RU2295778C1

RU2295778C1 - Method of provision of radiocommunication between guided objects and center of guidance

Info

Publication number: RU2295778C1
Application number: RU2006113754/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Косарев (RU); Сергей Александрович Косарев; Юрий Михайлович Брауде-Золотарев (RU); Юрий Михайлович Брауде-Золотарев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА")
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-03-20

Abstract

FIELD: guide systems.

SUBSTANCE: method can be used for protection of real estate objects and transportation vehicles. Messages from any guided object (GO) are transmitted in general radio channel in form of hopping-signals which hopping-signals have to be packages of modulated signals with frequency and time positions changing by jumps. Messages from GO are received in guide center (GC); spectrum of signal of general radio channel is transferred by means of demodulation into lower frequency range, and truth or false in packages of demodulated signals are determined. At any GO the positions of signals in time and frequency are set by first random number of leading generator of random numbers independently on other GOs. At GC the spectrum of signal of general radio channel is subject to analysis by group receiver at k analysis intervals, which intervals are equal to duration T of symbol of signal packages and shifted in phase for equal sub-intervals being multiple to T/k. The k sequences of any signal packages are determined and one, demodulated sequence, is selected from them according to maximum of likelihood. Random numbers led generator is synchronized by first package with leading one and errors in position of any received package are revealed relatively position of package, defined by first random number of led generator. As information for subsequent processing, the packages are given with errors in positions being lower than admissible. False packages with errors of positions exceeding admissible ones are blocked and accompanied by detection signal of signal false package. At GC the packages from GO are received in narrow frequency band, which band corresponds to speed of signals. Position of band in general channel is set by frequency synthesizer being controlled by second random number of leading generator. Package of signals from GC is transmitted to GO with correction set by second random number of led generator which correction corrects frequency and time errors of position.

EFFECT: improved range and reliability of two-sided radio communication of GO and GC; detection of false messages.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике реализации охранных систем, предназначенных для защиты объектов недвижимости и транспортных средств, и предназначено для использования при наличии большого количества (до 500) охраняемых объектов, расположенных на больших расстояниях (более 20 км) от центра охраны.The invention relates to techniques for implementing security systems designed to protect real estate and vehicles, and is intended for use in the presence of a large number (up to 500) of protected objects located at large distances (more than 20 km) from the security center.

В настоящее время при осуществлении централизованной охраны объектов широкое распространение получили способы радиосвязи в дуплексных радиолиниях, основанные на применении "прыгающих несущих частот" (FH - frequency hopping) и предусматривающие передачу дискретной информации hopping-сигналами с псевдослучайной перестройкой несущей частоты в условиях сложной помеховой обстановки (RU № 2231458, B 60 R 25/00, RU № 2244642, B 60 R 25/00, RU № 2258618, B 60 R 25/00, RU № 2264937, B 60 R 25/00, RU № 2265250, G 08 B 25/08, RU № 2244959, B 60 R 25/10, US № 6188715, H 04 L 27/26, US № 6700920, Н 04 В 1/713, DE № 4337211, G 08 B 25/10).Currently, in the implementation of centralized protection of objects, radio communication methods in duplex radio lines based on the use of "jumping carrier frequencies" (FH - frequency hopping) and providing for the transmission of discrete information by hopping signals with pseudo-random tuning of the carrier frequency in difficult interference conditions have become widespread ( RU No. 2231458, B 60 R 25/00, RU No. 2244642, B 60 R 25/00, RU No. 2258618, B 60 R 25/00, RU No. 2264937, B 60 R 25/00, RU No. 2265250, G 08 B 25/08, RU No. 2244959, B 60 R 25/10, US No. 6188715, H 04 L 27/26, US No. 6700920, H 04 B 1/713, DE No. 4337211, G 08 B 25/10).

