Способ защиты каналов с частотной манипуляцией от искусственных радиопомех
METHOD OF PROTECTING CHANNELS WITH FREQUENCY MANIPULATION FROM ARTIFICIAL RADIO INTERFERENCE

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к способам защиты от структурных (имитационных) помех радиоканалов, использующих сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (ЧМ-2).
Известен способ обнаружения имитационных помех в радиоканалах (см. патент РФ №2631941, по заявке №2016105002, от 15.02.2016 г.).
Известный способ основан на том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметр сигнала, который сравнивают с предварительно вычисленным порогом (ПВП) и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех. В качестве параметра сигнала (ПС) вычисляют дисперсию его амплитуды, а решение о наличии имитационной помехи принимают в том случае, если значение ПС превысит значение ПВП более чем в 1,5 раза, в качестве которого используют значение дисперсии амплитуды сигнала, вычисленной в отсутствии имитационной помехи.
Недостатком известного способа является то, что он позволяет только обнаруживать имитационные помехи в радиоканале.
Известен способ обнаружения помех в радиоканалах (см. патент РФ №2618213, по заявке №2016105677, от 18.02.2016 г.).
Известный способ основан на том, что принимают аналоговый сиг-нал, оцифровывают его и рассчитывают ПС, которые сравнивают с ПВП и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех. Оцифрованные отсчеты принятого сигнала на длительности каждой посылки разбивают пополам и формируют первую и вторую последовательности отсчетов, для каждой из которых вычисляют их преобразование Фурье, а в качестве ПС выбирают значения модулей вычисленных преобразований Фурье каждой из последовательностей, которые сравнивают с ПВП, в качестве которого выбирают величину, равную половине максимального значения ПС, вычисленного в условиях отсутствия имитационных помех.
Решение о наличии имитационной помехи принимают в том случае, если значения ПС хотя бы одной из последовательностей превысят значение ПВП в частотных позициях, соответствующих как информационной единице, так и информационному нулю.
Окончательное решение об информационном символе принимают по результатам сравнения той последовательности, рассчитанные ПС которой превысят ПВП только на частотных позициях, соответствующих или ин-формационной единице, или информационному нулю. Если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационной единице, то считают, что принята информационная единица, а если превышение происходит на частотных позициях, соответствующих информационному нулю, то считают, что принят информационный нуль.
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет автоматически исправлять ошибки в радиоканале, вызванные результатом воздействия помех.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному способу является способ защиты от искусственных радиопомех (варианты) (см. патент РФ №2257009, по заявке №2003114566/09, 15.05.2003 г.).
В прототипе формируют дополнительный канал обнаружения, в котором осуществляют детектирование радиосигнала, согласованную фильтрацию с последующим пороговым принятием решения и оценку временных параметров обрабатываемого сигнала.
Дополнительный канал подключают к основному каналу приемника перед его блоком демодуляции. Затем в сформированном дополнительном канале после амплитудного детектирования радиосигнала, принятого в основном канале, осуществляют в частотном фильтре согласованную фильтрацию продетектированного радиосигнала, после чего с помощью порогового устройства по амплитудным параметрам радиосигнала формируют последовательность импульсов с выявленными моментами и длительностью различия между информационными и мешающими сигналами.
Затем складывают по mod 2 полученную последовательность импульсов с искаженной информационной последовательностью импульсов, сформированной в основном канале приемника для информационной фильтрации принятого сообщения.
Недостатком способа-прототипа является то, что реализованное в нем техническое решение предполагает работу с импульсными последовательностями постоянной амплитуды, получаемыми после операции детектирования, что несколько снижает достоверность принятия решения. Это объясняется тем, что детектор работает не непосредственно по информационным сигналам, а по амплитудным биениям, возникающим в результате взаимодействия полезного сигнала и различных помех.
Целью заявленного технического решения является создание нового способа защиты от структурных (имитационных) помех радиоканалов, использующих частотно-манипулированные сигналы (ЧМ-2).
Техническим результатом является повышение достоверности за счет непосредственного сравнения принятой входной реализации, содержащей полезный сигнал, с эталонными информационными сигналами, формируемыми генератором эталонных сигналов, до операций их детектирования.
