RU2758637C1 - Method for transmitting discrete messages between underwater objects - Google Patents

Method for transmitting discrete messages between underwater objects Download PDF

Info

Publication number
RU2758637C1
RU2758637C1 RU2021102965A RU2021102965A RU2758637C1 RU 2758637 C1 RU2758637 C1 RU 2758637C1 RU 2021102965 A RU2021102965 A RU 2021102965A RU 2021102965 A RU2021102965 A RU 2021102965A RU 2758637 C1 RU2758637 C1 RU 2758637C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency
session
underwater object
signals
Prior art date
Application number
RU2021102965A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Георгиевич Арсентьев
Геннадий Илларионович Криволапов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Priority to RU2021102965A priority Critical patent/RU2758637C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758637C1 publication Critical patent/RU2758637C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems

Abstract

FIELD: hydroacoustic communication.
SUBSTANCE: the invention relates to the field of hydroacoustic communication and can be used in hydroacoustic information and control networks at sections of hydro-relay lines for transmitting formulary messages with a limited amount of information symbols. Essence: in the method for transmitting discrete messages between underwater objects, fragments of sonograms of recordings of sounds of marine animals, fish and crustaceans with a weakly expressed pulse character are used to form acoustic color signals of the session signal of the first underwater object, and the session signal received at the second underwater object is heterodyned to a low intermediate frequency with a frequency of a heterodyne, less than the frequency of the carrier of the binary phase-manipulated signal, when forming the session signal of the first underwater object, the maximum boundary frequency of the spectrum of the masking binary phase-manipulated quasi-white noise signal is selected from the condition of a significant excess after the operation of heterodyning the session signal on the second underwater object of the value of the minimum boundary frequency of the spectrum of the masking quasi-white noise of the intermediate conversion frequency, a harmonic synchronization parcel of a given duration with the carrier frequency of the binary phase-manipulated signal is introduced into the session signal of the first underwater object, transmitted before its information parcels without breaking the oscillation phase of the carrier of the information signal.
EFFECT: increasing the secrecy of the process of session transmission of form messages between underwater objects by changing the structure and parameters of session hydroacoustic signals emitted into the water environment from the first underwater object and masked under possible acoustic background noises of a known marine area, as well as implementing appropriate actions for their reception and processing at the second underwater object.
1 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической связи и может использоваться в гидроакустических информационно-управляющих сетях [1] на участках гидрорелейных линий для передачи коротких формулярных сообщений с объемами от нескольких десятков до нескольких сотен информационных символов.The proposed invention relates to the field of hydroacoustic communication and can be used in hydroacoustic information and control networks [1] at sections of hydrorelay lines for transmitting short formulary messages with volumes from several tens to several hundred information symbols.

Известен общий способ [2] передачи дискретных сообщений от источника к получателю (фиг. 1), в котором информационные символы источника сообщений первого объекта подвергают кодированию - для минимизации среднего числа символов и обеспечения достоверной передачи сообщений на второй объект. Затем осуществляют необходимую модуляцию колебаний выбранного переносчика информационным сигналом, после чего модулированный сигнал отправляют в соответствующую среду распространения для передачи на второй объект. Принятый на втором объекте сигнал демодулируют, декодируют и передают получателю сообщений.There is a general method [2] for transmitting discrete messages from a source to a recipient (Fig. 1), in which the information symbols of the message source of the first object are encoded to minimize the average number of symbols and ensure reliable transmission of messages to the second object. Then, the necessary modulation of the oscillations of the selected carrier with the information signal is carried out, after which the modulated signal is sent to the appropriate propagation medium for transmission to the second object. The signal received at the second object is demodulated, decoded and transmitted to the message recipient.

Известно использование [3] для гидроакустической подводной связи фазомодулированных (фазоманипулированных) и частотно-модулированных сигналов с малой базой и поэлементным приемом.It is known to use [3] for hydroacoustic underwater communication phase-modulated (phase-shift keyed) and frequency-modulated signals with a small base and element-wise reception.

Известен способ [4] передачи дискретных сообщений в гидроакустическом канале, в котором используют сложные шумоподобные сигналы с большой базой и корреляционной обработкой принимаемых сигналов.The known method [4] transmission of discrete messages in a hydroacoustic channel, which uses complex noise-like signals with a large base and correlation processing of the received signals.

Известно использование [5, 6] стартстопного режима для асинхронного приема дискретных сигналов, когда принимаемой кодовой комбинации предшествует стартовый сигнал, а после ее окончания следует стоповый сигнал.It is known to use [5, 6] a start-stop mode for asynchronous reception of discrete signals, when the received codeword is preceded by a start signal, and after its end, a stop signal follows.

Указанные способы передачи дискретных сообщений с используемыми методами модуляции передаваемых сигналов и их обработки на приеме не обеспечивают скрытности процесса передачи сообщений между подводными объектами, поскольку излучаемые сигналы обнаруживаются и идентифицируются существующими гидроакустическими средствами наблюдения и мониторинга, что может являться весьма нежелательным обстоятельством при осуществлении некоторых разведывательных и мониторинговых задач в различных морских акваториях.These methods of transmitting discrete messages with the used methods of modulating the transmitted signals and their processing at reception do not ensure the secrecy of the process of transmitting messages between underwater objects, since the emitted signals are detected and identified by existing hydroacoustic surveillance and monitoring equipment, which can be a very undesirable circumstance in the implementation of some reconnaissance and monitoring tasks in various marine areas.

Известен способ [7] гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта, в основе которого лежат следующие основополагающие признаки:The known method [7] hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object, which is based on the following fundamental features:

- для передачи в гидроакустическом канале сигналов управления между поисковым судном и подводным объектом используют фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающие ярко выраженным импульсным характером и хорошо различимой структурой для достоверного импульсного приема, с заданными амплитудными, временными и частотными параметрами, обеспечивающие схожесть, по акустическому восприятию, излучаемых в водную среду сигналов с возможными естественными фоновыми шумами морской среды известной акватории;- to transmit control signals between the search vessel and an underwater object in the hydroacoustic channel, fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans are used, which have a pronounced impulse character and a well-distinguishable structure for reliable impulse reception, with specified amplitude, time and frequency parameters, providing the similarity, in terms of acoustic perception, of signals emitted into the aquatic environment with possible natural background noise of the marine environment of a known water area;

- гармонический навигационный сигнал в процессе поиска подводного объекта маскируют квазибелым шумом, близким по акустическому восприятию к возможному фоновому шуму мелкого или глубокого моря, а обработку навигационного сигнала на поисковом судне осуществляют с использованием процедуры синфазирования - обеспечения синфазности двух гармонических сигналов, имеющих существенно разные отношения сигнал/шум;- during the search for an underwater object, the harmonic navigation signal is masked with quasi-white noise, which is close in acoustic perception to the possible background noise of a shallow or deep sea, and the navigation signal is processed on the search vessel using the synchronization procedure - ensuring the in-phase of two harmonic signals having significantly different signal ratios /noise;

- информационный обмен между объектами взаимодействия «поисковое судно-подводный объект» организуют на основе асинхронного режима приема-передачи сеансовых сигналов поискового судна и подводного объекта с использованием стартовых сигналов;- information exchange between the objects of interaction "search vessel-underwater object" is organized on the basis of the asynchronous mode of reception and transmission of session signals of the search vessel and the underwater object using starting signals;

- структура и параметры излучаемых сигналов подводного объекта априорно известны на поисковом судне, а структура и параметры излучаемых сигналов поискового судна априорно известны на подводном объекте.- the structure and parameters of the emitted signals of the underwater object are a priori known on the search vessel, and the structure and parameters of the emitted signals of the search vessel are a priori known on the underwater object.

Этот способ содержит функциональные признаки повышенной скрытности информационного обмена между подводными объектами, но не может быть использован для передачи формулярных сообщений в гидроакустических информационно-управляющих сетях в силу двух ограничивающих факторов.This method contains functional signs of increased secrecy of information exchange between underwater objects, but cannot be used to transmit formal messages in hydroacoustic information and control networks due to two limiting factors.

1. Частотные параметры квазибелого шума диапазона частот 20 Гц-20 кГц, маскирующего навигационный сигнал, излучаемый с подводного объекта, определяют, исходя из необходимой точности оценки угловых координат подводного объекта в процессе поиска, обеспечивая превышение не менее пяти раз нижней граничной частоты его спектра над частотой гармонических колебаний навигационного сигнала диапазона частот 2-4 кГц, которую выбирают из условий приемлемых габаритных размеров пеленгационной антенны диаметрально-ортогональной геометрии поискового судна и ее конструктивного размещения на судне, а верхнюю граничную частоту спектра квазибелого шума согласовывают с верхней границей полосы пропускания передающего тракта подводного объекта.1. Frequency parameters of quasi-white noise in the frequency range of 20 Hz-20 kHz, masking the navigation signal emitted from an underwater object, are determined based on the required accuracy of estimating the angular coordinates of an underwater object in the search process, ensuring that the lower boundary frequency of its spectrum exceeds at least five times. the frequency of harmonic oscillations of the navigation signal in the frequency range of 2-4 kHz, which is selected from the conditions of acceptable overall dimensions of the direction finding antenna of the diametrically-orthogonal geometry of the search vessel and its structural arrangement on the vessel, and the upper boundary frequency of the quasi-white noise spectrum is coordinated with the upper limit of the transmission channel bandwidth of the underwater object.

Исходя из требований, предъявляемых к архитектуре гидроакустических информационно-управляющих сетей [1], частоту переносчика модулированных сигналов при передаче дискретных сообщений выбирают из диапазона частот 25-35 кГц, а это превышает не только частоту сигнала, который может быть замаскирован квазибелым шумом указанного диапазона частот, но и верхнюю частоту спектра самого маскирующего шума, что не позволяет осуществить достоверный прием замаскированной квазибелым шумом информационной части передаваемого сеансового сигнала в соответствии со структурой обработки, предложенной в способе [7], последнее подтверждается результатами моделирования в математической среде Mathcad.Based on the requirements for the architecture of hydroacoustic information and control networks [1], the frequency of the carrier of modulated signals when transmitting discrete messages is selected from the frequency range 25-35 kHz, and this exceeds not only the frequency of the signal, which can be masked by quasi-white noise of the specified frequency range , but also the upper frequency of the spectrum of the masking noise itself, which does not allow for reliable reception of the information part of the transmitted session signal masked by quasi-white noise in accordance with the processing structure proposed in the method [7], the latter is confirmed by the results of modeling in the mathematical environment Mathcad.

