СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА ПО ЕГО ИЗЛУЧЕНИЮ В БЛИЖАЙШЕЙ ЗОНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DETECTION AND IDENTIFICATION OF RADIO TRANSMITTER BY ITS RADIATION IN NEAREST AREA AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне и, в частности, в поисково-обнаружительных системах обнаружения и идентификации радиоизлучений сигналов короткой длительности радиопередатчиком, несанкционированно установленным на контролируемом объекте, преимущественно на подвижном. С целью наблюдения за маршрутом перемещения подвижного объекта на нем может быть несанкционированно установлено радиоустройство позиционирования объекта. Оно, как правило, состоит из GPS приемника для определения координат подвижного объекта с использованием глобальной спутниковой радионавигационной системы и радиопередатчика (радиомодема) для передачи координат объекта по радиоканалу в диспетчерский центр. Особенностями функционирования такого приемо-передающего радиоустройства являются: работа устройства в режиме дежурного приема координат объекта с GPS спутника, переход в режим их передачи по дистанционной команде из диспетчерского центра, кратковременная передача координат объекта сигналами короткой длительности (5-10 мс), после чего устройство переходит снова в режим дежурного приема. Возможна работа радиоустройства в режиме накопления и кратковременного сброса информации о координатах объекта. При этом для передачи координат объекта используются сотовые радиоканалы различных технических стандартов, радиоканалы аналоговых и цифровых транкинговых систем подвижной радиосвязи, радиоканалы связи стандартов Wi-Fi и Bluetooth. Следовательно, обнаружение и идентификация радиопередатчика по его излучению в ближней зоне в данном случае существенно затруднена из-за отсутствия априорных сведений о частоте излучения, радиоканале передачи сообщения и времени выхода в эфир для его передачи. Кроме того, радиопередатчик работает на фоне излучений радиопередатчиков различных систем связи и возможном действии радиопомех от радиовещательных станций и телевидения.
Таким образом, для поиска, обнаружения и идентификации радиоизлучений сигналов передающим радиоустройством позиционирования подвижного объекта, несанкционированно установленным на нем, необходима высокоскоростная поисково-обнаружительная система (так как передача координат объекта производится кратковременно сигналами короткой длительности), защищенная от помех различных источников радиоизлучения или ослабляющая их.
В изобретении решается задача поиска и обнаружения радиоизлучений сигналов короткой длительности на фоне излучений радиопередатчиков различных систем связи и возможном действии помех от различных источников радиоизлучения при отсутствии априорных сведений о частоте излучения, канале работы радиопередатчика и времени его выхода в эфир, и последующего анализа обнаруженных радиосигналов с целью идентификации канала работы радиопередатчика и обнаруженных радиосигналов.
Известна пассивная система для обнаружения излучателя радиолокационных зондирующих сигналов (патент США №5406291, G015 3/14, опубликованный 11.04.95). Она также, как и заявленная система обнаружения излучений радиопередатчика сигналов короткой длительности, содержит антенну, приемное устройство, коммутатор-мультиплексор на два синфазных канала, эквивалентный по выполняемым функциям двухканальному синфазному разветвителю в заявленной системе, частотомер, частотный процессор, идентичный по выполняемым функциям в части измерения частоты излучения радиопередатчика системному контроллеру в заявленной системе. Это совпадающие с заявленным устройством существенные признаки. Однако эти признаки в совокупности с другими существенными признаками известной системы, приведенными в патенте №5406291, недостаточны для надежного обнаружения радиоизлучений сигналов короткой длительности на фоне излучений радиопередатчиков различных систем связи и возможном действии помех от различных источников радиоизлучения, т.е. в условиях сложной электромагнитной обстановки, и идентификации канала работы радиопередатчика и его радиосигналов. Причинами, препятствующими получению этого технического результата, являются отсутствие возможности адаптации системы к электромагнитной обстановке в зоне приема электромагнитных сигналов и выполнения технического анализа и демодуляции сигналов.
Наиболее близким техническим решением для заявленного являются способ и устройство обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне, описанные в статье авторов Ашихмина А.В. и Рембовского A.M. Выявление технических каналов утечки информации: методы, структура и характеристики средств. Специальная техника, специальный выпуск 2002 г., стр.46.
Известный способ обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне включает прием в ближней зоне электромагнитного поля радиопередатчика радиочастотных сигналов короткой длительности, разделение мощности колебаний принятых радиочастотных сигналов на два канала обработки, поступление радиочастотных сигналов с выхода одного из каналов на вход приемного устройства, осуществление в нем частотного преобразования и усиления сигналов на промежуточной частоте, выполнение аналого-цифровой обработки усиленных сигналов, позволяющей по спектру полученных цифровых сигналов судить о виде обнаруженных сигналов.
