Адаптивное устройство приема псевдослучайных сигналов

Полезная модель относится к технике электрической связи и может быть применена для приема дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией при сдвигах несущей частоты (эффекте Доплера) в каналах обмена информацией с летательными аппаратами в условиях организованных преднамеренных помех.
Известны демодулятор с фазоразностной модуляцией (А.С. 1670799, МПК H04L 27/22, 1991), цифровой демодулятор сигналов фазоразностной модуляции второго порядка (А.С. 1716616, МПК H04L 27/22, 1992), цифровой демодулятор сигналов фазоразностной модуляции первого и второго порядка (Патент 1838884, МПК H04L 27/22, 1993), адаптивный приемник сигналов данных (Патент 2019048, МПК H04L 25/40, 1994), способ демодуляции сигналов с относительной фазовой манипуляции и устройство для его реализации (Патент 2168869, МПК H03D, 2001), способ передачи информации с помощью шумоподобных сигналов и устройство для его реализации (Патент 2362273, H04L, 22/18, 2009), адаптивный автокорреляционный демодулятор сигналов с относительной фазовой манипуляцией (Патент на полезную модель 159121, МПК H04L 27/22, 2016), автокорреляционный демодулятор (Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. - М.: Связь, 1979. - 216 с, рис. 4.11 на с. 140).
Далее будет использоваться термин относительная фазовая модуляция (ОФМ), которому соответствует термин фазоразностная модуляция, применяемый в некоторых научно-технических публикациях. Оба термина равнозначны, но здесь предпочтение отдано первому из них.
Часть из названных технических решений реализует сигналы с относительной фазовой модуляцией второго порядка (ОФМ-2), в иностранной литературе именуемой Double differential phase shift keying (DDPSK). Эти сигналы, как показано в [1, 2] являются нечувствительными к произвольным изменениям начальной фазы сигналов, а также к произвольным сдвигам частоты, вызываемым движением объектов, в том числе летательных аппаратов, (эффект Доплера) В связи с этим они могут быть применены для обмена информацией и обработки сигналов на движущихся летательных аппаратах. Но в условиях действия организованных преднамеренных помех они будут неработоспособными.
Одно из названных технических решений реализует шумоподобные (псевдослучайные) сигналы и может обеспечивать их обработку при отношении сигнал/помеха менее единицы. Однако при наличии сдвигов частоты (эффекта Доплера) оно также неработоспособно. Помимо этого, названные выше адаптивные приемник и демодулятор с относительной фазовой манипуляцией также не обеспечивают необходимую помехоустойчивость обработки сигналов при действии преднамеренных организованных помех и сдвигах частоты и не могут адаптироваться к наличию либо отсутствию сдвигов частоты.
Таким образом, в условиях комплексного действия преднамеренных организованных помех и сдвигах частоты в процессе перемещений подвижных объектов названные технические решения будут неработоспособными, не обеспечат необходимую помехоустойчивость приема и обработки сигналов на различных этапах перемещения подвижных объектов, в том числе летательных аппаратов.
Доказано [3], что для дискретных фазомодулированных сигналов оптимальной помехой является также дискретное фазомодулированное колебание, частота и длительность посылок которого совпадают с аналогичными параметрами сигнала. В случае действия противофазной и превосходящей по мощности сигнал помехи приемник (демодулятор) будет регистрировать эту помеху вместо принимаемого сигнала.
Чтобы обеспечить необходимую помехоустойчивость приема в условиях действия названных сигналоподобных преднамеренных помех применяют сигналы с расширенным спектром (шумоподобные или псевдослучайные), которые формируются при помощи псевдослучайных последовательностей [4-9]. При обработке на приеме в демодуляторе смеси названных сигналов и преднамеренных помех происходит преобразование этих помех в процесс, напоминающий по своим характеристикам естественный шум. Поэтому дальнейшая обработка принимаемого колебания - смеси сигнала с помехой не вызывает затруднений, так как можно применять известные методы, эффективные в условиях шумовых помех, которые в настоящее время разработаны и хорошо изучены.