2. Асинхронный прием на поисковом судне излучаемого с подводного объекта сеансового сигнала достигается передачей в его начале стартового сигнала, за которым следует сигнал опознавания (акустической окраски), образованный фрагментами сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных с заданными амплитудными, временными и частотными параметрами, обладающими ярко выраженным импульсным характером с хорошо различимой структурой для достоверного импульсного приема, после чего передается гармонический навигационный сигнал, замаскированный квазибелым шумом.2. Asynchronous reception on a search vessel of a session signal emitted from an underwater object is achieved by transmitting a start signal at its beginning, followed by an identification signal (acoustic coloration) formed by fragments of sonograms of records of sounds of sea animals, fish and crustaceans with specified amplitude, time and frequency parameters , having a pronounced impulse character with a well-distinguishable structure for reliable impulse reception, after which a harmonic navigation signal is transmitted, masked by quasi-white noise.

Если в способе [7] вместо гармонического навигационного сигнала передавать модулированный информационный сигнал и реализовать стартстопный режим [5, 6] приема сеансовых сигналов, то импульсы сигнала акустической окраски будут вызывать ложные старты приема, приводящие к невозможности достоверного приема информационного сигнала, что также подтверждается результатами моделирования в математической среде Mathcad.If, in the method [7], instead of a harmonic navigation signal, transmit a modulated information signal and implement a start-stop mode [5, 6] for receiving session signals, then pulses of the acoustic color signal will cause false reception starts, leading to the impossibility of reliable reception of the information signal, which is also confirmed by the results modeling in the mathematical environment Mathcad.

На основании признаков способов [2, 4, 7] и методов [3, 5, 6] можно сформулировать признаки, которые будут присущи способу-прототипу:Based on the features of the methods [2, 4, 7] and methods [3, 5, 6], it is possible to formulate features that will be inherent in the prototype method:

- излучаемые с первого подводного объекта на второй гидроакустические сеансовые сигналы содержат в необходимом соотношении маскируемую информационную часть, акустическую окраску и стартстопные сигналы, в совокупности обеспечивающие достаточное приближение сигналов по акустическому восприятию к возможным естественным фоновым шумам морской среды известной акватории;- the hydroacoustic session signals emitted from the first underwater object to the second contain in the required ratio a masked information part, acoustic coloration and start-stop signals, which together provide a sufficient approximation of the signals by acoustic perception to the possible natural background noise of the marine environment of a known water area;

- акустическую окраску и стартстопные сигналы создают фрагментами сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, размещаемыми в соответствующих местах сеансовых сигналов;- acoustic coloration and start-stop signals are created by fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, placed in the appropriate places of the session signals;

- информационную часть излучаемых с первого подводного объекта сеансовых сигналов формируют, используя бинарный фазоманипулированный (БФМ) сигнал с изменениями фазы колебаний несущей на 180°, который маскируют квазибелым шумом, близким по акустическому восприятию к шумам мелкого или глубокого моря;- the information part of the session signals emitted from the first underwater object is formed using a binary phase-shift keyed (BFM) signal with changes in the phase of the carrier oscillations by 180 °, which is masked by quasi-white noise similar in acoustic perception to the noise of a shallow or deep sea;

- на втором подводном объекте реализуют стартстопный режим корреляционного приема БФМ сигнала с осуществлением процедуры синфазирования колебаний его несущей и колебаний гармонического сигнала местного генератора опорных частот;- at the second underwater object, the start-stop mode of the correlation reception of the BFM signal is implemented with the implementation of the procedure for in-phasing the oscillations of its carrier and oscillations of the harmonic signal of the local reference frequency generator;

- частота несущей БФМ сигнала, излучаемого с первого подводного объекта, априорно известна на втором подводном объекте.- the frequency of the carrier of the BPSK signal emitted from the first underwater object is a priori known at the second underwater object.

Совокупность перечисленных выше признаков позволяет синтезировать способ-прототип, предполагающий в процессе технической реализации, следующие действия:The combination of the above features allows you to synthesize a prototype method, which assumes the following actions in the process of technical implementation:

- оснащают первый подводный объект оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для формирования сеансовых сигналов и их излучения в водную среду;- equip the first underwater object with equipment with a highly stable reference frequency generator for generating session signals and their emission into the aquatic environment;

- оснащают второй подводный объект оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для приема из водной среды и обработки сеансовых сигналов от первого подводного объекта;- equip the second underwater object with equipment with a highly stable reference frequency generator for receiving from the aquatic environment and processing session signals from the first underwater object;

- формируют на первом подводном объекте сеансовый сигнал, состоящий из сигналов акустической окраски, стартстопных сигналов и БФМ сигнала, частота несущей которого априорно известна на втором подводном объекте, при этом сигналы акустической окраски и стартстопные сигналы образованы фрагментами сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, а БФМ сигнал маскируется квазибелым шумом из фрагментов сонограмм записей шумов мелкого или глубокого моря, причем указанные сигналы имеют заданные амплитудные, временные и частотные параметры и размещаются в соответствующих местах сеансового сигнала;- a session signal is formed on the first underwater object, consisting of acoustic color signals, start-stop signals and a BFM signal, the carrier frequency of which is a priori known on the second underwater object, while the acoustic color signals and start-stop signals are formed by fragments of sonograms of recordings of the sounds of marine animals, fish and crustaceans , and the BFM signal is masked by quasi-white noise from fragments of sonograms of recordings of noises of the shallow or deep sea, and these signals have given amplitude, time and frequency parameters and are located in the appropriate places of the session signal;

- излучают посредством передающей гидроакустической антенны сформированный на первом подводном объекте сеансовый сигнал в водную среду в направлении второго подводного объекта;- the session signal generated on the first underwater object is emitted by the transmitting hydroacoustic antenna into the aquatic environment in the direction of the second underwater object;

- принимают посредством приемной гидроакустической антенны на втором подводном объекте сеансовый сигнал, переданный от первого подводного объекта;- a session signal transmitted from the first underwater object is received by means of a receiving hydroacoustic antenna at the second underwater object;

- обрабатывают принятый от первого подводного объекта сеансовый сигнал, реализуя стартстопный режим корреляционного приема с осуществлением процедуры синфазирования колебаний несущей принимаемого БФМ сигнала и колебаний гармонического сигнала местного генератора опорных частот.- processing the session signal received from the first underwater object, realizing the start-stop mode of correlation reception with the implementation of the procedure for in-phasing the carrier oscillations of the received BPSK signal and oscillations of the harmonic signal of the local reference frequency generator.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение скрытности процесса сеансовой передачи формулярных сообщений между подводными объектами за счет изменения структуры и параметров сеансовых гидроакустических сигналов, излучаемых в водную среду с первого подводного объекта и маскируемых под возможные акустические фоновые шумы известной морской акватории, - звуки морских животных, рыб, ракообразных, шумы моря, а также реализации соответствующих действий по их приему и обработке на втором подводном объекте.The technical result of the proposed method is to increase the secrecy of the process of session transmission of formal messages between underwater objects due to changes in the structure and parameters of session hydroacoustic signals emitted into the aquatic environment from the first underwater object and masked for possible acoustic background noise of a known sea area - sounds of sea animals, fish , crustaceans, sea noises, as well as the implementation of appropriate actions for their reception and processing at the second underwater facility.

Данный технический результат достигается за счет того, что в способе передачи дискретных сообщений между подводными объектами, заключающемся в оснащении первого подводного объекта оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для формирования сеансовых сигналов и их излучения в водную среду, в оснащении второго подводного объекта оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для приема из водной среды и обработки сеансовых сигналов от первого подводного объекта, в формировании на первом подводном объекте сеансового сигнала, состоящего из сигналов акустической окраски, стартстопных сигналов и БФМ сигнала, которым представлено передаваемое сообщение, значение несущей частоты БФМ сигнала априорно известно на втором подводном объекте, при этом сигналы акустической окраски и стартстопные сигналы образованы фрагментами сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, а БФМ сигнал замаскирован квазибелым шумом из фрагментов сонограмм записей шумов мелкого или глубокого моря, причем указанные сигналы имеют заданные амплитудные, временные и частотные параметры и размещаются в соответствующих местах сеансового сигнала, в излучении посредством передающей гидроакустической антенны сформированного на первом подводном объекте сеансового сигнала в водную среду в направлении второго подводного объекта, в приеме посредством приемной гидроакустической антенны на втором подводном объекте сеансового сигнала, переданного от первого подводного объекта, в обработке на втором подводном объекте принятого от первого подводного объекта сеансового сигнала с использованием стартстопного режима корреляционного приема БФМ сигнала и осуществлением процедуры синфазирования колебаний его несущей и колебаний гармонического сигнала местного генератора опорных частот, используют для формирования сигналов акустической окраски сеансового сигнала первого подводного объекта фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающие слабо выраженным импульсным характером, осуществляют гетеродинирование принимаемого на втором подводном объекте сеансового сигнала на низкую промежуточную частоту с частотой гетеродина меньшей частоты несущей БФМ сигнала, выбирают при формировании сеансового сигнала первого подводного объекта максимальную граничную частоту спектра маскирующего БФМ сигнал квазибелого шума из условия значительного превышения после операции гетеродинирования сеансового сигнала на втором подводном объекте величины минимальной граничной частоты спектра маскирующего квазибелого шума значения промежуточной частоты преобразования, вводят в сеансовый сигнал первого подводного объекта гармоническую посылку синхронизации заданной длительности с частотой несущей БФМ сигнала, передаваемую перед его информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей информационного сигнала.This technical result is achieved due to the fact that in the method of transmitting discrete messages between underwater objects, which consists in equipping the first underwater object with equipment with a highly stable reference frequency generator for generating session signals and their emission into the aquatic environment, in equipping the second underwater object with equipment with a highly stable generator reference frequencies for receiving from the aquatic environment and processing session signals from the first underwater object, in the formation of a session signal on the first underwater object, consisting of acoustic color signals, start-stop signals and the BPSK signal, which represents the transmitted message, the value of the carrier frequency of the BPSK signal is a priori known from the second underwater object, while the acoustic color signals and start-stop signals are formed by fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, and the BFM signal is masked by quasi-white noise from fragments of sonograms of recordings of noise chalk whom or the deep sea, and these signals have given amplitude, time and frequency parameters and are located in the corresponding places of the session signal, in the radiation by means of the transmitting hydroacoustic antenna generated on the first underwater object of the session signal into the aquatic environment in the direction of the second underwater object, in reception by the receiving sonar antenna on the second underwater object of the session signal transmitted from the first underwater object, in processing on the second underwater object of the session signal received from the first underwater object using the start-stop mode of the correlation reception of the BFM signal and the implementation of the procedure for synchronizing the oscillations of its carrier and oscillations of the harmonic signal of the local reference generator frequencies are used to generate signals for the acoustic coloration of the session signal of the first underwater object fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, Intensive pulse nature, the session signal received on the second underwater object is heterodyne to a low intermediate frequency with a local oscillator frequency lower than the carrier frequency of the BPSK signal, when the session signal of the first underwater object is formed, the maximum cutoff frequency of the spectrum of the masking BFM signal of quasi-white noise is selected from the condition of significant excess after the heterodyning operation of the session signal on the second underwater object of the minimum cutoff frequency of the spectrum of the masking quasi-white noise value of the intermediate conversion frequency, a harmonic synchronization message of a given duration with the frequency of the carrier of the BPSK signal is introduced into the session signal of the first underwater object, which is transmitted before its information messages without breaking the phase of the oscillations of the carrier of the information signal.

