УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ КОДОВЫХ СЛОВАРЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕКУРРЕНТНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
DEVICE TO GENERATE CODE DICTIONARIES OF NON-LINEAR RECURRENT SEQUENCES

Изобретение относится к обработке цифровых данных, а именно к технике формирования псевдослучайных последовательностей дискретных шумоподобных сигналов (ШПС), используемых в широкополосных системах связи, радионавигации и радиолокации.
В специальных системах со сложными сигналами помехозащищенность и имитостойкость сигналов достигаются расширением их спектра путем манипуляции информативных параметров несущего колебания по закону нелинейной псевдослучайной последовательности (ПСП). При этом стремятся к достижению наилучших корреляционных и ансамблевых свойств нелинейных ПСП, а помехозащищенность системы увеличивается с увеличением их длительности и арсенала сменных параметров. К последним относятся число элементарных символов в ПСП и ее кодовая форма из множества возможных для данного класса кодовых форм.
Как показано в [1, 2, 3], по длительности и арсеналу сменных параметров неоспоримыми преимуществами перед простыми нелинейными последовательностями (характеристическими кодами и кодами квадратичных вычетов) [2, 3] обладают формируемые из них составные нелинейные рекуррентные последовательности (СНЛРП) и производные (ПНЛРП). Правила формирования СНЛРП и ПНЛРП известны [3] и свидетельствуют о том, что устройства формирования СНЛРП и ПНЛРП могут быть построены за счет совместного использования устройств формирования простых НЛРП различных длительностей. При этом объем словаря составных и производных нелинейных ПСП определяется числом различных длин используемых простых НЛРП, а также количеством их авто- и изоморфных преобразований. Таким образом, практическая необходимость формирования большого числа форм и длин простых НЛРП очевидна.
Требуемым результатом при формировании простых НЛРП для получения затем составных или производных последовательностей следует считать обеспечение управляемой генерации наибольшего числа их форм и длин, а также достижение наилучших ансамблевых, корреляционных и имитостойких свойств при минимизации временных и аппаратных затрат.
Исходя из необходимости генерации простых НЛРП для формирования из них производных или составных ПСП наиболее близким к заявляемому является устройство формирования словарей нелинейных рекуррентных последовательностей длины L=30 [4]. Оно содержит блок формирования циклической последовательности символов, блок управления и блок формирования оптимальной последовательности, причем вход запуска и вход записи начального состояния устройства подключены соответственно к входу запуска и входу записи начального состояния блока управления, с первого по пятый входы кода шифра словаря устройства подключены соответственно к входам режима с первого по пятый первой группы блока управления, с первого по четвертый входы кода начальной фазы устройства объединены соответственно с прямыми выходами с первого по четвертый блока формирования циклической последовательности символов и подключены соответственно к входам режима с первого по четвертый второй группы блока управления и соответственно к информационным входам с первого по четвертый первой группы блока формирования оптимальной последовательности, инверсные выходы с первого по четвертый блока формирования циклической последовательности символов подключены соответственно к входам с первого по четвертый второй группы блока формирования оптимальной последовательности, выход блока управления подключен к управляющему входу (входу синхронизации) блока формирования циклической последовательности символов, выходы с первого по четвертый группы блока управления подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый группы блока формирования циклической последовательности символов, выход блока формирования оптимальной последовательности подключен к выходу нелинейной рекуррентной последовательности устройства, при этом блок формирования циклической последовательности символов содержит дешифратор, элемент задержки, сумматор по модулю два и сдвигающий регистр, причем информационные входы с первого по четвертый группы блока формирования циклической последовательности символов подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый сдвигающего регистра, с первого по четвертый прямые выходы которого подключены соответственно к прямым выходам блока формирования циклической последовательности символов, управляющий вход (вход синхронизации) которого подключен к входу синхронизации сдвигающего регистра, с первого по четвертый инверсные выходы которого подключены соответственно к инверсным выходам с первого по четвертый блока формирования циклической последовательности символов, в котором выход дешифратора подключен к входу элемента задержки, выход элемента задержки подключен ко входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу режима сдвигающего регистра, при этом блок управления содержит первый и второй регистры, первый и второй счетчики, генератор тактовых импульсов, ключ и элемент ИЛИ, при этом блок формирования оптимальной последовательности содержит девятнадцать элементов И и элемент ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока формирования оптимальной последовательности.
