Способ передачи информации в гидроакустическом канале связи

(51)04 11/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ГИДРОАКУСТИЧЕСКОМ КАНАЛЕ СВЯЗИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие СКБ Камертон(72) Авторы Макаров Александр Иванович Дворников Виктор Дмитриевич(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие СКБ Камертон(57) Способ передачи информации в гидроакустическом канале связи, заключающийся в формировании передаваемого сигнала, содержащего сумму двух составляющих несущей частоты, первая из которых модулирована синхросигналом, а вторая - информационной составляющей передаваемого сигнала, содержащей набор блоков символов передаваемой информации, закодированных блочным кодом, а также стартовый и стоповый блоки, усилении передаваемого сигнала до требуемой мощности, излучении в среду распространения,приеме многолучевого сигнала, его усилении, определении функции неопределенности и еемаксимумов, причем в качестве опорного сигнала при этом используют синхросигнал, аналогичный синхросигналу, содержащемуся в передаваемом сигнале определении 7338 1 2005.09.30 частоты, фазы и времени задержки каждой из составляющих принятого многолучевого сигнала, когерентном суммированиисоставляющих этого сигнала, сравнении суммы с матрицей всех возможных кодовых последовательностей, определении максимальной компоненты, которой соответствует блок символов передаваемой информации, отличающийся тем, что начальный фрагмент принимаемого сигнала записывают в запоминающее устройство, а определение блоков символов передаваемой информации текущего фрагмента принимаемого сигнала осуществляют одновременно с определением блоков символов передаваемой информации, содержащихся в записанном начальном фрагменте принятого сигнала, путем воспроизведения последнего в порядке, обратном порядку записи с использованием инверсного во времени синхросигнала до момента обнаружения стартового символа. Изобретение относится к области связи, в частности гидроакустической. Известен способ передачи информации в гидроакустическом канале связи (Захаров Ю.В., Коданев В.П. Экспериментальные исследования акустической системы передачи информации с шумоподобными сигналами // Акустический журнал. - 1994. - Т. 40. -5. С. 799-808), состоящий в формировании сигнала, содержащего несущую частоту, модулированную передаваемым сообщением и синхросигналом, усилении его до требуемой мощности, излучении в среду распространения, приеме многолучевого сигнала, усилении,определении его функции неопределенности и еемаксимумов, определении доплеровских сечений и временных задержек, соответствующих максимумам, фильтрации доплеровских составляющих и времен задержки, некогерентном суммировании сигналов сзадержками, сравнении суммы с матрицей всех возможных кодовых последовательностей,определении максимальной компоненты, которой соответствует передаваемое сообщение. Недостатком известного способа является малая скорость и низкая достоверность передачи информации. Прототипом заявляемого способа является способ передачи информации в гидроакустическом канале связи (Захаров Ю.В., Коданев В.П. Когерентный приемник сложных сигналов для гидроакустического канала с непрерывной и дискретной многолучевостью // Радиотехника. - 1995. -11. - С. 13-17), состоящий в формировании сигнала, содержащего несущую частоту, модулированную передаваемым сообщением и синхросигналом, усилении его до требуемой мощности, излучении в среду распространения, приеме многолучевого сигнала, усилении, определении его функции неопределенности и еемаксимумов,определении частоты, фазы и времени задержки каждой из составляющих принятого многолучевого сигнала, когерентном суммировании сигналов сзадержками, сравнении суммы с матрицей всех возможных кодовых последовательностей, определении максимальной компоненты, которой соответствует передаваемое сообщение. Недостатком способа-прототипа является низкая скорость передачи информации, что обусловлено необходимостью первоначальной синхронизации передаваемых сообщений. Так, выделение передаваемой информации путем когерентного суммирования возможно только после обнаружения сигнала и определения частоты и фазы несущего колебания, а также времени задержки каждого из лучей. Этот процесс требует определенных временных затрат. Поэтому та часть информации, которая содержится в начальном фрагменте принятого сигнала до момента определения частоты и фазы несущего колебания, а также времени задержки каждого из лучей, теряется. В этом случае требуется либо ее повторная передача, либо передача в начале сигнала только одной синхропоследовательности. Это уменьшает скорость передачи информации. Особенно ощутимо это проявляется при передаче коротких сообщений. 