Для формирования псевдослучайных (шумоподобных) сигналов в условиях совместного действия эффекта Доплера и преднамеренных организованных помех в каналах связи с подвижными объектами, в том числе летательными аппаратами, целесообразно применять относительную фазовую модуляцию второго порядка (ОФМ-2).
При формировании ОФМ-2 сигналов информационным параметром является вторая разность фаз, то есть разность между разностями фаз трех соседних посылок сигнала. Этим ОФМ-2 отличается от относительной фазовой модуляции (ОФМ) первого порядка, где информация определяется разностью фаз только между двумя соседними посылками сигнала.
k-2
c
c
k-2
k-1
c
k
c
Будем полагать, что при перемещениях подвижного объекта несущая частота сигнала со сдвинулась на некоторую величину Δω. Тогда, если фаза (k-2)-й посылки сигнала ϕ+ϕ, где ϕ - начальная фаза сигнала, ϕ - информационная фаза, k=1, 2,… то фаза (k-1)-й посылки становится равной ϕ+ϕ+ΔωT, Т - длительность посылки, ΔωTm - фазовый сдвиг за время следования одной посылки, а фаза следующей k-й посылки принимает значение ϕ+ϕ+2ΔωT.
При ОФМ первого порядка сигнал формируется путем сопоставления двух соседних посылок, т.е. текущая посылка образуется с оглядкой на предыдущую соседнюю с ней посылку. В этом случае так называемые первые разности соседних посылок
c
не зависит от начальной фазы сигнала ϕ, но зависит от сдвига частоты Δω.
При ОФМ-2 разность между первыми разностями фаз, т.е. вторая разность фаз
c
оказывается независимой от произвольных сдвигов частоты Δω и от начальной фазы сигнала ϕ [1, 2]. Это свойство позволяет применять ОФМ-2 сигналы в каналах связи с подвижными объектами (летательными аппаратами), в которых возникают произвольные сдвиги частоты (эффект Доплера) вследствие перемещений объектов.
Таким образом, использование псевдослучайных (шумоподобных) сигналов, формируемых на основе ОФМ-2 позволяет обеспечивать определенный уровень помехоустойчивости приемника (демодулятора) при сдвигах частоты (эффект Доплера) и при действии организованных преднамеренных помех. Но данная величина помехоустойчивости, являясь приемлемой на этапе движения объекта, оказывается недостаточной в случаях, когда подвижный объект (летательный аппарат) из режима «Полет» переходит в режим «Зависание», заняв заданную точку воздушного пространства, и начинает передавать важную информацию абоненту.
В данной ситуации, когда сдвиги частоты (эффект Доплера) отсутствует, целесообразно переключить оборудование для применения ОФМ сигналов, которые позволяют обеспечивать более высокую помехоустойчивость приема и обработки сигналов. Это может быть реализовано посредством адаптации устройства приема к изменяющимся условиям передачи сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является адаптивный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией (см.: Патент на полезную модель 186407, МПК 27/22, 21.01.2019).
Данный демодулятор содержит первый перемножитель (1), генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) с блоком синхронизации (2), первый (3) и второй (4) элементы задержки, первый (5) и второй (6) фазовращатели на π/2, вторые (7, 13), третьи (9, 11) и четвертые (15, 16) перемножители, интеграторы (8, 10, 12, 14), блоки сложения (17, 18), пороговый блок (19), блок коммутации (20), блок накопления (21), решающий блок (22).
Демодулятор - прототип может обеспечивать определенную помехоустойчивость приема сигналов на различных этапах передвижения подвижного объекта - в режимах «Полет» и «Зависание» путем автоматического переключения (адаптации) при изменениях режимов функционирования летательного аппарата. В режиме «Полет» используются псевдослучайные ОФМ-2 сигналы, в режиме «Зависание» (летательный аппарат находится в статичном состоянии в некоторой точке воздушного пространства) применяются псевдослучайные ОФМ сигналы, реализующие более высокую помехоустойчивость. Оба варианта сигналов обеспечивают подавление организованных преднамеренных помех в ситуациях, когда их мощность превышает мощность сигналов. Вместе с тем при использовании псевдослучайных ОФМ сигналов в режиме «Зависание» в демодуляторе - прототипе помехоустойчивость приема сигналов, переносящих важную информацию, может оказаться недостаточной.