Известное устройство для обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне содержит широкополосную антенну, двухканальный синфазный разветвитель, вход которого соединен с выходом антенны, приемное устройство, содержащее смеситель, вход которого подсоединен к одному из выходов двухканального синфазного разветвителя, усилитель промежуточной частоты и гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, причем гетеродин выполнен в виде цифрового синтезатора частот, блок аналого-цифровой обработки сигналов, соединенный с выходом усилителя промежуточной частоты приемного устройства, и содержащий последовательно соединенные выходами со входами формирователь квадратурных составляющих сигналов, аналого-цифровой преобразователь и оперативное запоминающее устройство, персональную электронно-вычислительную машину, подключенную к выходу блока аналого-цифровой обработки сигналов, системный контроллер, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами оперативного запоминающего устройства блока аналого-цифровой обработки сигналов, гетеродина приемного устройства, персональной электронно-вычислительной машины.
Недостатком известного способа и устройства является недостаточно высокое для обнаружения радиосигналов короткой длительности быстродействие тем более при отсутствии априорных сведений о частоте излучения радиопередатчика, радиоканале передачи сообщения и времени выхода в эфир для его передачи. Объясняется это тем, что в способе многократно повторяется процедура преобразования Фурье для последовательного частотного анализа всего заданного диапазона, при этом для более точного определения частоты радиосигналов необходимо увеличение количества отсчетов и соответственно времени преобразования Фурье. Кроме того, невозможно надежное обнаружение излучений радиосигналов передачи координат подвижных объектов по радиоканалам сотовых, аналоговых и цифровых транкинговых систем подвижной радиосвязи различных стандартов, ближней локальной связи стандартов Wi-Fi и Bluetooth только по излучениям в ближней зоне радиопередатчика, так как в известном способе и устройстве принципиально не устранено или не ослаблено влияние существующих излучений указанных систем связи, имеющих высокий уровень излучения и мешающих процессу обнаружения излучений радиопередатчика. Это существенно уменьшает вероятность различия сигналов радиопередатчика координат в ближней зоне его излучения от сигналов указанных выше функционирующих систем радиосвязи общего пользования, а использованию дополнительной внешней «опорной» антенны или «опорного» радиоканала, обеспечивающих уверенный прием мешающих радиосигналов вне контролируемого объекта, в большинстве случаев не позволяют условия применения системы.
Технический результат для заявленного способа - повышение быстродействия обнаружения излучения радиосигналов и обеспечение возможности обнаружения однократно излучаемых с неизвестной частотой радиосигналов короткой длительности в условиях передачи их по каналам функционирующих систем радиосвязи общего пользования, а также повышение надежности идентификации обнаруженных радиосигналов.
Технический результат, который может быть получен для устройства при его осуществлении, - повышение надежности обнаружения радиопередатчика по его излучению в ближней зоне, идентификации обнаруженных радиосигналов и канала его работы при действии помех от существующих источников радиоизлучения, а также повышение быстродействия устройства.
Для решения поставленной задачи с достижением указанных технических результатов в известном способе обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне, включающем прием в ближней зоне электромагнитного поля радиопередатчика радиочастотных сигналов короткой длительности, разделение мощности колебаний принятых радиочастотных сигналов на два канала обработки, поступление радиочастотных сигналов с выхода одного из каналов на вход приемного устройства, осуществление в нем частотного преобразования и усиления сигналов на промежуточной частоте, выполнение аналого-цифровой обработки усиленных сигналов, позволяющей по спектру полученных цифровых сигналов судить о виде обнаруженных радиосигналов, согласно изобретению принятые радиосигналы с выхода второго канала обработки поступают в канал поиска и обнаружения, в котором их фильтруют полосно-пропускающими фильтрами с непрерывным перекрытием спектра контролируемых частот, устанавливают уровень радиосигналов, необходимый для их последующей линейной обработки, осуществляют амплитудное детектирование радиосигналов, сравнивают для каждой радиочастоты в полосе пропускания полосовых фильтров амплитуду выделенной при детектировании огибающей радиосигнала со значением энергетического порога срабатывания энергетического обнаружителя, установленным на этапе его адаптации к электромагнитной обстановке в ближней зоне электромагнитного поля радиопередатчика, и при превышении амплитуды сигналов амплитудного детектора над установленным значением энергетического порога судят о наличии на контролируемом объекте радиопередатчика, параллельно с обнаружением радиопередатчика измеряют частоту излучения его радиосигналов, затем выполняют настройку приемного устройства на эту частоту, при этом значение частоты преобразуют посредством системного контроллера в цифровой код, поступающий на вход гетеродина-синтезатора приемного устройства и устанавливающий его на генерацию колебаний частоты, необходимой для приема радиосигналов радиопередатчика, обнаруженного в канале поиска и обнаружения, проводят прием радиосигналов обнаруженного радиопередатчика и после частотного преобразования перед усилением полученных сигналов промежуточной частоты осуществляют узкополосную фильтрацию, а после аналого-цифровой обработки отфильтрованных и усиленных сигналов промежуточной частоты выполняют технический анализ и демодуляцию полученных цифровых сигналов, по результатам которых принимают решение об идентификации радиосигналов, обработанных приемным устройством, и канала работы радиопередатчика.
