RU2774894C1 - Method for noise-resistant data transmission to globally remote objects - Google Patents

Abstract

FIELD: digital communication.

SUBSTANCE: invention relates to the field of digital communication. This result is achieved by pre-forming a message taking into account noise-resistant coding, selecting a frequency band for transmitting a message depending on the geographical features of a particular radio line, completing a group of operating frequencies from the available frequency band by excluding prohibited frequencies, setting a code in the form of a pseudorandom sequence, also setting the start time of communication sessions according to a pseudorandom law and their duration, forming the type of signal as a super-narrowband, setting the type of modulation as an amplitude telegraphy, converting a sequence of bits into a parallel form, rebuilding a multi-channel radio receiver to the operating frequencies of each bit of the message, calculating the value of the radio signal detection threshold according to the interference situation, creating a bank of narrow-band filters with a band of each l^th, l =1, 2, …, L, equal to the frequency band of each transmitted bit and totally overlapping the band up to the maximum offset of the operating frequency of the signal due to the Doppler effect, receiving each bit of the message in parallel mode at fixed operating frequencies by filtering them through a bank of narrow-band filters, accumulating signals of each bit of the message after each l^th filter at fixed operating frequencies, decoding the message and issuing it to the recipient or to the actuator.

EFFECT: increase in the noise immunity of messages transmitted over a decameter radio line.

1 cl, 6 dwg

Description

Заявленное техническое решение относится к технике цифровой связи и может быть использовано для многочастотной передачи цифровой информации по каналам связи с переменными параметрами, например, по каналам декаметровой (ДКМ) радиосвязи с ионосферным распространением радиоволн. Предлагаемый способ обеспечивает помехоустойчивое доведение сообщений, в том числе, при постановке преднамеренных прицельных помех. При этом, в случае постановки преднамеренных прицельных помех при реализации предлагаемого способа вероятность приема сообщения, в отличие от всех существующих радиолиний, будет увеличиваться.The claimed technical solution relates to digital communication technology and can be used for multi-frequency transmission of digital information via communication channels with variable parameters, for example, via decameter (DCM) radio communication channels with ionospheric propagation of radio waves. The proposed method provides noise-resistant delivery of messages, including when setting intentional targeted interference. At the same time, in the case of intentional targeted interference in the implementation of the proposed method, the probability of receiving a message, unlike all existing radio links, will increase.

Несмотря на широкое внедрение спутниковой связи, декаметровый диапазон востребован для доведения команд до глобально удаленных объектов, в том числе и как резервный канал связи в особых условиях. В ведомственных системах радиосвязи (СРС), особенно в СРС специального назначения, предъявляются высокие требования к информационной и энергетической скрытости.Despite the widespread introduction of satellite communications, the decameter range is in demand for bringing teams to globally remote objects, including as a backup communication channel in special conditions. In departmental radio communication systems (SRS), especially in SRS for special purposes, there are high requirements for information and energy secrecy.

Известны различные технические решения в рассматриваемой области.There are various technical solutions in the area under consideration.

Так, известен способ параллельной многочастотной передачи цифровой информации с использованием в частотных подканалах комбинированной многопозиционной частотной и фазовой модуляции (см. патент RU на изобретение №2574080, МПК H04L 27/32, опублик. 10.02.2016), позволяющий повысить пропускную способность системы с пакетной передачей данных по параллельным каналам и комбинированием в процессе некогерентной демодуляции квадратов отсчетов поднесущих OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing -мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) сигналов, принятых в каждом из параллельных каналов. Осуществление способа основано на том, что для передачи в пакетном режиме используются статистически взаимно независимые параллельные радиоканалы, по которым информационные сообщения передаются при помощи гибридной двухэтапной модуляции сигналов поднесущих в системе OFDM, на первом этапе данные пакетов базовых сообщений методом многочастотной модуляции модулируют поднесущие OFDM во всех параллельных каналах, а на втором - данные индивидуальных сообщений по закону относительной фазовой модуляции модулируют поднесущие, активизированные на первом этапе только в своем индивидуальном канале.Thus, there is a known method of parallel multi-frequency transmission of digital information using combined multi-position frequency and phase modulation in frequency subchannels (see RU patent for invention No. 2574080, IPC H04L 27/32, published on 10.02. transmitting data over parallel channels; and combining, in the process of incoherent demodulation of squares of samples of subcarriers, OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing - multiplexing with orthogonal frequency division of channels) signals received in each of the parallel channels. The implementation of the method is based on the fact that statistically mutually independent parallel radio channels are used for transmission in burst mode, through which information messages are transmitted using hybrid two-stage modulation of subcarrier signals in the OFDM system, at the first stage, data of packets of basic messages by multifrequency modulation modulates OFDM subcarriers in all parallel channels, and on the second - the data of individual messages according to the law of relative phase modulation modulates the subcarriers activated at the first stage only in their individual channel.

Недостатками известного способа является, во-первых, то, что сообщение, передаваемое с помощью OFDM сигналов, не обладает энергетической и информационной скрытостью, во-вторых, требуется высокоточная синхронизация по времени и частоте, в-третьих, способ не обеспечивает устойчивой работы в условиях воздействия преднамеренных помех.The disadvantages of the known method are, firstly, that the message transmitted using OFDM signals does not have energy and information secrecy, secondly, high-precision synchronization in time and frequency is required, and thirdly, the method does not provide stable operation under conditions the impact of intentional interference.

Известен способ параллельной многочастотной передачи цифровой информации по параллельным разнесенным радиоканалам с использованием гибридной модуляции данных (см. патент RU на изобретение №2562431, МПК H04L 27/32, опублик. 10.09.2015), обеспечивающий повышение спектральной эффективности и помехоустойчивости способов многочастотной передачи цифровой информации, не требующих включения в состав передаваемого сигнала специальных тренировочных сигналов или пилот-тонов для оценки состояния канала. Способ передачи включает комбинирование цифровой многочастотной и многопозиционной фазовой модуляции OFDM поднесущих, число которых равно N, разделенных для модуляции на кластеры (группы) по L поднесущих. В каждом кластере символы многочастотной модуляции передаются выбором R из L поднесущих, из которых Р затем модулируются по фазе, a R-P поднесущих остаются смодулированными. На приемной стороне, после выделения в схеме OFDM квадратурных компонент поднесущих, демодуляция выполняется в два этапа: сначала некогерентно демодулируются символы многочастотной модуляции, определив R поднесущих, на втором этапе, используя опорные колебания, сформированные из квадратурных компонент смодулированных R-P поднесущих, когерентно демодулируют Р фазомодулированных поднесущих.There is a known method of parallel multi-frequency transmission of digital information over parallel diversity radio channels using hybrid data modulation (see RU patent for invention No. 2562431, IPC H04L 27/32, published on September 10, 2015), which improves the spectral efficiency and noise immunity of methods for multi-frequency transmission of digital information , which do not require the inclusion of special training signals or pilot tones in the transmitted signal to assess the state of the channel. The transmission method includes combining digital multi-frequency and multi-position phase modulation OFDM subcarriers, the number of which is equal to N, divided for modulation into clusters (groups) of L subcarriers. In each cluster, multi-frequency modulation symbols are transmitted by selecting R from L subcarriers, of which P are then phase-modulated, while R-P subcarriers remain modulated. On the receiving side, after selecting the quadrature components of the subcarriers in the OFDM scheme, demodulation is performed in two stages: first, the multifrequency modulation symbols are incoherently demodulated by determining R subcarriers, at the second stage, using the reference oscillations formed from the quadrature components of the modulated R-P subcarriers, P phase modulated coherently demodulated subcarriers.

Недостатками названного способа, так же, как и в предыдущем способе, являются: потребность в наличии высокоточной синхронизации по времени и частоте, а также невозможность обеспечения устойчивого приема при обнаружении сигнала и постановке преднамеренных помех.The disadvantages of this method, as well as in the previous method, are: the need for high-precision synchronization in time and frequency, as well as the impossibility of providing stable reception when a signal is detected and deliberate interference is set.

Известен способ псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), описанный во многих литературных источниках и, зачастую, называемый перестройкой рабочих частот по псевдослучайному закону. Наиболее полно известный способ раскрыт в главах 1 и 8 книги Борисова В.И., Зинчук В.М., Лимарева А.Е., Мухина Н.П., Шестопалова В.И. «Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты» [1]. Известный способ, принятый за прототип, является наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков, и основан на том, что на передающей стороне: формируют сообщение из N бит с учетом помехоустойчивого кодирования, подбирают полосу частот W_s для работы системы радиосвязи, комплектуют группу в N рабочих частот из доступных в диапазоне W_s методом исключения запрещенных частот, устанавливают специальный код в виде псевдослучайной последовательности (ПСП) для управления частотой передачи в возбудительном устройстве, устанавливают время начала сеанса связи, устанавливают тип модуляции (режим работы) как частотную телеграфию (ЧТ), закрепляют за каждым битом (или группой бит) сообщения своей рабочей частоты, при этом каждый бит (или несколько бит) сообщения последовательно излучают на соответствующей ему (им) закрепленной рабочей частоте (закрепленных рабочих частотах, тогда число рабочих частот уменьшается в соответствующее количество раз) путем скачкообразного изменения несущей частоты. На приемной стороне: синхронно перестраивают радиоприемное устройство на рабочие частоты, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью (ППРЧ), осуществляют прием сигналов последовательно на каждой из закрепленных рабочих частот, идентифицируют биты сообщения («1» или «0») по превышению напряжения огибающей сигнала в соответствующем фильтре ЧТ демодулятора и последовательно записывают информационные биты сообщения, производя декодирование сообщения и выдачу его абоненту или на исполнительное устройство.There is a method of pseudo-random tuning of the operating frequency (PRFC), described in many literary sources and often called the tuning of operating frequencies according to a pseudo-random law. The most fully known method is disclosed in chapters 1 and 8 of the book by Borisov V.I., Zinchuk V.M., Limareva A.E., Mukhina N.P., Shestopalov V.I. "Noise immunity of radio communication systems with the expansion of the spectrum of signals by the method of pseudo-random tuning of the operating frequency" [1]. The known method, adopted as a prototype, is the closest to the proposed method in terms of essential features, and is based on the fact that on the transmitting side: a message is formed from N bits, taking into account noise-correcting coding, the frequency band W _s is selected for the operation of the radio communication system, the group is completed in N operating frequencies from those available in the W _s range by eliminating forbidden frequencies, set a special code in the form of a pseudo-random sequence (RRP) to control the transmission frequency in the exciter, set the start time of the communication session, set the type of modulation (operation mode) as frequency telegraphy ( ChT), assign to each bit (or group of bits) messages of their operating frequency, while each bit (or several bits) of the message sequentially emit at the assigned operating frequency corresponding to it (them) (fixed operating frequencies, then the number of operating frequencies decreases to the corresponding number of times) by hopping carrier frequency changes. On the receiving side: synchronously tune the radio receiver to operating frequencies, in accordance with a given pseudo-random sequence (PRFC), receive signals sequentially at each of the assigned operating frequencies, identify message bits (“1” or “0”) by exceeding the signal envelope voltage in the corresponding filter of the FR of the demodulator and sequentially write the information bits of the message, decoding the message and issuing it to the subscriber or to the executive device.