Для устранения данного недостатка и повышения помехоустойчивости приема можно реализовать обработку сигналов при изменении интервала его анализа от традиционных двух до трех посылок, последовательно друг за другом поступающих в устройство приема. Это позволит увеличить энергию обрабатываемого сигнала и обеспечит дополнительное повышение помехоустойчивости приема псевдослучайного ОФМ сигнала в режиме «Зависание». (См.: Divsalar D., Simon М.K. Multiple-symbol differential detection if MPSK // IEEE Trans. Commun., 1990, №3. P. 300-308; Биккенин P.P. Помехоустойчивость некогерентного приема шумоподобных сигналов с фазоразностной модуляцией // Радиоэлектроника и связь. 1992. №1 (3). С. 23-31).
Цель полезной модели - повышение помехоустойчивости приема псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ) в условиях действия организованных преднамеренных помех сигналоподобной структуры и превышающих по мощности сигнал при функционировании летательного аппарата в режиме «Зависание».
Для достижения поставленной цели в известный адаптивный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией (прототип), содержащий первый перемножитель, первый вход которого является входом устройства, через генератор псевдослучайной последовательности с блоком синхронизации подключен к его второму входу, а выход соединен с объединенными входами первого элемента задержки, первой и второй ветвей приема, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых перемножителей, интеграторов, четвертых перемножителей, подключенных к входам первого блока сложения, выход которого соединен со вторыми блока коммутации и второго блока сложения, выход которого подключен к последовательно соединенным блокам: пороговому, коммутации, накопления и решающему, выход которого является выходом устройства, при этом выход первого элемента задержки соединен со вторым входом второго перемножителя в первой ветви приема непосредственно, во второй ветви - через первый фазовращатель на π/2, дополнительно через последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы третьей и четвертой ветвей приема со вторыми входами четвертых перемножителей, кроме того, через второй элемент задержки со вторым входом третьего перемножителя третьей ветви непосредственно, в четвертой ветви - через второй фазовращатель на π/2, введены подключенная к выходу первого перемножителя и состоящая из последовательно соединенных перемножителя и интегратора пятая ветвь приема, три инвертора, четыре сумматора, выходы которых через блок выбора максимального сигнала подключены к первому входу второго блока сложения и к третьему входу блока коммутации, при этом выход интегратора пятой ветви приема соединен с первыми входами первого и второго сумматоров и через первый инвертор с первыми входами третьего и четвертого сумматоров, выход интегратора первой ветви приема соединен со вторыми входами первого и третьего сумматоров и через второй инвертор со вторыми входами второго и четвертого сумматоров, выход интегратора третьей ветви приема соединен с третьими входами первого и четвертого сумматоров и через третий инвертор с третьими входами второго и третьего сумматоров.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 представлены результаты количественной оценки помехоустойчивости предлагаемого устройства.
Адаптивное устройство приема псевдослучайных сигналов содержит первый перемножитель (1), первый вход которого является входом устройства, через генератор псевдослучайной последовательности с блоком синхронизации (2) подключен к его второму входу, а выход соединен с объединенными входами первого элемента задержки (3), первой и второй ветвей приема, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вторых перемножителей (7, 13), интеграторов (8, 14), четвертых перемножителей (15, 16), подключенных ко входам первого блока сложения (17), выход которого соединен со вторыми входами блока коммутации (20) и второго блока сложения (18), выход которого подключен к последовательно соединенным блокам: пороговому (19), коммутации (20), накопления (21), решающему (22), выход которого является выходом устройства, при этом выход первого элемента задержки (1) соединен со вторым входом второго перемножителя (7) в первой ветви приема непосредственно, во второй ветви - через первый фазовращатель на π/2 (5), дополнительно через последовательно соединенные третьи перемножители (9, 11) и интеграторы (10, 12) третьей и четвертой ветвей приема со вторыми входами четвертых перемножителей (15, 16), кроме того через второй элемент задержки (4) со вторым входом третьего перемножителя (9) в третьей ветви непосредственно, в четвертой ветви - через второй фазовращатель на π/2 (6), кроме того, подключенную к выходу первого перемножителя (1) и содержащая последовательно соединенные перемножитель (23) и интегратор (24) пятой ветви приема, инверторы (25, 26, 27), сумматоры (28, 29, 30, 31), выходы которых через блок выбора максимального сигнала (32) подключены к первому входу блока сложения (18) и к третьему входу блока коммутации (20), при этом выход интегратора (24) пятой ветви приема соединен с первыми входами первого (28) и второго (29) сумматоров и через первый инвертор (25) с первыми входами третьего (30) и четвертого (31) сумматоров, выход интегратора (8) первой ветви приема соединен со вторыми входами первого (28) и третьего (30) сумматоров и через второй инвертор (26) со вторыми входами второго (29) и четвертого (31) сумматоров, выход интегратора (10) третьей ветви приема соединен с третьими входами первого (28) и четвертого (31) сумматоров и через третий инвертор (27) с третьими входами второго (29) и третьего (31) сумматоров.
