Проектирование радиосистем передачи информации с использованием фазоманипулированных сигналов.

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное  
образовательное учреждение высшего образования 
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
Инженерно-технологическая академия 
 
 
 
 
А. П. ДЯТЛОВ    
П. А. ДЯТЛОВ  
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ 
ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 
ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 
 
 
Учебное пособие по курсовому проектированию  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ростов-на-Дону – Таганрог  
Издательство Южного Федерального университета 
2017 

 

 

УДК 621.396.2(075)  
ББК  32.884(Я73) 
 
Д998 

Печатается по решению кафедры радиотехнических  
и телекоммуникационных систем Института радиотехнических систем и 
управления Южного федерального университета  
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, начальник отдела  
Ростовского НИИ радиосвязи Ю. С. Расщепляев; 
 
кандидат технических наук, доцент кафедры РТС ИРТСУ ЮФУ 
В. А. Алехин  
 
 
 

Д998

Дятлов, А. П.

Проектирование 
радиосистем 
передачи 
информации 

с использованием фазоманипулированных сигналов : учебное пособие по курсовому проектированию / А. П. Дятлов, П. А. Дятлов ; 
Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог :
Издательство Южного федерального университета, 2017. –100 с.

 
ISBN 978-5-9275-2455-6 

В учебном пособии рассматриваются этапы проектирования радиосистем передачи информации с повышенными скрытностью и 
помехозащищенностью при использовании фазоманипулированных 
сигналов. 
Предназначается для студентов специальностей 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» и 11.05.02 «Специальные 
радиотехнические системы» дневной, заочной и дистанционной 
форм обучения, а также специалистов на курсах переподготовки и 
повышения квалификации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.396.2(075)  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ББК 32.884(Я73) 
ISBN 978-5-9275-2455-6             
© Южный федеральный университет, 2017 
© Дятлов А.П., Дятлов П.А., 2017 

ВВЕДЕНИЕ 

Прогресс науки и техники приводит к постоянному росту информации, 
для обмена которой используются радиосистемы передачи информации 
(РСПИ). 
В настоящее время для изучения РСПИ используется большой набор 
учебников, изданных И.М. Тепляковым, В.П. Шуваловым, В.Н. Гордиенко и 
др. Специфика этих учебников состоит в том, что они посвящены РСПИ 
общего назначения. Однако наряду с такими РСПИ существуют специальные РСПИ, которые недостаточно полно освещены в литературе.  
Данное учебное пособие посвящено исследованию специальных 
РСПИ, предназначенных для обмена информацией между пунктами размещения многопозиционных радиосистем различного назначения, отличительной особенностью которых является повышенные скрытность и помехозащищенность.  
В первой части учебного пособия, изданного авторами, акцент сделан 
на использование в РСПИ линейно-частотно-модулированных сигналов 
(ЛЧМС) и сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты 
(ППРЧ), а во второй части пособия акцент делается на использование в 
РСПИ фазоманипулированных сигналов (ФМС). 
Данное учебное пособие предназначено для изучения методов проектирования радиосистем передачи информации (РСПИ) с повышенными 
скрытностью и помехозащищенностью и основано на использовании следующих междисциплинарных связей: 1) для специальности 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» между такими курсами, как «Радиотехнические цепи и сигналы», «Радиолокационные и радионавигационные системы», «Прикладная информатика», «Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоустройств и радиосистем», «Техникоэкономическое проектирование РТС»; 2) для специальности 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы» между такими курсами, как «Теория 
электрической связи», «Основы теории систем связи с подвижными объектами», «Прикладная информатика», «Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств», «Системы и сети связи с 
подвижными 
объектами», 
«Технико-экономическое 
проектирование 
средств связи». 
Пособие может быть использовано при подготовке курсовых и дипломных работ студентами, обучающимися по специальностям 11.05.01 