Существенными признаками данного устройства, сходными с совокупностью существенных признаков заявляемого устройства, является наличие блока формирования циклической последовательности символов, блока управления и блока формирования оптимальной последовательности, а также функция формирования НЛРП и ее авто- и изоморфных преобразований.
Однако известное устройство обеспечивает формирование НЛРП лишь одной определенной длины (L=30) и кодовой формы, тогда как для формирования составных или производных последовательностей необходимо управляемое генерирование большого числа различных простых производящих НЛРП, а значит, совместное применение нескольких подобных устройств, число которых равно числу требуемых кодовых форм и длительностей производящих компонент, используемых при формировании составных и производных ПСП. Это приведет к значительным аппаратным затратам и осложнит реализацию централизованного оперативного управления процессом смены кодовых форм и длин простых НЛРП.
Технической задачей изобретения является управляемое с точки зрения выбора текущей длины и кодовой формы поочередное формирование простых НЛРП, а именно характеристических кодов и кодов квадратичных вычетов различных длин из набора значений L=8, 10, 11, 12, 13, 16, достигаемое применением лишь одного функционально законченного устройства.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в значительном сокращении аппаратных затрат на построение устройства формирования множества НЛРП разных длин и кодовых форм за счет интеграции в одном устройстве функциональных возможностей нескольких генераторов простых НЛРП, а также обеспечение возможности программного управления процессом смены их длин и кодовых форм, что крайне актуально для широкополосных систем с адаптивно изменяемой структурой и базой ШПС.
Применение изобретения обеспечивает повышение помехоустойчивости, адаптивности и имитостойкости широкополосных систем за счет увеличения объема сменных параметров кодового словаря составных или производных нелинейных рекуррентных последовательностей, получаемых из простых НЛРП разных форм и длин.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство формирования кодовых словарей НЛРП содержит блок формирования циклической последовательности символов, блок формирования оптимальной последовательности и блок управления. Блок формирования циклической последовательности символов содержит узел дешифрации, первый мультиплексор, элемент задержки, сумматор по модулю два и сдвигающий регистр, информационные входы с первого по четвертый группы блока формирования циклической последовательности символов подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый сдвигающего регистра, с первого по четвертый прямые выходы которого подключены соответственно к прямым выходам блока формирования циклической последовательности символов, управляющий вход которого подключен к входу синхронизации сдвигающего регистра, с первого по четвертый инверсные выходы которого подключены соответственно к инверсным выходам с первого по четвертый блока формирования циклической последовательности символов, при этом с целью обеспечения возможности генерации НЛРП разных длин функция дешифрирования длины формируемой НЛРП выполняется введенным в устройство узлом дешифрации, включающим с первого по шестой элементы И, шесть выходов (по числу длин НЛРП) которых подключены ко входам первого мультиплексора, введенного в блок формирования циклической последовательности символов для выбора длины формируемой НЛРП, при этом на другие входы первого мультиплексора поступает адрес дешифрации, выход первого мультиплексора подключен ко входу элемента задержки, выход элемента задержки подключен к первому входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу режима сдвигающего регистра, при этом блок управления имеет вход запуска и вход установки в исходное состояние, с первого по пятый входы кода шифра словаря, с первого по пятый входы кода длины НЛРП, с первого по четвертый входы кода начальной фазы, причем входы кода начальной фазы объединены соответственно с прямыми выходами с первого по четвертый блока формирования циклической последовательности символов и подключены соответственно к входам режима с первого по четвертый второй группы блока управления, при этом блок управления содержит первый, второй и третий регистры, причем третий регистр введен для хранения изменяемого кода длины формируемой НЛРП, а также содержит первый и второй счетчики, генератор тактовых импульсов, ключ и элемент ИЛИ, причем входы кода шифра словаря с первого по пятый первой группы блока управления подключены соответственно к информационным входам с первого по пятый первого регистра, выходы с первого по пятый которого подключены соответственно к информационным входам с первого по пятый первого счетчика, выход переноса которого объединен с входом установки в начальное состояние и подключен к первым входам синхронизации первого, второго, третьего регистров и к первому информационному входу ключа, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, при этом с целью реализации возможности смены длин формируемых НЛРП код длины НЛРП поступает на входы с первого по пятый третьего регистра, с первого по пятый выходы которого подключены к входам второго счетчика, выход которого объединен со входом запуска и подключен ко вторым входам синхронизации первого, второго и третьего регистров, ко второму информационному входу ключа, а также к выходу «конец НЛРП», причем вход запуска блока управления также подключен к первому входу элемента ИЛИ, к входу запуска генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющему третьему входу ключа, счетному входу второго счетчика и второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхронизации первого и второго счетчиков и выходу блока управления, входы режима с первого по четвертый второй группы которого подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый второго регистра, выходы с первого по четвертый которого подключены соответственно к выходам с первого по четвертый группы блока управления.