Реализация устройством предложенного способа обеспечивается тем, что в известное устройство для обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне, содержащее широкополосную антенну, двухканальный синфазный разветвитель, вход которого соединен с выходом антенны, приемное устройство, содержащее смеситель, вход которого подсоединен к одному из выходов двухканального синфазного разветвителя, усилитель промежуточной частоты и гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, причем гетеродин выполнен в виде цифрового синтезатора частот, блок аналого-цифровой обработки сигналов, соединенный с выходом усилителя промежуточной частоты приемного устройства и содержащий последовательно соединенные выходами со входами формирователь квадратурных составляющих сигналов, аналого-цифровой преобразователь и оперативное запоминающее устройство, персональную электронно-вычислительную машину, подключенную к выходу блока аналого-цифровой обработки сигналов, системный контроллер, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами оперативного запоминающего устройства блока аналого-цифровой обработки сигналов, гетеродина приемного устройства, персональной электронно-вычислительной машины, согласно изобретению введены блок преселекторов, подсоединенный входом к второму выходу двухканального синфазного разветвителя и содержащий первый управляемый коммутатор, N коммутируемых частотных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные выходом со входом полосно-пропускающий фильтр, вход которого соединен с одним из N выходов первого управляемого коммутатора, и усилитель радиочастоты, обратно включенный второй управляемый коммутатор, N входов которого соединены с выходами усилителей радиочастоты N коммутируемых частотных каналов, энергетический обнаружитель, вход которого соединен с выходом второго управляемого коммутатора блока преселекторов, содержащий переменный аттенюатор, амплитудный детектор, соединенный входом с выходом переменного аттенюатора, схему сравнения, вход которой соединен с выходом амплитудного детектора, а выход соединен с входом системного контроллера, и пороговое устройство, выход данных которого соединен с входом данных схемы сравнения, частотомер, соединенный входом с выходом второго управляемого коммутатора блока преселекторов, выход частотомера соединен с входом системного контроллера, управляющий выход которого соединен с управляющим входом схемы измерения частотомера, в приемное устройство введены переключаемые посредством входного и выходного управляемых коммутаторов узкополосные фильтры промежуточной частоты, входы которых подключены к выходам входного управляемого коммутатора узкополосных фильтров промежуточной частоты, а выходы подключены к входам обратно включенного выходного управляемого коммутатора узкополосных фильтров промежуточной частоты, вход входного управляемого коммутатора упомянутых фильтров соединен с выходом смесителя приемного устройства, выход выходного управляемого коммутатора упомянутых фильтров соединен с входом усилителя промежуточной частоты приемного устройства, вход системного контроллера соединен с выходом линии управления персональной электронно-вычислительной машины, а управляющие выходы системного контроллера соединены с управляющими входами переменного аттенюатора и порогового устройства энергетического обнаружителя, первого и второго управляемого коммутатора блока преселекторов, входного и выходного управляемого коммутатора узкополосных фильтров промежуточной частоты приемного устройства, полосно-пропускающих фильтров и усилителей радиочастоты блока преселекторов, в блок аналого-цифровой обработки сигналов введено устройство технического анализа и демодуляции сигналов, входы которого соединены с выходами квадратурных составляющих сигналов оперативного запоминающего устройства, а выход подключен к персональной электронно-вычислительной машине, при этом его управляющий вход соединен с управляющим выходом системного контроллера.
Возможен вариант выполнения устройства, в котором полосно-пропускающие фильтры выполнены с изменяемой полосой пропускания частот.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема переключения узкополосных фильтров промежуточной частоты приемного устройства; на фиг.3 представлен алгоритм функционирования устройства при поиске и обнаружении радиосигналов.
Устройство (фиг.1) для обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне содержит широкополосную антенну 1, двухканальный синфазный разветвитель 2, блок преселекторов 3, энергетический обнаружитель 4, частотомер 5, приемное устройство 6, блок аналого-цифровой обработки сигналов 7, персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) 8, системный контроллер 26.