Недостатки известных технических решений связаны с использованием изменений (прыганий), в основном, только по диапазону несущей частоты. Это обусловливает взаимные помехи от наложения пакетов друг на друга. Низкая помехоустойчивость радиосвязи предопределяет нарушение достоверности передаваемой информации и возможность воспрепятствования передаче сообщений злоумышленниками.The disadvantages of the known technical solutions are associated with the use of changes (jumps), mainly only in the range of the carrier frequency. This causes mutual interference from the imposition of packets on each other. Low noise immunity of radio communications determines the violation of the reliability of the transmitted information and the possibility of obstructing the transmission of messages by intruders.

Наиболее близким к предложенному является способ радиосвязи между охраняемыми объектами и центром, базирующийся на использовании hopping-сигналов с позициями, устанавливаемыми случайным числом не только по несущей частоте, но и по времени (US №6870875, Н 04 В 1/69).Closest to the proposed one is a radio communication method between guarded objects and the center, based on the use of hopping signals with positions set by a random number not only in the carrier frequency, but also in time (US No. 6870875, Н 04 В 1/69).

Однако указанный способ характеризуется значительной сложностью и, как следствие, низкой надежностью приема сигналов. Чтобы обеспечить "ортогонализацию" - избежать совпадений позиций пакетов, в нем используют взаимодействие генераторов случайных чисел (ГСЧ) всех охраняемых объектов. В центре для каждого объекта используют отдельный приемник, содержащий сложный синхронизатор или сложные узлы быстрого поиска позиций пакетов объекта по спектру и по времени или то и другое.However, this method is characterized by significant complexity and, as a consequence, low reliability of signal reception. To ensure "orthogonalization" - to avoid overlapping positions of packets, it uses the interaction of random number generators (RNGs) of all protected objects. In the center, a separate receiver is used for each object, containing a complex synchronizer or complex nodes for quickly searching for the positions of object packets by spectrum and by time, or both.

Кроме того, известному способу свойственны опять же невысокая помехоустойчивость, малые расстояния устойчивой связи и малое возможное количество позиций пакетов, вследствие необходимости выделения для каждой частотной позиции пакета широкой полосы, не меньшей суммарной нестабильности частот передатчика и приемника. Нестабильность частот многократно превышает полосу частот, необходимую для передачи низкоскоростных сигналов. Избыточная полоса с повышенным уровнем шумов не позволяет принимать сигналы с малой мощностью на больших расстояниях. Избыточный расход частотного ресурса не позволяет передавать в сети большое количество сигналов и не дает возможности иметь большое количество охраняемых объектов. В частности, в прототипе позиции по времени и частоте выбираются с помощью двух ГСЧ, каждый из которых выполнен на регистре с "линейными" обратными связями (РСЛОС - LFSR - linear feedback shift register) короткой длины (3 разряда) и максимальным периодом. Количество ортогональных позиций двух ГСЧ по частоте - 7, по времени - 7, а всего - 49. Эти недостатки известного способа представляют собой плату за "ортогональность" передаваемых пакетов.In addition, the known method is again characterized by low noise immunity, small distances of stable communication and a small possible number of packet positions, due to the need to allocate for each frequency position of the packet a wide band, not less than the total frequency instability of the transmitter and receiver. Frequency instability is many times greater than the frequency band required to transmit low-speed signals. An excess band with an increased noise level does not allow receiving signals with low power at large distances. Excessive consumption of the frequency resource does not allow transmitting a large number of signals in the network and does not make it possible to have a large number of protected objects. In particular, in the prototype, positions in time and frequency are selected using two RNGs, each of which is made on a register with "linear" feedbacks (RSLOS - LFSR - linear feedback shift register) of short length (3 digits) and a maximum period. The number of orthogonal positions of two RNGs in frequency is 7, in time - 7, and a total of 49. These disadvantages of the known method represent a fee for the "orthogonality" of transmitted packets.