Введение 

4 

«Радиоэлектронные системы и комплексы» и 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы», а также специалистами, повышающими квалификацию в центрах переподготовки кадров. 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Одно из перспективных направлений научно-технического прогресса в 
XXI в. связано с широким использованием сетецентрических технологий. 
Примерами развития таких технологий являются многопозиционные радиосистемы (МРС) радиолокации, радионавигации, радиомониторинга [1]. 
Важной составной частью таких систем являются радиосистемы передачи 
информации (РСПИ), обеспечивающие обмен между пунктами МРС управляющей, навигационной, служебной и сигнальной информацией.  
Отличительной особенностью РСПИ, используемых в МРС для решения военных задач, является необходимость обеспечения энергетической 
скрытности функционирования с целью снижения их разведдоступности. 
Такие РСПИ недостаточно исследованы в научно-технической литературе. 
Данное учебное пособие посвящено оптимизации алгоритмов и структур РСПИ, используемых в МРС радиолокации, радиомониторинга с целью 
повышения их энергетической скрытности и уменьшения дальности разведдоступности. В настоящее время в РСПИ общего назначения широкое 
применение находят узкополосные ЧМ-сигналы с некогерентной обработкой при энергетическом потенциале передающей части порядка 10 –
 20 дБВт, что не обеспечивает энергетической скрытности функционирования. 
С целью снижения разведдоступности РСПИ целесообразно использовать набор следующих мер:  
– предельное уменьшение энергетического потенциала передатчиков; 
– повышение реальной чувствительности РСПИ до уровня мощности 
входного сигнала S(t), спектральная плотность которого Ns не превышает 
спектральную плотность помехи Nn на входе приемника; 
– сокращение длительности сеанса связи; 
– использование широкополосных сигналов (ШС) и специальных методов кодирования. 
В МРС органично сочетаются функции информационного обеспечения 
и управления, реализуя возможности одновременного улучшения таких системных показателей, как боевая эффективность, живучесть и информативность. 
Типовая структура МРС приведена на рис. 1, где приняты следующие 
обозначения: РСОИ1, …, РСОИi, …, РСОИn – радиосистемы обработки ин

Предисловие 

6 

формации различного назначения; РК1, …, РКi, …, РКn – радиоканалы для 
обмена информацией; ПО1, …, ПОi, …, ПОn – пространственноразнесенные посты обработки информации; ЦПО – центральный пост обработки информации. 
 

 
 
Рис. 1. Типовая структура многопозиционной радиосистемы 
 
В МРС принципиально необходима совместная обработка совокупности радиосигналов, принятых набором РСОИ и ЦПО. 
Обмен радиосигналами и обработанной информацией между пунктами 
излучения, приема и обработки информации осуществляется в МРС через 
РК, которые в данной работе называются командными радиолиниями 
(КРЛ), они предназначены для передачи управляющей, навигационной и 
служебной информации. 
Высокоскоростные РК, которые в данной работе называются РСПИ, 
предназначены для передачи сигнальной информации. 
В данном учебном пособии акцент сделан на проектирование низкоскоростных и высокоскоростных радиоканалов, обладающих повышенными скрытностью и помехозащищенностью при использовании ФМС. 
Материал базируется на многолетнем опыте авторов, опубликованном 
в работах [2–5]. 
 

1. АЛГОРИТМЫ И СТРУКТУРЫ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ 
ИНФОРМАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ 
ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 

При реализации РСПИ с повышенной скрытностью из всех известных 
алгоритмов целесообразно выбрать алгоритм, при котором обеспечивается 
заданный уровень обработки информации при минимально допустимом от
ношении сигнал/помеха по мощности 
2
вх
g
. При 
2
вх
g
 < 1 таким алгоритмом 

является квазикогерентный алгоритм, при использовании которого отсутствует пороговый эффект.  
Алгоритм квазикогерентной демодуляции ФМС в общем виде может 
быть представлен в следующем виде: 

 


 t
U
t
y
F
оп
20
1

;   
 
 


 t
t
U
t
y
F

 П
;
оп
20
2
; 

 







 




 

э
п
3 П
T
t
S
t
F
;   
 
 
i
э
п
4
;
П

















 


T
t
S
t
F
; 

 
 t
F



П
i
5
;   
 
 
 t
D
t
t
F








П
;
П
6
; 
















 








 

э
э
п
sin
sign
T
t
T
t
S
;   
 
 
 t
n
t
S
t
y
0
0
20


, 

где 
 t
y20
 – аддитивная смесь ФМС 
 t
S0
 и помехи 
 t
n0
 после преобразо
вания частоты на выходе линейного тракта приемника (ЛТП) РСПИ; 

 


t
y
F
20
1
 – оператор, соответствующий преобразованиям процесса 
 t
y20
 в 

устройстве восстановления несущей (УВН) частоты; 
 t
Uоп
 – опорное 

напряжение; 
 
 


t
U
t
y
F
оп
20
2
;
 – оператор, соответствующий преобразова
нию процесса 
 t
y20
 при квазикогерентной обработке; 
 t

П
 – напряжение, 

соответствующее кодовой последовательности, входящей в состав манипу
лирующей функции 
 t
П
; 
 


 
t
F П
3
 – оператор, соответствующий преобра
зованиям напряжения 
 t

П
 в устройстве тактовой синхронизации (УТС); 








 