Выход антенны 1 соединен с входом разветвителя 2, разделяющего поступающую на его вход мощность колебаний радиочастотных сигналов на два равных по мощности и синфазных канала обработки. Один из выходов разветвителя 2 соединен с входом блока преселекторов 3. Блок преселекторов 3 содержит первый управляемый коммутатор 9, N коммутируемых полосно-пропускающих фильтров 10, N усилителей радиочастоты 11 и второй управляемый коммутатор 12. Выходы 13 первого управляемого коммутатора 9 соединены с входами полосно-пропускающих фильтров 10, выходы которых подсоединены к входам усилителей радиочастоты 11. Усилители радиочастоты 11 предназначены для компенсации потерь в фильтрах 10 и в коммутаторах 9 и 12. Коэффициент усиления усилителей может плавно изменяться по управляющим напряжениям, поступающим с системного контроллера 26. Оптимальные значения коэффициента усиления усилителей 11 определяется загрузкой под диапазона частот. При уровне мешающих сигналов 5-10 мкВ использование усилителя 11 в заданном поддиапазоне становится нецелесообразным, и он может быть отключен с помощью системного контроллера 26. Выходы 14 усилителей 11 соединены с входами обратно включенного второго управляемого коммутатора 12. В заявленном устройстве преселектор 3 содержит 8-10 полосно-пропускающих фильтров 10 и столько же усилителей радиочастоты 11. Параметры фильтров 10 выбраны таким образом, чтобы верхняя частота полосы пропускания i-го фильтра совпала с нижней частотой полосы пропускания (i+1)-го фильтра. Тем самым обеспечивается непрерывное перекрытие спектра контролируемых частот. Кроме того, полосовые фильтры имеют возможность программированного изменения полосы пропускания частот по управляющим сигналам, поступающим с системного контроллера 26. Выход 15 второго управляемого коммутатора 12 блока преселекторов 3 соединен с входом 16 энергетического обнаружителя 4 и параллельно с ним с входом 21 частотомера 5. Для выполнения высокочастотных соединений 15, 16 и 21 используется двухканальный синфазный разветвитель, аналогичный разветвителю 2. Энергетический обнаружитель 4 содержит переменный аттенюатор 17, амплитудный детектор 18, схему сравнения 19 и пороговое устройство 20. Переменный аттенюатор 17 и амплитудный детектор 18 соединены выходами с входами последовательно, а выход амплитудного детектора 18 соединен с входом схемы сравнения 19, выход которой соединен с входом системного контроллера 26. Выход данных порогового устройства 20 соединен с входом данных схемы сравнения 19. Значения энергетических порогов устанавливаются в пороговом устройстве 20 с помощью системного контроллера 26.
Частотомер 5 выполнен в виде последовательно соединенных выходами с входами усилителя-ограничителя 22, делителя импульсов 23, счетчика импульсов 24 и схемы 25 измерения периода Т следования импульсов. Выход частотомера 5 соединен с входом системного контроллера 26, управляющего также схемой измерения 25 частотомера 5. Второй выход разветвителя 2 соединен с входом приемного устройства 6, которое содержит последовательно соединенные выходами с входами смеситель 27, переключаемые узкополосные фильтры промежуточной частоты 28 и усилитель промежуточной частоты 29, гетеродин 30.
Гетеродин 30 выполнен в виде цифрового синтезатора частоты и управляется сигналами, поступающими из системного контроллера 26. Переключаемые узкополосные фильтры промежуточной частоты 28 включаются в тракт приемного устройства 6 с помощью входного управляемого коммутатора 31 и выходного управляемого коммутатора 32 (фиг.2). Управление коммутаторами 31 и 32 осуществляется с помощью системного контроллера 26 управляющими сигналами с его выхода. Для приема узкополосных сигналов используются фильтры с полосой 30, 100, 200 и 500 кГц. Для широкополосных сигналов - фильтры с полосой 1, 2 и 5 МГц.
Блок аналого-цифровой обработки сигналов 7 содержит последовательно соединенные выходами с входами формирователь квадратурных и синфазных составляющих сигналов 33, аналого-цифровой преобразователь 34, оперативное запоминающее устройство 35, введенное в изобретение устройство технического анализа и демодуляции сигналов 36. Вход блока аналого-цифровой обработки сигналов 7 соединен с выходом усилителя промежуточной частоты 29 приемного устройства 6, а выход блока 7 подключен ко входу ПЭВМ 8, второй вход которой соединен с линией управления контроллера 26. ПЭВМ 8 имеет обратную связь по управлению контроллером 26. Управляющие выходы системного контроллера 26 соединены с управляющими входами оперативного запоминающего устройства 35 и устройства технического анализа и демодуляции сигналов 36 блока аналого-цифровой обработки сигналов 7.
Устройство технического анализа и демодуляции сигналов 36 выполнено в виде специального программно-аппаратного контроллера, в памяти которого записано специальное программное обеспечение, выполняющее технический анализ обнаруженного сигнала - определение вида модуляции, скорости передачи, ширины спектра, длительности элементарного импульса, а также последующую демодуляцию сигнала с помощью программно-настраиваемых под различные виды модуляции демодуляторов.