Недостатками прототипа является то, что, во-первых, в нем, в случае постановки прицельной преднамеренной помехи, вероятность приема сообщения существенно зависит от отношения мощности сигнала к мощности помехи (Р_с/Р_п) [1] и резко снижается при Р_с/Р_п<1, а во-вторых, в способе-прототипе при каждом скачкообразном переходе с частоты на частоту требуется время, называемое интервалами времени нарастания и спада фронтов частотных элементов [1], что критично при реализации так называемого режима быстрой ППРЧ со скоростью перестройки рабочих частот от 1000 скачков в секунду (ск/с) и выше.The disadvantages of the prototype is that, firstly, in it, in the case of setting targeted interference, the probability of receiving a message depends significantly on the ratio of signal power to interference power (P _c /P _p ) [1] and decreases sharply at P _c / P _p <1, and secondly, in the prototype method, with each jump from frequency to frequency, a time is required, called the time intervals for the rise and fall of the fronts of the frequency elements [1], which is critical when implementing the so-called fast frequency hopping mode with a tuning speed operating frequencies from 1000 jumps per second (sk/s) and above.

Таким образом, техническая проблема в рассматриваемой сфере заключается в обеспечении помехоустойчивого доведения сообщения, в том числе при постановке преднамеренных прицельных помех.Thus, the technical problem in the area under consideration is to ensure noise-resistant delivery of the message, including when setting intentional targeted interference.

Техническим результатом, достигаемым с помощью реализации заявленного способа помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов, является повышение помехоустойчивости передаваемых по декаметровой радиолинии (системе радиосвязи) сообщений, в том числе при постановке помех. При этом, в случае постановки преднамеренных прицельных помех вероятность приема сообщения, в отличие от всех существующих радиолиний, будет увеличиваться.The technical result achieved by implementing the claimed method of noise-resistant communication of data to globally remote objects is to increase the noise immunity of messages transmitted over a decameter radio link (radio communication system), including when jamming. At the same time, in the case of intentional targeted interference, the probability of receiving a message, unlike all existing radio links, will increase.

Объясняется это следующим образом. В соответствии с классическим подходом к построению сигнально-кодовых конструкций (СКК) для радиолиний (РЛ), (в том числе и для РЛ декаметрового диапазона волн, обеспечивающих связь с глобально удаленными объектами) для устойчивого доведения команд управления необходимо обеспечить в точке приема соотношение мощностей сигнал/помеха не ниже заданного значения Р_с/Р_п≥G. При этом, для любого вида модуляции, за счет постановки преднамеренной помехи G^/=Р_с/Р_{предн.п}<G, происходит нарушение связи. Вместе с тем, если полезный сигнал не имеет специальной структуры, как, например, широкополосный сигнал - ШПС, частотная телеграфия - ЧТ, относительная фазовая телеграфия - ОФТ и т.д., а принимается лишь по энергетическому признаку, то появление помехи на частоте приема сигнала увеличивает его суммарную мощность, и тем самым приводит к повышению вероятности приема. Исходя из этого, предположим, что на псевдослучайной частоте ƒ_i (неизвестной для постороннего наблюдателя) в заданный момент времени t_i (абоненту известны ƒ_i и t_i) передается цифра «1» путем излучения немодулированного отрезка синусоиды длительностью τ. Прием такого сигнала, также, как и обнаружение средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ), осуществляется с помощью энергетического обнаружителя [2]. Следовательно, постановка помехи на неструктурированный сигнал, при оговоренных условиях лишь повысит суммарную мощность принимаемого сигнала («1»), т.е. увеличит вероятность его приема при использовании энергетического обнаружителя.This is explained as follows. In accordance with the classical approach to the construction of signal-code structures (SCM) for radio links (RL), (including for decameter-wave RL, providing communication with globally remote objects), for stable delivery of control commands, it is necessary to provide a power ratio at the receiving point signal/interference is not lower than the specified value Р _s /Р _n ≥G. In this case, for any type of modulation, due to the setting of deliberate interference G ^/ =P _c /P _predn.p <G, there is a communication breakdown. At the same time, if the useful signal does not have a special structure, such as, for example, a broadband signal - NPS, frequency telegraphy - FT, relative phase telegraphy - OFT, etc., but is received only on an energy basis, then the appearance of interference at the receive frequency signal increases its total power, and thereby leads to an increase in the probability of reception. Proceeding from this, we assume that at a pseudo-random frequency ƒ _i (unknown to an outside observer) at a given time t _i (the subscriber knows ƒ _i and t _i ), the number "1" is transmitted by emitting an unmodulated segment of a sinusoid with a duration τ. The reception of such a signal, as well as detection by means of electronic warfare (EW), is carried out using an energy detector [2]. Therefore, putting interference on an unstructured signal, under the specified conditions, will only increase the total power of the received signal (“1”), i.e. will increase the chance of receiving it when using an energy detector.

При передаче информации в режиме модуляции - амплитудная телеграфия (AT) с пассивной паузой, биты со значением «0» определяются по отсутствию сигнала на заданной рабочей частоте, т.е. посторонний наблюдатель не может обнаружить сигнал, и соответственно, поставить сосредоточенную помеху, ввиду отсутствия информации о частотах при работе в режиме ППРЧ. Таким образом, постановка прицельных сосредоточенных помех на сообщения, передаваемые в режиме AT, путем параллельного излучения всех бит не может снизить вероятность их приема. Кроме того, при параллельной передаче всего текста сообщения, режим AT имеет энергетическое преимущество перед другими видами модуляции, поскольку, в среднем, количество единиц и нулей в тексте сообщения (команде) одинаково, мощность передачи информационных единиц («1») может быть увеличена, примерно в два раза, при сохранении той же мощности излучения радиопередающего устройства (РПДУ), что и при использовании других видов модуляции при параллельной передаче бит сообщений.When transmitting information in the modulation mode - amplitude telegraphy (AT) with a passive pause, bits with a value of "0" are determined by the absence of a signal at a given operating frequency, i.e. an outside observer cannot detect a signal, and, accordingly, put a concentrated interference, due to the lack of information about the frequencies when operating in the frequency hopping mode. Thus, targeting concentrated interference to messages transmitted in AT mode by emitting all bits in parallel cannot reduce the probability of their reception. In addition, when transmitting the entire message text in parallel, the AT mode has an energy advantage over other types of modulation, since, on average, the number of ones and zeros in the message text (command) is the same, the transmission power of information units (“1”) can be increased, approximately twice, while maintaining the same radiation power of the radio transmitting device (RPDU), as when using other types of modulation in parallel transmission of message bits.

В заявленном способе помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов технический результат достигается тем, что на первом этапе предварительно формируют сообщение длиной N бит с учетом помехоустойчивого кодирования, подбирают полосу частот ΔF для передачи сообщения, в зависимости от географических особенностей конкретной радиолинии, комплектуют группу из N рабочих частот из доступной полосы частот ΔF методом исключения запрещенных частот, устанавливают специальный код в виде псевдослучайной последовательности для дальнейшей передачи k-го сообщения, устанавливают время начала сеансов связи T_k также по псевдослучайному закону и их продолжительности τ; формируют вид сигнала как сверхузкополосный с полосой частот Δƒ_с много меньше максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением отражающих слоев ионосферы Δƒ_с<<Δƒ_Д, устанавливают тип модуляции как амплитудную телеграфию. На втором этапе на передающей стороне преобразуют последовательность N бит k-го сообщения в параллельный вид, за каждым n_k битом сообщения одновременно закрепляют свою рабочую частоту

, по времени начала T_k-го сеанса связи параллельно излучают в режиме амплитудной телеграфии, в течение длительности τ только информационные единицы «1» передаваемого k-го сообщения. На третьем этапе на приемной стороне за τ секунд до начала k-го сеанса связи перестраивают многоканальное радиоприемное устройство на рабочие частоты

для каждого бита сообщения, по оценке помеховой обстановки вычисляют величину порога обнаружения радиосигнала Н, создают банк из L узкополосных фильтров, с полосой каждого l-го, (l = 1, 2, …, L), равного полосе частот передаваемого бита Δƒ_с и суммарно перекрывающим полосу до величины максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением отраженных слоев ионосферы Δƒ_Д≈8÷10 Гц=LΔƒ_с, осуществляют прием каждого бита сообщения в параллельном режиме на закрепленных рабочих частотах

путем их фильтрации через банк L узкополосных фильтров, L=Δƒ_Д/Δƒ_с, накапливают путем интегрирования принятые за время τ сеанса связи сигналы каждого бита сообщения после каждого l-го фильтра на закрепленных рабочих частотах