i
С целью реализации возможности формирования устройством НЛРП разных длин (l=8, 10, 11, 12, 13, 16) и кодовых форм в сравнении с прототипом функциональная схема блока формирования оптимальной последовательности минимизирована с учетом повторяющихся общих для определенных видов НЛРП простейших элементов логической функции (импликант), что выразилось во введении в состав блока с первого по одиннадцатый элементов ИЛИ 25, 31-38, 40-42, 44 (фиг.1) и с седьмого по двадцать седьмой элементов И 14-24, 26-33, 39, 43, а также во введении в состав блока второго мультиплексора
При этом с первого по четвертый прямые и инверсные выходы блока формирования циклической последовательности символов соединены с блоком формирования оптимальной последовательности и блоком управления следующим образом: первый прямой выход объединен с первым входом кода начальной фазы и подключен к первому входу режима второго регистра блока управления, к первому входу первого и второго элементов И узла дешифрации, к первому входу седьмого, восьмого, десятого и двадцать седьмого элементов И, а также третьему входу двадцать третьего элемента И и второму входу первого элемента ИЛИ блока формирования оптимальной последовательности, первый инверсный выход подключен к первому входу третьего, четвертого, пятого, шестого, одиннадцатого и двадцать первого элементов И и к первому входу второго элемента ИЛИ, второй прямой выход объединен со вторым входом кода начальной фазы и подключен ко второму входу режима второго регистра блока управления, а также подключен к первому входу девятого, двенадцатого и семнадцатого элементов И, а также второму входу первого, третьего, пятого, седьмого и двадцать первого элементов И, второй инверсный выход подключен к первым входам четырнадцатого, пятнадцатого и восемнадцатого элементов И, а также ко вторым входам четвертого и десятого элементов И, третий прямой выход объединен с третьим входом кода начальной фазы и подключен к третьему входу режима второго регистра блока управления, а также подключен ко второму входу второго, двадцатого, двадцать шестого элементов И, первому входу тринадцатого элемента И, второму входу девятого элемента ИЛИ, третьему входу третьего элемента И и третьему входу сумматора по модулю два блока формирования циклической последовательности символов, третий инверсный выход подключен к первому входу девятнадцатого, двадцать второго и двадцать третьего элементов И, ко второму входу шестнадцатого, семнадцатого, двадцать четвертого и двадцать пятого элементов И, к третьему входу первого, второго, четвертого и шестого элементов И, четвертый прямой выход объединен с четвертым входом кода начальной фазы и подключен к четвертому входу режима второго регистра блока управления, а также подключен к первому входу двадцать четвертого элемента И, второму входу восьмого, одиннадцатого, тринадцатого и восемнадцатого элемента И, четвертому входу второго, третьего и четвертого элементов И и ко второму входу сумматора по модулю два, четвертый инверсный выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ и двадцатого элемента И, ко второму входу девятого, двенадцатого и четырнадцатого элементов И, а также к четвертому входу первого, пятого и шестого элементов И, при этом выход первого элемента ИЛИ подключен ко второму входу шестнадцатого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго мультиплексора, выход седьмого элемента И подключен ко второму входу пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу второго мультиплексора, выход семнадцатого элемента И подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, выход двадцать четвертого элемента И подключен ко второму входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу второго мультиплексора, выход восьмого элемента И подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ и ко второму входу пятого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу двадцать пятого элемента И, выход которого подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен к четвертому входу второго мультиплексора, выход девятого элемента И подключен ко второму входу третьего и шестого элемента ИЛИ, а также ко второму входу двадцать третьего элемента И, выход восемнадцатого элемента И подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ, выход десятого элемента ИЛИ подключен к первому входу двадцать шестого элемента И и седьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к пятому входу второго мультиплексора, выход одиннадцатого элемента И подключен ко второму входу седьмого элемента ИЛИ и девятнадцатого элемента И, выход которого подключен к первому входу восьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу второго мультиплексора, выход двадцатого элемента И подключен ко второму входу восьмого элемента ИЛИ, выход двенадцатого элемента И подключен к третьему входу восьмого элемента ИЛИ и к первому входу девятого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу двадцать седьмого элемента И, выход двадцать первого элемента И подключен к первому входу десятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к седьмому входу второго мультиплексора, выход тринадцатого элемента И подключен ко второму входу десятого элемента ИЛИ и пятнадцатого элемента И, выход двадцать второго элемента И подключен к третьему входу десятого элемента ИЛИ, выход четырнадцатого элемента И подключен к третьему входу девятого элемента ИЛИ и ко второму входу двадцать второго элемента И, выход двадцать третьего элемента И подключен ко второму входу одиннадцатого элемента ИЛИ, выход двадцать шестого элемента И подключен к третьему входу четвертого элемента ИЛИ, выход девятого элемента ИЛИ подключен ко второму входу двадцать седьмого элемента И, выход которого подключен к первому входу одиннадцатого элемента ИЛИ, выход пятнадцатого элемента И подключен ко второму входу одиннадцатого элемента ИЛИ, выход которого подключен к восьмому входу второго мультиплексора, на другие входы которого поступает код вида НЛРП, а его выход подключен к выходу НЛРП устройства.