c
с
Устройство обнаружения и идентификации радиопередатчика по его излучению в ближней зоне работает следующим образом. Работа устройства выполняется в два этапа. На первом этапе осуществляют анализ текущей загрузки поддиапазонов частот, накопление данных о частотах и энергетических уровнях радиосигналов на контролируемом объекте, адаптацию энергетического обнаружителя к электромагнитной обстановке в ближней зоне радиопередатчика. Для этого выполняется частотное сканирование по всему диапазону частот путем последовательного переключения частотных каналов блока преселекторов 3, начиная с первого. При этом радиочастотные сигналы неизвестной частоты принимаются широкополосной антенной 1 и через двухканальный разветвитель 2 с одного из синфазных выходов поступают в канал поиска и обнаружения блока преселекторов 3. По управляющим сигналам, поступающим с системного контроллера 26 на коммутаторы 9 и 12, устанавливается первый частотный поддиапазон блока преселекторов 3 и радиочастотные сигналы с выхода 13 коммутатора 9 проходят, если они попадают в полосу пропускания полосового фильтра 10 первого поддиапазона (ППФ1), через этот фильтр и далее через усилитель радиочастоты первого поддиапазона 11 (УРЧ1) поступают на вход 14 коммутатора 12 блока преселекторов 3. Коммутатор 12 включает частотный канал первого поддиапазона блока преселекторов 3 на вход 16 переменного аттенюатора 17 энергетического обнаружителя 4 и вход 21 частотомера 5. Полосовые фильтры 10 осуществляют широкополосную (Δf=20-40 МГц) частотную селекцию проходящих через них радиосигналов, отделяя их от шумов и мешающих радиосигналов, в частности, позволяют исключить из полосы анализа мешающие сигналы УКВ-ЧМ радиовещательных станций, телевидения метрового и дециметрового диапазонов частот, базовых станций мобильных систем связи. Ширина полосы пропускания Δf каждого полосового фильтра 10 может изменяться по команде управления системного контроллера 26 в зависимости от анализируемого поддиапазона частот.
n
Использование полосовых фильтров 10 (ППФ1…ППФ) позволяет:
- существенно повысить чувствительность устройства в выбранной полосе частот;
с
- оптимизировать ширину полосы пропускания Δf и крутизну скатов АЧХ фильтров 10 отдельно для каждого поддиапазона;
n
- осуществить выбор частотных поддиапазонов (ППФ1…ППФ) в зависимости от электромагнитной обстановки в точке приема.
С выхода переменного аттенюатора 17 радиосигнал поступает на вход амплитудного детектора 18 энергетического обнаружителя 4. Необходимое для работы на линейном участке характеристики амплитудного детектора 18 значение амплитуды радиосигнала устанавливается переменным аттенюатором 17 (динамический диапазон) по управляющим сигналам, поступающим с системного контроллера 26.
Амплитудный детектор 18 измеряет амплитуду выделенной им огибающей радиосигнала, которая однозначно соответствует энергетическому уровню сигнала. Данные об амплитудах-энергетических уровнях обнаруженных в данном частотном поддиапазоне радиосигналов через схему сравнения 19 передаются в системный контроллер 26, где они накапливаются по всем частотным поддиапазонам, устанавливаемым в блоке преселекторов 3. Одновременно с этим сигнал с выхода 15 коммутатора 12 поступает на вход 21 частотомера 5, где методом прямого счета производится измерение частоты радиосигналов. При этом в усилителе-ограничителе 22 сигнал несущей частоты преобразуется в импульсный, усиливается и ограничивается по амплитуде, с помощью делителя импульсов 23 преобразуется в последовательность счетных импульсов с понижением частоты следования, которые считываются счетчиком импульсов 24. Схема 25 измеряет период Т следования импульсов, значение которого используется для определения в контроллере 26 частоты излучения сигналов радиопередатчика. Данные об измеренных частотах радиосигналов, обнаруженных в каждом поддиапазоне частот, передаются в системный контроллер 26.
П
С
К
Для обеспечения требуемой точности определения значения частоты входного сигнала предусмотрена возможность изменения времени измерения (счета) частоты частотомером 5. Время измерения может устанавливаться в пределах от 1 до 1000 мс. Поскольку в предлагаемом способе время перестройки блока преселекторов 3 Т≈100 мкс, синтезатора частоты 30 Т≈100 мкс, а время переключения высокоскоростных коммутаторов 31, 32 Т≈150 пc [1, 2], то время сканирования и анализа частотного диапазона определяется в основном временем измерения частоты частотомером 5 в каждом поддиапазоне частот. Время измерения частоты частотомером 5 в каждом поддиапазоне частот преселектора 3 может быть установлено 10 мс, что позволяет выполнить сканирование и анализ 10 поддиапазонов частот преселектора 3 (25…1500 МГц) со средней скоростью  В известном способе комплекс АРК-Д7 на основе двухканального цифрового радиоприемного устройства АРК-ЦТ2 имеет скорость панорамного анализа частотного диапазона 20…2020 МГц при синхронной перестройке каналов 500 МГц/с (см. стр.47). Таким образом, быстродействие обнаружения сигналов в предлагаемом способе по сравнению с известным способом повышается в
f
Измерение частоты обнаруженных радиосигналов с помощью частотомера 5 выполняется с некоторой погрешностью, величина которой зависит от относительной стабильности опорного генератора схемы измерения частоты 25 частотомера 5, времени измерения и коэффициента деления N делителя импульсов 23. Относительная погрешность измерения частотомером 5 среднего за время измерения значения частоты δ определяется формулой
где
0
δ - относительная погрешность частоты опорного генератора;
изм
f - значение измеренной частоты, кГц;
изм
t - время измерения частоты, мс;
N - коэффициент деления делителя импульсов.
