RU193698U1

RU193698U1 - Формирователь шумового сигнала

Info

Publication number: RU193698U1
Application number: RU2019113606U
Authority: RU
Inventors: Петр Андреевич Землянухин; Цецен Валерьевич Очиров
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-11-11

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к технике формирования радиосигналов и может быть использована при разработке и модернизации генераторов шума для маскирования побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) с целью предотвращения несанкционированного считывания информации, излучаемой по каналам ПЭМИН; станций помех линиям радиосвязи.Технический результат полезной модели заключается в формировании шумового сигнала с повышенной спектральной плотностью энергетического потенциала в заданном и регулируемом диапазоне частот.Это достигается тем, что в формирователь шумового сигнала дополнительно введены первая цепь избирательная по частоте, вторая цепь избирательная по частоте, блок задания уровня шумового сигнала и аналоговый сумматор, где выход генератора шума соединен с первыми входами первой цепи избирательной по частоте и второй цепи избирательной по частоте, выход первой цепи избирательной по частоте соединен с первым входом амплитудного модулятора и со входом блока задания уровня шумового сигнала, выход второй цепи избирательной по частоте соединен со вторым входом амплитудного модулятора, выход блока задания уровня шумового сигнала соединен с первым входом аналогового сумматора, выход амплитудного модулятора соединен со вторым входом аналогового сумматора, выход аналогового сумматора является выходом устройства, второй вход первой цепи избирательной по частоте и второй вход второй цепи избирательной по частоте служат входами для подачи сигналов управления центральными частотами первой цепи избирательной по частоте и второй цепи избирательной по частоте.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике формирования радиосигналов и может быть использована при разработке и модернизации генераторов шума для маскирования побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) с целью предотвращения несанкционированного считывания информации, излучаемой по каналам ПЭМИН; станций помех линиям радиосвязи.

Известно устройство формирователя модуляционных шумовых сигналов (Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - М.: Вузовская книга, 2013, с. 124, рис. 6.7), включающее амплитудный модулятор, который формирует амплитудно-модулированный сигнал и генератор шума. На первый вход амплитудного модулятора подается гармонический сигнал. Выход генератора шума соединен со вторым входом амплитудного модулятора, на который подается шумовой сигнал ξ_ш(t). Выход амплитудного модулятора является выходом устройства. В формирователе модуляционных шумовых сигналов осуществляется модуляция гармонического сигнала шумовым сигналом. В результате этой модуляции формируется шумовой сигнал, включающий верхнюю боковую полосу (ƒ>ƒ₀, где ƒ₀ - частота изменения гармонического сигнала, а ƒ - текущая частота) и нижнюю боковую полосу (ƒ<ƒ₀).

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, является наличие амплитудного модулятора и генератора шума.

К недостаткам аналога можно отнести следующее. В результате модуляции гармонического сигнала шумовым сигналом появляется функциональная связь фаз спектральных составляющих на верхних и нижних боковых полосах. В связи с этим боковые полосы в спектре шумового сигнала на выходе амплитудного модулятора оказываются коррелированными (Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - М.: Вузовская книга, 2013, с. 125, 4 абзац). В соответствии с этим существует принципиальная возможность для эффективной защиты от подобного шумового сигнала. Кроме этого, можно отметить и другие недостатки, свойственные данному формирователю модуляционных шумовых сигналов: во-первых, сильная неравномерность амплитуд спектральной плотности шумового сигнала в окрестности частоты ƒ₀ гармонического сигнала, что следует из спектрограммы амплитудно-модулированного сигнала (Основы теории радиоэлектронной борьбы / Под ред. Н.Ф. Николенко - М.: Военное издательство, 1987. - с. 111, рис. 6.3, б); во-вторых, отсутствует регулировка ширины спектра шумового сигнала на выходе амплитудного модулятора, что снижает электромагнитную совместимость подобного устройства.