Существенными отличиями заявляемого способа являются: использование для формирования сигналов акустической окраски сеансового сигнала первого подводного объекта фрагментов сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающих слабо выраженным импульсным характером, осуществление гетеродинирования принимаемого на втором подводном объекте сеансового сигнала на низкую промежуточную частоту с частотой гетеродина меньшей частоты несущей БФМ сигнала, выбор при формировании сеансового сигнала первого подводного объекта соответствующей максимальной граничной частоты спектра маскирующего БФМ сигнал квазибелого шума, введение в сеансовый сигнал первого подводного объекта гармонической посылки синхронизации заданной длительности с частотой несущей БФМ сигнала, передаваемой перед его информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей информационного сигнала, что в совокупности позволяет обеспечить необходимую достоверность приема передаваемых формулярных сообщений и повысить скрытность процесса их передачи между подводными объектами.Significant differences of the proposed method are: the use of fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, which have a weakly expressed impulse character, for the formation of acoustic color signals of the session signal of the first underwater object, the implementation of heterodyning of the session signal received on the second underwater object to a low intermediate frequency with the frequency of the local oscillator lower frequency of the carrier of the BPSK signal, selection of the corresponding maximum cutoff frequency of the spectrum of the masking BPSK signal of quasi-white noise during the formation of the session signal of the first underwater object, introducing a harmonic synchronization message of a given duration into the session signal of the first underwater object with the frequency of the carrier of the BPSK signal transmitted before its information messages without breaking the phase of the oscillation of the carrier of the information signal, which together allows to ensure the necessary reliability of the reception of the transmitted formal messages and to increase the secrecy of the process of their transfer between underwater objects.

Совокупность существенных признаков заявляемого способа имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, из чего можно заключить, что данное техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем, так как явным образом не следует из существующего уровня техники, и пригодно для практического применения.The set of essential features of the proposed method has a causal relationship with the achieved technical result, from which it can be concluded that this technical solution is new, has an inventive step, since it does not explicitly follow from the existing level of technology, and is suitable for practical use.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The proposed invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена обобщенная структура системы передачи дискретных сообщений.FIG. 1 shows a generalized structure of a discrete message transmission system.

На фиг. 2 показана упрощенная стилизованная структура сеансового сигнала, излучаемого в водную среду известной морской акватории с первого подводного объекта.FIG. 2 shows a simplified stylized structure of a session signal emitted into the aquatic environment of a known sea area from the first underwater object.

На фиг. 3 приведен пример возможного сеансового сигнала, соответствующего структуре, представленной на фиг. 2.FIG. 3 shows an example of a possible session signal corresponding to the structure shown in FIG. 2.

Фиг. 4 поясняет операцию гетеродинирования информационной части сеансового сигнала на втором подводном объекте.FIG. 4 explains the operation of heterodyning the information part of the session signal at the second underwater object.

На фиг. 5 и фиг. 6 приведены примеры укрупненных структурных схем оборудования первого и второго подводного объектов.FIG. 5 and FIG. 6 shows examples of enlarged structural diagrams of the equipment of the first and second underwater objects.

Для осуществления скрытной передачи формулярных сообщений между подводными объектами к сеансовому сигналу, излучаемому в водную среду известной морской акватории с первого подводного объекта, предъявляют следующие основные структурные требования:To implement covert transmission of formal messages between underwater objects to the session signal emitted into the aquatic environment of a known sea area from the first underwater object, the following basic structural requirements are imposed:

- общая структура сигнала должна обеспечивать возможность осуществления асинхронного приема его информационной части с использованием стартстопного режима;- the general structure of the signal should ensure the possibility of asynchronous reception of its information part using the start-stop mode;

- длительность акустической окраски сигнала должна обеспечивать его достаточное приближение к возможному акустическому шумовому фону морской среды;- the duration of the acoustic color of the signal should ensure its sufficient approximation to the possible acoustic noise background of the marine environment;

- превышение сигнала информационной части над фоновыми шумами морской среды должно быть достаточным для его приема с необходимой достоверностью;- the excess of the signal of the information part over the background noise of the marine environment should be sufficient to receive it with the required reliability;

- соотношение амплитудных параметров сигнала информационной части и маскирующего его квазибелого шума должно обеспечивать достаточную акустическую маскировку под возможные фоновые шумы известной акватории;- the ratio of the amplitude parameters of the signal of the information part and the quasi-white noise masking it should provide sufficient acoustic masking for possible background noise of the known water area;

- соотношение частотных параметров сигнала информационной части и квазибелого маскирующего шума должно обеспечивать требуемую достоверность приема замаскированного информационного сигнала при его соответствующей цифровой обработке;- the ratio of the frequency parameters of the signal of the information part and the quasi-white masking noise should ensure the required reliability of receiving the masked information signal with its appropriate digital processing;

- используемые для акустической окраски сигнала фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных должны обладать слабо выраженным импульсным характером для исключения ложных стартов при стартстопном режиме приема информационного сигнала.- fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans used for acoustic coloring of the signal should have a weakly pronounced impulse character to exclude false starts during the start-stop mode of receiving an information signal.

Рассмотрим аналитическую основу заявляемого способа.Consider the analytical basis of the proposed method.

Сформированный на первом подводном объекте для излучения в водную среду известной морской акватории сеансовый сигнал y(t), в общем случае, содержит в полосе частот ΔFy шесть составляющих (фиг. 2) и имеет видFormed on the first underwater object for radiation into the aquatic environment of a known sea area, the session signal y (t), in the general case, contains six components in the frequency band ΔF y (Fig. 2) and has the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где a(t1) - первый сигнал акустической окраски; c(t2) - стартовый сигнал приема; x(t3) - информационная часть сеансового сигнала БФМ структуры; n(t3) - маскирующий информационную часть сигнала квазибелый шум; d(t4) - стоповый сигнал приема; b(t5) - второй сигнал акустической окраски; f 0 - несущая частота колебаний БФМ сигнала; μ(t3) - нормированная функция, принимающая значения -1 или 1, повторяющая изменения информационного бинарного сигнала; Uc - амплитуда стартового сигнала приема; U a - средняя амплитуда первого сигнала акустической окраски; Ux - амплитуда колебаний БФМ сигнала; Ud - амплитуда стопового сигнала приема; Ub - средняя амплитуда второго сигнала акустической окраски; Δτ1 - длительность первого сигнала акустической окраски; Δτ2 - длительность стартового сигнала приема; Δτ3 - длительность БФМ сигнала; Δτ4 - длительность стопового сигнала приема; Δτ5 - длительность второго сигнала акустической окраски; σn - среднеквадратическое отклонение квазибелого шума, маскирующего информационную часть сеансового сигнала.where a (t 1 ) is the first acoustic color signal; c (t 2 ) - reception start signal; x (t 3 ) - information part of the session signal of the BPSK structure; n (t 3 ) - masking information part of the signal quasi-white noise; d (t 4 ) - reception stop signal; b (t 5 ) - second acoustic color signal; f 0 - carrier frequency of oscillations of the BFM signal; μ (t 3 ) is a normalized function that takes values -1 or 1, repeating changes in the information binary signal; U c - the amplitude of the start signal of the reception; U a - the average amplitude of the first acoustic color signal; U x - amplitude of oscillations of the BFM signal; U d - the amplitude of the reception stop signal; U b - the average amplitude of the second acoustic color signal; Δτ 1 is the duration of the first acoustic color signal; Δτ 2 - duration of the start signal of reception; Δτ 3 is the duration of the BPSK signal; Δτ 4 - the duration of the reception stop signal; Δτ 5 - duration of the second acoustic color signal; σ n is the standard deviation of the quasi-white noise masking the information part of the session signal.

На фиг. 3, в качестве примера, показана осциллограмма излучаемого с первого подводного объекта сеансового сигнала, в котором в качестве сигналов акустической окраски использованы звуки морских львов и морских котиков, стартовый и стоповый сигналы приема сформированы на основе звуков ракообразных, а информационная часть сигнала замаскирована шумами глубокого моря.FIG. 3, as an example, an oscillogram of the session signal emitted from the first underwater object is shown, in which the sounds of sea lions and fur seals are used as acoustic coloration signals, the start and stop signals of reception are formed on the basis of the sounds of crustaceans, and the information part of the signal is masked by the noise of the deep sea ...

Аналитическая запись сеансового сигнала y(t) (1), принятого на втором подводном объекте, после линейного усиления приобретает следующую форму:An analytical record of the session signal y (t) (1), received at the second underwater object, after linear amplification takes the following form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где g - коэффициент, усредненный по частотному диапазону ΔFy излучаемого сигнала y(t), обусловленный затуханием акустических колебаний в водной среде известной акватории, передаточными характеристиками приемной гидроакустической антенны и ее линейного усилителя; ϕв - фазовый сдвиг колебаний БФМ сигнала, вносимый водной средой распространения сигнала, приемной гидроакустической антенной и ее линейным усилителем; ξ(t) - фоновый флуктуационный шум водной акватории в месте приема; σξ - среднеквадратическое отклонение фонового шума.where g is the coefficient averaged over the frequency range ΔF y of the emitted signal y (t), due to the attenuation of acoustic vibrations in the aquatic environment of a known water area, the transfer characteristics of the receiving hydroacoustic antenna and its linear amplifier; ϕ in - phase shift of the BFM signal oscillations introduced by the aqueous medium of signal propagation, the receiving hydroacoustic antenna and its linear amplifier; ξ (t) is the background fluctuation noise of the water area at the receiving point; σ ξ is the standard deviation of the background noise.

В описании способа [7] приведены частотные диапазоны, пригодных для использования, возможных фоновых акустических шумов морской среды:In the description of the method [7], the frequency ranges, suitable for use, of possible background acoustic noise of the marine environment are given:

- фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб, ракообразных имеют преобладающий частотный диапазон колебаний от 100 Гц до 8 кГц;- fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish, crustaceans have a predominant frequency range of oscillations from 100 Hz to 8 kHz;

- фрагменты сонограмм записей шумов мелкого моря обладают преимущественно частотным диапазоном колебаний от 20 Гц до 20 кГц;- fragments of sonograms of recordings of shallow sea noises have predominantly a frequency range of oscillations from 20 Hz to 20 kHz;

- во фрагментах сонограмм записей шумов глубокого моря превалирует частотный диапазон колебаний от 500 Гц до 20 кГц.- in fragments of sonograms of recordings of deep sea noise, the frequency range of oscillations prevails from 500 Hz to 20 kHz.

Будем считать, что при формировании БФМ сигналов информационной части сеансового сигнала используются несущие частоты, находящиеся в частотном диапазоне 25-35 кГц, наиболее распространенном для передачи различного рода сообщений в гидроакустическом канале.We will assume that when forming the BFM signals of the information part of the session signal, carrier frequencies are used that are in the frequency range of 25-35 kHz, the most common for the transmission of various kinds of messages in the hydroacoustic channel.