2 7338 1 2005.09.30 Задачей изобретения является повышение скорости передачи информации. Поставленная задача решается тем, что в способе передачи информации в гидроакустическом канале связи, заключающемся в формировании передаваемого сигнала, содержащего сумму двух составляющих несущей частоты, первая из которых модулирована синхросигналом, а вторая - информационной составляющей передаваемого сигнала, содержащей набор блоков символов передаваемой информации, закодированных блочным кодом, а также стартовый и стоповый блоки, усилении передаваемого сигнала до требуемой мощности, излучении в среду распространения, приеме многолучевого сигнала, его усилении,определении функции неопределенности и еемаксимумов, причем в качестве опорного сигнала при этом используют синхросигнал, аналогичный синхросигналу, содержащемуся в передаваемом сигнале определении частоты, фазы и времени задержки каждой из составляющих принятого многолучевого сигнала, когерентном суммированиисоставляющих этого сигнала, сравнении суммы с матрицей всех возможных кодовых последовательностей, определении максимальной компоненты, которой соответствует блок символов передаваемой информации, начальный фрагмент принимаемого сигнала записывают в запоминающее устройство, а определение блоков символов передаваемой информации текущего фрагмента принимаемого сигнала осуществляют одновременно с определением блоков символов передаваемой информации, содержащихся в записанном начальном фрагменте принятого сигнала, путем воспроизведения последнего в порядке, обратном порядку записи с использованием инверсного во времени синхросигнала до момента обнаружения стартового символа. Этим достигается повышение скорости передачи информации по сравнению с прототипом примерно в 1,5-2 раза. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2-алгоритм, поясняющий его работу. На фиг. 1 приняты следующие обозначения 1 - кодер 2 - формирователь синхропоследовательности 3,4- перемножители 5 - генератор несущего колебания 6 - сумматор 7- усилитель 8 - передающая антенна 9 - приемная антенна 10 - усилитель 11 - аналого-цифровой преобразователь 12 - ЭВМ. Конструктивно кодер 1 выполнен аналогично схеме, приведенной в книге Питерсона У.,Уэлдона Э. Коды, исправляющие ошибки. - М. Мир, 1976. - С. 254, фиг. 8.2. Формирователь 2 синхропоследовательности выполнен аналогично схеме, приведенной на с. 209,фиг. 7.15, там же. Схема генератора 5 несущего колебания основана на структуре, приведенной в книге Цифровые радиоприемные системы / Под ред. М.И. Жодзишского. - . Радио и связь, 1990. - С. 76, рис. 3.12. Конструктивное выполнение остальных блоков - стандартное. Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Известно, что при передаче сигнала в гидроакустическом канале связи он из-за сложного рельефа морского дна и по ряду других причин разделяется на ряд сигналов (лучей),различающихся частотой и фазой несущих колебаний, а также временем задержки. Для эффективного приема информации требуется сложение (когерентное суммирование) энергии 3 7338 1 2005.09.30 отдельных лучей. Для такого сложения необходимо иметь информацию об указанных параметрах каждого из лучей. Этого достигают тем, что передаваемый сигнал, кроме информационной содержит также служебную (синхронизирующую) составляющую, которая позволяет получить указанные параметры на приемном конце канала. Этого достигают путем анализа функции неопределенности, при определении которой в качестве опорного сигнала используется синхросигнал, аналогичный синхросигналу, содержащемуся в передаваемом сигнале. Получение этих параметров требует определенных временных затрат, в связи с чем теряется часть передаваемой информации, содержащейся в начальном фрагменте передаваемого сигнала. Для того чтобы сохранить эту информацию, начальный фрагмент сигнала, параллельно с выполнением указанных операций способа, записывается в запоминающее устройство. После определения же частоты, фазы и времени задержки несущих колебаний каждого из лучей начинается собственно выделение передаваемой информации из текущего фрагмента принимаемого сигнала. Сущностью же предлагаемого способа является то, что на основе определенных параметров, наряду с извлечением информации из текущего фрагмента принимаемого сигнала, одновременно извлекается информация и из записанного начального фрагмента принятого сигнала. Это достигается тем, что записанный фрагмент принятого сигнала начинают воспроизводить в порядке,обратном порядку записи. Соответственно при этом используется инверсный во времени синхросигнал, назначение которого в данном случае состоит в уточнении определенных параметров в ходе извлечения информации. Таким образом удается повысить скорость передачи информации за счет устранения потерь времени при поиске сигнала и его синхронизации. Устройство по фиг. 1, реализующее предлагаемый способ, состоит из аппаратуры, размещаемой в пункте передачи информации, и аппаратуры, размещаемой в месте ее приема. Аппаратура, размещаемая в пункте передачи информации, содержит кодер 1, на вход которого поступает передаваемое сообщение, а выход его соединен с первым входом перемножителя 3. На его второй вход подается сигнал с первого выхода квадратурного генератора 5 несущей. Второй выход этого генератора 5 подсоединен ко второму входу второго перемножителя 4, первый вход которого соединен с выходом формирователя 2 синхропоследовательности. Выходы перемножителей 3 и 4 соединены со входами сумматора 6, а его выход, посредством усилителя 7 подключен к передающей антенне 8. Устройство работает следующим образом. Передаваемое сообщение, в виде последовательности двоичных символов, поступает на вход кодирующего устройства 1, в