Известно устройство для создания помех радиолокационным станциям (Патент 2217874 RU, МПК Н04K 3/00, Блохин В.П. (РФ), Володин А.В. (РФ), Дятлов А.П. (РФ), Поляниченко В.П., опубл. 27 ноября 2003 г.). В этом устройстве формирователь шумового сигнала включает балансный модулятор (23), являющийся разновидностью амплитудного модулятора, в выходном сигнале которого отсутствует спектральная составляющая несущего колебания, и генератора шума (26). На первый вход балансного модулятора с выхода усилителя высоких частот (22) поступает гармонический сигнал, а на второй вход балансного модулятора поступает шумовой сигнал. С выхода балансного модулятора снимается шумовой сигнал, полученный модуляционным способом и имеющий ширину спектра достаточную для подавления сигнала радиолокационной станции.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, является наличие балансного модулятора и генератора шума.

К недостаткам аналога следует отнести следующее. В результате модуляции гармонического сигнала шумовым сигналом существует функциональная связь фаз спектральных составляющих верхней и нижней боковых полос амплитудно-модулированного сигнала. Это приводит к тому, что боковые полосы в спектре шумового сигнала на выходе балансного модулятора оказываются коррелированными (Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - М.: Вузовская книга, 2013, с. 125, 4 абзац). В соответствии с этим существует принципиальная возможность для эффективной защиты от подобного шумового сигнала. Кроме этого, можно отметить и другие недостатки, свойственные данному формирователю модуляционных шумовых сигналов: во-первых, сильная неравномерность амплитуд спектральной плотности шумового сигнала в окрестности частоты ƒ₀ гармонического сигнала, что следует из спектрограммы амплитудно-модулированного сигнала (Основы теории радиоэлектронной борьбы / Под ред. Н.Ф. Николенко - М.: Военное издательство, 1987. - с. 111, рис. 6.3, б); во-вторых, отсутствует регулировка ширины спектра шумового сигнала на выходе амплитудного модулятора, что снижает электромагнитную совместимость подобного устройства.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство формирования ответных помех радиолокационным станциям (Патент 2237372 RU, МПК Н04K 3/00, Вернигора В.Н. (РФ), Володин А.В. (РФ), Дятлов А.П. (РФ), Поляниченко В.П., опубл. 27 сентября 2004 г). В этом устройстве формирователь шумового сигнала включает балансный модулятор 26, являющийся разновидностью амплитудного модулятора, в выходном сигнале которого отсутствует спектральная составляющая несущего колебания, и генератор шума 29. На первый вход балансного модулятора с выхода усилителя высоких частот 25 поступает гармонический сигнал, а на второй вход балансного модулятора поступает шумовой сигнал. С выхода балансного модулятора снимается шумовой сигнал, полученный модуляционным способом и имеющий ширину спектра достаточную для подавления сигнала опознанной радиолокационной станции.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, является наличие балансного модулятора и генератора шума.

Прототипу свойственны следующие недостатки.

При модуляции гармонического сигнала шумовым сигналом возникает функциональная связь фаз спектральных составляющих верхней и нижней боковых полос амплитудно-модулированного сигнала. Это приводит к тому, что боковые полосы в спектре шумового сигнала на выходе балансного модулятора оказываются коррелированными (Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - М.: Вузовская книга, 2013, с. 125, 4 абзац). В результате этого существует принципиальная возможность для обеспечения эффективной защиты от подобного шумового сигнала. Кроме этого, можно отметить и другие недостатки, свойственные данному формирователю модуляционных шумовых сигналов: во-первых, существует сильная неравномерность амплитуд спектральной плотности шумового сигнала в окрестности частоты ƒ₀ гармонического сигнала, что следует из спектрограммы амплитудно-модулированного сигнала (Основы теории радиоэлектронной борьбы / Под ред. Н.Ф. Николенко - М.: Военное издательство, 1987. - с. 111, рис. 6.3, б); во-вторых, отсутствует регулировка ширины спектра шумового сигнала на выходе амплитудного модулятора, что с одной стороны снижает электромагнитную совместимость подобного устройства, а с другой стороны может снизить качество подавления сигнала опознанной радиолокационной станции.