в каждом n-м канале, идентифицируют информационные единицы «1» и нули «0» бит сообщения таким образом, что решение о приеме информационной единицы принимают в случае превышения напряжения огибающей установленного порога обнаружения Н хотя бы в одной из L выборок, а решение о приеме информационного нуля («0») - в случае отсутствия превышения напряжения огибающей V_«0» установленного порога обнаружения Н во всем ансамбле L выборок анализируемой рабочей частоты, параллельно записывают идентифицируемые информационные биты «1» и «0» сообщения на всех N рабочих частотах приема и преобразуют биты сообщения из параллельного в последовательный вид, производят декодирование сообщения и выдачу его абоненту или на исполнительное устройство.In the claimed method of noise-resistant communication of data to globally remote objects, the technical result is achieved by the fact that at the first stage, a message of length N bits is pre-formed, taking into account noise-immune coding, the frequency band ΔF is selected for transmitting the message, depending on the geographical features of a particular radio link, a group of N operating frequencies from the available frequency band ΔF by excluding prohibited frequencies, set a special code in the form of a pseudo-random sequence for further transmission of the k-th message, set the start time of communication sessions T _k also according to a pseudo-random law and their duration τ; the signal type is formed as ultra-narrowband with a frequency band Δƒ _with much less than the maximum shift of the operating frequency of the signal due to the Doppler effect due to the sporadic movement of the reflecting layers of the ionosphere Δƒ _with <<Δƒ _D, the modulation type is set as amplitude telegraphy. At the second stage, on the transmitting side, the sequence of N bits of the kth message is converted into a parallel form, each n _k bit of the message is simultaneously assigned its own operating frequency

, at the start time T of the _k -th communication session, they radiate in parallel in the amplitude telegraphy mode, during the duration τ, only information units "1" of the transmitted k-th message. At the third stage, on the receiving side, τ seconds before the start of the k-th communication session, the multichannel radio receiver is tuned to operating frequencies

for each bit of the message, according to the assessment of the interference situation, the value of the radio signal detection threshold H is calculated, a bank is created from L narrow-band filters, with the band of each l-th, (l = 1, 2, ..., L), equal to the frequency band of the transmitted bit Δƒ _s and overlapping the band in total up to the value of the maximum shift of the operating frequency of the signal due to the Doppler effect, due to the sporadic movement of the reflected layers of the ionosphere Δƒ _D ≈8÷10 Hz=LΔƒ _s, each bit of the message is received in parallel mode at fixed operating frequencies

by filtering them through a bank L of narrow-band filters, L=Δƒ _D /Δƒ _s, the signals of each bit of the message received during the communication session τ after each l-th filter are accumulated by integration at fixed operating frequencies

in each n-th channel, information units "1" and zeros "0" bits of the message are identified in such a way that the decision to receive the information unit is made if the voltage of the envelope of the set detection threshold H is exceeded in at least one of the L samples, and the decision on receiving information zero ("0") - if the envelope voltage V _"0" does not exceed the set detection threshold H in the entire ensemble L of samples of the analyzed operating frequency, the identifiable information bits "1" and "0" of the message are recorded in parallel at all N operating frequencies receiving and converting the bits of the message from parallel to serial form, decoding the message and issuing it to the subscriber or to the executive device.

Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков способа помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов и введенной последовательности действий, обеспечивается повышение помехоустойчивости и скрытости передаваемых сообщений.Thanks to the listed new set of essential features of the method of noise-resistant bringing data to globally remote objects and the introduced sequence of actions, an increase in noise immunity and secrecy of transmitted messages is provided.

Поскольку посторонний наблюдатель может обнаружить только активные частоты (передачу информационных единиц «1» бит сообщения) при постановке на них помех любого типа, из-за отсутствия структурных признаков в передаваемом сигнале (радиоимпульс, «отрезок» синусоидального сигнала) для энергетического обнаружителя, используемого для приема, условия приема улучшатся, т.е. вероятность правильного приема бита будет больше, чем при отсутствии помехового сигнала. В то же время, ввиду отсутствия у постороннего наблюдателя данных о «пассивных» частотах (передачи информационного нуля «0»), вероятность приема нулевых значений бит информации не уменьшится. Таким образом, в среднем, вероятность приема сообщения при постановке прицельных преднамеренных помех для предлагаемой сигнально-кодовой конструкции будет увеличиваться, чем и достигается поставленная цель.Since an outside observer can detect only active frequencies (transmission of information units “1” bit of the message) when any type of interference is placed on them, due to the lack of structural features in the transmitted signal (radio pulse, “segment” of a sinusoidal signal) for an energy detector used for reception, reception conditions will improve, i.e. the probability of correct reception of a bit will be greater than in the absence of an interfering signal. At the same time, due to the fact that an outside observer does not have data on “passive” frequencies (transmission of an information zero “0”), the probability of receiving zero values of information bits will not decrease. Thus, on average, the probability of receiving a message when setting targeted jamming for the proposed signal-code design will increase, which achieves the goal.

Заявленный способ помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов поясняется следующими графическими материалами, а именно:The claimed method of noise-resistant bringing data to globally remote objects is illustrated by the following graphic materials, namely:

фиг. 1, на которой представлена блок-схема алгоритма способа помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов;fig. 1, which shows a block diagram of the algorithm of the method of noise-resistant bringing data to globally remote objects;

фиг. 2, на которой представлена загруженность области оптимальных рабочих частот (ОРЧ) декаметрового диапазона волн работающими станциями и помехами;fig. 2, which shows the workload of the region of optimal operating frequencies (ORF) of the decameter wave range by operating stations and interference;

фиг. 3, на которой представлена спектрограмма фрагмента узкополосного сигнала ДКМ диапазона, принимаемого «Земной волной» и после отражения от ионосферы;fig. 3, which shows a spectrogram of a fragment of a narrow-band DKM signal received by the "Ground wave" and after reflection from the ionosphere;

фиг. 4, на которой приведено влияние эффекта Доплера на «сверхузкополосный» сигнал;fig. 4, which shows the effect of the Doppler effect on the "ultra-narrowband" signal;

фиг. 5, на которой представлен фрагмент спектрограмм приема текста сообщения, передаваемого в режимах ЧТ и AT при одинаковой мощности излучения РПДУ;fig. 5, which shows a fragment of the spectrograms of the reception of the message text transmitted in the PT and AT modes at the same radiation power of the RPDU;

фиг. 6, на которой представлены фрагменты спектрограмм приема сверхузкополосного сигнала на фоне белого шума предложенным способом.fig. 6, which shows fragments of spectrograms for receiving an ultra-narrowband signal against a background of white noise by the proposed method.

Реализация заявленного способа помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов объясняется следующим образом, см. фиг. 1.The implementation of the claimed method of noise-immune delivery of data to globally remote objects is explained as follows, see Fig. one.

Первым этапом предлагаемого способа является предварительный этап.The first stage of the proposed method is a preliminary stage.

На шаге 1 формируют сообщение длиной N бит с учетом помехоустойчивого кодирования. Способ рассчитан на передачу формализованных сообщений (команд управления), как правило, применяемых в ДКМ каналах специальных СРС. Число бит N в передаваемом сообщении с предлагаемой в способе сигнальной конструкцией определяется, исходя из перечня формализованных команд управления, а также выбранного способа помехоустойчивого кодирования, применяемого метода снижения пик-фактора при передаче многочастотного сигнала и др. С учетом различных методов снижения пик-фактора сигнала [3] в качестве оценки максимального значения N в способе условно примем N_max≤1000 бит. Очевидно, что значение N_max может быть при необходимости увеличено при сохранении заданной вероятности приема, за счет повышения мощности РПДУ.At step 1, a message of length N bits is formed, taking into account error-correcting coding. The method is designed for the transmission of formalized messages (control commands), as a rule, used in DKM channels of special SRS. The number of bits N in the transmitted message with the signal structure proposed in the method is determined based on the list of formalized control commands, as well as the selected method of error-correcting coding, the method used to reduce the crest factor when transmitting a multi-frequency signal, etc. Taking into account various methods for reducing the crest factor of the signal [3] as an estimate of the maximum value of N in the method, we conditionally accept N _max ≤1000 bits. It is obvious that the value of N _max can be increased, if necessary, while maintaining a given reception probability, by increasing the power of the RPDU.

На шаге 2, в соответствии с используемым декаметровым диапазоном волн, осуществляют подбор полосы частот ΔF для передачи сообщения в зависимости от географических особенностей конкретной радиолинии. Как правило, полоса рабочих частот при режиме ППРЧ составляет 10-15% от значения оптимальной рабочей частоты (ОРЧ), например, для F_ОРЧ ≈ 10 МГц Δƒ требуемая полоса частот для передачи сообщения составит не более 1,5 МГц. При реализации предложенного способа выбора полосы частот для передачи сообщения с повышением скрытости, помехозащищенности и возможности работы в условиях повышенной ионизации ионосферы (например, на высоких арктических широтах) полосу частот ΔF можно расширить с охватом сразу несколько диапазонов, например, СДВ-ДВ-СВ-КВ-УКВ, что зависит только от технических возможностей аппаратно-программной реализации.At step 2, in accordance with the decameter wave band used, the frequency band ΔF is selected for transmitting a message, depending on the geographical features of a particular radio link. As a rule, the operating frequency band in the frequency hopping mode is 10-15% of the value of the optimal operating frequency (ORF), for example, for F _ORF ≈ 10 MHz Δƒ, the required bandwidth for transmitting a message will be no more than 1.5 MHz. When implementing the proposed method for selecting a frequency band for transmitting a message with increased secrecy, noise immunity and the ability to work in conditions of increased ionization of the ionosphere (for example, at high Arctic latitudes), the frequency band ΔF can be expanded to cover several ranges at once, for example, SV-DV-SV- HF-VHF, which depends only on the technical capabilities of the hardware and software implementation.

На шаге 3 комплектуют группу в N рабочих частот из выделенного частотного ресурса (полосы частот ΔF) методом исключения запрещенных частот (SOS, занятых мощными радиостанциями, каналами управления воздушным движением и тому подобных). Набор частот матрицы ППРЧ может происходить в такой полосе частот, которая включает в себя несколько частотных каналов, что поясняется фиг. 2.At step 3, a group of N operating frequencies is assembled from the allocated frequency resource (frequency bands ΔF) by the method of excluding forbidden frequencies (SOS occupied by powerful radio stations, air traffic control channels, and the like). Frequency hopping of the frequency hopping matrix may occur in a frequency band that includes multiple frequency channels, as illustrated in FIG. 2.