Следовательно, для системы передачи сообщений, использующей маскировку под фоновые акустические шумы морской среды, значения частот в полосе маскирующего БФМ сигнал квазибелого шума, излучаемого сеансового сигнала, будут меньше величины несущей частоты БФМ сигнала.Consequently, for a message transmission system using masking for background acoustic noise of the marine environment, the frequency values in the band of the masking BPSK signal of the quasi-white noise emitted by the session signal will be less than the carrier frequency of the BPSK signal.

Чтобы получить соответствующую акустическую маскировку и достоверный прием БФМ сигнала в условиях малых отношений сигнал/маскирующий шум, необходимо исключить перекрытие спектров информационного сигнала и маскирующего шума, более того, обеспечить на приеме значительное превышение значений частот в полосе маскирующего шума над несущей частотой БФМ сигнала.To obtain the appropriate acoustic masking and reliable reception of the BPSK signal under conditions of low signal / masking noise ratios, it is necessary to exclude the overlap of the spectra of the information signal and the masking noise, moreover, to ensure at the reception a significant excess of the frequency values in the masking noise band over the carrier frequency of the BPSK signal.

Указанные требования можно выполнить использованием в процессе приема на втором подводном объекте сеансового сигнала первого объекта операции гетеродинирования с преобразованием частот сеансового сигнала вниз, выбирая частоту гетеродина меньше несущей частоты БФМ сигнала и обеспечивая после гетеродинирования величину промежуточной частоты преобразования значительно меньшей значений частот в полосе маскирующего шума.These requirements can be fulfilled by using, in the process of receiving on the second underwater object of the session signal of the first object, the heterodyning operation with conversion of the frequencies of the session signal downward, choosing the frequency of the local oscillator less than the carrier frequency of the BPSK signal and providing after heterodyning the value of the intermediate conversion frequency that is significantly lower than the frequency values in the masking noise band.

Операция необходимого гетеродинирования, принятого широкополосной гидроакустической антенной замаскированного БФМ сигнала, иллюстрируется фиг. 4, где обозначены: G(f) - спектральная плотность процессов в области частот f; f 0 - несущая частота колебаний БФМ сигнала; f г - частота колебаний гетеродина; f min, f max - минимальная и максимальная граничные частоты спектра квазибелого шума, маскирующего БФМ сигнал; f пр - промежуточная частота преобразования при гетеродинировании; f пр min, f пp max - минимальная и максимальная граничные частоты спектра квазибелого шума, маскирующего БФМ сигнал, после операции гетеродинирования.The operation of the required heterodyning received by the broadband sonar antenna of the masked BPM signal is illustrated in FIG. 4, where indicated: G ( f ) - spectral density of processes in the frequency range f ; f 0 - carrier frequency of oscillations of the BFM signal; f g - frequency of oscillation of the local oscillator; f min , f max are the minimum and maximum cutoff frequencies of the quasi-white noise spectrum masking the BPSK signal; f CR - intermediate conversion frequency during heterodyning; f PR min , f PR max are the minimum and maximum cutoff frequencies of the spectrum of quasi-white noise masking the BPSK signal after the heterodyning operation.

В процессе гетеродинирования осуществляется перенос БФМ сигнала на промежуточную частоту без изменения его спектра частот (f 0→f пр) и преобразование частот маскирующего шума с инверсией спектра частот (f min→f max, f max→ f пр min).In the process of heterodyning, the BPSK signal is transferred to the intermediate frequency without changing its frequency spectrum ( f 0 → f pr ) and the frequency conversion of the masking noise with inversion of the frequency spectrum ( f min → f max , f max → f pr min ) is carried out.

Поскольку сигнал гетеродина uг(t) характеризуется непрерывным гармоническим колебанием:Since the local oscillator signal u g (t) is characterized by a continuous harmonic oscillation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Uг, ϕг - амплитуда и начальная фаза сигнала гетеродина, то можно описать, с учетом (2), замаскированный БФМ сигнал, после преобразования частоты вниз и фильтрации колебаний суммарной частоты, зависимостью:where U g , ϕ g are the amplitude and the initial phase of the local oscillator signal, then, taking into account (2), the masked BFM signal, after converting the frequency downward and filtering the oscillations of the total frequency, can be described by the dependence:

Figure 00000004
Figure 00000004

где χ - коэффициент передачи преобразователя частоты (смеситель + фильтр); ΔFпр - полоса пропускания тракта промежуточной частоты; ΔF - полоса пропускания приемной широкополосной гидроакустической антенны; ΔFy - частотный диапазон излучаемого сеансового сигнала y(t); ϕпр - фазовый сдвиг, внесенный преобразователем частоты.where χ is the transmission coefficient of the frequency converter (mixer + filter); ΔF pr - bandwidth of the intermediate frequency path; ΔF is the bandwidth of the receiving broadband hydroacoustic antenna; ΔF y is the frequency range of the emitted session signal y (t); ϕ pr - phase shift introduced by the frequency converter.

Для обработки на втором подводном объекте замаскированного БФМ сигнала формируется вспомогательный сигнал Y(t) промежуточной частоты f пр в виде двух квадратурных составляющих Y1(t) in Y2(f), с большим отношением сигнал/шум, которые математически характеризуются как функционально связанные непрерывные гармонические колебания:To process the masked BPSK signal on the second underwater object, an auxiliary signal Y (t) of the intermediate frequency f pr is formed in the form of two quadrature components Y 1 (t) in Y 2 (f), with a large signal-to-noise ratio, which are mathematically characterized as functionally related continuous harmonic vibrations:

Figure 00000005
Figure 00000005

где U0, ϕ0 - амплитуда и начальная фаза колебаний.where U 0 , ϕ 0 - amplitude and initial phase of oscillations.

Прием замаскированного БФМ сигнала X(t3) осуществляется с использованием синхронизации по несущей информационного сигнала. Для этого выполняется процедура синфазирования гармонических колебаний вспомогательного сигнала Y(t) и колебаний гармонической посылки синхронизации, передаваемой в БФМ сигнале перед информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей информационного сигнала.Reception of the masked BPSK signal X (t 3 ) is carried out using synchronization on the carrier of the information signal. For this, the procedure of inphasing the harmonic oscillations of the auxiliary signal Y (t) and the oscillations of the harmonic synchronization message transmitted in the BPSK signal before the information messages is performed without breaking the phase of the oscillations of the information signal carrier.

Длительность гармонической посылки синхронизации, для упрощения технической реализации приема, следует выбирать кратной длительности информационной посылки, при этом сама процедура синфазирования осуществляется на интервале, равном длительности информационной посылки, а длительность дополнительного временного интервала гармонической посылки синхронизации, который можно назвать защитным, согласовывается со временем, необходимым для выполнения соответствующих операций в процедуре синфазирования. Указанная процедура синфазирования предполагает выполнение следующих действий и операций.The duration of the harmonic synchronization message, to simplify the technical implementation of the reception, should be chosen as a multiple of the duration of the information message, while the synchronization procedure itself is carried out at an interval equal to the duration of the information message, and the duration of the additional time interval of the harmonic synchronization message, which can be called protective, is consistent with time, necessary to perform the corresponding operations in the phase-matching procedure. The specified synchronization procedure assumes the following actions and operations.

Вспомогательные сигналы Y1(t), Y2(t) и БФМ сигнал X(t3) на интервале посылки синхронизации, равном длительности информационной посылки, подвергают синхронной дискретизации с количеством отсчетов k на периоде колебаний промежуточной частоты и общим числом отсчетов L на длительности этого интервала.The auxiliary signals Y1 (t), Y2 (t) and the BPSK signal X (t 3 ) at the synchronization message interval equal to the information message duration are subjected to synchronous sampling with the number of k samples at the intermediate frequency oscillation period and the total number of L samples at the duration of this interval ...

Запоминают три массива Y1(n), Y2(n), Х(n) выборок сигналов:Three arrays Y 1 (n), Y 2 (n), X (n) of signal samples are stored:

Figure 00000006
Figure 00000006

где n - порядковый номер отсчета в выборке массива, при этом параметры k и L связаны соотношениями: L=100 k, k≥360.where n is the ordinal number of the sample in the array sample, while the parameters k and L are related by the ratios: L = 100 k, k≥360.

Вычисляют и запоминают весовые коэффициенты w1 и w2, определяющие проекции сигнала Х(t3) (для интервала посылки синхронизации) на квадратурные составляющие вспомогательного сигнала Y(t):The weight coefficients w 1 and w 2 are calculated and stored, which determine the projections of the signal X (t 3 ) (for the interval of the synchronization message) onto the quadrature components of the auxiliary signal Y (t):

Figure 00000007
Figure 00000007

Выполнение операций (7) позволяет находить проекции сигнала X(t3) (на длительности гармонической посылки синхронизации) с малым отношением сигнал/маскирующий шум на квадратурные составляющие Y1(t) и Y2(t) вспомогательного гармонического сигнала Y(t), имеющего большое отношение сигнал/шум.Performing operations (7) makes it possible to find the projections of the signal X (t 3 ) (on the duration of the harmonic synchronization message) with a small signal-to-masking noise ratio into the quadrature components Y1 (t) and Y2 (t) of the auxiliary harmonic signal Y (t), which has a large signal-to-noise ratio.

Указанные проекции необходимы для получения массива R(n) отсчетов гармонического сигнала с большим отношением сигнал/шум, синфазного с несущей замаскированного БФМ сигнала, используемого для дальнейшего корреляционного приема информационных посылок сеансового сигнала.These projections are necessary to obtain an array R (n) of samples of a harmonic signal with a high signal-to-noise ratio, in-phase with the carrier of the masked BPSK signal, which is used for further correlation reception of information packets of the session signal.

Отсчеты массива R(n) формируют и запоминают в результате следующей операции:The samples of the R (n) array are formed and stored as a result of the following operation:

Figure 00000008
Figure 00000008

Корреляционный прием информационных посылок замаскированного БФМ сигнала реализуют с использованием импульсов тактовой синхронизации, сформированных после приема стартового сигнала, передаваемого перед посылкой синхронизации. Процедура корреляционного приема предусматривает выполнение следующих действий и операций.Correlation reception of information messages of a masked BPSK signal is implemented using clock synchronization pulses generated after receiving the start signal transmitted before the synchronization message. Correlation reception procedure provides for the following actions and operations.

Осуществляют, по мере поступления импульсов тактовой синхронизации, дискретизацию гармонических колебаний (с запоминанием соответствующего массива отсчетов Х(n) для последующей обработки в режиме «аппаратно-программного» времени) каждой информационной посылки замаскированного шумом БФМ сигнала X(t3) с количеством отсчетов k на периоде колебаний промежуточной частоты и общим числом отсчетов L на длительности посылки:As the clock synchronization pulses arrive, the sampling of harmonic oscillations (with storing the corresponding array of samples X (n) for subsequent processing in the "hardware-software" time mode) of each information message of the noise-masked FFM signal X (t 3 ) with the number of samples k on the oscillation period of the intermediate frequency and the total number of samples L on the duration of the message:

Figure 00000009
Figure 00000009

где n - порядковый номер отсчета в выборке массива, при этом параметры k и L связаны, как и при синфазировании, соотношениями: L=100 k, k≥360.where n is the ordinal number of the sample in the array sample, while the parameters k and L are related, as in the case of inphasing, by the ratios: L = 100 k, k≥360.