изм
изм
изм
-6
Например, относительная погрешность измерения частоты f=2,4 ГГц для t=10 мс и N=16 составляет 30,7·10, что соответствует для диапазона частот 2,4-2,5 ГГц примерно ±70 кГц, а для f=433 МГц погрешность измерения частоты составляет ±16 кГц.
Таким образом, при осуществлении изобретения может быть получен технический результат, состоящий в повышении на несколько порядков быстродействия обнаружения излучений радиосигналов по сравнению с прототипом при некотором допустимом в рабочем диапазоне частот ухудшении разрешающей способности по частоте. Тем самым обеспечивается возможность обнаружения однократно излучаемых с неизвестной частотой радиосигналов короткой длительности в условиях передачи их по каналам функционирующих систем радиосвязи общего пользования.
По результатам анализа текущей загрузки поддиапазонов частот производится предварительное "обучение" устройства - адаптация энергетического обнаружителя 4 к электромагнитной обстановке в ближней зоне радиопередатчика. Так как предлагаемое устройство предназначено для обнаружения радиосигналов в ближней зоне радиопередатчика (не более 5-6 м от радиопередатчика), то обнаруженный сигнал будет энергетически контрастен на фоне излучений функционирующих систем радиосвязи общего пользования даже при мощностях их излучения 5…10 МВт. В процессе "обучения" устройства для каждого частотного поддиапазона блока преселекторов 3 устанавливаются, путем измерения амплитуд - энергетических уровней радиосигналов амплитудным детектором 18 энергетического обнаружителя 4 и соответствующих вычислений, верхний и нижний энергетические пороги устройства, при которых не происходит срабатывание обнаружителя 4 от существующих в каждом поддиапазоне частот радиосигналов систем радиосвязи общего пользования в месте приема на контролируемом объекте. При этом обоснованно предполагается, что появившиеся во время поиска в ближней зоне излучателей "новые" радиосигналы, в том числе и от несанкционированно установленного на контролируемом объекте приемо-передающего радиоустройства, по энергетике будут превосходить установленные в ходе "обучения" значения энергетических порогов. Такое "обучение" - адаптация энергетического обнаружителя к электромагнитной обстановке в ближней зоне излучения радиопередатчика позволяет существенно повысить быстродействие и надежность обнаружения излучений сигналов радиопередатчика при действии помех от существующих источников радиоизлучения.
Установленные значения энергетических порогов с системного контроллера 26 поступают в пороговое устройство 20 энергетического обнаружителя 4, где используются в дальнейшем на втором этапе - этапе поиска и обнаружения "новых" излучений радиосигналов.
На этапе "обучения" устройство функционирует по следующему алгоритму.
1. Устанавливается первый поддиапазон частот в блоке преселекторов 3.
n
2. Измеряются на амплитудном детекторе 18 энергетического обнаружителя 4 амплитуды A сигналов в текущем поддиапазоне частот, где n - номер поддиапазона частот.
3. Полученные величины амплитуд сигналов сохраняются в массиве A(n,j) системного контроллера 26, где j - номер измерения.
4. Пункты 1-3 повторяются для каждого поддиапазона частот блока преселекторов 3.
5. Пункты 2, 3 повторяются для 16-ти измерений (j=1…16).
6. На основе накопленных данных по амплитудам сигналов в системном контроллере 26 вычисляются следующие параметры для каждого поддиапазона частот:
mid
- среднее значение амплитуды сигнала в поддиапазоне частот А(n) для количества измерении 16 - , где j=1…16;
plus
mid
- максимальное отклонение амплитуды сигнала D(n) от средней величины А(n) для каждого поддиапазона частот;
min us
mid
- минимальное отклонение амплитуды сигнала D(n) от средней величины А(n) для каждого поддиапазона
mid
plus
min us
high
low
7. Используя значения А(n), D(n), D(n) и значение допуска D, вычисляется верхний S(n) и нижний S(n) энергетический порог для каждого поддиапазона частот:
high
mid
plus
S(n)=A(n)+D(n)+D;
low
mid
min us
S(n)=A(n)+D(n)+D;
high
low
8. Значения S(n) и S(n) из системного контроллера 26 передаются в память порогового устройства 20 энергетического обнаружителя 4 и используются на втором этапе работы устройства - этапе поиска и обнаружения "новых" излучений радиосигналов.