Задачей изобретения является повышение надежности, помехоустойчивости и дальности приема сигналов за счет снижения частотной полосы принимаемых сигналов до величины, существенно меньшей общей нестабильности частот передатчика центра и приемника объекта. Технический результат заключается в повышении количества передаваемых в радиосети сигналов, увеличении количества охраняемых объектов, обеспечении имитостойкости пакетов.The objective of the invention is to increase the reliability, noise immunity and range of signal reception by reducing the frequency band of the received signals to a value substantially less than the overall frequency instability of the center transmitter and receiver of the object. The technical result consists in increasing the number of signals transmitted to the radio network, increasing the number of protected objects, ensuring the imitation resistance of packets.

Поставленная задача решается тем, что в способе радиосвязи охраняемых объектов и центра охраны, согласно которому от каждого объекта передают сообщения в общем радиоканале в виде hopping-сигналов, представляющих собой пакеты модулированных сигналов со скачкообразно изменяющимися позициями по частоте и времени, а в центре охраны переданные от охраняемых объектов сообщения принимают, посредством демодуляции переносят спектр сигнала общего радиоканала в область низких частот и определяют истинность или ложность пакетов демодулированных сигналов, при этом позиции пакетов сигналов по частоте и времени на охраняемых объектах устанавливают, а в центре охраны определяют с использованием генераторов случайных чисел, - на каждом охраняемом объекте позиции пакетов сигналов по частоте и во времени устанавливают первым случайным числом ведущего генератора случайных чисел, независимо от других охраняемых объектов, в центре охраны спектр сигнала общего радиоканала анализируют групповым приемником на k интервалах анализа, равных длительности Т символа пакета сигналов и сдвинутых по фазе на равные субинтервалы, кратные T/k, определяют k последовательностей каждого пакета сигналов, выбирают из них по максимуму правдоподобия одну демодулированную, синхронизируют первым пакетом имеющийся в центре охраны ведомый генератор случайных чисел с ведущим, выявляют погрешности позиции каждого принятого пакета относительно позиции пакета, определяемой первым случайным числом ведомого генератора, выдают в качестве информации для дальнейшей обработки пакеты с погрешностями позиций, меньшими допустимых, а ложные пакеты с погрешностями позиций, превышающими допустимые, блокируют и сопровождают сигналом обнаружения ложного пакета сигналов.The problem is solved in that in the method of radio communication of protected objects and the security center, according to which messages are transmitted from each object in a common radio channel in the form of hopping signals, which are packets of modulated signals with stepwise changing positions in frequency and time, and transmitted in the security center messages are received from the protected objects, by means of demodulation they transfer the spectrum of the signal of the common radio channel to the low frequency region and determine the truth or falsehood of the packets demodulated with ignals, while the positions of the signal packets in frequency and time on the protected objects are established, and in the guard center determined using random number generators, - on each protected object the positions of the signal packets in frequency and time are set by the first random number of the leading random number generator, regardless from other protected objects, in the guard center, the signal spectrum of a common radio channel is analyzed by a group receiver at k analysis intervals equal to the duration T of the signal packet symbol and shifted phase into equal sub-intervals that are multiples of T / k, determine k sequences of each packet of signals, select one demodulated from them by maximum likelihood, synchronize the slave random number generator with the master with the leading packet in the guard center, identify the position errors of each received packet relative to the packet position determined by the first random number of the slave generator, packets with position errors less than allowable are issued as information for further processing, and false packets with eshnostyami position exceeding permissible, block and accompany false signal detection signal packet.

Решению поставленной задачи способствуют также частные существенные признаки изобретения.Partial essential features of the invention also contribute to the solution of the problem.

На охраняемых объектах принимают пакеты от центра охраны в узкой полосе частот, соответствующей скорости принимаемых сигналов, позицию указанной полосы в общем радиоканале устанавливают синтезатором частот с цифровым управлением от второго случайного числа ведущего генератора, а пакет сигналов из центра охраны передают на охраняемый объект на позиции, устанавливаемой вторым случайным числом ведомого генератора с поправкой, корректирующей частотные и временные погрешности позиции.At the guarded objects, packets are received from the guard center in a narrow frequency band corresponding to the speed of the received signals, the position of the specified band in the common radio channel is set by the digital synthesizer from the second random number of the master oscillator, and the signal packet from the guard center is transmitted to the guarded object at the position set by the second random number of the slave generator as amended, correcting the frequency and time errors of the position.