Новая совокупность признаков, образованная за счет введения блоков и элементов, указанных выше, позволяет обрабатывать псевдослучайные сигналы на основе относительной фазовой модуляции (ОФМ) в статичном состоянии (режим «Зависание») подвижного объекта (летательного аппарата) при удлинении интервала анализа сигнала до трех посылок и более полно использовать его энергетические параметры, что приводит к положительному эффекту - повышению помехоустойчивости приема в условиях действия организованных преднамеренных помех, имеющих сигналоподобную структуру и превышающих по мощности сигнал.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поступающая на вход устройства смесь сигнала с помехой перемножается с псевдослучайной последовательностью γ, вырабатываемой генератором ПСП с блоком синхронизации 2. С выхода первого перемножителя 1 сигнал, с которого после процедуры перемножения снимается псевдослучайная последовательность, поступает одновременно через объединенный вход на первый элемент задержки 3 и вторые перемножители 7 и 13 в первую и вторую ветви приема соответственно, дополнительно на перемножитель 23 в пятую ветвь приема. Одновременно с принимаемым сигналом на данные элементы 3, 7, 13, 23 действует организованная преднамеренная помеха, которая в результате преобразования (первый перемножитель 1 и генератор псевдослучайной последовательности с блоком синхронизации 2) принимает вид, подобный естественному шуму в канале связи, т.е. становится случайным (стохастическим) процессом.
Генератор псевдослучайной последовательности с блоком синхронизации 2 может быть реализован в виде известных устройств (см., например, патент на полезную модель 118495, МПК H04L 7/02, 2012, патент 2355103, МПК H03K 3/84, 2019).
На вторые входы вторых перемножителей 7 и 13, выполняющих функции фазовых детекторов, поступает задержанный на время длительности одной посылки Т сигнал с выхода первого элемента задержки, причем на второй вход перемножителя 7 непосредственно, на второй вход второго перемножителя 13 - через первый фазовращатель 5 на π/2 так, чтобы в первый ветви реализовать автокорреляционную обработку компоненты косинуса, во второй ветви приема - компоненты синуса.
Кроме этого, сигнал с выхода первого элемента задержки 3 поступает на вход второго элемента задержки 4 на время длительности посылки Т и одновременно с этим - на первые входы третьих перемножителей 9 и 11 в третьей и четвертой ветвях приема соответственно.
По аналогии со вторыми перемножителями 7 и 13 третьи перемножители 9 и 11 также выполняют функции фазовых детекторов. На их вторые входы поступает задержанный на время длительности двух посылок 2Т сигнал, причем на перемножитель 9 в третьей ветви приема после прохождения первого 3 и второго 4 элементов задержки непосредственно, на перемножитель 11 в четвертой ветви приема - через второй фазовращатель 6 на π/2. Таким образом, по аналогии с обработкой сигналов в первой и второй ветвях приема, в третьей и четвертой ветвях приема также осуществляется автокорреляционная обработка компонент сигнала косинуса и синуса. Но в отличие от первой и второй ветвей приема, где обрабатываются посылка сигнала с задержкой на время Т и посылка, поступающая в текущий момент времени, в третьей и четвертой ветвях приема обрабатываются посылки сигнала с задержкой на интервалы времени Г и 2Т соответственно.