На шаге 4 устанавливают специальный код в виде псевдослучайной последовательности (ПСП) для последующей передачи k-го сообщения с закреплением за каждым n-м битом сообщения (n = 1, 2, …, N) своей рабочей частоты

, назначаемой по псевдослучайному закону (ППРЧ), матрице ППРЧ -

. Алгоритм выбора ПСП может быть различен, и представлен, например в [1].At step 4, a special code is set in the form of a pseudo-random sequence (PRS) for the subsequent transmission of the k-th message with assignment to each n-th bit of the message (n = 1, 2, ..., N) of its operating frequency

assigned according to a pseudo-random law (PRFC), the PRFC matrix -

. The algorithm for selecting the SRP can be different, and is presented, for example, in [1].

На шаге 5 устанавливают время начала сеансов связи T_k (начала передачи сообщения) по псевдослучайному закону и их продолжительности τ.At step 5, the start time of communication sessions T _k (the start of message transmission) is set according to a pseudo-random law and their duration τ.

На шаге 6 формируют сверхузкополосный сигнал, с полосой частот Δƒ_c много меньше максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением отражающих слоев ионосферы: Δƒ_c<<Δƒ_Д.At step 6, an ultra-narrowband signal is formed, with a frequency band Δƒ _c much less than the maximum shift in the operating frequency of the signal due to the Doppler effect due to the sporadic movement of the reflecting layers of the ionosphere: Δƒ _c <<Δƒ _D .

Традиционно, в радиосвязи применяются сигналы двух видов: широкополосные и узкополосные. Однако, нестационарность декаметрового канала радиосвязи не позволила получить ожидаемый теоретический выигрыш в случае применения модемов с широкополосным (шумоподобным, сложным) сигналом (ШПС) на протяженных (более 1000 км) радиолиниях. Эффективность применения узкополосных сигналов для передачи информации в декаметровом диапазоне волн практически проверялась в 1965 году специалистами «Radio Corporation of American. Эксперимент проводился на односкачковой радиотрассе с использованием радиопередающего устройства с мощностью излучения Р_изл≈100 мВт на рабочей частоте F_изл≈15 МГц. Из-за низкой стабильности задающих генераторов приемного и передающего устройств, разработчикам не удалось в полной мере реализовать эффект «накопления» сигнала (полоса фильтра радиоприемного устройства (РПУ) составляла 17 Гц при длительности одного бита τ_бит ≈ 20 с), тем не менее, в ходе испытаний было зафиксировано, что используемая технология на 40 дБ улучшает соотношение сигнал/шум по сравнению с традиционной работой в режиме «Азбуки Морзе». Вместе с тем, постоянное повышение требований к времени доставки сообщений и сложность обработки сверхузкополосных сигналов на элементной базе того времени, привело к невостребованности метода медленнодействующей передачи сообщений.Traditionally, two types of signals are used in radio communications: wideband and narrowband. However, the non-stationarity of the decameter radio communication channel did not allow obtaining the expected theoretical gain in the case of using modems with a broadband (noise-like, complex) signal (BSS) on extended (more than 1000 km) radio links. The effectiveness of the use of narrow-band signals for the transmission of information in the decameter wave range was practically tested in 1965 by specialists from the Radio Corporation of American. The experiment was carried out on a single-hop radio path using a radio transmitter with a radiation power Р _rad ≈100 mW at an operating frequency F _rad ≈15 MHz. Due to the low stability of the master oscillators of the receiving and transmitting devices, the developers failed to fully realize the effect of signal “accumulation” (the filter band of the radio receiver (RPU) was 17 Hz with a duration of one bit τ _bit ≈ 20 s), nevertheless, tests have shown that the technology used improves the signal-to-noise ratio by 40 dB compared to traditional Morse code operation. At the same time, the constant increase in the requirements for the delivery time of messages and the complexity of processing ultra-narrowband signals on the element base of that time led to the lack of demand for the method of slow message transmission.

Однако, необходимо отметить, что массовое внедрение средств вычислительной техники и элементной базы для цифровой обработки сигналов позволило эффективно использовать сверхузкополосные сигналы. В режиме, так называемого, сверхмедленного телеграфа (QRSS) радиолюбители в диапазоне частот 10,138÷10,140 кГц обмениваются информацией на одно-двухскачковых радиотрассах при мощности передатчика 10÷100 мВт и длительности одного бита информации до 10 сек. [4]. Технические сложности, возникающие при аппаратно-программной реализации учета эффекта Доплера в алгоритме функционирования приемного тракта предлагаемого способа, преодолеваются за счет использования современных CRS (Cognitive Radio System - системы когнитивного радио -радиосистемы, способные получать сведения об особенностях собственной эксплуатации и на основе этих данных корректировать свои параметры работы) и SDR-технологий (Software-defined Radio - программно-определяемая радиосистема - устройство с программируемыми параметрами: передатчик и/или радиоприемное устройство, использующие технологию, позволяющую с помощью программного обеспечения установить или изменить рабочие радиочастотные параметры, включая, в частности, диапазон частот, тип модуляции, или выходную мощность …), а также алгоритмов цифровой обработки сигналов при многоканальном приеме [5]. Работа сверхузкополосными сигналами существенно повышает эффективность СРС (РЛ) по таким показателям как скрытость и помехозащищенность.However, it should be noted that the massive introduction of computer technology and the element base for digital signal processing has made it possible to effectively use ultra-narrowband signals. In the so-called ultra-slow telegraph (QRSS) mode, radio amateurs in the frequency range of 10.138 ÷ 10.140 kHz exchange information on one-two-hop radio paths with a transmitter power of 10 ÷ 100 mW and a duration of one bit of information up to 10 seconds. [four]. The technical difficulties that arise in the hardware-software implementation of taking into account the Doppler effect in the algorithm for the functioning of the receiving path of the proposed method are overcome through the use of modern CRS (Cognitive Radio System - systems of cognitive radio-radio systems that can receive information about the features of their own operation and, based on this data, correct its operating parameters) and SDR technologies (Software-defined Radio - software-defined radio system - a device with programmable parameters: a transmitter and / or radio receiver using technology that allows software to set or change radio frequency operating parameters, including, in particular , frequency range, modulation type, or output power ...), as well as digital signal processing algorithms for multi-channel reception [5]. Working with ultra-narrowband signals significantly increases the efficiency of the SRS (RL) in terms of such indicators as stealth and noise immunity.

На шаге 7 устанавливают тип модуляции (режим работы) - амплитудную телеграфию. С точки зрения информационной скрытости, побитная параллельная передача в режиме перестройки рабочих частот по псевдослучайному закону (ППРЧ) может вестись с использованием частотной (ЧТ) или амплитудной (AT) модуляции [6]. Обоснование применимости в заявленном способе в качестве основного типа модуляции режима AT приведено ниже. Основным преимуществом сигнальной конструкции при использовании режима ППРЧ и AT модуляции является устойчивость к прицельным по частоте преднамеренным помехам. Более того, очевидно, что при их постановке средняя вероятность приема сообщения будет увеличиваться, поскольку отсутствие априорных знаний у постороннего наблюдателя о частотах с пассивной паузой («0») не позволит «поставить» прицельную помеху, а постановка помех на активные частоты увеличит мощность принимаемых сигналов, в силу отсутствия у них структурных признаков, которые может нарушить прицельная помеха.In step 7, the type of modulation (mode of operation) is set - amplitude telegraphy. From the point of view of information secrecy, bit-by-bit parallel transmission in the pseudo-random frequency hopping mode (PRFC) can be carried out using frequency (FR) or amplitude (AT) modulation [6]. The rationale for applicability in the claimed method as the main type of modulation of the AT mode is given below. The main advantage of the signal design when using the frequency hopping mode and AT modulation is the resistance to frequency-targeted jamming. Moreover, it is obvious that when they are set, the average probability of receiving a message will increase, since the lack of a priori knowledge of an outside observer about the frequencies with a passive pause (“0”) will not allow “putting” targeted interference, and setting interference on active frequencies will increase the power of the received signals, due to their lack of structural features that can be disturbed by aimed interference.

Применимость широкополосных и узкополосных сигналов в декаметровом диапазоне волн и обоснование термина «сверхузкополосные сигналы»The applicability of broadband and narrowband signals in the decameter wave range and the rationale for the term "ultra-narrowband signals"

Результаты сравнительных трассовых испытаний модема с ШПС и штатной «узкополосной» радиолинией [7] позволили сделать основные выводы по возможностям их применения в ДКМ канале связи:The results of comparative path tests of a modem with an NLS and a standard "narrow-band" radio link [7] made it possible to draw the main conclusions on the possibilities of their application in a DKM communication channel:

увеличение базы сигнала за счет расширения полосы ΔF ограничено из-за нарушения частотно-фазовых соотношений в принимаемом сигнале после отражения в ионосфере, и, как следствие, ведет к снижению эффективности функционирования согласованного фильтра;the increase in the signal base due to the expansion of the band ΔF is limited due to the violation of the frequency-phase relationships in the received signal after reflection in the ionosphere, and, as a result, leads to a decrease in the efficiency of the matched filter;

увеличение базы сигнала за счет повышения длительности элемента сообщения приводит к нарушению заданных требований на время доведения информации (команд управления) в радиолинии;an increase in the signal base due to an increase in the duration of the message element leads to a violation of the specified requirements for the time of bringing information (control commands) to the radio link;

при ограниченной базе сигнала, с учетом вышесказанного, из-за глубоких селективных замираний используемая мощность РПДУ, обеспечивающая необходимое качество приема сообщения, приводит к снижению скрытости передачи и, как следствие, к высокой вероятности обнаружения излучения пунктом радиоконтроля.with a limited signal base, taking into account the above, due to deep selective fading, the used power of the RPDU, which provides the necessary quality of message reception, leads to a decrease in the secrecy of transmission and, as a result, to a high probability of detecting radiation by a radio monitoring station.

Несмотря на низкую эффективность широкополосных сигналов для дальней ДКМ связи, важно отметить, что для диапазона частот свыше 150÷300 МГц ШПС получили большое распространение в радиолокации и связи.Despite the low efficiency of broadband signals for long-range DKM communication, it is important to note that for the frequency range above 150÷300 MHz, NLS have become widespread in radar and communications.