Групповой приемник в центре охраны выполняют с быстрым преобразованием Фурье.A group receiver at the guard center is performed with fast Fourier transform.

В центре охраны упомянутый выбор демодулированной последовательности пакета сигналов осуществляют путем сравнения полученных последовательностей с синхронизирующей преамбулой в k корреляторах или путем k оценок количества ошибок в k декодерах помехоустойчивого кода.At the security center, the mentioned choice of the demodulated sequence of the signal packet is carried out by comparing the obtained sequences with the synchronizing preamble in k correlators or by k estimates of the number of errors in k decoders of the error-correcting code.

Сообщения в пакетах сигналов защищают помехоустойчивым кодом Голея.Messages in signal packets are protected by a noise-free Golei code.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3.The invention is illustrated figure 1-3.

На фиг.1 представлена сеть радиосвязи объектов охраны и центра охраны по предлагаемому способу.Figure 1 shows the radio communication network of the security facilities and the security center for the proposed method.

На фиг.2 показана структурная схема приемопередатчика объекта для технической реализации предложенного способа.Figure 2 shows the structural diagram of the transceiver of the object for the technical implementation of the proposed method.

На фиг.3 показана структурная схема приемопередатчика центра для технической реализации предложенного способа.Figure 3 shows the structural diagram of the center transceiver for the technical implementation of the proposed method.

На фиг.1-3 использованы следующие обозначения: 1 - приемопередатчики охраняемых объектов; 2 - приемопередатчик центра охраны; 3 - формирователь пакета сигналов с кодером помехоустойчивого кодирования любого известного вида; 4 - модулятор и передатчик охраняемого объекта; 5 - блок управления с ведущим ГСЧ охраняемого объекта, выполненный по любой известной схеме, формирующей два случайных числа: первое - для установки позиции пакета, передаваемого передатчиком 4, и второе - для установки частотной позиции узкополосного приемника 6 пакетов, передаваемых центром охраны; 6 - узкополосный приемник объекта любого известного типа, например супергетеродинный с установкой частоты приема цифровым синтезатором частот; 7 - групповой приемник, принимающий все сигналы общего радиоканала, выполненный по любой известной схеме, например на базе быстрого преобразования Фурье - "БПФ"; 8 - анализатор многоточечных сигналов БПФ; 9 - демодулятор с блоком выбора и декодером помехоустойчивого кода; 10 - блок контроля с узлом вычислителя погрешностей позиций и с узлом блокировки ложных пакетов; 11 - блок управления, выполненный с ведомым ГСЧ, подобным ведущему ГСЧ блока 5, формирующим два случайных числа, и снабженный узлом коррекции фазы тактовой частоты ГСЧ и узлом вычисления поправки частотной позиции, который синхронизирован с ГСЧ блока 5 любым известным в криптографии методом; 12 - передатчик центра и синтезатор частоты с цифровым управлением, выполненные по любым известным схемам.Figure 1-3 used the following notation: 1 - transceivers of protected objects; 2 - transceiver of the security center; 3 - shaper of a signal packet with an error-correcting coding encoder of any known type; 4 - modulator and transmitter of the protected object; 5 - a control unit with a leading RNG of the guarded object, made according to any known scheme that generates two random numbers: the first - to set the position of the packet transmitted by transmitter 4, and the second - to set the frequency position of the narrowband receiver 6 of packets transmitted by the security center; 6 - narrowband receiver of an object of any known type, for example superheterodyne with setting the frequency of reception by a digital frequency synthesizer; 7 - group receiver, receiving all signals of a common radio channel, made according to any known scheme, for example, based on the fast Fourier transform - "FFT"; 8 - FFT multipoint signal analyzer; 9 - a demodulator with a selection unit and a noise-correcting code decoder; 10 - control unit with a node calculator of position errors and a node blocking false packets; 11 is a control unit made with a slave RNG similar to the master RNG of block 5, generating two random numbers, and equipped with a node for correcting the phase of the clock frequency of the RNG and a node for calculating the correction of the frequency position, which is synchronized with the RNG of block 5 by any method known in cryptography; 12 - center transmitter and frequency synthesizer with digital control, made according to any known schemes.