Технический результат изобретения обеспечивается за счет наличия существенных отличительных признаков и новых связей в устройстве, а именно за счет введения в блок формирования циклической последовательности символов первого мультиплексора и узла дешифрации в составе шести элементов И, а также за счет построения блока формирования оптимальной последовательности на основе минимизации его схемы с учетом повторяющихся общих для определенных видов НЛРП простейших элементов логической функции и подключения ее выходов ко второму мультиплексору совместно с кодом адреса вида НЛРП, а также за счет введения в блок управления третьего регистра, предназначенного для хранения изменяемого кода длины НЛРП, а также второго счетчика, причем введенные элементы устройства и новые связи в нем обеспечивают реализацию нового режима управляемого последовательного формирования НЛРП разных кодовых форм и длин за счет оперативной смены на входах устройства кода длины НЛРП и кода шифра словаря.
Описание устройства
i
На фиг.1 представлена функциональная электрическая схема устройства формирования кодовых словарей НЛРП (длин {l}={8, 10, 11, 12, 13, 16}), которое содержит: блок 55 формирования циклической последовательности символов в составе: первый мультиплексор 1, элемент 2 задержки, сумматор по модулю два 3, узел 4 дешифрации, состоящий из шести элементов И 5-10 с первого по шестой соответственно, сдвигающий регистр 11; блок 12 формирования оптимальной последовательности, состоящий из двадцати одного элемента И 14-24, 26-33, 39, 43 с седьмого по двадцать седьмой соответственно, одиннадцати элементов ИЛИ 13, 25, 34-38, 40-42, 44 с первого по одиннадцатый соответственно, второго мультиплексора 45; блок 46 управления, состоящий из регистров 47, 49, 52, счетчиков 53 и 54, элемента ИЛИ 48, ключа 51 и генератора 50 тактовых импульсов.
i
i
i
i0
i0
n
На фиг.2, 3, 4, 5, 6, 7 - таблицы истинности состояний устройства, поясняющие его работу по формированию НЛРП длительностей L=8, 10, 11, 12, 13, 16. Как видно из значений {l}, данные НЛРП должны генерироваться одним 4-разрядным регистром сдвига, т.к. {l}≤2, n=4. Следуя правилам построения НЛРП данных длительностей, будем иметь следующие формы µ и µ одного изоморфизма для НЛРП данных длительностей (в µ символ «-1» заменен на «0»):
l<sub>1</sub>=8:
µ<sub>i</sub>=11-111-1-1-1,
µ<sub>i0</sub>=11011000
l<sub>2</sub>=10:
µ<sub>i</sub>=1111-11-1-11-1,
µ<sub>i0</sub>=0111010010
l<sub>3</sub>=11:
µ<sub>i</sub>=1-1111-1-11-11,
µ<sub>i0</sub>=10111000101
l<sub>4</sub>=12:
µ<sub>i</sub>=-11-111-1111-1-1-1,
µ<sub>i0</sub>=010110111000
l<sub>5</sub>=13:
µ<sub>i</sub>=1-111-1-1-1-111-111,
µ<sub>i0</sub>=1011000011011
l<sub>6</sub>=16:
µ<sub>i</sub>=11-1-1-111-1111-11-1-1,
µ<sub>i0</sub>=1100001101110100
Описание работы устройства.