Как правило, действующие «узкополосные» радиолинии, в зависимости от скорости передачи, занимают частотный участок от 20÷30 Гц (низкоскоростные ДКМ РЛ) до 1,2÷1,5 кГц (так называемые СБД РЛ). Если реализуется радиолиния с параллельной передачей элементов сообщения (как предложено в способе), и заданное время проведения сеанса реально может составлять десятки секунд, то при сохранении помехоустойчивости (а значит и вероятности правильного приема сообщения) можно уменьшить мощность излучения до Р_бит≈0,05 Вт, при этом частотная полоса, занимаемая каждым сигналом, передаваемым в режиме ППРЧ, составит примерно Δƒ_c≈0,01 Гц.As a rule, the operating "narrow-band" radio links, depending on the transmission rate, occupy the frequency range from 20 ÷ 30 Hz (low-speed DKM RL) to 1.2 ÷ 1.5 kHz (the so-called SDU RL). If a radio link is implemented with parallel transmission of message elements (as proposed in the method), and the specified session time can actually be tens of seconds, then while maintaining noise immunity (and hence the probability of correct message reception), it is possible to reduce the radiation power to P _bit ≈0.05 W, while the frequency band occupied by each signal transmitted in the frequency hopping mode will be approximately Δƒ _c ≈0.01 Hz.

Одной из сложных задач, возникающих при реализации предлагаемого способа, является учет смещения спектра принимаемого сигнала по частоте, обусловленного спорадическим перемещением слоев ионосферы, отражающих передаваемый сигнал (эффект Доплера). В среднем, для протяженных радиотрасс доплеровское смещение составляет Δƒ_Д≈±1,5 Гц (см. фиг. 3) достигая в период захода и восхода Солнца значений Δƒ_Д≈±4 Гц, что практически не влияет на работу штатных узкополосных радиолиний, и поэтому не учитывается.One of the complex problems that arise when implementing the proposed method is to take into account the frequency shift of the received signal spectrum due to the sporadic movement of the ionospheric layers reflecting the transmitted signal (Doppler effect). On average, for extended radio paths, the Doppler shift is Δƒ _D ≈±1.5 Hz (see Fig. 3), reaching the values Δƒ _D ≈±4 Hz during sunset and sunrise, which practically does not affect the operation of regular narrow-band radio links, and therefore not taken into account.

В то же время, основным видом сигналов, используемых в предложенном способе, заявлены т.н. «сверхузкополосные» сигналы (сигналы, полоса частот которых Δƒ_с много меньше полосы частот Δƒ_Д доплеровского смещения: Δƒ_c<<Δƒ_Д, см. фиг. 4.At the same time, the main type of signals used in the proposed method are the so-called. "Ultra-narrowband" signals (signals whose frequency band Δƒ _c is much less than the frequency band Δƒ _D of the Doppler shift: Δƒ _c <<Δƒ _D , see Fig. 4.

Оценка помехоустойчивости и скрытости обмена даннымиEvaluation of noise immunity and secrecy of data exchange

Нестационарность ДКМ канала связи, также как и для когерентного сложения, не позволила получить ожидаемый теоретический выигрыш, в случае применения модема с ШПС (шумоподобным, сложным сигналом).The non-stationarity of the DKM communication channel, as well as for coherent summation, did not allow obtaining the expected theoretical gain in the case of using a modem with NLS (noise-like, complex signal).

Как известно, при оптимальной обработке сигнала в условиях действия «белого» шума (корреляционный прием или согласованная фильтрация), помехоустойчивость связи определяется значением параметра [8]As is known, with optimal signal processing under the conditions of "white" noise (correlation reception or matched filtering), the noise immunity of communication is determined by the value of the parameter [8]

,

,

где Е, Р, T и F - энергия, мощность, длительность и частотная полоса сигнала соответственно. Независимость значения h² от частотной полосы F, занимаемой сигналом, очевидна даже из приведенных простых математических выкладок, см. подчеркнутое равенство в выражении, представленном выше.where E, P, T and F are the energy, power, duration and frequency band of the signal, respectively. The independence of the value of h ² from the frequency band F occupied by the signal is obvious even from the above simple mathematical calculations, see the underlined equality in the expression above.

Как отмечал Л.М. Финк «… не следует, однако думать, что применение широкополосных сигналов (сигналов с большой базой) позволит уменьшить мощность передатчика при заданной верности приема …», «… уменьшить вероятность ошибки при заданной мощности передатчика можно лишь … путем уменьшения v², либо, наконец, путем увеличения Т (замедляя передачу …» [9]. То есть увеличение базы сигнала В за счет увеличения полосы F не влияет на помехоустойчивость в условиях действия только «белого» шума. Вместе с тем, расширение частотной полосы, занимаемой сигналом, в ряде случаев имеет значительные преимущества перед «узкополосными» сигналами (В≈1÷2), в том числе по такому важному параметру (особенно для направления «море-берег»), как скрытость передачи [2, 10]. Опытный образец ДКМ радиолинии с ШПС сигналом на базе кода Фрэнка с В≈80 (руководитель разработки профессор СПбПГУ Цикин И.А.) в ходе испытаний позволил сделать основные выводы по возможности использования широкополосных сигналов в ДКМ канале связи: увеличение базы сигнала за счет расширения полосы F ограничено из-за нарушения частотно-фазовых соотношений в принимаемом сигнале после отражения в ионосфере, и, как следствие, ведет к снижению эффективности функционирования согласованного фильтра; увеличение базы сигнала за счет повышения длительности элемента сообщения приводит к нарушению заданных требований на время доведения команды управления; при ограниченной базе сигнала (с учетом вышеизложенного) из-за глубоких селективных замираний используемая мощность РПДУ, обеспечивающая необходимое качество приема сообщения, приводит к снижению скрытости передачи и, как следствие, к высокой вероятности обнаружения излучения пунктом радиоконтроля.As noted by L.M. Fink “... one should not, however, think that the use of broadband signals (signals with a large base) will reduce the transmitter power for a given reception fidelity ...”, “... it is possible to reduce the error probability for a given transmitter power only ... by reducing v ² , or, finally , by increasing T (slowing down the transmission ... "[9]. That is, an increase in the signal base B due to an increase in the bandwidth F does not affect the noise immunity under the action of only "white" noise. At the same time, the expansion of the frequency band occupied by the signal, in a number cases, it has significant advantages over “narrow-band” signals (B≈1÷2), including such an important parameter (especially for the “sea-coast” direction) as the secrecy of transmission [2, 10]. a signal based on the Frank code with B≈80 (development manager, professor of St. the signal phase due to the expansion of the band F is limited due to the violation of the frequency-phase relationships in the received signal after reflection in the ionosphere, and, as a result, leads to a decrease in the efficiency of the matched filter; an increase in the signal base by increasing the duration of the message element leads to a violation of the specified requirements for the time of bringing the control command; with a limited signal base (taking into account the above) due to deep selective fading, the used power of the RPDU, which provides the required quality of message reception, leads to a decrease in the secrecy of transmission and, as a result, to a high probability of detecting radiation by a radio monitoring station.

Известно, что для энергетического обнаружителя при частотной полосе поиска больше полосы сигнала эффективность падает, а при меньшей полосе (конечно в случае нахождения сигнала в ней) практически не уменьшается. Следовательно, для обнаружения сигнала, например, с полосой Δƒ=10 кГц с неизвестной частотой излучения в «дежурном» диапазоне ΔF=1 МГц (средний диапазон оптимальных рабочих частот для ДКМ радиолиний) теоретически потребуется не более 200 каналов параллельного поиска, а для сигнала с Δƒ≈0,01 Гц, не менее 100000000 каналов автоматического поиска сигнала, что оказывается проблематичным с точки зрения вычислительных ресурсов системы обнаружения.It is known that for an energy detector with a frequency search bandwidth larger than the signal bandwidth, the efficiency drops, and with a smaller bandwidth (of course, if the signal is in it), it practically does not decrease. Therefore, to detect a signal, for example, with a bandwidth of Δƒ=10 kHz with an unknown radiation frequency in the "standby" range of ΔF=1 MHz (the average range of optimal operating frequencies for DKM radio links), theoretically, no more than 200 parallel search channels will be required, and for a signal with Δƒ≈0.01 Hz, not less than 100,000,000 channels of automatic signal search, which turns out to be problematic in terms of computing resources of the detection system.

Одним из основных факторов, определяющих минимизацию «пропуска сигнала» и «ложной тревоги» в системе обнаружения является необходимое соотношение К=сигнал/(шум+помеха), определяемое, исходя из поставленной системе задачи и при К<1, в случае отсутствия априорных знаний о рабочей частоте и времени начала сеанса связи работа системы обнаружения окажется неэффективной, и, наоборот, система связи будет обладать повышенной скрытостью [2].One of the main factors determining the minimization of "signal skip" and "false alarm" in the detection system is the required ratio K=signal/(noise+interference), determined based on the task set for the system and at K<1, in the absence of a priori knowledge about the operating frequency and time of the beginning of the communication session, the operation of the detection system will be ineffective, and, conversely, the communication system will have increased secrecy [2].

Дополнительно необходимо подчеркнуть, что также как и для широкополосного сигнала, для узкополосного радиосигнала существует согласованный фильтр (интегратор), обеспечивающий возможность приема сигнала находящегося «под шумами» (К<1) до окончания процесса интегрирования (см. фиг. 5, 6).In addition, it must be emphasized that, as well as for a wideband signal, for a narrowband radio signal there is a matched filter (integrator) that makes it possible to receive a signal that is “under the noise” (K<1) until the end of the integration process (see Fig. 5, 6).

