ для «0».
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.
1. Предварительно задают числовую бинарную ПСП.
Числовая бинарная ПСП может задаваться, например, с помощью генератора случайных сигналов. Генераторы случайных сигналов известны и описаны, например, в патенте РФ №2168260 от 27.05.2001. Количество элементов в ПСП должно быть не менее двух.
В качестве примера на фиг. 1 показана числовая бинарная ПСП 000100110101111, сформированная с помощью генератора случайных чисел.
2. Формируют радиоимпульсы в результате перемножения БВФ и сигналов с ЛЧМ для модулирования логических «1» и «0» ПСП.
В качестве БВФ используют прямую или обратную (инверсную) формы функции (см. фиг. 2 и фиг. 3), которая представляет вторую производную от функции Гаусса.
Функция второй производной от функции Гаусса известна. Принцип ее формирования описан, см. Н.М. Асафьев. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук, т. 166, №11, 1996 г., с. 1152 и патент RU 2412551, опубликованный 20.02.2011 г. Бюл. №5.
Сигналы ЛЧМ (см. фиг. 4 и 5) известны и описаны, например, см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.: «Советское радио», 1971 г., стр. 136-137.
При перемножении выбирают БВФ и сигналы с ЛЧМ таким образом, чтобы число временных отсчетов у БВФ и у сигналов с ЛЧМ было одинаковым.
При этом сама процедура перемножения заключается в последовательном перемножении соответствующих временных отсчетов БВФ и сигналов с ЛЧМ.
На фиг. 6 показан радиоимпульс, сформированный в результате перемножения БВФ и сигнала с ЛЧМ для модуляции логической «1». На фиг. 7 показан радиоимпульс, сформированный в результате перемножения БВФ и сигнала с ЛЧМ для модуляции логического «0».
При формировании радиоимпульсов в равной мере может использоваться как прямая, так и обратная (инверсная) форма БВФ.
3. Модулируют элемент PC.
Модуляция заключается в формировании последовательности радиоимпульсов в соответствии с логическими элементами ПСП. Вместо логических элементов «1» и «0» подставляют соответствующие радиоимпульсы с различной скоростью возрастания частоты. Процесс модуляции ПСП известен, см. патент RU 2412551 С2, опубликованный 20.02.2011. Бюл. №5.
Для примера на фиг. 8 показан элемент PC, модулированный последовательностью радиоимпульсов, в соответствии с ПСП, представленной на фиг. 1.
При модуляции элемента PC не принципиально, у какого из радиоимпульсов, предназначенных для модуляции логических «0» или «1», скорость увеличения частоты больше. Важным моментом является различие в значениях скорости увеличения частоты в сигналах с ЛЧМ.
Использование сформированных радиоимпульсов для модулирования логических элементов ПСП приводит к увеличению занимаемой PC полосы частот, т.е. к расширению спектра.
В качестве примера на фиг. 9 показан элемент PC, сформированный в соответствии со значением ПСП (см. фиг. 1) согласно способу-прототипу.
На фиг. 10 показан спектр, сформированный на основе заявляемого способа (для элемента PC на фиг. 8), а на фиг. 11 - спектр, сформированный на основе способа-прототипа (для элемента PC на фиг. 9).
Анализ полученных спектров показал увеличение ширины занимаемой полосы частот для PC, сформированного согласно заявляемому способу (см. фиг. 10 и фиг. 11). Причем чем больше различие в скорости увеличения частоты сигналов с ЛЧМ, тем сильнее расширение спектра результирующего PC.
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе обеспечивается увеличение ширины спектра для сформированного PC за счет использования для модуляции элементов последовательности ПСП радиоимпульсов с различной скоростью возрастания частоты.