Устройство работает в 3-х режимах:
1) режим формирования одной НЛРП заданной кодовой формы и длительности;
2) режим формирования кодовых словарей из НЛРП одной фиксированной длительности;
3) режим формирования кодовых словарей из НЛРП различных форм и длительностей.
Формирование одной НЛРП заданной кодовой формы и длительности. В первый тактовый момент на информационные входы с первого по пятый третьего регистра 52 блока 46 управления подают код длины НЛРП (код длины - это исходное состояние второго счетчика 53, которое после числа счетных импульсов, равного длине l НЛРП, даст на выходе импульс переполнения, например, для длительности НЛРП l=10 (фиг.2) это код "10101"), на информационные входы кода начальной фазы блока 46 управления подают код начальной фазы для сдвигающего регистра 11. Данные коды записываются соответственно в регистры 52 и 47 по синхроимпульсу «запись исходного состояния», подаваемому на вход установки в исходное состояние блока 46 управления и далее поступающему на первый вход синхронизации регистра 52 и регистра 47. Во второй тактовый момент на вход запуска блока 46 подают импульс «начало работы», который, проходя на вход запуска генератора 50 тактовых импульсов, запускает его, а также, проходя на вторые входы синхронизации регистров 52 и 47, обеспечивает считывание соответственно кода длины НЛРП из регистра 52 в счетчик 53, а кода начальной фазы из регистра 47 - в сдвигающий регистр 11, а проходя через элемент ИЛИ 48 на вход синхронизации счетчика 53 блока 46 и на вход синхронизации сдвигающего регистра 11, обеспечивает соответственно запись кода длины НЛРП в счетчик 53 (как его исходного состояния) и кода начальной фазы в сдвигающий регистр 11, одновременно код начальной фазы получают на прямых выходах с первого по четвертый сдвигающего регистра 11.
в
В тот же первый тактовый момент на входы дешифрации первого мультиплексора 1 подают код, задающий подключение на его выход сигнала с определенного выхода элемента И 5 узла 4 дешифрации, соответствующего определенной длительности l формируемой НЛРП (так, длительностям l=8, l=10, l=11, l=12, l=13, l=16 соответствуют элементы И 5, 6, 7, 8, 9, 10). Таким образом, между выходами сдвигающего регистра 11 и его входом режима V образуется цепочка линейно-нелинейной обратной связи (функции внутренней логики), состоящая из определенного элемента И 5, 6, 7, 8, 9, 10 узла 4 дешифрации, элемента 2 задержки и сумматора 3 по модулю два, которая отвечает за циклическое повторение состояний сдвигающего регистра 11 через число тактов, равное определенной длительности l НЛРП. В тот же первый тактовый момент на входы адреса второго мультиплексора 45 подают код вида НЛРП, соответствующий подключению на выход этого мультиплексора, т.е. на выход всего устройства, информации с определенного входа X второго мультиплексора 45 блока 12 формирования оптимальной последовательности, соответствующего определенному виду НЛРП. Вид НЛРП определяет как ее длительность l, так и неинверсно-изоморфное (НИ) преобразование НЛРП определенной длительности. Как было указано ранее, одно НИ-преобразование характерно для НЛРП длительностей l=12 и l=10.
в
Таким образом, между выходами сдвигового регистра 11 и выходом второго мультиплексора 45, т.е. выходом устройства, образуется цепочка внешней логики (функции внешней логики), состоящая из определенного набора элементов блока 12 формирования оптимальной последовательности и отвечающая за формирование определенного вида НЛРП (X) и определенной циклической последовательности состояний сдвигового регистра 11.
В последующие тактовые моменты, начиная с третьего, импульсы с генератора 50 тактовых импульсов поступают на вход сдвигового регистра 11 и обеспечивают последовательное изменение его состояний в соответствии с установленной функцией внутренней логики, соответствующей определенной длительности l НЛРП, так что начиная с (3+l)-го такта состояния разрядов регистра 11 будут повторяться. При этом формирование оптимальной НЛРП установленной длительности обеспечивается с помощью соответствующих элементов блока 12 формирования оптимальной последовательности, задающих логическую функцию внешней логики, соответствующую установленному виду НЛРП. Необходимо заметить, что функциональная схема блока 12 формирования оптимальной последовательности минимизирована с учетом повторяющихся общих для определенных видов НЛРП простейших элементов логической функции внешней логики (импликант). Поэтому работу данного блока необходимо рассматривать с учетом этого замечания.