Посылки сигнала в смеси с помехой после перемножителей 7, 13, 9, 11, выполняющих функции фазовых детекторов, проходят через интеграторы 8, 10, 12, 14, являющиеся по существу фильтрами нижних частот. В результате на входы четвертого перемножителя 15 поступают элементы обрабатываемого сигнала
На входы другого четвертого перемножителя 16 поступают элементы обрабатываемого сигнала
k
k-1
где  - аддитивные смеси посылок сигнала и помехи - текущая, задержанная на длительность одной Т и двух посылок 2Т соответственно; «*» - знак комплексного сопряжения (преобразования по Гильберту); γ иγ - текущий и предыдущий элементы псевдослучайной последовательности, сформированные генератором ПСП с блоком синхронизации 2.
После перемножения в четвертых перемножителях 15 и 16 и сложения в первом блоке сложения 17 совокупные величины сигнала и помехи поступают на объединенные вторые входы второго блока сложения 18 и блока коммутации 20. Таким образом, здесь реализуется автокорреляционная обработка псевдослучайного ОФМ-2 сигнала в условиях действия эффекта Доплера при сдвигах частоты на этапе передвижения летательного аппарата (режим «Полет») [1, 2].
Одновременно с этим на второй вход перемножителя 23 в пятой ветви приема поступает смесь сигнала с помехой после прохождения первого 3 и второго 4 элементов задержки, т.е. задержанная на длительность 2Гдвух посылок сигнала. На первый вход перемножителя 23, как отмечено выше, подается смесь сигнала с помехой с выхода первого перемножителя 1.
После перемножителя 23 и интегратора 24, также выполняющего функции фильтра низких частот, образуются элементы обрабатываемого сигнала
1k
2k
3k
4k
Далее после прохождения соединенных в определенном порядке (см. фиг. 1) инверторов 25, 26, 27 и сумматоров 28, 29, 30, 31 на их выходах формируются следующие совокупные величины сигналов: V на выходе первого сумматора 28, V на выходе второго сумматора 29, V на выходе третьего сумматора 30, V на выходе четвертого сумматора 31, которые имеют вид:
1k
3k
2k
4k
Данные совокупные величины содержат в себе накопленную энергию на длительности трех подряд следующих посылок псевдослучайного сигнала в отличие от прототипа, где в режиме «Зависание» реализуется автокорреляционная обработка псевдослучайного ОФМ сигнала с использованием энергии только двух соседних посылок. При этом, с учетом правила формирования сигнала с относительной фазовой модуляцией, информационным параметром, который определяется (k-1)-м и k-м элементами сигнала в величинах V и V является посылка «0», в величинах V и V - «1». В первом случае при переходе от второго слагаемого к третьему знак сохраняется, в другом случае знак меняется на противоположный. (См.: Биккенин Р.Р. Помехоустойчивость автокорреляционного приема псевдослучайных сигналов с относительной фазовой манипуляцией в условиях помех, похожих на сигнал // Радиотехника и электроника. 1996. Т. 41. №6. С. 715-719).
Совокупные величины сигналов  далее поступают в блок выбора максимального сигнала 32, который на микропроцессоре реализует алгоритм выбора максимальной величины. При этом, если максимальным оказывается любой из вариантов, определяющий информационный параметр (символ) «0», то при фактической передаче такой посылки это будет соответствовать ее правильной регистрации в составе сложного псевдослучайного сигнала, состоящего из совокупности (последовательности) n «нулевых» и «единичных» посылок (элементов). Аналогично будет и при передаче информационной посылки «1».
Блок выбора максимального сигнала 32 является известным устройством (см., например: Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. и др. Пространственные и вероятностно-временные характеристики эффективности станций ответных помех при подавлении систем радиосвязи / Под ред. В.И. Борисова. - М.: РадиоСофт, 2008. С. 221, 222; рис. 5.2.7, 5.2.8; блоки СВМ - схемы выбора максимума). В настоящее время такие блоки реализуются аппаратно либо программными средствами на элементах с цифровой логикой (микропроцессорах). При аппаратной реализации, что соответствует рассматриваемому здесь случаю, они выполняются, как правило, с использованием компараторов - сравнивающих устройств (см., например: Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - М.: «Вильяме», 2007. С. 206-207; Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. С. 141-143, рис. 11.20-11.24).