Поставленная цель достигается тем, что способ зашиты каналов с частотной манипуляцией от искусственных радиопомех, заключающийся в формировании дополнительного канала обнаружения, в котором осуществляют детектирование радиосигнала, согласованную фильтрацию с последующим пороговым принятием решения, и оценку временных параметров обрабатываемого сигнала, причем дополнительный канал подключают к основному каналу приемника перед его блоком демодуляции, а затем в сформированном дополнительном канале после амплитудного детектирования радиосигнала, принятого в основном канале, осуществляют в частотном фильтре согласованную фильтрацию продетектированного радиосигнала, после чего с помощью порогового устройства по амплитудным параметрам радиосигнала формируют последовательность импульсов с выявленными моментами и длительностью различия между информационными и мешающими сигналами, отличается тем, что посредством генератора эталонных сигналов формируют эталонные информационные сигналы, которые последовательно сравнивают с принятой входной реализацией, содержащей сигнал, в первом и втором блоках вычитания сигнала, а для подключения требуемого эталонного информационного сигнала «нуля» или «единицы» используют дополнительный канал обнаружения, для чего дополнительно перед блоком демодуляции подключают ключевое устройство, первый и второй блок вычитания сигнала, второй дополнительный канал обнаружения и генератор эталонных сигналов, причем основной канал приема через второй выход ключевого устройства подключен к первым входам первого и второго блоков вычитания, а сформированная последовательность импульсов дополнительного канала обнаружения переключает через второй вход ключевого устройства основной канал приема с первого выхода ключевой схемы, который подключен к блоку демодуляции, на второй ее выход, а также запускает генератор эталонных сигналов, частота которого соответствует частоте информационного символа «единица», выход которого подключен к второму входу первого блока вычитания сигналов, а выход первого блока вычитания сигнала подключен к второму входу второго блока вычитания сигнала, выход которого подключен к блоку демодуляции и к входу второго дополнительного канала обнаружения, выход которого подключен к второму входу генератора эталонных сигналов, а сформированная последовательность импульсов второго дополнительного канала обнаружения запускает генератор эталонных сигналов, частота которого соответствует частоте ин-формационного символа «нуль», при отсутствии помех принимаемый сигнал через первый выход ключевой схемы непосредственно поступает в блок демодуляции, в результате обеспечивается непосредственное сравнение принятой входной реализации, содержащей полезный сигнал, с эталонными информационными сигналами, формируемыми генератором эталонных сигналов, до операций их детектирования, что обеспечивает повышение достоверности.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе, в качестве которых выступают подключение ключевого устройства, формирование эталонных сигналов «нуля» и «единицы» генератором эталонных сигналов, последовательное сравнение принятой реализации с эталонными сигналами в первом и втором блоках вычитания сигнала, использования второго дополнительного канала обнаружения для подключения требуемого эталонного информационного сигнала «нуля» или «единицы», а также новым функциональным связям между дополнительными устройствами, обеспечивается возможность создания нового способа зашиты от структурных (имитационных) помех радиоканалов, использующих сигналы ЧМ-2, до операций их детектирования, что обеспечивает повышение достоверности.
Заявленный способ поясняется чертежами:
фиг. 1 - функциональная схема способа защиты от искусственных радиопомех с указанием следующих устройств: 1 - основной канал прием-ника (здесь ПРМ - приемник); 2 - дополнительный канал обнаружения; 3 - ключевое устройство (ключ); 4 - генератор эталонных сигналов; 5 - первый блок вычитания сигнала; 6 - второй блок вычитания сигнала; 7 - второй дополнительный канал обнаружения;
фиг. 2 - Эпюры временных представлений сигналов, поясняющие работу функциональной схемы способа защиты от искусственных радиопомех при передаче в канале приема логической «1»: Z1(t) - сигнал, соответствующий передаче логической «1»; W0(t) - сигнал структурной помехи, соответствующий передаче логического «0»;  - сигнал, соответствующий передаче логической «1», подверженный воздействию структурной помехи, соответствующий передаче логического «0»; G1{t) - сигнал генератора, соответствующий передаче логической «1»; U0(t) - сигнал, представляющий разность между сигналом  и сигналом генератора G1(t); S1(t) - сигнал, представляющий разность между сигналом  и сигналом U0(t);
фиг. 3 - Эпюры временных представлений сигналов, поясняющие работу функциональной схемы способа защиты от искусственных радиопомех при передаче в канале приема логического «0»: Z0(t) - сигнал, соответствующий передаче логического «0»; W1(t) - сигнал структурной помехи, соответствующий передаче логической «1»;  - сигнал, соответствующий передаче логического «0», подверженный воздействию структурной помехи, соответствующий передаче логической «1»; G0(t) - сигнал генератора, соответствующий передаче логического «0»; U1(t) - сигнал, представляющий разность между сигналом Z0(t) и сигналом генератора G0(t); S0(t) - сигнал, представляющий разность между сигналом  и сигналом U1(t).