Начиная с 3-го такта импульсы с генератора 50 тактовых импульсов поступают на счетный вход счетчика 53, синхронизация счета при этом обеспечивается импульсами, поступающими на вход синхронизации счетчика 53 с выхода элемента ИЛИ48. После того как на вход счетчика 53 поступит l импульсов, на его выходе появится импульс переполнения, который поступит на выход «конец НЛРП» блока 46 управления, сигнализируя о том, что закончилось формирование одной НЛРП.
Данный цикл работы может повторяться, начиная с «3+l»-го тактового момента, что обеспечивается подачей «кода шифра словаря» на входы кода шифра словаря блока 46 управления.
B
10 НИ
B
12 НИ
B
10
B
10 НИ
B
12
B
12 НИ
B
8
B
10
B
10 НИ
B
11
B
12
B
12 НИ
B
13
B
16
Формирование кодовых словарей НЛРП одной фиксированной длительности. Объем словаря НЛРП определенной длительности l=const определяется числом ее авто- и изоморфных преобразований. Как указывалось ранее, для НЛРП с l=8, l=11, l=13, l=16 имеется лишь один неинверсный изоморфизм, остальные преобразования автоморфные и по существу представляют собой циклические сдвиги неинверсного изоморфизма (число сдвигов равно величине l). Для НЛРП с l=10 и l=12 имеется два неинверсно-изоморфных (НИ) преобразования, соответствующих изменению тонкой внутренней структуры НЛРП, а именно X={l} и X={l}, т.е. автоморфные преобразования для X=l и X=l, а также для X=l и X=l будут различными. Таким образом, формирование кодового словаря НЛРП определенной длительности будет означать формирование других автоморфных преобразований для НЛРП: X=l, X=l, X=l, X=l, X=l, X=l X=l, X=l.
Следуя таблицам истинности (пример для l=10 приведен на фиг.2), для формирования автоморфных НЛРП определенной длительности достаточно обеспечить начало формирования данной НЛРП не с исходной начальной фазы сдвигового регистра 11, установленной в начале работы устройства (т.е. не с фазы, соответствующей такту 2 на фиг.2), а с такой фазы, которая соответствует какому-либо промежуточному состоянию сдвигового регистра 11 (по таблице истинности фиг.2 это соответствует тактам с 3-го по «l+1»-й). Выбор в качестве начальной фазы любого промежуточного состояния сдвигового регистра 11 не нарушает цикличности (с периодом l) его работы, которая не зависит от начальной фазы, выбранной из набора значений в соответствующей для l таблице истинности.
Характер же словаря НЛРП определенной длительности (l=const) будет зависеть от того, какая начальная фаза устанавливается в сдвиговом регистре 11 после формирования определенной (предыдущей) НЛРП данной длительности l. Таким образом, порядок чередования (выбора) начальных фаз будет определять вид формируемого словаря НЛРП определенной длительности. Он может состоять только из одной постоянно формируемой НЛРП, только из 2-х постоянно формируемых НЛРП, только из 3-х постоянно формируемых НЛРП и т.д. и в конце концов из "l" НЛРП. Чем сложнее порядок чередования начальных фаз, тем выше имитостойкость и криптоустойчивость словаря НЛРП. Оптимальным в этом смысле будет словарь, построенный по принципу псевдослучайного чередования НЛРП. Однако в любом конкретном случае должна иметься возможность изменять этот порядок посредством оператора либо внешнего программного устройства управления. Данная возможность реализована в заявляемом устройстве с помощью блока 46 управления, в котором заложен принцип запоминания в регистре 47 промежуточного состояния сдвигового регистра 11 в соответствии с кодом шифра словаря. Так, например, в 1-й тактовый момент через вход кода шифра словаря блока 46 управления в регистр 49 записывают код цифры 5 («0001»). Это означает, что в регистре 47 после начала формирования первой НЛРП будет запомнено «l-5»-е промежуточное состояние сдвигового регистра 11 (так, по таблице истинности на фиг.2 для l=10 это будет состояние «0011»). Затем после окончания формирования первой НЛРП это запомненное промежуточное состояние будет считано из регистра 47 опять в сдвиговый регистр 11, но уже в качестве его начальной фазы. Затем начнется процесс формирования другой НЛРП данной длительности, и если к этому моменту не был изменен код шифра словаря, то в последующем опять будет запоминаться в регистре 47 каждое «l-5»-е промежуточное состояние сдвигового регистра 11 и затем считываться в него в качестве начальной фазы. Понятно, что спустя l циклов данный порядок чередования по принципу «каждая «l-5»-я фаза» переберет все возможные начальные фазы, так же как и любой другой порядок типа «каждая n-я фаза», где n=1, 2 …, l. Таким образом, числом n в законе «каждая n-я фаза» закладывается порядок чередования начальных фаз, т.е. порядок чередования НЛРП в словаре.