Далее с выхода блока максимального сигнала 32 посылка сигнала в смеси с помехой поступает на объединенные первый вход второго блока сложения 18 и третий вход блока коммутации 20.
Выше было показано, что на вход предлагаемого устройства для последующей обработки передаются последовательно следующие друг за другом посылки сигнала, имеющие вид
Рассмотрим ситуацию, когда подвижный объект (летательный аппарат) в статичном состоянии (режим «Зависание») находится в некоторой точке воздушного пространства, и частотный сдвиг (эффект Доплера) отсутствует, Δω=0. Пусть в этом случае первые разности фаз между соседними посылками равны л, т.е.
Тогда на выходе первого блока сложения 17 (точка 1, являющаяся выходом части устройства, где реализуется обработка псевдослучайного ОФМ-2 сигнала) сигнал будет пропорционален второй разности фаз [1]
и имеет значение
На выходе блока выбора максимального сигнала 32 (точка 2, являющаяся выходом части устройства, где реализуется обработка псевдослучайного ОФМ сигнала) сигнал оказывается пропорционален косинусу первой разности фаз [1]
1
2
1
2
На первый вход второго блока сложения 18 поступает сигнал u(t) с отрицательным знаком, на второй вход блока 18 - сигнал u(t) с положительным знаком. Тогда при равенстве амплитуд сигналов u(t) и u(t) на входе порогового блока 19 сигнал будет отсутствовать. В этом случае блок коммутации 20 подключит выход блока выбора максимального сигнала 32 (точка 2) к блоку накопления 21, и туда будут поступать посылки псевдослучайного ОФМ сигнала, принятые элементами схемы предлагаемого устройства (блоки 1-4, 7-10, 23-32), выполняющими функцию автокорреляционного демодулятора (устройства приема) ОФМ сигнала с удлинением до трех посылок интервала анализа. В результате этого увеличивается энергия обрабатываемого сигнала.
В случае перемещений летательного аппарата (режим «Полет») в канале связи появляется сдвиг частоты  и первые разности фаз   между посылками сигнала, как показано выше, будут зависеть от сдвига частоты Δω. Вследствие этого на выходе блока выбора максимального сигнала 32 (точка 2) изменяется значение сигнала. В отличие от данного значения вторая разность фаз между посылками  не изменяется, так как она не зависит от сдвига частоты Δω. В результате с выхода первого блока сложения 17, являющегося выходом автокорреляционного демодулятора (устройства приема) псевдослучайного ОФМ-2 сигналов, на второй вход второго блока сложения 18 поступит сигнал с неизменившимся значением. Таким образом, на входы второго блока сложения 18 поступят два сигнала, различающиеся по знаку и амплитудам.
Результирующий сигнал с выхода второго блока сложения 18 подается на вход порогового устройства 19 и заставит блок коммутации 20 подключить к входу блока накопления 21 сигнал с выхода первого блока сложения 17 (точка 1). В этом случае, как уже сказано, будет реализована обработка псевдослучайного ОФМ-2 сигнала, нечувствительного к сдвигам частоты в канале с перемещающимся в пространстве летательным аппаратом. При этом величина порога в пороговом блоке 19 подбирается опытным путем. Представленная процедура обработки псевдослучайных ОФМ сигналов и псевдослучайных ОФМ-2 сигналов будет реализовываться автоматически и при других значениях соотношений разностей фаз сигнала, адаптируя устройство приема к изменяющимся условиям в канале связи.
В обоих вариантах обработки сигнала (режимы «Полет» и «Зависание») блок накопления 21 реализует сложение последовательно поступающих n посылок сложного псевдослучайного сигнала.
Псевдослучайный сигнал, обрабатываемый в предлагаемом устройстве, представляет собой набор n последовательно следующих элементарных посылок, вид которых скрыт посредством псевдослучайной последовательности, наложенной на информационные символы (посылки) на передаче.