В процессе осуществления предложенного способа в сети радиосвязи охраняемых объектов и центра охраны (фиг.1) передатчик приемопередатчика 1 каждого объекта передает приемнику приемопередатчика 2 центра в общем канале сообщения - пакеты сигналов с информацией о состоянии датчиков объекта, модулируя по частоте символами сообщения несущую частоту и устанавливая позицию передаваемого пакета по частоте и во времени первым случайным числом. Узкополосный приемник приемопередатчика 1 объекта с цифровым синтезатором частот принимает пакет от центра в узкой полосе, позицию которой устанавливает второе случайное число ведущего ГСЧ.In the process of implementing the proposed method in the radio communication network of the protected objects and the security center (Fig. 1), the transceiver 1 transmitter of each object transmits to the receiver of the center transceiver 2 in the common message channel signal packets with information about the state of the object’s sensors, modulating the carrier frequency with message symbols and setting the position of the transmitted packet in frequency and time in the first random number. The narrow-band receiver of the transceiver 1 of the object with a digital frequency synthesizer receives a packet from the center in a narrow band, the position of which sets the second random number of the main RNG.

При этом в формирователе 3 (фиг.2) пакета сигналов символы сообщения преобразуют в символы помехоустойчивого кода и добавляют к ним служебные символы, например символы синхронизирующей преамбулы и символы контрольных сумм. Модулятор и передатчик 4 символами пакета модулируют любым известным методом несущую частоту пакета, например по частоте, переносят пакет на частотно-временную позицию, заданную первым случайным числом ведущего ГСЧ блока 5 управления, и передают пакет. Узкополосный приемник объекта 6 принимает пакет от центра в полосе, позицию которой в радиоканале устанавливает синтезатор частот с цифровым управлением от второго случайного числа ведущего ГСЧ блока 5 управления.At the same time, in the shaper 3 (Fig. 2) of the signal packet, the message symbols are converted into the symbols of the error-correcting code and service symbols, for example, symbols of the synchronizing preamble and checksum symbols, are added to them. The modulator and the transmitter with 4 packet symbols modulate the carrier frequency of the packet by any known method, for example, in frequency, transfer the packet to the time-frequency position specified by the first random number of the leading RNG control unit 5, and transmit the packet. The narrow-band receiver of object 6 receives a packet from the center in the band, the position of which in the radio channel is set by a digitally controlled frequency synthesizer from the second random number of the leading RNG control unit 5.

Групповой приемник 7 всех пакетов сигналов общего радиоканала, например, в виде анализатора БПФ переносит спектр в область низких частот, осуществляет аналого-цифровое преобразование и выдает в "многоточечный" анализатор 8 компоненты всех "точек" БПФ, в которых пакеты сигналов могут иметь произвольные частотные положения относительно "точек" БПФ. Чтобы обеспечить прием и анализ сигналов при максимальном смещении несущей частоты пакета, равном половине шага сетки частот БПФ, коэффициент полосы входного фильтра группового приемника 7 общего радиоканала по уровню - 3 дБ устанавливают около 2,0. Поэтому полоса каждой компоненты БПФ оказывается в два раза шире необходимой.A group receiver 7 of all signal packets of a common radio channel, for example, in the form of an FFT analyzer transfers the spectrum to the low-frequency region, performs analog-to-digital conversion, and outputs to the “multipoint” analyzer 8 the components of all “FFT points” in which signal packets can have arbitrary frequency provisions relative to the "points" of the FFT. To ensure reception and analysis of signals at a maximum offset of the carrier frequency of the packet, equal to half the step of the FFT frequency grid, the input filter bandwidth of the group receiver 7 of the common radio channel at a level of 3 dB is set to about 2.0. Therefore, the band of each FFT component is twice as wide as necessary.