В данном режиме устройство работает следующим образом. В 1-й тактовый момент на вход записи начального состояния блока 46 управления подают сигнал, который поступает на первый вход синхронизации регистра 49 и разрешает запись в этот регистр кода шифра словаря в виде двоичного кода ключевой цифры (например «5»-«00101»). Этот же сигнал, поступая на первый вход ключа 51, закрывает его. Во 2-й тактовый момент на вход запуска блока 46 подают синхроимпульс «начало работы», который поступает на второй вход ключа 51 и открывает его, а также поступает на второй вход синхронизации регистра 49 и через элемент ИЛИ 48 на вход синхронизации счетчика 54, при этом обеспечивая считывание из регистра 49 в счетчик 54 кода цифры «5» (00101). Так же, как было описано ранее для режима формирования одной НЛРП, в данном режиме в 1-й и 2-й тактовый момент параллельно готовятся первый мультиплексор 1 и второй мультиплексор 45, регистр 52 и счетчик 53. В 3-й тактовый момент вместе с началом формирования первой НЛРП тактовые импульсы с генератора 50 тактовых импульсов поступают на счетный вход счетчика 53, через открытый ключ 51 на счетный вход счетчика 54, а через элемент ИЛИ 48 - на вход синхронизации счетчика 54 и счетчика 53. Так как в счетчике 54 было записано состояние «5» (00101), то через (l-5) тактов на его выходе появится импульс переполнения, который поступит на первый вход ключа 51 и закроет его, а поступит на первый вход синхронизации регистра 49 и в случае изменения кода шифра словаря обеспечит запись в регистр 49 кода другой цифры, а поступив на первый вход синхронизации регистра 47, обеспечит запись (l-5)-го промежуточного состояния сдвигового регистра 11. При этом поступление импульса переполнения на первый вход синхронизации регистра 52 не изменит его состояния, так как на входы кода длины НЛРП блока 46 новая информация не поступала. Если код шифра словаря не изменялся, то состояние регистра 49 в этот тактовый момент не изменится. Через l тактовых импульсов, поступающих с генератора 50 тактовых импульсов, в (l+2)-й тактовый момент на выходе счетчика 53 появится импульс переполнения, который поступит на второй вход ключа 51 и откроет его, а также поступит на второй вход синхронизации регистра 49 и обеспечит поступление кода шифра словаря (в данном случае - цифры 5) с выходов регистра 49 на входы счетчика 54, а также поступит на второй вход синхронизации регистра 47 и обеспечит поступление с выходов регистра 47 кода начальной фазы на входы сдвигового регистра 11. Таким образом, в (l+2)-й тактовый момент заканчивается формирование первой НЛРП и все устройство подготавливается для формирования последующей НЛРП из данного словаря.
B
10
n
С (3+l)-го тактового момента начинается формирование НЛРП, определяемой той начальной фазой, которая в (l-5+2)-й тактовый момент была промежуточным состоянием сдвигового регистра 11 (как показывалось ранее на фиг.2). Так, для X={l} это будет НЛРП µ=1001001110. То есть эти НЛРП будут представлять (l-5)-символьный сдвиг влево исходных НЛРП (неинверсного изоморфизма), показанных в столбце (X) на фиг.2.
Таким образом, процесс формирования НЛРП будет продолжаться по ранее описанному принципу так, что через каждые l тактов будет формироваться новая НЛРП, сдвинутая от предыдущей НЛРП влево на (l-5) символов.
По усмотрению оператора или по команде программных средств в любой момент на входы кода шифра словаря и далее в регистр 49 подают новый код шифра словаря (например, любая цифра K<l), который после окончания формирования текущей НЛРП обеспечит формирование такого словаря НЛРП, в котором каждая следующая последовательность будет отличаться от предыдущей сдвигом влево на (l-k) тактов. Процесс формирования НЛРП будет таким же, какой был описан ранее, за исключением того, что импульс переполнения с выхода счетчика 54 будет появляться спустя (l-k) тактовых импульсов, а соответственно, запоминаться в регистре 47 будет (l-k)-е промежуточное состояние сдвигового регистра 11 после начала формирования НЛРП.