В предлагаемом устройстве после прохождения перемножителя 1 с принимаемого сигнала снимается псевдослучайная последовательность. В результате этого он представляет собой совокупность n элементарных посылок «0» и «1», часть из которых искажены преднамеренной сигналоподобной помехой. Поскольку постановщик помех не знает закона изменения псевдослучайной последовательности, накладываемой на сигнал, то он может воздействовать помехой на сигнал только «вслепую» с целью нарушения процесса передачи сигналов. Следовательно, увеличение числа элементарных посылок (увеличение базы сигнала) позволяет снизить негативное действие помехи. При этом скрытие закона псевдослучайных изменений в сигнале является основополагающим условием его защищенности от действия организованных предлагаемых помех в предлагаемом устройстве.
Таким образом, для правильной регистрации сигнала в предлагаемом устройстве, например, соответствующего передаваемой информационной посылке «0», в нем в последовательности из n элементарных посылок должны превалировать «нулевые» посылки. «Единичные» посылки в этом случае будут соответствовать результату воздействия помехи.
Для окончательной регистрации поступивший из блока накопления 21 совокупный сигнал в решающем блоке 22 сравнивается с заданной пороговой величиной. Если этот совокупный сигнал превысит порог, то регистрируется сигнал, соответствующий «нулевой» информационной посылке, в противном случае - «единичная» посылка.
Решающий блок 22 можно реализовать на компараторе, на один вход которого поступает сигнал, на второй - пороговое напряжение. При превышении сигналом порогового напряжения на выходе компаратора появляется высокий логический уровень сигнала, в противном случае - низкий. При реализации решающего блока 22 можно применить интегральную микросхему К521СА2 (см.: Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. - М: Радио и связь, 1985. С.314, рис. 13.346).
Блок накопления 21 можно выполнить в виде интегратора на операционных усилителях со сбросом, осуществляющих накопление сигнала на временном интервале nT, где n - база (число элементов) сложного псевдослучайного сигнала, Т - длительность одной элементарной посылки (см.: Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. С. 198-210, рис. 7.10; Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. - М: Радио и связь, 1985. С. 349, рис. 15.42).
Блок коммутации 20 можно выполнить на мультиплексоре, т.е. на устройстве, которое имеет несколько сигнальных входов, один управляющий вход и один выход. В ряде случаев мультиплексор называется коммутатором (см.: Угрюмое Е. 77. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. С. 54-56, рис. 2.9).
Пороговый блок 19 может быть выполнен по аналогии с решающим блоком 22. Для реализации блока 19 можно воспользоваться интегральной микросхемой К133ЛАЗ (см.: Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. - М: Радио и связь, 1985. С. 312, рис. 13.31а, 13.31в).
Для оценки достигаемого положительного эффекта повышения помехоустойчивости приема псевдослучайных ОФМ сигналов в условиях действия организованных преднамеренных помех, со структурой подобной сигналу и превышающих их по мощности в каналах связи с подвижными объектами (летательными аппаратами) при их функционировании в статичном режиме «Зависание» найдем расчетное соотношение для вероятности ошибок.
С учетом значений информационных параметров в совокупных величинах сигналов в выражениях (1), приведенных выше, вероятность ошибочного решения, принимаемого в блоке решения 22, при обработке псевдослучайного ОФМ сигнала в статичном режиме «Зависание» на удлиненном интервале анализа имеет вид
Произведя преобразования, проделанные авторами в работе: Биккенин Р.Р., Андрюков А.А. Оценка эффективности обработки шумоподобных сигналов с относительной фазовой модуляцией на удлиненном интервале в условиях наихудших помех // Информация и космос. 2015. №3. С. 6-12, можно найти числовые характеристики величины ε, т.е. ее математическое ожидание и дисперсию
где  - отношение мощности элемента сигнала к мощности организованной преднамеренной помехи, n - число посылок (база) сложного псевдослучайного ОФМ сигнала.
Тогда получим выражение для вероятности ошибочного приема при обработке псевдослучайного ОФМ сигнала на интервале анализа трех посылок
где  - интеграл вероятностей.