Вследствие произвольных фаз тактовой синхронизации пакетов сигналов на объектах анализ спектра в групповом приемнике 7 для каждой "точки" сетки частот БПФ осуществляют на k интервалах, равных продолжительности символа пакета 2Т с относительным шагом сдвига интервала анализа, равным T/k. Такой анализ эквивалентен анализу символов пакетов на k одинаковых тактовых частотах k/T, сдвинутых по фазе на субинтервалы 0, T/k, 2T/k, (k-1)T/k. Благодаря этим сдвигам при любой фазе символов принимаемых пакетов сигналов максимальная погрешность фазы не может превысить 1/2k интервала символа пакета Т. Сдвиг интервалов можно выполнить любым известным параллельным или последовательным методом, например путем записи отсчетов символов, следующих с частотой k/T, в k ячейках буферной памяти на интервале символа пакета Т и обновления на каждом шаге в памяти "старых" отсчетов "новыми" по мере их поступления.Due to the arbitrary phases of the clock synchronization of signal packets at the objects, the spectrum analysis in group receiver 7 for each “point” of the FFT frequency grid is carried out at k intervals equal to the duration of the 2T packet symbol with a relative shift of the analysis interval equal to T / k. Such an analysis is equivalent to the analysis of packet symbols at k identical clock frequencies k / T, phase shifted by sub-intervals 0, T / k, 2T / k, (k-1) T / k. Due to these shifts, for any phase of the symbols of the received signal packets, the maximum phase error cannot exceed 1 / 2k of the symbol interval of packet T. The interval shift can be performed by any known parallel or sequential method, for example, by writing samples of symbols following with frequency k / T to k buffer memory cells in the interval of the packet T symbol and updates at each step in the memory of the “old” samples “new” as they arrive.

Анализаторы 8 многоточечных сигналов БПФ на каждом интервале осуществляют с шагом T/k интегральный прием пакетов сигналов всех объектов любым известным методом, обрабатывают во всех точках сетки частот БПФ квадратурные компоненты b=s·cos(p) и a=s·sin(p) и вычисляют с учетом возможных погрешностей частот пакетов относительно "точек" сетки частот БПФ векторы сигнала V=s·exp(jp)=b+ja, где s - амплитуда и p - фаза вектора. Фильтрацией вектора снижают коэффициент полосы до величины, близкой к 1, что повышает почти на 3 дБ помехоустойчивость приема сигналов.The analyzers of 8 multipoint FFT signals at each interval, with a step T / k, perform the integral reception of signal packets of all objects by any known method, process quadrature components b = s · cos (p) and a = s · sin (p) at all points of the FFT frequency grid and taking into account possible errors of packet frequencies relative to the “points” of the FFT frequency grid, the signal vectors V = s · exp (jp) = b + ja, where s is the amplitude and p is the phase of the vector. By filtering the vector, the band coefficient is reduced to a value close to 1, which increases the noise immunity of signal reception by almost 3 dB.

Демодуляторы 9 для каждой "точки" БПФ и для k фаз тактовой частоты вычисляют k последовательностей каждого пакета сигналов, выбирают из них по максимуму правдоподобия одну - демодулированную. Выбор осуществляют любым известным методом, например сравнением полученных последовательностей с синхронизирующей преамбулой в k корреляторах. Вместо корреляторов при выборе можно использовать k оценок количества ошибок в k декодерах помехоустойчивого кода или другой метод. Выбранные демодулированную последовательность и тактовую частоту с фазой, наиболее близкой к фазе тактов принятого пакета сигналов, используют в дальнейшей обработке символов пакета. Декодер помехоустойчивого кода корректирует ошибки в выбранной последовательности и выдает информацию пакета, включающую идентификационный номер объекта, передавшего пакет, и частотно-временную позицию пакета в блок 10 контроля.Demodulators 9 for each FFT “point” and for k phases of clock frequency calculate k sequences of each signal packet, choose one of them with maximum likelihood - demodulated. The selection is carried out by any known method, for example, by comparing the obtained sequences with a synchronizing preamble in k correlators. Instead of correlators, when choosing, one can use k estimates of the number of errors in k error-correcting code decoders or another method. The selected demodulated sequence and clock frequency with the phase closest to the clock phase of the received signal packet are used in further processing of the packet symbols. The error-correcting code decoder corrects errors in the selected sequence and provides packet information, including the identification number of the object that transmitted the packet, and the time-frequency position of the packet in the control unit 10.