Существующая проблема защиты от структурных (имитационных) помех состоит в том, что в результате применения в радиоканалах, использующих сигналы ЧМ-2, имитационной помехи, структура которой противоположна структуре передаваемому полезному сигналу (см. фиг. 2 и фиг. 3), на решающем устройстве демодулятора будет создаваться ситуации, когда выбор искомого значения «1» или «0» будет происходить случайным образом, (см. Способ обнаружения помех в радиоканалах. Патент РФ №2618213 по заявке №2016105677, от 18.02.2016 г.).
Общие сведения о видах имитационных помех их структуре и способах применения известны (см. Куприянов, А.И. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. - М.: Вузовская книга, 2007. - 356 с.).
В результате применения в радиоканалах, использующих сигналы ЧМ-2, имитационной помехи, структура которой противоположна структуре передаваемому полезному сигналу, на решающем устройстве демодулятора будет создаваться ситуации, когда выбор искомого значения «1» или «0» будет происходить случайным образом, (см. Способ обнаружения имитационных помех в радиоканалах. Патент РФ №2631941, по заявке №2016105002, от 15.02.2016 г.).
Но поскольку условия прохождения сигнала и имитационной помехи различны, то на входе демодулятора тактовые интервалы прихода помехи и сигнала не будут совпадать даже в том случае, когда системе постановки имитационных помех априори известна вся информация о параметрах подавляемого сигнала (см. Способ обнаружения помех в радиоканалах. Патент РФ №2618213 по заявке №2016105677, от 18.02.2016 г.).
В результате, при постановке помех радиоканалам с частотной манипуляцией часть сигнала на длительности его информационной посылки будет не поражена имитационной помехой (см. Сигнал  на фиг. 2 и сигнал  на фиг. 3).
При воздействии структурных помех в тракте основного канала приема при некогерентном приеме могут возникнуть две ситуации:
- при совпадении структуры сигнала и имитационной помехи (применительно к каналам с частотной манипуляцией это соответствует случаю, когда мгновенная частота помехи и сигнала совпадают между собой, т.е. и значение сигнала имитационной помехи, и значение полезного сигнала соответствуют одному значению информационного символа или «1», или «0») в суммарном сигнале из-за фазовых расхождений может измениться амплитуда, но данное воздействие не вызовет в основном канале искажения принимаемого информационного сигнала (см. Способ защиты от искусственных радиопомех (варианты). Патент РФ №2 257 009, по заявке №2003114566/09, 15.05.2003 г.);
- при несовпадении структуры сигнала и имитационной помехи (т.е. частота имитационной помехи и полезного сигнала отличаются друг от друга и соответствуют различным значениям информационных символов, см. сигнал Z1(t) и W0(t) на фиг. 2, а также сигнал Z0(t) и W1(t) на фиг. 3), суммарный сигнал подвергается биениям амплитуды и девиации угловых параметров (частоты и фазы) (см. Сигнал  на фиг. 2 и сигнал  на фиг. 3), в результате при существенном превышении уровня помехи над полезным сигналом в демодуляторе произойдет ошибка приема. Указанный эффект известен (см. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1982).
В общем случае, с учетом особенностей проявления признаков воздействия структурных помех, реализация заявленного технического решения осуществляется следующим образом.
1. Принимают радиосигнал (см. блок 1 на фиг. 1). Принятый сигнал Z(t) (на фиг. 1 принятый сигнал Z(t) имеет обобщенное понятие и может содержать имитационную помеху, а может и не содержать ее) в дополнение к основному каналу приема подают в сформированный дополнительный канал обнаружения (см. блок 2 на фиг. 1). В дополнительном канале обнаружения осуществляют детектирование радиосигнала, согласованную фильтрацию с последующим пороговым принятием решения, и оценку временных параметров обрабатываемого сигнала. Причем дополнительный канал подключают к основному каналу приемника перед его блоком демодуляции, а затем в сформированном дополнительном канале после амплитудного детектирования радиосигнала, принятого в основном канале, осуществляют в частотном фильтре согласованную фильтрацию продетестированного радиосигнала. После чего с помощью порогового устройства по амплитудным параметрам радиосигнала формируют последовательность импульсов g1(t) с выявленными моментами и длительностью различия между информационными и мешающими сигналами.