На втором этапе работы устройства осуществляется поиск и обнаружение "новых" излучений радиосигналов. Используется, как и на первом этапе работы устройства, канал поиска и обнаружения радиосигналов, содержащий блок преселекторов 3, энергетический обнаружитель 4 и частотомер 5. При поиске выполняется частотное сканирование по всему диапазону частот аналогично тому, как это делалось на первом этапе. При этом осуществляется поочередный просмотр всех поддиапазонов частот блока преселекторов 3.
n
high
В случае наличия в n-м поддиапазоне частот радиосигнала обеспечивается его прохождение по каналу этого поддиапазона и поступление на вход 16 энергетического обнаружителя 4 и далее через переменный аттенюатор 17 на вход амплитудного детектора 18. Амплитудный детектор 18 выделяет огибающую радиосигнала, значение А амплитуды которой поступает на вход схемы сравнения 19. На схему сравнения 19 с порогового устройства 20 поступают также значения верхнего S(n) и нижнего
low
n
high
n
S(n) энергетического порога n-го поддиапазона, установленные на первом этапе работы устройства, где они сравниваются со значением 4 амплитуды сигнала амплитудного детектора 18. Если на схеме сравнения 19 происходит превышение амплитуды сигнала А амплитудного детектора 18 над установленным энергетическим порогом S(n), то происходит срабатывание энергетического обнаружителя 4 и формирование соответствующего сигнала на входе системного контроллера 26. Системный контроллер 26 принимает решение об обнаружении "нового" излучения радиопередатчика, фиксирует в памяти значение А как измеренный уровень обнаруженного излучения. Параллельно от выходного управляемого коммутатора К2 радиосигнал n-го поддиапазона частот поступает на вход 21 частотомера 5 и далее на схему измерения периода Т импульсов 25, где методом прямого счета измеряется период следования радиоимпульсов. Системный контроллер считывает 26 измеренный период и вычисляет частоту обнаруженного радиопередатчика. Измеренное значение частоты передается в первый канал обработки для настройки приемного устройства 6 на частоту, необходимую для приема обнаруженных радиосигналов передатчика. Первый канал выполняет прием, формирование квадратурных составляющих, их аналого-цифровое преобразование и запись в память блока ОЗУ 35. Измеренные уровень и частота обнаруженного радиосигнала также передаются и записываются в память управляющей ПЭВМ 8 для формирования базы данных.
Использование в устройстве адаптивного энергетического обнаружителя и частотомера с измерением частоты методом прямого счета позволяет повысить его быстродействие при обнаружении новых источников радиоизлучений.
При поиске и обнаружении "новых" источников электромагнитного излучения устройство функционирует по следующему алгоритму.
1. Устанавливается первый поддиапазон частот преселектора (n=1).
n
2. Производится измерение амплитуды A сигнала в этом поддиапазоне частот.
n
high
low
low
high
3. Измеренная амплитуда сигнала A сравнивается с S(n) и S(n), где n - номер поддиапазона. Если амплитуда сигнала находится в пределах от S(n) до S(n), то осуществляется переход на следующий поддиапазон частот преселектора (n=2).
n
low
n
n
low
4. Если амплитуда А сигнала ниже S(n), то производятся дополнительные Х замеры амплитуды A сигнала. Если при этом все полученные значения A ниже S(n), то принимается решение об отсутствии или прекращении работы источника электромагнитного излучения. В блоке ОЗУ записывается информация о факте и времени прекращения работы источника и осуществляется переход на следующий поддиапазон частот преселектора (n=2).
n
high
5. Если хотя бы одно из полученных значений A превышает порог S(n), то производится Y замеров частоты сигнала. Для получения частот вычисляется среднее значение и определяется максимальное отклонение частоты относительно среднего значения.
6. Если это отклонение не превышает предварительно установленной погрешности измерения частоты для данного поддиапазона частот, то системный контролер принимает решение о появлении "нового" источника электромагнитного излучения. Соответствующий код измеренной частоты передается на гетеродин 30 для настройки приемного устройства 6 и регистрации сигнала от обнаруженного источника. Выполняется прием и регистрация обнаруженного радиосигнала.
В случае если это отклонение превышает предварительно выбранное значение погрешности, то выполняются дополнительные N измерения частоты. Если и после дополнительных измерений частоту не удается измерить, то осуществляется переход к анализу в следующем поддиапазоне частот (n=2). Значение N задается оператором при установке начальных параметров системы обнаружения.
пр
n
Для регистрации сигнала "нового" источника электромагнитного излучения используется канал приема, технического анализа и демодуляции радиосигналов, подключенный к первому выходу двухканального синфазного разветвителя 2 и содержащий последовательно соединенные выходом со входом приемное устройство 6 и блок аналого-цифровой обработки сигналов 7. Принятые широкополосной антенной 1 радиосигналы с первого выхода двухканального разветвителя 2 поступают на вход смесителя 27 приемного устройства 6. В приемном устройстве 6 осуществляется настройка на частоту сигнала обнаруженного источника электромагнитного излучения для чего на вход гетеродина 30 приемного устройства 6 с системного контроллера 26 поступает управляющий сигнал, по которому гетеродин-синтезатор частоты 30 подает на смеситель 27 сигналы с такой частотой, которая соответствует прохождению через смеситель 27 радиосигналов, выявленных энергетическим обнаружителем 4 и частотомером 5. С выхода смесителя 27 сигнал f поступает на входной управляемый коммутатор 31 узкополосных фильтров 28 ПЧ. С управляющего выхода системного контроллера 26 на коммутаторы 31 и 32 фильтров ПЧ поступают управляющие сигналы, которые включают в тракт приемного устройства 6 соответствующие из набора Ф1ПЧ, Ф2ПЧ…ФПЧ узкополосные фильтры 28 промежуточной частоты. Узкополосные фильтры ПЧ28 служат для частотной селекции на промежуточной частоте узкополосных и широкополосных радиосигналов, использующихся для передачи в диспетчерский центр координат подвижных объектов по каналам функционирующих систем радиосвязи общего пользования.