Блок 10 контроля при приеме первого пакета объекта вводит ведомый ГСЧ блока 11 управления в синхронный с ведущим ГСЧ блока 5 управления режим любым известным в криптографии методом, например установкой ключа с указанным в первом пакете адресом, подключает по идентификационному номеру пакета соответствующий блок 11 управления с ведомым ГСЧ и вычисляет фактическую погрешность позиции принятого пакета относительно позиции, соответствующей первому случайному числу ведомого ГСЧ блока 11 управления. Если погрешность принятой позиции мала, то блок 10 контроля выдает на выход данные "Д", соответствующие действительным пакетам сигналов. При поступлении пакета с большой погрешностью позиции блок 10 контроля выдает на выход сигнал "Л" обнаружения ложного пакета сигналов - атаки взломщика и блокирует ложный пакет. Блок управления 11 вычисляет и вводит в передатчик 12 поправку "П" на относительную погрешность частотных и временных позиций ведомого ГСЧ относительно позиций ведущего ГСЧ блока управления 5 объекта. В передатчике 12 второе случайное число вместе с поправкой устанавливает в синтезаторе с цифровым управлением надлежащую частотную позицию пакета, передаваемого охраняемому объекту.When receiving the first object packet, the control unit 10 enters the slave RNG of the control unit 11 into synchronous mode with the master RNG of the control unit 5, by any method known in cryptography, for example, by setting a key with the address indicated in the first packet, connects the corresponding control unit 11 with the slave by the packet identification number RNG and calculates the actual position error of the received packet relative to the position corresponding to the first random number of the slave RNG of the control unit 11. If the error of the received position is small, then the control unit 10 outputs the data "D" corresponding to the valid signal packets. When a packet arrives with a large position error, the control unit 10 outputs the signal "L" to detect a false signal packet — an attacker’s attack and blocks the false packet. The control unit 11 calculates and enters into the transmitter 12 the correction "P" for the relative error of the frequency and time positions of the slave RNG relative to the positions of the master RNG control unit 5 of the object. In the transmitter 12, the second random number, together with the correction, sets the appropriate frequency position of the packet transmitted to the protected object in the digitally controlled synthesizer.