Процедуры, реализуемые в дополнительном канале обнаружения и устройства для их реализации известны (см. Способ защиты от искусственных радиопомех (варианты). Патент РФ №2257009, по заявке №2003114566/09, 15.05.2003 г.).
2. Сформированная последовательность импульсов дополнительного канала обнаружения g1(t) переключает через второй вход ключевого
устройства (см. блок 3 на фиг. 1) основной канал приема с первого выхода ключевой схемы, который подключен к блоку демодуляции, на второй ее выход (последовательность импульсов дополнительного канала обнаружения g1(t) формируется только при наличии структурных помех в канале приема).
Процедуры, реализуемые в ключевом устройстве и особенности реализации ключевых устройств известны (см., например, Ключевое устройство (варианты). Патент РФ №2372710, по заявке №2008100815/09, 01.2008 г.).
3. Сформированная последовательность импульсов дополнительного канала обнаружения g1(t) запускает генератор эталонных сигналов (см. блок 4 на фиг. 1), частота сигнала G1(t) которого соответствует частоте сигнала информационного символа «единица». Выход генератора эталонных сигналов подключен ко второму входу первого блока вычитания сигнала (см. блок 5 на фиг. 1).
3.1. Процедуры, реализуемые в генераторе эталонных сигналов, формирующим два сигнала, его устройстве и особенностях реализации, известны (см., например, Радиоэлектронные устройства: Справочник Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.).
3.2. В первом блоке вычитания сигнала реализуются процедуры вычитания из входного сигнала Z(t), представляющего собой аддитивную
смесь полезного сигнала и имитационной помехи, сигнала генератора эталонных сигналов G1(t) или G0(t). В результате формируется разностный сигнал U(t) (см. блок 5 на фиг. 1).
Процедуры, реализуемые в блоке вычитания сигналов, его устройстве и особенностях реализации, известны (см., например, Радиоэлектронные устройства: Справочник Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.).
4. Разностный сигнал U(t) с выхода первого блока вычитания сигнала подают на второй вход второго блока вычитания сигнала (см. блок 6 на фиг. 1). Во втором блоке вычитания сигнала формируют разностный сигнал S(t), представляющий разность сигналов Z1(t) и U(t)).
С выхода второго блока вычитания сигнала разностный сигнал S(t) подают в блок демодуляции и на вход второго дополнительного канала обнаружения (см. блок 7 на фиг. 1), где формируется последовательность импульсов дополнительного канала обнаружения g2(t), которая запускает генератор эталонных сигналов (см. блок 4 на фиг. 1), частота сигнала G0(t) которого соответствует частоте сигнала информационного символа «нуль» (последовательность g2(t) формируется только в том случае, когда структура сигнала S(t) соответствует структуре сигнала S0(t)).
Процедуры, реализуемые во втором блоке вычитания сигналов (второй блок вычитания сигналов аналогичен по структуре и своим возможностям первому блоку вычитания сигнала), его устройстве и особенностях реализации, известны (см., например, Радиоэлектронные устройства: Справочник Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.).
При отсутствии воздействия имитационных помех в радиоканале с частотной манипуляцией (блок 1 на фиг. 1) в дополнительном канале обнаружения не вырабатывается сигнал g1(t). В результате ключевое устройство(блок 3 на фиг. 1) заперто и сигнал Z(t) с ПРМ поступает непосредственно к блоку демодуляции.
При воздействии имитационных помех, совпадающих по структуре с полезным сигналом, нарушений в достоверной передачи сигналов не наступает (см. Способ защиты от искусственных радиопомех (варианты). Патент РФ №2257009, по заявке №2003114566/09, 15.05.2003 г.).
При воздействии имитационных помех, не совпадающих по структуре с полезным сигналом, возможны две ситуации.
Первая ситуация.
Входной полезный сигнал Z(t) имеет структуру Z1(t) и на него воздействует имитационная помеха, имеющая структуру W0(t) (см. фиг. 2). В результате в дополнительный канал обнаружения (блок 2 на фиг. 1) поступает сигнал вида Z1(t) (см. фиг. 2).
В дополнительном канале обнаружения вырабатывается сигнал g1(t), отпирающий ключевое устройство (блок 3 на фиг. 1) и запускающий генератор эталонных сигналов (блок 4 на фиг. 1).