Для уменьшения времени последующих вычислений осуществляют нормирование отсчетов массивов R(n) и Х(n) путем их представления своими знаками по правилу:To reduce the time of subsequent calculations, the readings of the arrays R (n) and X (n) are normalized by representing them with their own signs according to the rule:

Figure 00000010
Figure 00000010

Вычисляют на длительности τи каждой информационной посылки замаскированного БФМ сигнала корреляционный параметр βг: The correlation parameter β g is calculated for the duration τ and each information message of the masked BFM signal:

Figure 00000011
Figure 00000011

Принимают решение о приеме соответствующего информационного символа μ(t3):A decision is made to receive the corresponding information symbol μ (t 3 ):

Figure 00000012
Figure 00000012

Выбор базовых параметров дискретизации (k≥360) и усреднения (L=100k) осуществлен по результатам моделирования системы передачи сообщений в математической среде Mathcad для достижения приемлемой достоверности приема бинарных сигналов с вероятностью ошибок Р0≤10-3.The choice of the basic sampling parameters (k≥360) and averaging (L = 100k) was carried out according to the results of modeling the message transmission system in the Mathcad mathematical environment to achieve an acceptable reliability of receiving binary signals with the error probability P 0 ≤10 -3 .

Исходя из выбранного значения параметра L (сто периодов промежуточной частоты при усреднении), можно оценить необходимую для достоверного приема длительность τи информационной посылки БФМ сигнала и частоту манипуляции Fm при го формировании:Based on the selected value of the parameter L (one hundred periods of the intermediate frequency with averaging), it is possible to estimate the duration τ and the information message of the BPSK signal necessary for reliable reception and the frequency of manipulation F m during its formation:

Figure 00000013
Figure 00000013

Так, например, при выборе промежуточной частоты преобразования f пр=1 кГц длительность информационной посылки БФМ сигнала не может быть менее τи≥0.1 с, а частота манипуляции при его формировании не будет превышать Fm≤10 Гц, что соответствует канальной скорости передачи формулярных сообщений не более 10 Бод.So, for example, when choosing an intermediate conversion frequency f pr = 1 kHz, the duration of the information message of the BPSK signal cannot be less than τ and ≥0.1 s, and the manipulation frequency during its formation will not exceed F m ≤10 Hz, which corresponds to the channel transmission rate of the formal messages no more than 10 Baud.

Укрупненные структурные схемы функциональных элементов передающей (на первом подводном объекте) и приемной (на втором подводном объекте) частей системы скрытной передачи формулярных сообщений представлены на фиг. 5 и фиг. 6 соответственно, где обозначены: 1 - источник бинарного сигнала; 2 - фазовый модулятор; 3 - аналоговый сумматор; 4 - аналоговый коммутатор; 5 - усилитель мощности; 6 - широкополосная передающая гидроакустическая антенна; 7 - формирователь сигнала несущей частоты; 8 - формирователь маскирующего шума; 9 - формирователь первого сигнала акустической окраски; 10 - формирователь второго сигнала акустической окраски; 11 - формирователь стартового сигнала; 12 - формирователь стопового сигнала; 13 - устройство формирования управляющих сигналов; 14 - широкополосная приемная гидроакустическая антенна; 15 - усилитель сигнала приемной антенны; 16 - преобразователь частоты; 17 - селектор стартстопных сигналов; 18 - аналого-цифровые преобразователи; 19 - вычислитель; 20 - формирователь вспомогательных сигналов; 21 -устройство управления; 22 - получатель бинарного сигнала.The enlarged structural diagrams of functional elements of the transmitting (at the first underwater object) and receiving (at the second underwater object) parts of the covert transmission of form messages are shown in Fig. 5 and FIG. 6, respectively, where are designated: 1 - binary signal source; 2 - phase modulator; 3 - analog adder; 4 - analog switch; 5 - power amplifier; 6 - broadband transmitting hydroacoustic antenna; 7 - carrier signal shaper; 8 - shaper of masking noise; 9 - generator of the first acoustic color signal; 10 - shaper of the second acoustic color signal; 11 - starting signal generator; 12 - brake light generator; 13 - device for generating control signals; 14 - broadband receiving hydroacoustic antenna; 15 - receiving antenna signal amplifier; 16 - frequency converter; 17 - selector for start-stop signals; 18 - analog-to-digital converters; 19 - calculator; 20 - generator of auxiliary signals; 21 - control device; 22 - binary signal receiver.

Техническая реализация заявляемого способа скрытной передачи формулярных сообщений между подводными объектами предполагает выполнение определенных действий, процедур и операций, которые, для удобства восприятия, целесообразно разделить на соответствующие этапы.The technical implementation of the proposed method for the covert transmission of formal messages between underwater objects involves the implementation of certain actions, procedures and operations, which, for ease of perception, it is advisable to divide into appropriate stages.

Выбор параметров сеансового сигналаSelecting session signal parameters

Из априорно известного частотного диапазона (25-35 кГц) системы передачи сообщений выбирают несущую частоту f 0 колебаний сеансового БФМ сигнала.From the a priori known frequency range (25-35 kHz) of the message transmission system, the carrier frequency f 0 of the oscillations of the session BFM signal is selected.

Определяют временные, амплитудные, частотные параметры сигналов a(t1), b(t5) акустической окраски и стартстопных сигналов c(t2), d(t4) излучаемого сеансового сигнала, а также амплитудные параметры квазибелого шума n(t3), маскирующего БФМ сигнал. Достаточно подробно подход к выбору и рекомендуемые параметры указанных сигналов рассмотрены в описании способа [7] скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта.Determine the time, amplitude, frequency parameters of the signals a (t 1 ), b (t 5 ) of the acoustic color and start-stop signals c (t 2 ), d (t 4 ) of the emitted session signal, as well as the amplitude parameters of the quasi-white noise n (t 3 ) masking the BFM signal. The approach to the selection and the recommended parameters of these signals are discussed in sufficient detail in the description of the method [7] of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object.

С учетом соображений приемлемой технической реализации оборудования и распространенных в гидроакустических модемах скоростей передачи сообщений, на основе требования:

Figure 00000014
(см. (13)), выбирают промежуточную частоту f пр преобразования в операции гетеродинирования с частотой гетеродина f г=f 0-f пр из предпочтительного для цифровой обработки сигналов диапазона частот 1-5 кГц.Taking into account the considerations of an acceptable technical implementation of the equipment and the transmission rates common in hydroacoustic modems, based on the requirement:
Figure 00000014
(see (13)), select the intermediate frequency f CR conversion in the heterodyning operation with the local oscillator frequency f g = f 0 - f CR from the frequency range of 1-5 kHz, which is preferred for digital signal processing.

Из условия достоверного приема БФМ сигналов:

Figure 00000015
где f пр min=f 0 - f пр - f max (см. фиг. 4), на основе неравенства: f max≤f 0 - 11 f пр, определяют максимальную граничную частоту f max спектра квазибелого шума n(t3), маскирующего БФМ сигнал.From the condition of reliable reception of BFM signals:
Figure 00000015
where f pr min = f 0 - f pr - f max (see Fig. 4), based on the inequality: f max ≤ f 0 - 11 f pr , determine the maximum cutoff frequency f max of the spectrum of quasi-white noise n (t 3 ), masking BFM signal.

Минимальную граничную частоту f min спектра квазибелого шума, маскирующего излучаемый БФМ сигнал, согласовывают с частотной характеристикой широкополосной передающей гидроакустической антенны в области низких частот.The minimum cutoff frequency f min of the quasi-white noise spectrum masking the emitted BFM signal is matched with the frequency response of the broadband transmitting hydroacoustic antenna in the low frequency region.

Рассчитывают, с использованием зависимости:

Figure 00000016
(см. (13)), частоту манипуляции Fm для формирования БФМ сигнала и частоту импульсов тактовой синхронизации во время его приема, равную частоте манипуляции.Calculated using the dependency:
Figure 00000016
(see (13)), the frequency of manipulation F m for the formation of the BPSK signal and the frequency of clock synchronization pulses during its reception, equal to the frequency of manipulation.

Формирование и излучение сеансового сигнала на первом подводном объекте С использованием необходимых фрагментов сонограмм записей звуков морских животных, рыб, ракообразных во флэш-плеерах формирователей 9, 10 записывают сигналы a(t1), b(t5) акустической окраски, имеющие слабо выраженный импульсный характер, а во флэш-плеерах формирователей 11, 12 - стартстопные сигналы c(t2), d(t4) с параметрами, определенными на этапе выбора параметров сеансового сигнала.Formation and emission of a session signal on the first underwater object Using the necessary fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish, crustaceans in flash players of shapers 9, 10, signals a (t 1 ), b (t 5 ) of acoustic color are recorded, having a weakly pronounced pulse character, and in the flash players of the shapers 11, 12 - start-stop signals c (t 2 ), d (t 4 ) with the parameters determined at the stage of selecting the parameters of the session signal.

Из фрагментов сонограмм записей шумов мелкого или глубокого моря во флэш-плеере формирователя 8 записывают маскирующий квазибелый шум n(t3), соответствующий длительности БФМ сигнала, с граничными частотами спектра f min и f max, также установленными на этапе выбора параметров сеансового сигнала. A masking quasi-white noise n (t 3 ) corresponding to the duration of the BPSK signal is recorded from fragments of sonograms of recordings of shallow or deep sea noises in the flash player of the shaper 8, corresponding to the duration of the BPSK signal, with the boundary frequencies of the spectrum f min and f max , also set at the stage of selecting the parameters of the session signal.

Под управлением устройства 13 формирования управляющих сигналов:Under the control of the device 13 for generating control signals:

- в фазовом модуляторе 2 осуществляют фазовую манипуляцию колебаний несущей частоты f 0 формирователя 7 сигнала несущей частоты бинарным информационным сигналом μ(t3) источника 1 с частотой манипуляции Fm, рассчитанной на этапе выбора параметров сеансового сигнала, формируя без разрыва фазы колебаний несущей перед посылками информационного сигнала гармоническую посылку синхронизации заданной длительности с указанной несущей частотой;- phase modulator 2 carries out phase shift keying of oscillations of the carrier frequency f 0 of the shaper 7 of the carrier frequency signal with the binary information signal μ (t 3 ) of the source 1 with the manipulation frequency F m , calculated at the stage of selecting the parameters of the session signal, forming without breaking the phase of the carrier oscillations before the messages information signal harmonic synchronization message of a given duration with a specified carrier frequency;

- с помощью аналогового сумматора 3 к БФМ сигналу х(t3) добавляют квазибелый шум n(t3) формирователя 8 маскирующего шума;- using an analog adder 3 to the BPSK signal x (t 3 ) add quasi-white noise n (t 3 ) shaper 8 masking noise;

- посредством аналогового коммутатора 4 из сигналов a(t1), c(t2), x(t3), n(t3), d(t4), b(t5) формируют сеансовый сигнал y(t) заданной длительности и выбранной структуры (см. фиг. 2 и фиг. 3).- using the analog switch 4 from the signals a (t 1 ), c (t 2 ), x (t 3 ), n (t 3 ), d (t 4 ), b (t 5 ) form a session signal y (t) of a given duration and selected structure (see Fig. 2 and Fig. 3).