При проведении сеансов связи с временем начала излучения сигнала (а значит, и всего сообщения) по псевдослучайному закону (т.е. неизвестному постороннему наблюдателю), попытка обнаружить «сверхузкополосный» сигнал приведет к потоку «ложных тревог», т.к. для потенциального обнаружения под шумами необходимо продолжительное время находиться на значительном количестве «дежурных» частот, однако при отсутствии знания времени начала сеанса на выходах интеграторов обнаружителя уже через 10-15 секунд работы появится поток ложных «срабатываний», обусловленных «накоплением» слабых собственных частотных гармоник приемника обнаружителя, а также побочных излучений от посторонних радиопередающих устройств. В связном же приемнике в силу априорных знаний о времени начала сеанса и рабочих частотах ошибки такого рода отсутствуют.When conducting communication sessions with the time of the beginning of the signal emission (and hence the entire message) according to a pseudo-random law (i.e., to an unknown outsider), an attempt to detect an “ultra-narrowband” signal will lead to a stream of “false alarms”, because for potential detection under noise, it is necessary to stay at a significant number of "on duty" frequencies for a long time, however, in the absence of knowledge of the session start time, at the outputs of the detector integrators, after 10-15 seconds of operation, a stream of false "operations" will appear due to the "accumulation" of weak natural frequency harmonics detector receiver, as well as spurious emissions from extraneous radio transmitting devices. In a connected receiver, due to a priori knowledge about the session start time and operating frequencies, there are no errors of this kind.

Кроме того, положительными свойствами «сверхузкополосных» сигналов при параллельной побитной передаче всего сообщения является отсутствие межсимвольной интерференции и низкие требования к точности синхронизации, что позволяет не учитывать расхождение по времени на передающем и приемном комплексах, возникающем при их значительном взаимном удалении (для радиолиний с «быстрой ППРЧ» требуется передача помехоустойчивой преамбулы для синхронизации перестройки радиопередающего устройства на пункте управления и радиоприемного устройства на подвижном объекте связи).In addition, the positive properties of "ultra-narrowband" signals with parallel bit-by-bit transmission of the entire message are the absence of inter-symbol interference and low requirements for synchronization accuracy, which makes it possible not to take into account the time discrepancy at the transmitting and receiving complexes that occurs when they are significantly distant from each other (for radio links with " fast frequency hopping” requires the transmission of an anti-jamming preamble to synchronize the tuning of the radio transmitter at the control station and the radio receiver at the mobile communication object).

Обоснование применимости амплитудной телеграфии в качестве основного типа модуляцииJustification of the applicability of amplitude telegraphy as the main type of modulation

Для оптимального когерентного (к) и некогерентного (нк) приема сигналов на фоне белого шума, вероятность ошибки на бит для этих типов модуляции определяется следующими соотношениями [11]For optimal coherent (k) and non-coherent (nc) reception of signals against the background of white noise, the bit error probability for these types of modulation is determined by the following relations [11]

,

,

,

,

,

,

,

,

где

, W - энергия бита сигнала,

- функция Лапласа, v² - спектральная плотность мощности белого шума.where

, W - signal bit energy,

- Laplace function, v ² - power spectral density of white noise.

Как следует из приведенных формул, вероятность ошибки при одной и той же мощности сигнала и v² выше при использовании модуляции AT.As follows from the above formulas, the error probability for the same signal power and v ² is higher when using AT modulation.

Однако, при параллельной передаче бит сообщения, в силу примерно одинаковой плотности «единиц» и «нулей» («1» и «0») в тексте, при использовании режима AT число «активных» излучений будет ориентировочно в два раза меньше чем при ЧТ модуляции, см. фиг. 5.However, with parallel transmission of message bits, due to approximately the same density of "ones" and "zeros" ("1" and "0") in the text, when using the AT mode, the number of "active" emissions will be approximately two times less than with FT modulation, see fig. 5.

Таким образом, в способе реализуется возможность увеличения в два раза мощности передачи сигналов AT по сравнению с сигналами ЧТ без изменения мощности РПДУ, т.е. в рассматриваемой сигнальной конструкции р_АТ≈р_ЧТ. Кроме того, уменьшение в эфире числа «активных» частот обеспечивает повышение электромагнитной совместимости, а также скрытости функционирования радиолинии.Thus, the method implements the possibility of doubling the transmission power of AT signals compared to FT signals without changing the power of the RPDU, i.e. in the considered signal construction p _{AT ≈p} PT . In addition, a decrease in the number of "active" frequencies on the air provides an increase in electromagnetic compatibility, as well as the secrecy of the operation of the radio link.

Второй этап способа реализуется на передающей стороне РЛ (СРС). На шаге 8 преобразуют последовательность N бит k-го сообщения в параллельный вид для последующего излучения в параллельном режиме.The second stage of the method is implemented on the transmitting side of the radar (SRS). At step 8, the sequence of N bits of the k-th message is converted into a parallel form for subsequent emission in parallel mode.

На шаге 9 закрепляют за каждым n_k-м битом сообщения свою рабочую частоту

в соответствии с матрицей ППРЧ

. При этом, вместо скачкообразного изменения несущей частоты (или нескольких частот), используемых для передачи сигналов (в традиционных радиолиниях с ППРЧ сигналы рассматривают как последовательность, в общем случае модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне W_s, где число перестраиваемых частот и порядок их чередования определяются псевдослучайными кодами. То есть помеха, поставленная на такой структурный сигнал, с высокой вероятностью не позволит правильно принять передаваемые символы сообщения), в заявленном способе применяется матрица изменения рабочих частот по псевдослучайному закону побитово (посимвольно), когда каждому биту передаваемого сообщения назначается своя частота из матрицы ППРЧ (длина строки матрицы ППРЧ равна длине сообщения из N бит). С целью повышения помехозащищенности СРС (РЛ) для каждого нового передаваемого формализованного k-го сообщения (заданной длины N) в каждом k-м сеансе связи используется новая строка матрицы ППРЧ

. А использование режима AT, как показано выше, оказывается инвариантно к воздействию прицельной преднамеренной помехи, (см. фиг. 5).At step 9, each n _k -th bit of the message is assigned its own operating frequency

in accordance with the RFP matrix

. At the same time, instead of hopping the carrier frequency (or several frequencies) used for signal transmission (in traditional radio links with frequency hopping, signals are considered as a sequence, in the general case, of modulated radio pulses, the carrier frequencies of which are tunable in the range W _s , where the number of tunable frequencies and the order their alternations are determined by pseudo-random codes (i.e., interference placed on such a structural signal with a high probability will not allow to correctly receive the transmitted symbols of the message), in the claimed method, a matrix of changing operating frequencies according to a pseudo-random law is bit-by-bit (symbol-by-symbol), when each bit of the transmitted message is assigned its own frequency from the frequency hopping matrix (the length of the line of the hopping matrix is equal to the length of the message of N bits). In order to increase the noise immunity of the CRS (RL), for each new transmitted formalized k-th message (of a given length N) in each k-th communication session, a new row of the FRQ matrix is used

. And the use of the AT mode, as shown above, is invariant to the impact of targeted jamming (see Fig. 5).

На шаге 10 по времени начала T_k-го сеанса связи параллельно излучают в режиме амплитудной телеграфии в течение длительности τ только информационные единицы «1» передаваемого k-го сообщения. При этом, вместо последовательной для традиционных ППРЧ радиолиний передачи сообщения в радиоэфир, для повышения скорости передачи сообщения используется параллельная трансляция сразу всего сообщения (всех бит сообщения) на N выделенных частотах сеанса связи (частотах определенной строки матрицы ППРЧ). Параллельная передача бит сообщения стала возможной после появления в последнее десятилетие параллельных высокоскоростных радиомодемов [4, 12, 13], что также поясняется фиг. 5 и 6.At step 10, at the start time T of the _k -th communication session, only information units "1" of the transmitted k-th message are emitted in parallel in the amplitude telegraphy mode for a duration τ. At the same time, instead of serial transmission of a message to the air for traditional frequency hopping radio links, to increase the message transmission rate, parallel transmission of the entire message (all bits of the message) is used at once at N allocated frequencies of the communication session (frequencies of a certain line of the hopping matrix). Parallel transmission of message bits became possible with the advent of parallel high-speed radio modems in the last decade [4, 12, 13], which is also illustrated in FIG. 5 and 6.

Третий этап способа реализуется на приемной стороне РЛ (СРС).The third stage of the method is implemented on the receiving side of the radar (SRS).

На шаге 11 за τ секунд до начала k-го сеанса связи перестраивают многоканальное радиоприемное устройство на рабочие частоты

каждого бита из выбранной строки матрицы ППРЧ

по псевдослучайному коду, соответствующему числовой последовательности, используемой на передающей стороне и закрепленной за организуемым k-м сеансом связи. Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированность (определяемость) псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне РЛ обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Причем, использование в способе сверхузкополосных сигналов с временем передачи τ в десятки секунд снимает ограничения на необходимость применения высокоточной системы единого времени (СЕВ) и позволяет использовать автономный источник синхронизации без привязки к системам типа ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система - российская спутниковая система навигации), LORAN (Long Range Navigation - радионавигационная система наземного базирования) и т.п.At step 11, τ seconds before the start of the k-th communication session, the multichannel radio receiver is tuned to operating frequencies

of each bit from the selected row of the frequency hopping matrix

by a pseudo-random code corresponding to the numerical sequence used on the transmitting side and assigned to the organized k-th communication session. A prerequisite for the use of signals with frequency hopping is the determinism (definability) of a pseudo-random sequence of radio pulses, more precisely, their carrier frequencies and time position, which allows frequency and time synchronization of signals on the receiving side of the radar. Moreover, the use in the method of ultra-narrowband signals with a transmission time τ of tens of seconds removes the restrictions on the need to use a high-precision common time system (STS) and allows the use of an autonomous synchronization source without reference to systems such as GLONASS (Global Navigation Satellite System - Russian satellite navigation system), LORAN (Long Range Navigation - ground-based radio navigation system), etc.

На шаге 12 по оценке помех вычисляют величину порога обнаружения радиосигнала Н в каналах приема. Порядок вычисления величины порога срабатывания энергетического обнаружителя представлен ниже.At step 12, according to the interference assessment, the value of the detection threshold of the radio signal H in the reception channels is calculated. The procedure for calculating the threshold value of the energy detector is presented below.