Характер формируемых словарей НЛРП фиксированной длительности l=const может определяться в процессе работы оператором (или программными средствами) посредством смены кода шифра словаря (кода цифр k<l), подаваемого на входы кода шифра словаря блока 46 управления.
Формирования кодовых словарей НЛРП различных форм и длительностей. Данный режим отличается от предыдущего тем, что оператор (или программное средство управления) по некоторому заданному закону в период формирования какой-либо НЛРП на входы кода длины НЛРП регистра 52 блока 46 управления подают коды новых длин НЛРП, отличные от длины формируемой последовательности. Синхронизация записи при этом может осуществляться принудительно посредством подачи импульса на вход установки исходного состояния блока 46 управления, который далее поступает на первый вход синхронизации регистра 52. Однако в этом случае в регистре 47 будет запоминаться произвольная фаза состояния сдвигового регистра 11, т.е. будет нарушаться закон «каждая n-я фаза», и для его восстановления или изменения необходимо записать код шифра словаря. Синхронизация записи в регистр 52 нового кода длины НЛРП также может осуществляться посредством импульса переполнения с выхода счетчика 54. Считывание нового кода из регистра 52 и его запись в счетчик 53 синхронизируется импульсом переполнения счетчика 53, появляющегося на его выходе по окончании формирования предыдущей НЛРП. Этим же импульсом переполнения, который появляется также на выходе «конец НЛРП» блока 46 управления, синхронизируется подача внешними управляющими программными средствами новых кодов вида НЛРП на входы второго мультиплексора 45 и адреса дешифрации на входы первого мультиплексора 1. В соответствии с новой длительностью l формируемой НЛРП данные коды изменяют структуру цепочки линейно-нелинейной обратной связи сдвигового регистра 11 и блока 12 формирования оптимальной последовательности (как было описано для режима 1). Таким образом, в следующий тактовый момент начинается формирование НЛРП другой длительности и обеспечивается непрерывное формирование НЛРП различных длин l, то есть формирование словаря из НЛРП различных длительностей.
Использование заявляемого устройства в специальных системах навигации и связи с ограниченными частотно-энергетическими ресурсами позволит повысить скрытность, имитостойкость и криптоустойчивость за счет следующих факторов:
1) использование для формирования манипулирующей псевдослучайной последовательности различных по форме и длительности НЛРП, обладающих высокой структурной скрытностью и имитостойкостью;
2) использование программно-изменяемых кодовых словарей из НЛРП фиксированной длительности и кодовых словарей НЛРП различных длительностей, что обеспечивает еще большее повышение скрытности, имитостойкости и криптоустойчивости до величин, равных сотням и тысячам энтропийных единиц.
Эффективность достижения описанных возможностей при использовании данного устройства весьма высока. Так, для решения известными устройствами задачи, аналогичной той, которую решает заявляемое устройство, с использованием примитивного метода запоминания структуры каждой НЛРП в регистре сдвига потребовалось бы 8 восьмиразрядных, 20 десятиразрядных, 11 одиннадцатиразрядных, 24 двенадцатиразрядных, 13 тринадцатиразрядных, 16 шестнадцатиразрядных регистров сдвига, т.е. 92 различных регистра, т.е. 1098 элементов памяти. При этом заявляемое устройство решает эту задачу с помощью одного четырехразрядного регистра сдвига (4 элемента памяти) и 32-х простейших логических элементов И и ИЛИ, сумматора по модулю 2, элемента задержки и 2-х простых мультиплексоров. Если при этом решать задачу по формированию кодовых словарей НЛРП в программно-управляемом режиме с использованием 92 различных (от 8 до 16) разрядных регистров сдвига, то дополнительно потребовалась бы разработка программно-управляющего устройства, что еще более усложнило бы подобное устройство.
Источники информации.
1. Варакин, Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами [Текст] - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.
2. Свердлик, М.Б. Оптимальные дискретные сигналы [Текст] / М.Б.Свердлик - М.: Сов. радио, 1975. - 200 с.
3. Сныткин, И.И. Теория и практическое применение сложных сигналов нелинейной структуры. Часть 3. [Текст] / И.И.Сныткин. - МО: 1989. - 148 с.
4. Авторское свидетельство СССР №2024053, кл. G06F 15/20, опубл. 30.11.94. Бюл. №22 (прототип).