котором осуществляется блочное кодирование информации циклическим кодом. Кроме этого, в начале и в конце последовательности кодовых слов располагаются стартовая и стоповая кодовая комбинация. Одновременно в блоке 2 формируется периодически повторяющаяся синхронизирующаяся последовательность. Ее длина, для облегчения декодирования, выбирается равной или кратной длине кодового слова. Промодулированные в блоках 3 и 4 по фазе (или по частоте) информационной последовательностью, образованной кодовыми словами, и синхронизирующей последовательностью, выходные сигналы генератора 5 суммируются в сумматоре 6. Далее полученный сигнал усиливается до необходимого уровня мощности усилителем 7 и, при помощи антенны 8, излучается в среду распространения. Принятый приемной антенной 9 и усиленный усилителем 10 сигнал после аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11 поступает на вход ЭВМ - блок 12, где и происходит вся обработка сигнала по выделению передаваемой информации в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 2. Поскольку момент прихода сигнала на вход приемного устройства системы передачи информации неизвестен то, во избежание пропуска начала сеанса передачи информации,4 7338 1 2005.09.30 оно находится в состоянии дежурного приема. Это означает, что входной сигнал после АЦП постоянно записывается в запоминающее устройство ЭВМ для последующей обработки, и, кроме того, непрерывно осуществляется вычисление функции неопределенности принимаемого сигнала в пространстве возможных значений несущих частот и временных задержек по отдельным, различным лучам. На теле функции неопределенности ищутся максимумы, превышающие по уровню некоторое пороговое значение. Превышение уровня означает обнаружение факта наличия сигнала. Поскольку для гидроакустического канала характерно многолучевое распространение сигнала, то максимумов будет несколько. Они отличаются относительной временной задержкой, значением несущей частоты и начальной фазой, а также энергетикой. По вычисленной функции неопределенности грубо определяются перечисленные параметры. Для когерентного выделения информации такой точности бывает недостаточно, поэтому параметры необходимо отфильтровать в течение некоторого времени. Одним из возможных способов фильтрации является использование следящих цепей (ФАПЧ, схема слежения за задержкой). Поэтому полученные при помощи анализа функции неопределенности параметры вводятся в следящие цепи в виде начальных условий и они переводятся в режим синхронизации. В течение некоторого времени, зависящего от продолжительности переходных процессов, цепи переходят в следящий режим. Теперь имеются все необходимые данные для реализации когерентного выделения передаваемой информации. Именно с этого момента можно осуществлять прием. Для того чтобы восстановить пропущенную информацию, устройство использует сигнал, сохраненный в запоминающем блоке. Сигнал воспроизводится в порядке, обратном порядку его записи, а его параметры отслеживаются с использованием инверсных во времени опорных сигналов. Воспроизведение сопровождается поиском стартовой комбинации. Обнаружение ее будет свидетельствовать об обнаружении начала всего сигнала. Поскольку этот процесс сопровождается отслеживанием указанных параметров, возможно когерентное выделение информации без пропусков ее с самого начала, что и реализуется в соответствии с приведенным алгоритмом. Далее устройство переходит в обычный режим работы, как и в способе-прототипе. Отдельные лучи когерентно суммируются с использованием информации о частоте и фазе несущего колебания, а также временной задержки,сравнивается с кодовой матрицей. По положению корреляционного максимума находятся информационные символы и выдаются получателя информации. В процессе выделения информации постоянно осуществляется контроль функции неопределенности принимаемого сигнала. Это дает возможность оперативно контролировать лучевую картину (количество лучей, их динамику, распределение энергии по лучам) и оперативно изменять набор лучей, используемый для когерентного выделения информации. Работа устройства завершается после обнаружения стоповой комбинации. Использование предлагаемого способа позволяет в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом повысить скорость передачи информации за счет исключения потерь информации при поиске и синхронизации сигнала. Так, в способе прототипе выделение информации из принятого сигнала возможно только после определения частоты, фазы и времени задержки каждого из лучей, составляющих принятый сигнал. Поэтому та часть информации, которая принималась до определения указанных параметров, не может быть извлечена из передаваемого сообщения и требуется ее повторная передача. Соответственно возрастает время на передачу информации. В заявляемом же способе эта информация не теряется, а извлекается из принятого сигнала в процессе его считывания из памяти в соответствии с предложенными операциями. Это и позволяет увеличить скорость передачи информации. Кроме того, увеличивается надежность передачи информации, а также понижаются требования к быстродействию блоков устройства, реализующего предлагаемый способ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.