Технический результат формирователя шумового сигнала состоит в формировании шумового сигнала с повышенной спектральной плотностью энергетического потенциала в заданном и регулируемом диапазоне частот.

Доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом приводится далее.

Для достижения технического результата в известное устройство дополнительно введены: первая цепь избирательная по частоте, вторая цепь избирательная по частоте, блок задания уровня шумового сигнала и аналоговый сумматор.

Технический результат достигается тем, что в формирователь шумового сигнала, содержащий генератор шума 1 и амплитудный модулятор 5, введены первая цепь избирательная по частоте 2, вторая цепь избирательная по частоте 3, блок задания уровня шумового сигнала 4 и аналоговый сумматор 6, причем выход генератора шума 1 соединен с первыми входами первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3, выход первой цепи избирательной по частоте 2 соединен с первым входом амплитудного модулятора 5 и со входом блока задания уровня шумового сигнала 4, выход второй цепи избирательной по частоте 3 соединен со вторым входом амплитудного модулятора 5, выход блока задания уровня шумового сигнала 4 соединен с первым входом аналогового сумматора 6, выход амплитудного модулятора 5) соединен со вторым входом аналогового сумматора 6, выход аналогового сумматора 6 является выходом 9 устройства, второй вход 7 первой цепи избирательной по частоте 2 и второй вход 8 второй цепи избирательной по частоте 3 служат входами для подачи сигналов управления центральными частотами первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема электрическая структурная формирователя шумового сигнала.

На фиг. 2 представлены амплитуды спектральной плотности сигналов на выходах первой цепи избирательной по частоте (верхняя диаграмма), второй цепи избирательной по частоте (средняя диаграмма) и на выходе формирователя шумового сигнала (нижняя диаграмма).

Диаграммы, представленные на фиг. 2, получены моделированием одного из возможных вариантов схемотехнической реализации формирователя шумового сигнала (фиг. 1). Моделирование выполнено с использованием программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 9.

Формирователь шумового сигнала содержит генератор шума 1, амплитудный модулятор 5, первую цепь избирательную по частоте 2, вторую цепь избирательную по частоте 3, блок задания уровня шумового сигнала 4 и аналоговый сумматор 6. Выход генератора шума 1 соединен с первыми входами первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3, выход первой цепи избирательной по частоте 2 соединен с первым входом амплитудного модулятора 5 и со входом блока задания уровня шумового сигнала 4, выход второй цепи избирательной по частоте 3 соединен со вторым входом амплитудного модулятора 5, выход блока задания уровня шумового сигнала 4 соединен с первым входом аналогового сумматора 6, выход амплитудного модулятора 5 соединен со вторым входом аналогового сумматора 6, выход аналогового сумматора 6 является выходом 9 устройства, второй вход 7 первой цепи избирательной по частоте 2 и второй вход 8 второй цепи избирательной по частоте 3 служат входами для подачи сигналов управления центральными частотами первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3.

Работает формирователь шумового сигнала следующим образом.

В генераторе шума 1 формируется «белый шум» в диапазоне частот от очень низких до частот, превышающих частоты работы заявляемого формирователя шумового сигнала. С выхода генератора шума 1 «белый шум» поступает на входы первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3. В качестве первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3 могут быть использованы, например, последовательный или параллельный колебательные контура. Резонансные частоты первой цепи избирательной по частоте 2 и второй цепи избирательной по частоте 3 соответственно равны ƒ₀₁и ƒ₀₂, где ƒ₀₁>ƒ₀₂. Добротности этих цепей избирательных по частоте соответственно равны Q₁ и Q₂.