На шаге 13 создают банк из L узкополосных фильтров, с полосой частот каждого l-го фильтра (l=1, 2, …, L), равного, Δƒ_c и суммарно перекрывающим в каждом канале приема полосу до величины максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением слоев ионосферы:

. Это определяется тем, что одной из сложных задач при реализации предлагаемого способа представляется разработка метода приема и демодуляции бит сообщения в условиях доплеровского смещения рабочей частоты в месте приема. Одним из вариантов решения задачи является использование банка узкополосных фильтров [14] на каждой рабочей частоте, с применением энергетического обнаружителя сигнала на выходе каждого фильтра [2].At step 13, a bank of L narrow-band filters is created, with the frequency band of each l-th filter (l=1, 2, ..., L) equal to Δƒ _c and in total covering the band in each receiving channel up to the value of the maximum offset of the signal operating frequency from - due to the Doppler effect, due to the sporadic movement of the layers of the ionosphere:

. This is determined by the fact that one of the difficult tasks in the implementation of the proposed method is the development of a method for receiving and demodulating bits of the message in terms of the Doppler shift of the operating frequency at the reception site. One of the options for solving the problem is to use a bank of narrow-band filters [14] at each operating frequency, using an energy signal detector at the output of each filter [2].

На шаге 14 осуществляют прием каждого бита сообщения в параллельном режиме на закрепленных рабочих частотах

путем их фильтрации через банк L узкополосных фильтров в каждом n-м канале приема с параметрами каждого l-го фильтра Δƒ_c, и суммарно перекрывающими полосу

At step 14, each bit of the message is received in parallel at fixed operating frequencies.

by filtering them through a bank of L narrow-band filters in each n-th reception channel with the parameters of each l-th filter Δƒ _c , and in total overlapping the band

На шаге 15 накапливают принятые за время сеанса связи τ сигналы каждого бита сообщения после каждого 1-го фильтра на закрепленных рабочих частотах

в каждом n-м канале приема путем интегрирования. При этом отметим, что энергетический обнаружитель сигнала для эффективного функционирования помимо данных о начале T_k и длительности τ сеанса связи должен получать значение оптимального порога обнаружения Н, полученного на шаге 12 способа.At step 15, the signals of each bit of the message received during the communication session τ are accumulated after each 1st filter at fixed operating frequencies

in each n-th reception channel by integration. In this case, we note that for efficient operation, in addition to data on the beginning of T _k and the duration τ of a communication session, the energy signal detector must receive the value of the optimal detection threshold H obtained at step 12 of the method.

На шаге 16 в каждом канале приема идентифицируют информационные единицы «1» и нули «0» бит сообщения таким образом, что решение о приеме информационной единицы («1») принимается в случае превышения напряжения огибающей V_«1» установленного порога обнаружения H хотя бы в одной из L выборок, а решение о приеме информационного нуля («0») принимается, в случае отсутствия превышения напряжения огибающей V_«0» установленного порога обнаружения H во всем ансамбле L выборок анализируемой рабочей частоты.At step 16, in each receiving channel, information units "1" and zeros "0" of the message bit are identified in such a way that the decision to receive information unit ("1") is made if the envelope voltage V _"1" exceeds the set detection threshold H at least in one of the L samples, and the decision to receive the information zero (“0”) is made if the envelope voltage V _“0” does not exceed the set detection threshold H in the entire ensemble of L samples of the analyzed operating frequency.

На шаге 17 параллельно записывают (сохраняют) идентифицируемые информационные биты («1» и «0») сообщения на всех N рабочих частотах приема;In step 17, the identifiable information bits ("1" and "0") of the message are recorded in parallel (save) at all N operating reception frequencies;

На шаге 18 преобразуют принятые информационные биты сообщения из параллельного в последовательный вид;In step 18, the received information bits of the message are converted from parallel to serial;

На шаге 19 декодируют принятое сообщение и передают его абоненту или на исполнительное устройство (на печать).At step 19, the received message is decoded and transmitted to the subscriber or to the executive device (for printing).

Порядок вычисления величины порога срабатывания обнаружителяThe order of calculation of the threshold value of the detector

Средняя вероятность ошибки при некогерентном приеме сигнала с AT модуляцией определяется по формуле:The average error probability for incoherent reception of a signal with AT modulation is determined by the formula:

,

,

где V₁ - напряжение огибающей сигнала на выходе фильтра в момент окончания сеанса.where V ₁ is the voltage of the signal envelope at the filter output at the end of the session.

Оптимальное значение порога Н можно найти, минимизируя вероятность ошибки р_ош, путем взятия производной и приравняв ее к нулю:The optimal value of the threshold H can be found by minimizing the probability of error p _osh by taking the derivative and equating it to zero:

.

.

Воспользовавшись аппроксимацией функцией Бесселя нулевого порядка:Using the zero-order Bessel function approximation:

,

,

при z≥2 получим:for z≥2 we get:

Из численных расчетов следует, что при W/v²>15 дБ Н≈W/2, однако при W/v²≤15 дБ, что в реальных условиях представляет наибольший интерес, значение оптимального порога существенно зависит от мощности накопленного сигнала и v².From numerical calculations it follows that at W/v ² >15 dB Н≈W/2, however, at W/v ² ≤15 dB, which in real conditions is of the greatest interest, the value of the optimal threshold depends significantly on the power of the accumulated signal and v ² .

Отсутствие априорных данных по этим величинам при ориентировочной установке значения Н может резко снизить эффективность приема. Вместе с тем, считая шумы стационарными в течение 20 с в полосе Δƒ≈10 Гц, данные по v² могут быть получены по предварительным измерениям за 10 секунд до начала сеанса связи (в способе эта величина характеризуется параметром длительности сеанса связи ΔT_k), а значение W может быть оценено исходя из конкретных условий радиотрассы и мощности РПДУ, но из-за большого количества каналов вероятность принятия ошибочного решения увеличивается с уменьшением отношения W/v²..The absence of a priori data on these values with an approximate setting of the value of H can drastically reduce the reception efficiency. However, assuming the noise is stationary for 20 s in the band Δƒ≈10 Hz, data on v ² can be obtained from preliminary measurements 10 seconds before the start of the communication session (in the method, this value is characterized by the duration parameter of the communication session ΔT _k ), and the value of W can be estimated based on the specific conditions of the radio path and the power of the RPDU, but due to the large number of channels, the probability of making an erroneous decision increases with a decrease in the ratio W/v ² ..

Альтернативным вариантом является определение по ансамблю из L=Δƒ_Д/Δƒ_с выборок, полученных до начала сеанса, значений по дисперсии шума и среднеквадратическому отклонению σ. Воспользовавшись при приеме сигналов тремя порогами Н: σ, 2σ и 3σ [8], можно предоставить декодеру дополнительные данные по оценке вероятности принятого решения для каждого бита сообщения, что, в целом, повысит помехоустойчивость приема.An alternative option is to determine the ensemble of L=Δƒ _D /Δƒ _{from the} samples obtained before the start of the session, the values of the noise variance and the standard deviation σ. Using three thresholds Н when receiving signals: σ, 2σ and 3σ [8], it is possible to provide the decoder with additional data on estimating the probability of the decision made for each bit of the message, which, in general, will increase the noise immunity of the reception.

Предложенный способ помехоустойчивого доведения данных до глобально удаленных объектов направлен на обеспечение помехоустойчивости приема за счет энергетической и информационной скрытости сверхузкополосных сигналов, передаваемых в режиме амплитудной телеграфии.The proposed method of noise-resistant data transmission to globally remote objects is aimed at ensuring the noise immunity of reception due to the energy and information secrecy of ultra-narrowband signals transmitted in the amplitude telegraphy mode.

Энергетическая скрытость обеспечивается за счет уменьшения спектральной мощности сигнала, которая достигается за счет уменьшения частотной полосы сигнала до значений, существенно меньших полосы анализа обнаружителей параллельного типа, составляющих, как правило, Δƒ>1 Гц, что обусловлено не только усложнением аппаратуры, но в основном, увеличением необходимого времени анализа в каждом фильтре обнаружителя (для Δƒ≈1 Гц Δt≈1 с).Energy secrecy is provided by reducing the spectral power of the signal, which is achieved by reducing the frequency bandwidth of the signal to values that are significantly smaller than the analysis bandwidth of parallel-type detectors, which, as a rule, are Δƒ>1 Hz, which is due not only to the complication of the equipment, but mainly due to increasing the required analysis time in each detector filter (for Δƒ≈1 Hz Δt≈1 s).

Таким образом, в предложенном способе, уменьшая полосу излучения сигнала до Δƒ≈0,1 Гц для обнаружителя с Δƒ≈1 Гц, отношение Р_с/Р_ш снизится не менее чем в 10 раз, по сравнению с «оптимальным» фильтром с Δƒ_опт≈0,1 Гц.Thus, in the proposed method, by reducing the signal emission band to Δƒ≈0.1 Hz for a detector with Δƒ≈1 Hz, the ratio P _c / R _w will decrease by at least 10 times, compared with the "optimal" filter with Δƒ _opt ≈0.1 Hz.

Мощность передачи каждого бита Р_бит≈Р_изл/N выбирается, исходя из протяженности радиотрассы и ее географического расположения, ориентировочного значения шумовых характеристик радиоприемного устройства абонента, так, чтобы после интегрирования в течение времени τ расчетное значение уровня сигнала было не меньше 3-4σ, что обеспечит скрытость передачи для постороннего наблюдателя (см. фиг. 5, 6).The transmission power of each bit P _bit ≈P _izl /N is selected based on the length of the radio path and its geographical location, the approximate value of the noise characteristics of the subscriber's radio receiver, so that after integration over time τ, the calculated value of the signal level is not less than 3-4σ, which will ensure the secrecy of the transmission for an outside observer (see Fig. 5, 6).

При использовании посторонним наблюдателем обнаружителя с Δƒ≈0,1 Гц увеличение числа фильтров в полосе 20 МГц (диапазон рабочих частот в ДКМ диапазоне волн составляет, как правило, от 5 до 25 МГц) теоретически должно быть не менее 200 ООО 000, что труднореализуемо, а время обнаружения с заданной низкой вероятностью ложной тревоги увеличится до 10 с, что может не соответствовать требованиям по вероятностно-временным характеристикам принятия решения на постановку помех и позволит повысить скрытость передачи.When using a detector with Δƒ≈0.1 Hz by an outside observer, the increase in the number of filters in the 20 MHz band (the operating frequency range in the DKM wave range is, as a rule, from 5 to 25 MHz) theoretically should be at least 200,000,000, which is difficult to implement, and the detection time with a given low false alarm probability will increase to 10 s, which may not meet the requirements for the probabilistic-temporal characteristics of the decision to jam and will increase the secrecy of transmission.