Усилителем 5 мощности сеансовый сигнал y(t) доводят до уровня, обеспечивающего необходимую акустическую мощность, и излучают широкополосной передающей гидроакустической антенной 6 в водную среду в направлении второго подводного объекта.With the power amplifier 5, the session signal y (t) is brought to a level that provides the required acoustic power, and is emitted by a broadband transmitting hydroacoustic antenna 6 into the aquatic environment in the direction of the second underwater object.

Прием и обработка сеансового сигнала на втором подводном объектеReception and processing of a session signal at the second underwater object

Принимают широкополосной приемной гидроакустической антенной 14 и усиливают до необходимого уровня усилителем 15 сигнала приемной антенны сеансовый сигнал z(t) с несущей частотой f 0 БФМ сигнала.Receive broadband receiving hydroacoustic antenna 14 and amplify to the required level by the amplifier 15 signal of the receiving antenna session signal z (t) with a carrier frequency f 0 of the BFM signal.

Обработку принятого сеансового сигнала z(t) производят с использованием многофункционального устройства 21 управления, которое может быть реализовано на базе одного из видов современных микроконтроллеров.The processing of the received session signal z (t) is performed using a multifunctional control device 21, which can be implemented on the basis of one of the types of modern microcontrollers.

Осуществляют гетеродинирование усиленного сеансового сигнала z(t) на выбранную промежуточную частоту f пр с частотой колебаний f r - f 0- fпр сигнала гетеродина, поступающего на преобразователь частоты 16 от формирователя 20 вспомогательных сигналов, который формирует также гармонические квадратурные сигналы Y1(t) и Y2{t) промежуточной частоты с большим отношением сигнал/шум и импульсные сигналы тактовой синхронизации с частотой манипуляции Fm, необходимые для работы аналого-цифровых преобразователей 18 и вычислителя 19.The amplified session signal z (t) is heterodyne to the selected intermediate frequency f pr with the oscillation frequency f r - f 0 - f pr of the local oscillator signal supplied to the frequency converter 16 from the auxiliary signal shaper 20, which also generates harmonic quadrature signals Y 1 (t ) and Y 2 (t) of an intermediate frequency with a high signal-to-noise ratio and pulse signals of clock synchronization with a manipulation frequency F m , necessary for the operation of analog-to-digital converters 18 and calculator 19.

По стартовому сигналу c(t2) усиленного сеансового сигнала z(t), выделенному селектором 17 стартстопных сигналов, посредством аналого-цифровых преобразователей 18 выполняют на длительности посылки синхронизации БФМ сигнала синхронную дискретизацию сигналов Y1(t), Y2(t) формирователя 20 вспомогательных сигналов и сигнала X(t3) на выходе преобразователя частоты 16 с количеством отсчетов k на периоде колебаний промежуточной частоты и общим числом отсчетов L на длительности посылки, которые выбирают соответственно k≥360, L=100k.According to the start signal c (t 2 ) of the amplified session signal z (t), selected by the selector 17 of the start-stop signals, by means of analog-to-digital converters 18, synchronous sampling of the signals Y 1 (t), Y 2 (t) of the shaper 20 auxiliary signals and a signal X (t 3 ) at the output of the frequency converter 16 with the number of samples k on the oscillation period of the intermediate frequency and the total number of samples L on the duration of the message, which are selected respectively k≥360, L = 100k.

Далее, в вычислителе 19, из полученных на длительности посылки синхронизации БФМ сигнала от аналого-цифровых преобразователей 18 отсчетов:Further, in the calculator 19, from the samples received on the duration of the synchronization message of the BPSK signal from the analog-to-digital converters 18 samples:

- формируют и запоминают три массива выборок Y1(n), Y2(n), X(n);- form and store three arrays of samples Y1 (n), Y2 (n), X (n);

- вычисляют и запоминают весовые коэффициенты w1 и w2, определяющие проекции сигнала X(t3) на квадратурные составляющие Y2(t), Y2{t) вспомогательного сигнала Y(t) - операции (7);- calculate and store the weight coefficients w 1 and w 2 , which determine the projection of the signal X (t 3 ) onto the quadrature components Y 2 (t), Y 2 {t) of the auxiliary signal Y (t) - operations (7);

- выполняют операцию (8) по получению и запоминанию массива R(n) отсчетов гармонического сигнала с большим отношением сигнал/шум, синфазного с несущей замаскированного БФМ сигнала на промежуточной частоте.- perform operation (8) to obtain and store an array R (n) of samples of a harmonic signal with a large signal-to-noise ratio, in-phase with the carrier of the masked BPSK signal at an intermediate frequency.

Реализуют корреляционный прием информационных посылок замаскированного БФМ сигнала с использованием импульсов тактовой синхронизации формирователя 20 вспомогательных сигналов, следующих за посылкой синхронизации с частотой манипуляции Fm и сформированных после приема стартового сигнала c(t2).Correlation reception of information messages of the masked BPSK signal is implemented using clock synchronization pulses of the auxiliary signal generator 20, following the synchronization message with the manipulation frequency F m and generated after receiving the start signal c (t 2 ).

Корреляционный прием предусматривает:The correlation technique provides for:

- дискретизацию посредством аналого-цифровых преобразователей 18, по мере поступления сигнала тактовой синхронизации от формирователя 20 вспомогательных сигналов, гармонических колебаний, с последующим запоминанием в вычислителе 19 соответствующего массива отсчетов Х(n), каждой информационной посылки замаскированного шумом БФМ сигнала X(t3) с количеством отсчетов k на периоде колебаний промежуточной частоты и общим числом отсчетов L на длительности посылки - операция (9);- sampling by means of analog-to-digital converters 18, as the clock signal arrives from the generator 20 of auxiliary signals, harmonic oscillations, with subsequent storage in the calculator 19 of the corresponding array of samples X (n), each information message masked by the noise of the BPSK signal X (t 3 ) with the number of samples k on the oscillation period of the intermediate frequency and the total number of samples L on the duration of the message - operation (9);

- нормирование, в вычислителе 19, отсчетов массивов R(n) и Х(n) путем их представления своими знаками по правилу (10);- normalization, in the calculator 19, of the counts of the arrays R (n) and X (n) by representing them with their own signs according to the rule (10);

- определение, в вычислителе 19, на длительности τи каждой информационной посылки БФМ сигнала, корреляционного параметра βг - операция (11);- determination, in the calculator 19, on the duration τ and each information message of the BPSK signal, the correlation parameter β g - operation (11);

- принятие, в вычислителе 19, решения о приеме соответствующего информационного символа μ(t3) по правилу (12).- making, in the calculator 19, a decision on the reception of the corresponding information symbol μ (t 3 ) according to rule (12).

Завершают процесс приема информационных посылок БФМ сигнала по стоповому сигналу d(t4), выделенному селектором 17 стартстопных сигналов из принятого сеансового сигнала z(t). Обработка стартового c(t2) и стопового d(t4) сигналов в селекторе 17 стартстопных сигналов аналогична обработке стартовых посылок гидроакустических сигналов в способе [7] скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта.The process of receiving information messages of the BPSK signal is completed by the stop signal d (t 4 ), selected by the selector 17 start-stop signals from the received session signal z (t). The processing of the starting c (t 2 ) and stop d (t 4 ) signals in the selector 17 of the start-stop signals is similar to the processing of the starting messages of hydroacoustic signals in the method [7] of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object.

Передают получателю 22 из вычислителя 19 блок принятых в сеансовом сигнале бинарных μ(t3) информационных символов.A block of binary μ (t 3 ) information symbols received in the session signal is transmitted to the recipient 22 from the calculator 19.

При технической реализации заявляемого способа может быть использована современная элементная база и цифровые технологии обработки сигналов. Примеры возможной технической реализации функциональных элементов оборудования первого и второго подводных объектов, с использованием промышленно выпускаемых изделий, представлены в табл. 1 и табл. 2 соответственно.With the technical implementation of the proposed method, modern element base and digital signal processing technologies can be used. Examples of possible technical implementation of functional elements of the equipment of the first and second underwater objects, using commercially available products, are presented in table. 1 and tab. 2 respectively.

Для оценки достоверности приема сеансовых БФМ сигналов, в условиях маскирования квазибелым шумом, было проведено статистическое моделирование в математической среде Mathcad.To assess the reliability of the reception of session BFM signals, under the conditions of masking with quasi-white noise, statistical modeling was carried out in the mathematical environment Mathcad.

Figure 00000017
Figure 00000017

При моделировании использовались следующие исходные данные: количество сеансов приема БФМ сигналов - 50; число информационных символов БФМ сигнала в сеансе - 100; маскирующий квазибелый шум, с заданной полосой частот, имел нормальное распределение с нулевым средним, обеспечивалась некоррелированность реализаций шума от посылки к посылке принимаемого БФМ сигнала; число усредняемых периодов промежуточной частоты при синфазировании и корреляционном приеме информационных символов - 100; количество отсчетов на периоде колебаний промежуточной частоты при дискретизации каждой посылки БФМ сигнала для его корреляционного приема k=360; нижняя граница полосы частот квазибелого шума на промежуточной частоте при корреляционном приеме f пp min=10⋅f пр; верхняя граница полосы частот квазибелого шума на промежуточной частоте при корреляционном приеме f пp min=15⋅f пр; доплеровское смещение несущей частоты принимаемого БФМ сигнала относительно соответствующей частоты формирователя вспомогательных сигналов составляло 2⋅10-3, что соответствовало относительному перемещению передатчика и приемника гидроакустической линии связи с радиальной скоростью 3 м/с (5.84 узла).The following initial data were used in the modeling: the number of sessions of receiving BFM signals - 50; the number of information symbols of the BPSK signal in a session - 100; masking quasi-white noise, with a given frequency band, had a normal distribution with zero mean, uncorrelated noise realizations from one message to another of the received BPSK signal were ensured; the number of averaged periods of the intermediate frequency during in-phasing and correlation reception of information symbols - 100; the number of samples on the oscillation period of the intermediate frequency when sampling each message of the BPSK signal for its correlation reception k = 360; lower boundary of the frequency band of quasi-white noise at an intermediate frequency with correlation receptionf np min= 10⋅f NS; the upper limit of the frequency band of quasi-white noise at the intermediate frequency with correlation receptionf np min= 15⋅f NS; Doppler shift of the carrier frequency of the received BPSK signal relative to the corresponding frequency of the auxiliary signal generator was 2⋅10-3, which corresponded to the relative movement of the transmitter and receiver of the hydroacoustic communication line with a radial speed of 3 m / s (5.84 knots).