Тогда диапазон частот, в котором по уровню 0,707 будут выделяться спектральные составляющие шумового сигнала первой цепью избирательной по частоте 2, будет равен:

Диапазон частот, в котором по уровню 0,707 будут выделяться спектральные составляющие шумового сигнала второй цепью избирательной по частоте 3, будет равен:

Соответственно для первой цепи избирательной по частоте 2 по уровню 0,707 максимальная и минимальная частоты (ƒ_max.1 и ƒ_min.1) работы равны:

ƒ_max.1=ƒ₀₁+Δƒ₁; ƒ_min.1=ƒ₀₁-Δƒ₁.

Для второй цепи избирательной по частоте 3 по уровню 0,707 максимальная и минимальная частоты (ƒ_max.2 и ƒ_min.2) работы равны:

f_max.2=ƒ₀₂+Δƒ₂; f_min.2=ƒ₀₂-Δƒ₂.

Выделенные первой цепью избирательной по частоте 2 спектральные составляющие шума поступают на первый вход амплитудного модулятора 5 и на вход блока задания уровня шумового сигнала 4. Выделенные второй цепью избирательной по частоте 3 спектральные составляющие шума поступают на второй вход амплитудного модулятора 5.

В амплитудном модуляторе 5 формирование сигнала на выходе осуществляется путем перемножения входных сигналов. В соответствии с этим в заявляемом устройстве каждая спектральная составляющая сигнала, поступающего с выхода первой цепи избирательной по частоте 2 на первый вход амплитудного модулятора 5, будет перемножаться с каждой спектральной составляющей сигнала, поступающего с выхода второй цепи избирательной по частоте 3 на второй вход амплитудного модулятора 5. В результате этого на выходе амплитудного модулятора 5 формируется амплитудно-модулированный сигнал, включающий верхнюю и нижнюю боковые полосы в диапазоне частот от ƒ_АМ.Н=ƒ₀₁-Δƒ₁-ƒ₀₂-Δƒ₀₂ до ƒ_АМ.В=ƒ₀₁+Δƒ₁+ƒ₀₂+Δƒ₂. В результате этого ширина спектра шумового сигнала на выходе амплитудного модулятора 5 равна:

Можно видеть, что ширина спектра амплитудно-модулированного сигнала на выходе амплитудного модулятора 5 напрямую зависит от резонансной частоты второй цепи избирательной по частоте 3. Таким образом, подавая управляющий сигнал 8 на второй вход второй цепи избирательной по частоте 3, обеспечивается управление шириной спектра амплитудно-модулированного сигнала на выходе амплитудного модулятора 5 и выходе 9 всего устройства в целом.

Подавая управляющий сигнал 7 на второй вход первой цепи избирательной по частоте 2, обеспечивается изменение резонансной частоты первой цепи избирательной по частоте 2 и соответственно сдвиг по частоте (в сторону увеличения, либо уменьшения частоты), что позволяет расположить шумовую помеху в заданном диапазоне частот.

Относительно повышения спектральной плотности энергетического потенциала шумового сигнала в заявляемом формирователе шумового сигнала можно отметить следующее. Пусть резонансные частоты первой цепи ƒ₀₁ избирательной по частоте 2 и второй цепи ƒ₀₂ избирательной по частоте 3 отличаются в 10 раз, при этом выполняется условие ƒ₀₁>ƒ₀₂. Добротности избирательных цепей пусть равны между собой и имеют величину Q=5. Число спектральных составляющих, выделяемых первой цепью избирательной по частоте 2, равно n, а число спектральных составляющих, выделяемых второй цепью избирательной по частоте 3, равно m. Тогда, в соответствии с выражениями (1-3), можно записать:

В этом случае уширение спектра шумового сигнала на выходе устройства в соответствии с (4)-(6) равно

Поскольку отношение ширин спектра второй цепи избирательной по частоте 3 и первой цепи избирательной по частоте 2 отвечает условию

то количество спектральных составляющих, выделяемых второй цепью избирательной по частоте, будет равно m=0,1 n.