ЛитератураLiterature

1. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е., Мухин Н.П., Шестопалов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. М.: «Радио и связь», 2000. - 384 с.1. Borisov V.I., Zinchuk V.M., Limarev A.E., Mukhin N.P., Shestopalov V.I. Noise immunity of radio communication systems with the expansion of the spectrum of signals by the method of pseudo-random tuning of the operating frequency. M .: "Radio and communication", 2000. - 384 p.

2. Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Вузовская книга, 2013. - 359 с.2. Kupriyanov A.I. Electronic warfare. - M.: Vuzovskaya kniga, 2013. - 359 p.

3. www.radioscanner.ru/info/article418 «Пик-фактор в КВ ОБП». (Опубл. 25.05.2010 г.). (Дата обращения 20.11.2020 г.).3. www.radioscanner.ru/info/article418 "Peak factor in HF OBP". (Published on May 25, 2010). (Accessed 11/20/2020).

4. https://www/ruqrz.com «Работа в режиме QRSS». (Опубл. 24.11.2014 г.). (Дата обращения 20.11.2020 г.).4. https://www/ruqrz.com "Working in QRSS mode". (Published on November 24, 2014). (Accessed 11/20/2020).

5. Николашин Ю.Л., Кулешов И.А., Будко П.А., Жолдасов Е.С., Жуков Г.А. SDR радиоустройства и когнитивная радиосвязь в декаметровом диапазоне частот // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. №1. С. 20-31.5. Nikolashin Yu.L., Kuleshov I.A., Budko P.A., Zholdasov E.S., Zhukov G.A. SDR radio devices and cognitive radio communication in the decameter frequency range // Science-intensive technologies in space research of the Earth. 2015. No. 1. pp. 20-31.

6. Николашин Ю.Л., Мирошников В.И., Будко П.А., Жуков Г.А. Автоматизированный, слуховой и визуальный прием коротких сообщений на удаленных морских объектах // Морская радиоэлектроника. 2017. №3. С. 34-39.6. Nikolashin Yu.L., Miroshnikov V.I., Budko P.A., Zhukov G.A. Automated, auditory and visual reception of short messages at remote offshore facilities // Marine Radioelectronics. 2017. №3. pp. 34-39.

7. Жуков Г.А., Будко П.А. Широкополосные и узкополосные сигналы в радиолиниях декаметрового диапазона волн // Морская радиоэлектроника. №2 (72). 2020. С. 32-37.7. Zhukov G.A., Budko P.A. Broadband and narrowband signals in decameter radio lines // Marine radioelectronics. No. 2 (72). 2020. S. 32-37.

8. Пискунов Н.С.Дифференциальное и интегральное исчисления для ВТУЗов. Том 2. Москва: Наука, 1985. 549 с.8. Piskunov N.S. Differential and integral calculus for VTUZs. Volume 2. Moscow: Nauka, 1985. 549 p.

9. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Советское радио, 1970. - 727 с.9. Fink L.M. Theory of transmission of discrete messages. - M.: Soviet radio, 1970. - 727 p.

10. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985.-385 с.10. Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals. - M.: Radio and communication, 1985.-385 p.

11. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. - Москва: Радио и связь, 1981. - 231 с.11. Korzhik V.I., Fink L.M., Shchelkunov K.N. Calculation of noise immunity of discrete message transmission systems. - Moscow: Radio and communication, 1981. - 231 p.

12. Официальный сайт АО «ОНИИП» / http://www.oniip.ru/produkcia. (Дата обращения 20.11.2020 г.).12. Official website of JSC "ONIIP" / http://www.oniip.ru/produkcia. (Accessed 11/20/2020).

11. Романов Ю.В. Эволюция высокоскоростных КВ-радиомодемов в XX веке // Техника радиосвязи. 2016. №1 (28). С. 72-88.11. Romanov Yu.V. Evolution of high-speed HF radio modems in the 20th century // Technique of radio communication. 2016. No. 1 (28). pp. 72-88.

14. Каплун Д.И., Клионский Д.М., Олейник А.Л., Вознесенский А.С., Жукова Н.А., Гульванский В.В., Петровский А.А. Применение полифазных банков фильтров в задачах мониторинга широкого частотного диапазона // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 3. С. 38-43.14. Kaplun D.I., Klionsky D.M., Oleinik A.L., Voznesensky A.S., Zhukova N.A., Gulvansky V.V., Petrovsky A.A. The use of polyphase filter banks in the tasks of monitoring a wide frequency range. Izvestiya vuzov Rossii. Radioelectronics. 2013. Issue. 3. S. 38-43.

Claims (1)

Способ помехоустойчивой передачи данных до глобально удаленных объектов, заключающийся в том, что состоит из трех этапов, когда на первом этапе предварительно формируют сообщение длиной N бит с учетом помехоустойчивого кодирования, подбирают полосу частот ΔF для передачи сообщения в зависимости от географических особенностей конкретной радиолинии, комплектуют группу в N рабочих частот из доступной полосы частот ΔF методом исключения запрещенных частот, устанавливают код в виде псевдослучайной последовательности для последующей передачи k-го сообщения, отличающийся тем, что в ходе первого этапа также устанавливают время начала сеансов связи T_k по псевдослучайному закону и их продолжительность τ, формируют вид сигнала как сверхузкополосный с полосой частот Δƒ_c много меньше максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением отражающих слоев ионосферы Δƒ_c<<Δƒ_Д, устанавливают тип модуляции как амплитудную телеграфию, на втором этапе на передающей стороне преобразуют последовательность N бит k-го сообщения в параллельный вид, за каждым n_k битом сообщения одновременно закрепляют свою рабочую частоту

, по времени T_k начала сеанса связи параллельно излучают в режиме амплитудной телеграфии в течение длительности τ только информационные единицы «1» передаваемого k-го сообщения, а на третьем этапе на приемной стороне за τ секунд до начала k-го сеанса связи перестраивают многоканальное радиоприемное устройство на рабочие частоты

каждого бита сообщения, по оценке помеховой обстановки вычисляют величину порога обнаружения радиосигнала Н, создают банк из L узкополосных фильтров с полосой каждого l-го, l=1, 2, …, L, равного частотной полосе каждого передаваемого бита Δƒ_c и суммарно перекрывающим полосу до величины максимального смещения рабочей частоты сигнала из-за эффекта Доплера, обусловленного спорадическим перемещением отражающих слоев ионосферы

, осуществляют прием каждого бита сообщения в параллельном режиме на закрепленных рабочих частотах

путем их фильтрации через банк L узкополосных фильтров, L=Δƒ_Д/Δƒ_c, накапливают путем интегрирования принятые за время τ сеанса связи T_k сигналы каждого бита сообщения после каждого l-го фильтра на закрепленных рабочих частотах

в каждом n-м канале, идентифицируют информационные единицы «1» и нули «0» бит сообщения таким образом, что решение о приеме информационной единицы принимают в случае превышения напряжения огибающей V_«1» установленного порога обнаружения Н хотя бы в одной из L выборок, а решение о приеме информационного нуля - в случае отсутствия превышения напряжения огибающей V_«0» установленного порога обнаружения Н во всем ансамбле L выборок анализируемой рабочей частоты, параллельно записывают идентифицируемые информационные биты «1» и «0» сообщения на всех N рабочих частотах приема, преобразуют биты сообщения из параллельного в последовательный вид, производят декодирование сообщения и выдачу его получателю или на исполнительное устройство.The method of error-correcting data transmission to globally remote objects, which consists in the fact that it consists of three stages, when at the first stage a message of length N bits is preliminarily formed, taking into account error-correcting coding, the frequency band ΔF is selected for transmitting the message depending on the geographical features of a particular radio link, complete a group of N operating frequencies from the available frequency band ΔF by the method of excluding prohibited frequencies, a code is set in the form of a pseudo-random sequence for the subsequent transmission of the k-th message, characterized in that during the first stage the start time of communication sessions T _k is also set according to a pseudo-random law and their duration τ, form the type of signal as ultra-narrowband with a frequency band Δƒ _c much less than the maximum shift of the operating frequency of the signal due to the Doppler effect due to the sporadic movement of the reflecting layers of the ionosphere Δƒ _c <<Δƒ _D , set the type of modulation as amplitude telegraphy, on the second th stage, on the transmitting side, the sequence of N bits of the kth message is converted into a parallel form, each n _k bit of the message is simultaneously assigned its own operating frequency

, in time T _k of the beginning of the communication session, only information units "1" of the transmitted k-th message are emitted in parallel in the amplitude telegraphy mode for a duration τ, and at the third stage, on the receiving side, τ seconds before the start of the k-th communication session, the multichannel radio receiver is rebuilt device for operating frequencies

each bit of the message, according to the interference situation, the value of the detection threshold of the radio signal H is calculated, a bank is created from L narrow-band filters with the band of each l-th, l=1, 2, ..., L, equal to the frequency band of each transmitted bit Δƒ _c and in total overlapping the band up to the value of the maximum shift of the operating frequency of the signal due to the Doppler effect, due to the sporadic movement of the reflecting layers of the ionosphere

, carry out the reception of each bit of the message in parallel mode at fixed operating frequencies

by filtering them through a bank L of narrow-band filters, L=Δƒ _D /Δƒ _c , the signals of each bit of the message received during the time τ of the communication session T _k are accumulated by integration after each l-th filter at fixed operating frequencies

in each n-th channel, information units "1" and zeros "0" bits of the message are identified in such a way that the decision to receive the information unit is made if the voltage of the envelope V _"1" exceeds the set detection threshold H in at least one of L samples , and the decision to receive information zero - if the envelope voltage V _"0" does not exceed the set detection threshold H in the entire ensemble L of samples of the analyzed operating frequency, the identifiable information bits "1" and "0" of the message are recorded in parallel at all N operating frequencies of reception , convert the message bits from parallel to serial form, decode the message and issue it to the recipient or to the executive device.

Images