Figure 00000018
Figure 00000018

В процессе моделирования получены следующие важные системные результаты:During the simulation, the following important systemic results were obtained:

- для поэлементного приема сеансового БФМ сигнала с достоверностью Р0≤10-3 величина превышения среднеквадратического отклонения квазибелого маскирующего шума над амплитудой БФМ сигнала не должна превышать 30 дБ;- for element-by-element reception of a session BPSK signal with a reliability of Р 0 ≤10 -3, the excess of the standard deviation of the quasi-white masking noise over the amplitude of the BPSK signal should not exceed 30 dB;

- увеличение количества отсчетов на периоде колебаний промежуточной частоты при дискретизации каждой посылки БФМ сигнала для его корреляционного приема, относительно выбранного базового значения (k=360), не повышает сеансовую достоверность приема.- an increase in the number of samples on the oscillation period of the intermediate frequency during sampling of each message of the BPSK signal for its correlation reception, relative to the selected base value (k = 360), does not increase the session reliability of the reception.

Если считать верхней границей приемлемой маскировки БФМ сигнала в процессе передачи сообщений величину отношения сигнал/маскирующий шум Hmax≤-15 дБ, а достаточную для достоверного приема с вероятностью ошибок уровня Р0≈10-3 нижнюю границу указанного отношения Hmin≥-30 дБ, то можно оценить возможную длину скрытной гидроакустической линии связи (наклонное расстояние между передатчиком и приемником гидроакустических сигналов) для заданной несущей частоты f 0 излучаемого БФМ сигнала и выбранной максимальной граничной частоты f max спектра маскирующего квазибелого шума. If we consider the value of the signal / masking noise ratio H max ≤ -15 dB to be the upper limit of the acceptable masking of the BPSK signal in the process of message transmission, and the lower limit of the specified ratio H min ≥ -30 dB, sufficient for reliable reception with the error probability of the level P 0 ≈10 -3 , then it is possible to estimate the possible length of the hidden hydroacoustic communication line (the slant distance between the transmitter and the receiver of hydroacoustic signals) for a given carrier frequency f 0 of the emitted BFM signal and the selected maximum cutoff frequency f max of the masking quasi-white noise spectrum.

Так, например, для частотных параметров гидроакустической системы передачи сообщений: f 0=30 кГц, f max=10 кГц, на основе полуэмпирической зависимости погонного затухания от частоты акустических колебаний в морской воде [2], можно получить длину Dл гидроакустической линии связи для скрытной передачи сообщений с указанной выше достоверностью. Эта длина может быть рассчитана по формуле:So, for example, for the frequency parameters of the hydroacoustic message transmission system: f 0 = 30 kHz, f max = 10 kHz, based on the semi-empirical dependence of the linear attenuation on the frequency of acoustic vibrations in seawater [2], it is possible to obtain the length D l of the hydroacoustic communication line for secret transmission of messages with the above reliability. This length can be calculated using the formula:

Figure 00000019
Figure 00000019

где частоты выражены в кГц.where frequencies are expressed in kHz.

Такой длины линии связи вполне достаточно для организации фрагментов информационно-управляющих подводных сетей, интегрированных систем подводного мониторинга, гидрорелейных систем с повышенной скрытностью передачи формулярных сообщений.This length of the communication line is quite sufficient for organizing fragments of information-control underwater networks, integrated systems for underwater monitoring, hydro-relay systems with increased secrecy of transmission of form messages.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь желаемого эффекта - повышения скрытности процесса передачи формулярных сообщений между подводными объектами, за счет до сих пор не применявшегося сочетания: использования для формирования сигналов акустической окраски сеансового сигнала первого подводного объекта фрагментов сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающих слабо выраженным импульсным характером, исключая этим ложные старты при стартстопном режиме приема БФМ сигнала на втором объекте, осуществления гетеродинирования принимаемого на втором подводном объекте сеансового сигнала на низкую промежуточную частоту с частотой гетеродина меньшей частоты несущей БФМ сигнала, выбора при формировании сеансового сигнала первого подводного объекта соответствующей максимальной граничной частоты спектра квазибелого маскирующего шума, достигая этим требуемой достоверности приема БФМ сигнала на втором объекте, введения в сеансовый сигнал первого подводного объекта гармонической посылки синхронизации заданной длительности с частотой несущей БФМ сигнала, передаваемой перед его информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей, обеспечивая этим реализацию корреляционного приема замаскированного шумом БФМ сигнала на втором подводном объекте с синхронизацией по несущей частоте информационного сигнала.Thus, the proposed technical solution allows achieving the desired effect - increasing the secrecy of the process of transmitting formal messages between underwater objects, due to the previously unused combination: the use of sonogram fragments of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans with a weakly pronounced impulse character, excluding false starts during the start-stop mode of receiving the BPSK signal at the second object, heterodyning the session signal received at the second underwater object to a low intermediate frequency with the frequency of the local oscillator lower than the carrier frequency of the BPSK signal, choosing when forming the session signal of the first of an underwater object corresponding to the maximum cutoff frequency of the spectrum of quasi-white masking noise, thereby achieving the required reliability of receiving the BFM signal at the second object, introducing the first sub one object of a harmonic synchronization message of a given duration with the frequency of the carrier of the BPSK signal transmitted before its information messages without breaking the phase of the carrier oscillations, thereby ensuring the implementation of the correlation reception of the BPSK signal masked by noise on the second underwater object with synchronization to the carrier frequency of the information signal.

Такая совокупность признаков нового технического решения отличает предлагаемый способ от известных в настоящее время способов передачи дискретных сообщений между подводными объектами.This set of features of a new technical solution distinguishes the proposed method from the currently known methods of transmitting discrete messages between underwater objects.

Список использованных источниковList of sources used

1. Абаренов С.П, Арсентьев В.Г., Криволапое Г.И. О выборе частотных и пространственных параметров гидроакустических информационно-управляющих сетей на основе обобщенных энергетических показателей // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. т. 7. №2. С. 27-35.1. Abarenov S.P., Arsent'ev V.G., Krivolapoe G.I. On the choice of frequency and spatial parameters of hydroacoustic information-control networks based on generalized energy indicators // Fundamental and Applied Hydrophysics. 2014. vol. 7. No. 2. S. 27-35.

2. Ленин П.И. Системы передачи цифровой информации. Учебное пособие для вузов. М.: Сов. Радио, 1976.2. Lenin P.I. Digital information transmission systems. Textbook for universities. M .: Sov. Radio, 1976.

3. Богданов Е.В., Вьюнг Х.Т., Давыдов B.C. Выбор сигналов и метода их обработки для гидроакустической подводной связи в мелком море // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 1. С. 26-33.3. Bogdanov E.V., Vjung H.T., Davydov B.C. The choice of signals and their processing method for hydroacoustic underwater communication in the shallow sea // Izvestiya vuzov Rossii. Radio electronics. 2004. Issue. 1.S. 26-33.

4. Курьянов Б.Ф., Пенкин М.М. Цифровая акустическая связь в мелком море для океанологических применений // Акустический журнал. 2010. Т. 56. №2. С. 245-255.4. Kuryanov B.F., Penkin M.M. Digital acoustic communication in a shallow sea for oceanological applications // Acoustic journal. 2010. T. 56. No. 2. S. 245-255.

5. Методы передачи сигналов в оконечных устройствах абонентского доступа [Электронный ресурс] // URL: https://studfile.net/preview/5158658 (дата обращения: 11.11.2020).5. Methods of signal transmission in terminal devices of subscriber access [Electronic resource] // URL: https://studfile.net/preview/5158658 (date of access: 11.11.2020).

6. Патент RU 2168867, МПК: H04L 25/00. Стартстопная система связи / Г.Б. Волобуев, В.И. Дедовских. Заявлено 30.03.2000, опубликовано 10.06.2001.6. Patent RU 2168867, IPC: H04L 25/00. Start-stop communication system / G.B. Volobuev, V.I. Dedovskikh. Stated 03/30/2000, published 06/10/2001.

7. Патент RU 2727331, МПК: G01S 15/00. Способ гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта / В.Г. Арсентьев, Г.И. Криволапое. Заявлено 25.12.2019, опубликовано 21.07.2020. Бюл. №21.7. Patent RU 2727331, IPC: G01S 15/00. Method of hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object / V.G. Arsentiev, G.I. Krivolapoe. Declared 12/25/2019, published 07/21/2020. Bul. No. 21.

8. Четырехквадрантный умножитель AD834 [Электронный ресурс] // URL: http://www.analog,com/ru/products/analog-functions/analog-multipliers-dividers/ad834.html (дата обращения: 11.11.2020).8. Four-quadrant multiplier AD834 [Electronic resource] // URL: http: //www.analog,com/ru/products/analog-functions/analog-multipliers-dividers/ad834.html (date of access: 11.11.2020).

9. Турута Е.Ф. Операционные усилители: справочник. М.: Патриот, 1996.9. Turuta E.F. Operational Amplifiers: A Handbook. M .: Patriot, 1996.

10. Аналоговые ключи и мультиплексоры VISHAY [Электронный ресурс] // URL: https://www.compel.ru/lib/54817 (дата обращения: 11.11.2020).10. Analog keys and multiplexers VISHAY [Electronic resource] // URL: https://www.compel.ru/lib/54817 (date of access: 11.11.2020).

11. Усилитель на микросхеме TDA7250 [Электронный ресурс] // URL: http://www.radiomaster.net/pdf/audio/us_mos.pdf (дата обращения: 11.11.2020).11. Amplifier on the TDA7250 microcircuit [Electronic resource] // URL: http://www.radiomaster.net/pdf/audio/us_mos.pdf (access date: 11.11.2020).

12. Сведения об изделии. Гидрофоны: типы 8101 - 8106 [Электронный ресурс] // URL: http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8101-8106-Gidrofony-NEW-PD.pdf (дата обращения: 11.11.2020).12. Product information. Hydrophones: types 8101 - 8106 [Electronic resource] // URL: http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8101-8106-Gidrofony-NEW-PD.pdf (date accessed: 11.11 .2020).

13. Генератор-синтезатор частот НМ8134-3 [Электронный ресурс] // URL: https://www.eskomp.ru/UFiles/bukl/GENERATOR_HMF8.pdf (дата обращения: 11.11.2020).13. Generator-synthesizer of frequencies НМ8134-3 [Electronic resource] // URL: https://www.eskomp.ru/UFiles/bukl/GENERATOR_HMF8.pdf (date of access: 11.11.2020).