В амплитудном модуляторе 5 формирование сигнала на выходе осуществляется путем перемножения двух входных сигналов, где каждая спектральная составляющая сигнала, поступающего с выхода первой цепи избирательной по частоте 2 на первый вход амплитудного модулятора 5, будет перемножаться с каждой спектральной составляющей сигнала, поступающего с выхода второй цепи избирательной по частоте 3 на второй вход амплитудного модулятора 5. В результате этого на выходе амплитудного модулятора 5 формируется амплитудно-модулированный сигнал с числом спектральных составляющих k=n⋅m=2n⋅0,1n=0,2n².

Тогда, согласно (7) число спектральных составляющих, присутствующих в спектре шумового сигнала, отнесенных к ширине спектра Δƒ₀₁ первой цепи избирательной по частоте 2, равно

В формирователе шумового сигнала используется «белый шум», имеющий равномерную и высокую плотность спектральных составляющих на единицу частоты. Для рассматриваемого примера примем, например, n=5; n=10. Для первого случая будем иметь, что N=1,56, а для второго случая - N=6,25.

Таким образом, при n=10 спектральная плотность энергетического потенциала шумового сигнала на выходе устройства повышается в 6,25 раз. На практике исходное число спектральных составляющих шума будет еще выше, соответственно, выше будет и спектральная плотность энергетического потенциала шумового сигнала на выходе устройства.

С выхода амплитудного модулятора 5 шумовой сигнал поступает на второй вход аналогового сумматора 6, а с выхода блока задания уровня шумового сигнала 4 шумовой сигнал подается на первый вход аналогового сумматора 6. Блок задания уровня шумового сигнала 4 передает шум с выхода первой цепи избирательной по частоте 2, обеспечивая понижение амплитуд спектральных составляющих шума до уровня амплитуд спектральных составляющих шума, поступающих с амплитудного модулятора 5. Спектральные составляющие шума, поступающие с блока задания уровня шумового сигнала 4, размещаются в окрестности центральной частоты амплитудно-модулированного сигнала, равной резонансной частоте первой цепи избирательной по частоте 2, обеспечивая равномерность распределения спектра амплитуд шумового сигнала на выходе 9 формирователя шумового сигнала.

Таким образом, доказана практическая реализуемость заявляемого устройства формирователя шумового сигнала.

Промышленная применимость этого устройства возможна в технике формирования радиосигналов и может быть использована при разработке и модернизации генераторов шума для маскирования побочных электромагнитных излучений и наводок с целью предотвращения несанкционированного считывания информации, излучаемой по каналам ПЭМИН; станций помех линиям радиосвязи. Обеспечение формирования шумового сигнала с повышенной спектральной плотностью энергетического потенциала в заданном и регулируемом диапазоне частот позволяет с одной стороны повысить качество шумового сигнала, а с другой стороны строить генераторы шумового сигнала для маскирования ПЭМИН по многоканальной схеме с расширенным диапазоном рабочих частот.

Claims

Формирователь шумового сигнала, содержащий генератор шума и амплитудный модулятор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первая цепь избирательная по частоте, вторая цепь избирательная по частоте, блок задания уровня шумового сигнала и аналоговый сумматор, причем выход генератора шума соединен с первыми входами первой цепи избирательной по частоте и второй цепи избирательной по частоте, выход первой цепи избирательной по частоте соединен с первым входом амплитудного модулятора и со входом блока задания уровня шумового сигнала, выход второй цепи избирательной по частоте соединен со вторым входом амплитудного модулятора, выход блока задания уровня шумового сигнала соединен с первым входом аналогового сумматора, выход амплитудного модулятора соединен со вторым входом аналогового сумматора, выход аналогового сумматора является выходом устройства, вторые входы первой цепи избирательной по частоте и второй цепи избирательной по частоте служат входами для подачи сигналов управления центральными частотами первой цепи избирательной по частоте и второй цепи избирательной по частоте.