э
п T
t
S
 – меандровое напряжение на выходе УТС; 
 















 


э
п
4
;
П
T
t
S
t
F
 – опе

1. Алгоритмы и структуры радиосистем передачи информации… 

8 

ратор, соответствующий преобразованиям напряжения 
 t

П
 в устройстве 
выделения знаков (УВЗ) 
i  элементов манипулирующей функции 
 t
П
; 

 
i
5 
F
 – оператор, соответствующий преобразованиям в устройстве декоди
рования (УД); 
 
 





t
t
F
0
6
П
;
П
 – оператор сравнения принятой кодовой по
следовательности 
 t

П
 с опорной кодовой последовательностью 
 t


0
П
; 

 t
D


 – оценка информационной последовательности. 
Структура приемной части РСПИ с квазикогерентной демодуляцией 
(ККД) ФМС приведена на рис. 2, где Дем – демодулятор; УВН – устройство 
восстановления несущей; УТС – устройство тактовой синхронизации, УВЗ 
– устройство выделения знаков; УД – устройство декодирования. 

 
 

Рис. 2. Структурная схема приемной части РСПИ 
с квазикогерентной демодуляцией ФМС 
 
Для обеспечения высокой эффективности квазикогерентной демодуляции квазипериодического ФМС с большой базой В необходимо в приемной 
части РСПИ обеспечить формирование в УВН опорного квазигармонического напряжения, используемого в Дем для переноса манипулирующей 
последовательности П(t) в область нижних частот с последующей согласованной фильтрацией и некогерентным накоплением. 
С учетом вышеизложенного, на выходе ЛТП РСПИ ФМС должен 
иметь следующий вид: 

S0(t) = Um П(t – ) cos[s0(t – ) + s]   при t0 ≤ t ≤ t0 + Ts;  

s0 = 2fs0;   fs0  [(fs – fг0 – F0/2); (fs – fг0 + F0/2)];   fs0 = fs + fд; 

П(t) = D(t)Q(t) = 





0

0

M

1
э
0
i
]
)1
(
[
rect

j
T
j
t
;   fs = 1/Tэ; 

1. Алгоритмы и структуры радиосистем передачи информации… 

9 

M0 = ent







э

с
T
T
 = M1 M2 M3;   M1 =

э

к
T
T ;   M2 =

к

б
T
T ;   M3 = ent







б

с
T
T
; 

D(t) = 




3

3

M

1
б
3
]
)1
(
[
rect

j
i
T
j
t
a
; 

Q(t) = 




2

2

M

1
к
2
]
)1
(
[

j
T
j
t
g
; 

g(t) = 




1

1

M

1
j
э
1
]
)1
(
[
rect
T
j
t
bi
, 

где fs0 – средняя частота ФМС на выходе ЛТП РСПИ; Um, s – амплитуда и 
начальная фаза ФМС; fs – ширина спектра ФМС; fs – средняя частота 
ФМС, излучаемая передатчиком РСПИ; rect[x] – временное окно; fг0 – частота гетеродина приемника РСПИ; F0 – диапазон априорной неопределенности fs0, обусловленный нестабильностью fг в РСПИ и доплеровским 
сдвигом fд;  – временное запаздывание ФМС, соответствующее дальности 
между передающей и приемной частями РСПИ; П(t) – псевдослучайная последовательность, осуществляющая манипуляцию ФМС S0(t); D(t) – исходные данные; g(t) – манипулирующая последовательность ФМС S0(t) на кодовом интервале Тк; Q(t) – кодовая последовательность ФМС S0(t) на интервале, равном длительности бита Тб; Тэ – длительность элемента манипулирующей функции ФМС; ai, bi, i – коэффициенты, принимающие значение 
±1 согласно закону чередования элементов в функциях D(t), g(t), П(t); ext[x] 
– целая часть x; M1, M2, M3, М0 – количество временных окон для разных 
кодовых последовательностей; t0, Ts – момент начала и длительность сеанса 
в РСПИ. 
В данной ситуации полагаем, что коэффициенты bi и i априорно известны и априорно неизвестны параметры ФМС fд, s,  и коэффициенты ai.   
В качестве модели гауссовой стационарной помехи n0(t) используется 
квазибелый шум с автокорреляционной функцией  

R() =
2
n
 rn() cos n   при   rn() = sinc2(fn);  

n = 2fn;  
2
n
  = Nnfn,  

где 
2
n
  – дисперсия помехи n0(t); rn() – огибающая коэффициента автокор
реляции помехи n0(t); fn, fn – средняя частота и ширина спектра помехи 
n0(t).