В прототипе реализована процедура обработки псевдослучайного ОФМ сигнала в статичном режиме «Зависание» по двум посылкам
k
где  - компоненты смеси сигнала и помехи на выходе интегратора,  - текущая и задержанная с помощью элемента задержки на длительность Т одной посылки совокупность сигнала и помехи, γ - символ псевдослучайной последовательности, поступающей из генератора ПСП с блока синхронизации, символ  с пределами от 1 до n указывает на накопление элементов сигнала в блоке накопления,  означает вынесение решения о приеме сигнала соответствующего посылкам «0» или «1» в решающем блоке.
В этом случае математическое ожидание и дисперсия величины в фигурных скобках в выражении (3)
Тогда вероятность ошибочного приема псевдослучайного ОФМ сигнала (режим «Зависание») в прототипе определяется выражением
где F(x) - интеграл вероятностей, определен в (2).
В предлагаемом устройстве и в прототипе в режиме «Полет» при передвижении летательного аппарата и в условиях сдвига частоты (эффекта Доплера) при действии преднамеренных организованных помех реализуется одна и та же процедура обработки псевдослучайного ОФМ-2 сигнала, поэтому помехоустойчивость приема в предлагаемом устройстве оценивается одним и тем же выражением вероятности ошибки
где F(x) - интеграл вероятностей.
В качестве примера результаты вычислений  по (2),  по (4) и  по (5) как функций от отношения сигнал/помеха при количестве элементов (базе) псевдослучайных ОФМ и ОФМ-2 сигналов соответственно n=100 представлены на фиг. 2.
Видно, что предлагаемое техническое решение позволяет повысить помехоустойчивость приема псевдослучайных ОФМ сигналов в статичном режиме функционирования подвижного объекта (летательного аппарата) в условиях действия преднамеренных помех. Так, при отношении сигнал/помеха q=0,5 (помеха в два раза превышает сигнал по мощности) выигрыш в вероятности ошибки в предлагаемом устройстве при обработке на удлиненном интервале анализа достигает 40 раз. Энергетический выигрыш в этом случае составляет примерно 1,8 дБ. Для сравнения отметим, что, по данным иностранных источников, в одной из систем спутниковой связи достижение выигрыша по энергетике в 1 дБ стоил порядка $1000000.
Таким образом, использование новых элементов, указанных в отличительной части формулы полезной модели, выгодно отличает предлагаемое техническое решение от прототипа и позволяет получить положительный эффект в виде повышения помехоустойчивости приема псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией в условиях организованных преднамеренных помех с мощностью, превышающей мощность сигнала, когда подвижный объект (летательный аппарат) функционирует в статичном режиме «Зависание» и осуществляет передачу сигналов, содержащих важную информацию.
Литература и источники
1. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами. - М.: Радио и связь, 1991.
2. Van Alphen D.K., Lindsey W.С. Higher-order differential phase shift keyed modulation. IEEE Trans. Commun. Vol. 42. P. 440-448. Apr. 1994.
3. Агафонов А.А., Ложкин К.Ю., Поддубный В.Н. Методология и результаты синтеза и оценки преднамеренных помех приемникам дискретных сигналов // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. №8. С. 956-962.
4. Варакин Л.Е. Системы с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.
5. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979. - 304 с.
6. Скляр Б. Цифровая связь. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. - 1104 с.
7. Прокис Д. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.
8. Борисов В.И., Зинчук В.М, Лимарев А.Е., Шестопалов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра прямой модуляцией псевдослучайной последовательностью / Под ред. В.И. Борисова. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: РадиоСофт, 2011. - 550 с.
9. Голдсмит А. Беспроводные коммуникации. - М.: Техносфера, 2011. - 904 с.
Обозначение блоков:
1. Первый перемножитель
2. Генератор ПСП с блоком синхронизации
3. Первый элемент задержки
4. Второй элемент задержки
5. Первый фазовращатель на π/2
6. Второй фазовращатель на π/2
7. 13. Вторые перемножители
8. 10, 12, 14, 24. Интеграторы
9. 11. Третьи перемножители
15, 16. Четвертые перемножители
17. Первый блок сложения
18. Второй блок сложения
19. Пороговый блок
20. Блок коммутации
21. Блок накопления
22. Решающий блок
23. Перемножитель
25, 26, 27. Инверторы
28, 29, 30, 31. Сумматоры
32. Блок выбора максимального сигнала.