14. Портативные плееры [Электронный ресурс] // URL: https://headphonesbest.ru/portativnyj-pleer/14941top-15-luchshix-portativnyx-mp3-pleerov.html (дата обращения: 11.11.2020).14. Portable players [Electronic resource] // URL: https://headphonesbest.ru/portativnyj-pleer/14941top-15-luchshix-portativnyx-mp3-pleerov.html (date accessed: 11.11.2020).

15. Микроконтроллеры ATmega [Электронный ресурс] // URL: http://avr.ru/docs/d-sheet/atmega (дата обращения: 11.11.2020).15. Microcontrollers ATmega [Electronic resource] // URL: http://avr.ru/docs/d-sheet/atmega (date of access: 11.11.2020).

16. Прецизионные малошумящие операционные усилители [Электронный ресурс] // URL: http://www.symmetron.ru/news/maxim-MAX44250.shtml (дата обращения: 11.11.2020).16. Precision low-noise operational amplifiers [Electronic resource] // URL: http://www.symmetron.ru/news/maxim-MAX44250.shtml (date of access: 11.11.2020).

17. Техника и принципы схемотехнической реализации фильтров на операционных усилителях [Электронный ресурс] // URL: http://studbooks.net/783435/tehnika/printsipy_shemotehnicheskoy_realizatsii_filtrov_na_operatsionnom_usilitele (дата обращения: 11.11.2020).17. Technique and principles of circuitry implementation of filters on operational amplifiers [Electronic resource] // URL: http://studbooks.net/783435/tehnika/printsipy_shemotehnicheskoy_realizatsii_filtrov_na_operatsionnom_usilitele (date of access: 11.11.2020).

18. Справочник по АЦП ЦАП [Электронный ресурс] // URL: http://azp.ucoz.ru/index/ltc1742_14_razrjadnyj_maloshumjashhij_acp_s_chastotoj_preobrazovanija_65_mgc/0-75 (дата обращения: 11.11.2020).18. Handbook on ADC DAC [Electronic resource] // URL: http://azp.ucoz.ru/index/ltc1742_14_razrjadnyj_maloshumjashhij_acp_s_chastotoj_preobrazovanija_65_mgc/0-75 (date of access: 11.11.2020).

19. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega: руководство пользователя. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007.19. Evstifeev A.V. AVR microcontrollers of the Mega family: user manual. M .: Publishing house "Dodeka-XX1", 2007.

20. Микроконтроллеры MC68HC908JL3/JK3/JK1 [Электронный ресурс] // URL: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_06/stat_92.htm (дата обращения: 11.11.2020).20. MC68HC908JL3 / JK3 / JK1 microcontrollers [Electronic resource] // URL: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_06/stat_92.htm (date accessed: 11.11.2020).

Claims (1)

Способ передачи дискретных сообщений между подводными объектами, заключающийся в оснащении первого подводного объекта оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для формирования сеансовых сигналов и их излучения в водную среду, в оснащении второго подводного объекта оборудованием с высокостабильным генератором опорных частот для приема из водной среды и обработки сеансовых сигналов от первого подводного объекта, в формировании на первом подводном объекте сеансового сигнала, состоящего из сигналов акустической окраски, стартстопных сигналов и бинарного фазоманипулированного сигнала, которым представлено передаваемое сообщение, значение несущей частоты бинарного фазоманипулированного сигнала априорно известно на втором подводном объекте, при этом сигналы акустической окраски и стартстопные сигналы образованы фрагментами сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, а бинарный фазоманипулированный сигнал замаскирован квазибелым шумом из фрагментов сонограмм записей шумов мелкого или глубокого моря, причем указанные сигналы имеют заданные амплитудные, временные и частотные параметры и размещаются в соответствующих местах сеансового сигнала, в излучении посредством передающей гидроакустической антенны сформированного на первом подводном объекте сеансового сигнала в водную среду в направлении второго подводного объекта, в приеме посредством приемной гидроакустической антенны на втором подводном объекте сеансового сигнала, переданного от первого подводного объекта, в обработке на втором подводном объекте принятого от первого подводного объекта сеансового сигнала с использованием стартстопного режима корреляционного приема бинарного фазоманипулированного сигнала и осуществлением процедуры синфазирования колебаний его несущей и колебаний гармонического сигнала местного генератора опорных частот, отличающийся тем, что используют для формирования сигналов акустической окраски сеансового сигнала первого подводного объекта фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающие слабо выраженным импульсным характером, осуществляют гетеродинирование принимаемого на втором подводном объекте сеансового сигнала на низкую промежуточную частоту с частотой гетеродина, меньшей частоты несущей бинарного фазоманипулированного сигнала, выбирают при формировании сеансового сигнала первого подводного объекта максимальную граничную частоту спектра маскирующего бинарный фазоманипулированный сигнал квазибелого шума из условия значительного превышения после операции гетеродинирования сеансового сигнала на втором подводном объекте величины минимальной граничной частоты спектра маскирующего квазибелого шума значения промежуточной частоты преобразования, вводят в сеансовый сигнал первого подводного объекта гармоническую посылку синхронизации заданной длительности с частотой несущей бинарного фазоманипулированного сигнала, передаваемую перед его информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей информационного сигнала.A method for transmitting discrete messages between underwater objects, which consists in equipping the first underwater object with equipment with a highly stable reference frequency generator for generating session signals and their emission into the aquatic environment, in equipping the second underwater object with equipment with a highly stable reference frequency generator for receiving from the aquatic environment and processing session signals. signals from the first underwater object, in the formation on the first underwater object of a session signal consisting of acoustic color signals, start-stop signals and a binary phase-shift keyed signal, which represents the transmitted message, the value of the carrier frequency of the binary phase-shift keyed signal is a priori known on the second underwater object, while the acoustic signals colors and start-stop signals are formed by fragments of sonograms of recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, and the binary phase-shift keyed signal is masked by quasi-white noise from sonogram fragments mm of records of noises of a shallow or deep sea, and these signals have given amplitude, time and frequency parameters and are located in the corresponding places of the session signal, in receiving by means of a receiving hydroacoustic antenna on the second underwater object of the session signal transmitted from the first underwater object, in processing on the second underwater object of the session signal received from the first underwater object using the start-stop mode of the correlation reception of a binary phase-shift keyed signal and carrying out the procedure of phase-shift of its carrier oscillations and harmonic oscillations signal of the local generator of reference frequencies, characterized in that they use fragments of sonograms for recordings of sounds of sea animals, fish and crustaceans, which have a weakly pronounced impulse character, carry out heterodyning of the session signal received on the second underwater object to a low intermediate frequency with a local oscillator frequency lower than the carrier frequency of the binary phase-shift keyed signal; when forming the session signal of the first underwater object, the maximum cutoff frequency is selected of the spectrum masking the binary phase-shift keyed signal of quasi-white noise from the condition of significant excess after the heterodyning operation of the session signal on the second underwater object of the value of the minimum cutoff frequency of the spectrum of the masking quasi-white noise value of the intermediate conversion frequency, the harmonic synchronization message of a given duration with the carrier frequency of the binary phase is introduced into the session signal of the first underwater object signal transmitted before its information messages without breaking the phase of the oscillations of the information carrier about signal.
RU2021102965A 2021-02-08 2021-02-08 Method for transmitting discrete messages between underwater objects RU2758637C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102965A RU2758637C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for transmitting discrete messages between underwater objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102965A RU2758637C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for transmitting discrete messages between underwater objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758637C1 true RU2758637C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021102965A RU2758637C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for transmitting discrete messages between underwater objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758637C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809757C2 (en) * 2021-12-08 2023-12-15 Павел Александрович Молчанов Method for high-speed transmission and reception of information in hydroacoustic multibeam communication channel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168867C1 (en) * 2000-03-30 2001-06-10 Государственное унитарное предприятие Воронежский научно-исследовательский институт связи Start-stop communication system
US20070089037A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-19 Wenyu Jiang Error correction in packet-based communication networks using data consistency checks
RU2549188C1 (en) * 2014-01-09 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") Method of transmitting information in communication system with noise-like signals
RU2571872C1 (en) * 2014-10-01 2015-12-27 Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") Method of transmitting information in digital communication system with noise-like signals
RU2633614C1 (en) * 2016-12-09 2017-10-16 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method of transmitting information in communication systems with noise-shaped signals

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168867C1 (en) * 2000-03-30 2001-06-10 Государственное унитарное предприятие Воронежский научно-исследовательский институт связи Start-stop communication system
US20070089037A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-19 Wenyu Jiang Error correction in packet-based communication networks using data consistency checks
RU2549188C1 (en) * 2014-01-09 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") Method of transmitting information in communication system with noise-like signals
RU2571872C1 (en) * 2014-10-01 2015-12-27 Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") Method of transmitting information in digital communication system with noise-like signals
RU2633614C1 (en) * 2016-12-09 2017-10-16 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method of transmitting information in communication systems with noise-shaped signals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809757C2 (en) * 2021-12-08 2023-12-15 Павел Александрович Молчанов Method for high-speed transmission and reception of information in hydroacoustic multibeam communication channel
RU2811961C1 (en) * 2023-05-18 2024-01-19 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт" Электроприбор" Test method for hydroacoustic communication systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nowak et al. Co-designed radar-communication using linear frequency modulation waveform
EP0365431A1 (en) Transmitter, transmission method and receiver
CN110266344B (en) Chaotic mixed spread spectrum secret underwater acoustic communication method
Yin et al. Integrated waveform for continuous active sonar detection and communication
EP3171195B1 (en) Method for locating a beacon
US3230500A (en) Transmission of telephony spectrum over vlf channels
Rodionov et al. Some trial results of the hydro acoustical communication system operation for AUV and ASV group control and navigation
RU2362273C2 (en) Method of transmitting information using pseudonoise signals and device to this end
RU2758637C1 (en) Method for transmitting discrete messages between underwater objects
EP3158672A1 (en) Method and system for acoustic communication
EP0434503A1 (en) Coherent pulse radar system and method for detecting a target presenting flashes of a very short duration
Schmidt The development of an underwater telephone for digital communication purposes
Dwyer Range and Doppler information from fourth-order spectra
CN111427030A (en) Underwater acoustic signal modulation and processing method for positioning underwater robot
Niu et al. Waveform design and signal processing method for integrated underwater detection and communication system
EP2920604B1 (en) System and method for radio-tagging radio transmitters
RU2719545C1 (en) System of information transmitting
Freeman et al. High-frequency, highly directional short-range underwater acoustic communications
Wang et al. A design of communication radar integrated signal of MCPC based on costas coding
US4227249A (en) Injected coded reference for adaptive array systems
CN116413664B (en) Doppler noise interference generating device and method
US10756781B2 (en) Code division multiaccess (CDMA) communications system and method with low probability of intercept, low probability of detect (LPI/LPD)
Lee et al. Design of orthogonal code for covert underwater acoustic communication
Kochańska A new direct-sequence spread spectrum signal detection method for underwater acoustic communications in shallow-water channel
RU2734699C1 (en) Method of transmitting information using broadband signals