пр
Отфильтрованный сигнал усиливается усилителем 29 ПЧ до уровня, необходимого для работы высокоскоростного устройства 34 АЦП, и поступает на вход формирователя 33 квадратурных составляющих сигнала. Формирователь 33 разделяет сигнал f на две, сдвинутые по фазе на 90° составляющие - синфазную J и квадратурную Q, что необходимо для обработки сигнала в блоке 34 АЦП. В последнем выполняется преобразование J и Q составляющих сигнала в цифровые коды, которые поступают в блок 35 оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), где фиксируются в его памяти.
Длительность записи радиосигнала определяется системным контроллером и задается оператором при установке начальных параметров системы обнаружения.
Таким образом, для каждого "нового" обнаруженного источника радиоизлучения в памяти блока ОЗУ 35 зарегистрированы следующие параметры:
- уровень обнаруженного радиоизлучения;
- частота обнаруженного радиоизлучения;
- запись квадратурных составляющих J и Q обнаруженного радиосигнала в цифровом виде.
Указанные параметры используются устройством технического анализа и демодуляции сигналов 36 для определения вида модуляции, скорости передачи, ширины спектра, длительности элементарного импульса и других временных параметров обнаруженного сигнала. По результатам анализа определяется тип радиоканала и выполняется идентификация обнаруженного источника радиоизлучения. Устройство технического анализа и демодуляции сигналов 36 выполняет также демодуляцию записанного сигнала с помощью набора программных демодуляторов, подключаемых и наращиваемых по мере обнаружения новых видов модуляции.
Зарегистрированные параметры и записи обнаруженных сигналов передаются с устройства 36 в ПЭВМ 8 для формирования базы данных по всем накопленным сигналам. Информация, накопленная в базе данных ПЭВМ 8, используется для последующего отложенного во времени анализа и отображения записанных параметров сигналов с целью статистической обработки данных по обнаруженным источникам радиоизлучений.
Так как в предложенном техническом решении радиосигналы фильтруются полосно-пропускающими фильтрами и подвергаются адаптивной энергетической обработке в ближней зоне электромагнитного поля радиопередатчика, а частоту излучения радиосигналов измеряют методом прямого счета, то способ позволяет повысить быстродействие обнаружения радиосигналов и обеспечить обнаружение однократно излучаемых с неизвестной частотой радиосигналов короткой длительности в условиях их передачи по каналам функционирующих систем радиосвязи общего пользования. Кроме того, радиосигналы подвергаются узкополосной фильтрации на промежуточной частоте и цифровой обработке программно-аппаратным контроллером устройства технического анализа и демодуляции сигналов, что позволяет повысить надежность идентификации обнаруженных радиосигналов и достоверность обнаружения радиопередатчика.
Введение в заявленное устройство блока преселекторов и адаптивного обнаружителя позволяет повысить надежность обнаружения радиопередатчика по его излучению в ближней зоне за счет существенного ослабления в канале поиска и обнаружения влияния помех от существующих в эфире радиоизлучений различных источников на процесс обнаружения излучений радиопередатчика на контролируемом объекте.
Введение в приемное устройство переключаемых узкополосных фильтров промежуточной частоты, а в блок аналого-цифровой обработки сигналов устройства технического анализа и демодуляции сигналов позволяет за счет полосовой фильтрации в приемном канале узкополосных и широкополосных радиосигналов, использующихся для передачи в диспетчерский центр координат подвижных объектов, демодуляции и технического анализа обнаруженных радиосигналов с использованием программно-аппаратного контроллера повысить надежность идентификации обнаруженных радиосигналов и типов радиоканалов при действии помех от существующих источников радиоизлучения.
Кроме того, наличие в устройстве параллельно соединенных по входам адаптивного энергетического обнаружителя и частотомера с измерением частоты методом прямо счета, управляемых сигналами системного контроллера, позволяет повысить быстродействие устройства и обеспечить обнаружение однократно излучаемых радиосигналов короткой длительности.
Источники информации
1. Описание микросхемы С4 типа ADF 4112 фирмы Analog Devices.
2. Описание микросхемы коммутаторов типа SW425, ИМС-241 фирмы Microwave Corporashion.