Генератор эталонных сигналов подает сигнал G1(t) на первый блок вычитания сигнала, где вырабатывается разностный сигнал U(t) (для случая, когда из сигнала Z1(t) вычитается сигнал G1(t), структура сигнала U(t) будет соответствовать сигналу U0(t) (см. фиг. 2)).
Затем разностный сигнал U(t) поступает на второй блок вычитания сигналов (блок 6 на фиг. 1).
Для рассматриваемого случая, во втором блоке вычитания сигналов из сигнала  будет вычитаться сигнал U0(t). В результате на выходе второго блока вычитания формируется разностный сигнал S(t).
Для рассматриваемого случая структура сигнала S(t) соответствует структуре сигнала S1(t) (см. фиг. 2), т.е. сигналу, в котором компенсирована имитационная помеха W0(t).
Таким образом, реализация заявляемого технического решения позволила обеспечить защиту радиоканала с частотной манипуляцией для полезного сигнала Z1(t) при воздействии имитационной помехи, имеющей структуру сигнала W0(t).
Вторая ситуация.
Входной полезный сигнал Z(t) имеет структуру Z0(t) и на него воздействует имитационная помеха, имеющая структуру W1(t) (см. фиг. 3).
В результате в дополнительный канал обнаружения (блок 2 на фиг. 1) поступает сигнал вида  (см. фиг. 3).
В дополнительном канале обнаружения вырабатывается сигнал g1(t), отпирающий ключевое устройство (блок 3 на фиг. 1) и запускающий генератор эталонных сигналов (блок 4 на фиг. 1).
Генератор эталонных сигналов подает сигнал G1(t) на первый блок вычитания сигнала, где вырабатывается разностный сигнал U(t).
Для случая, когда из сигнала  вычитается сигнал G1(t), структура сигнала U(t) будет соответствовать сигналу U1(t) (см. фиг. 3 в интервале между сплошной вертикальной линией и прерывистой).
Затем разностный сигнал U(t) поступает на второй блок вычитания сигналов (блок 6 на фиг. 1).
Для рассматриваемого случая, во втором блоке вычитания сигналов из сигнала  будет вычитаться сигнал U1(t).
В результате на выходе второго блока вычитания формируется разностный сигнал S(t).
Для рассматриваемого случая структура сигнала S(t) соответствует структуре сигнала S0(t) (см. фиг. 3 в интервале между сплошной вертикальной линией и прерывистой).
В результате во втором дополнительном канале обнаружения (см. блок 7 на фиг. 1) будет вырабатываться сигнал g2(t), поскольку поступающий сигнал S0(t) соответствует сигналу, пораженному имитационной помехой.
Сигнал g2(t) поступает на генератор эталонных сигналов и переключает его на формирование сигналов G0(t).
В результате сигнал G0(t) поступает па первый блок вычитания сигнала и после вычитания из сигнала  формируется разностный сигнал U1(t) (см. фиг. 3 в интервале от прерывистой вертикальной линии и до конца оси абсцисс вправо).
Затем разностный сигнал U(t) поступает на второй блок вычитания сигналов (блок 6 на фиг. 1).
Для рассматриваемого случая, во втором блоке вычитания сигналов из сигнала  будет вычитаться сигнал U1(t). В результате на выходе второго блока вычитания формируется разностный сигнал S(t).
Для рассматриваемого случая структура сигнала S(t) соответствует структуре сигнала S0(t) (см. фиг. 3), т.е. сигналу, в котором компенсирована имитационная помеха W1(t) (от прерывистой вертикальной линии и до конца оси абсцисс вправо).
Таким образом, реализация заявляемого технического решения позволила обеспечить защиту радиоканала с частотной манипуляцией для полезного сигнала Z0(t) при воздействии имитационной помехи, имеющей структуру сигнала W1(t).
На фиг. 2 и фиг. 3 сплошные вертикальные линии обозначают момент времени начала воздействия имитационной помехи.
На фиг. 3 прерывистая вертикальная линия обозначает момент времени реакции системы защиты.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе обеспечивается защита от структурных (имитационных) помех радиоканалов, использующих сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией, и повышение достоверности, за счет непосредственного сравнения принятой входной реализации, содержащей полезный сигнал, с эталонными информационными сигналами, формируемыми генератором эталонных сигналов, до операций их детектирования, т.е. реализуется возможность достижения заявляемого технического результата.