Примером реализации предложенного способа является система радиосвязи, подобная по своим функциям системе проводной связи типа "общая шина". Выбор частотно-временных позиций пакетов сигналов осуществляют ведущие и ведомые ГСЧ с 16-ти разрядными РСЛОС. Такие ГСЧ позволяют задать первое и второе случайные числа каждое с 16-ю разрядами, задающими 2¹⁶ позиций, например 2¹⁰ - по частоте и 2⁶ - по времени. Полоса частот группового спектра - 48 кГц. Количество номинальных частот группового приемника - "точек" БПФ-1024. Шаг сетки номинальных частот БПФ - около 48 Гц. Продолжительность интервала символа пакета Т - около 20 мс. Фазы тактовых частот на объектах - произвольные. Количество сдвинутых по фазе интервалов, анализируемых БПФ, k=4. При k=4 энергетические потери от погрешности тактов Т/8=2,5 мс не превышают 1 дБ. Фазы тактовой частоты декодера блока 9 и ведомого ГСЧ блока 11 управления корректируют с шагом Т/4 - около 5 мс. Частотная нестабильность генераторов несущих объектов и центра составляет ±4 кГц в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60°С. Нестабильность частот опорных генераторов около 2,5·10^-6 создает погрешность частот около 1,2 кГц. Эти нестабильности изменяются медленно, в основном от температуры. Самое быстрое изменение относительной частотной погрешности несущей охраняемого объекта относительно несущей центра охраны по данным заявителя не превышает 10 Гц за час. При выбранном шаге коррекции около 5 Гц (1/4 шага сетки БПФ) расчетный интервал коррекции частоты - не меньше 30 мин. Расчетный интервал коррекции тактового интервала ГСЧ с шагом ±5 мс - около 30 мин. Область разрешенных для передачи номинальных частот с учетом нестабильности несущих частот - около 40 кГц. Кроме ведомого ГСЧ блок 11 управления содержит узел вычисления частотной поправки "П" и узел коррекции фазы тактовой частоты ГСЧ. Частотная поправка "П" вместе со вторым случайным числом ведомого ГСЧ поступает в передатчик 12. Коррекция частотно-временных позиций на охраняемых объектах также возможна, но нецелесообразна. Она потребовала бы пересылок сигналов управления, которые загрузили бы радиоканал и могли бы ухудшить имитостойкость радиосети.An example of the implementation of the proposed method is a radio communication system similar in function to a wired communication system of the "common bus" type. The choice of frequency-time positions of signal packets is carried out by the master and slave RNGs with 16-bit RSLOS. Such RNGs allow you to set the first and second random numbers each with 16 digits that specify 2 ¹⁶ positions, for example 2 ¹⁰ - in frequency and 2 ⁶ - in time. The bandwidth of the group spectrum is 48 kHz. The number of nominal frequencies of the group receiver - “points” BPF-1024. The grid spacing of the nominal FFT frequencies is about 48 Hz. The duration of the packet symbol T interval is about 20 ms. Phases of clock frequencies at objects are arbitrary. The number of phase-shifted intervals analyzed by the FFT, k = 4. At k = 4, the energy loss from the clock error T / 8 = 2.5 ms does not exceed 1 dB. The phases of the clock frequency of the decoder unit 9 and the slave RNG unit 11 controls are adjusted in increments of T / 4 - about 5 ms. The frequency instability of the generators of the supporting objects and the center is ± 4 kHz in the temperature range from minus 40 to plus 60 ° C. The instability of the frequencies of the reference generators of about 2.5 · 10 ^-6 creates a frequency error of about 1.2 kHz. These instabilities change slowly, mainly from temperature. The fastest change in the relative frequency error of the carrier of the protected object relative to the carrier of the guard center according to the applicant does not exceed 10 Hz per hour. With the selected correction step of about 5 Hz (1/4 of the FFT grid step), the calculated frequency correction interval is at least 30 minutes. The estimated correction interval for the RNG clock interval in increments of ± 5 ms is about 30 minutes. The range of nominal frequencies allowed for transmission, taking into account the instability of the carrier frequencies, is about 40 kHz. In addition to the slave RNG, the control unit 11 comprises a frequency correction calculation unit “P” and a phase correction node for the RNG clock frequency. The frequency correction "P" together with the second random number of the slave RNG is transmitted to the transmitter 12. Correction of the time-frequency positions at the guarded objects is also possible, but impractical. It would require the transfer of control signals that would load the radio channel and could impair the imitation resistance of the radio network.

Сообщения в пакетах сигналов защищены помехоустойчивым блоковым кодом Голея (24,8). Структура пакета в битах: синхронизирующая преамбула - "маркер" = 31, информация = 12·b, где b - количество блоков информации кода Голея, проверочные символы кода = 12·b, контрольная сумма - бит при b=2 и 16 бит при b>2. Длину пакета каждый передатчик выбирает из двух разрешенных длин. Возможен выбор длин пакетов информации для b<25. В одном из вариантов способа для объекта установлены: b1=2 для "контрольного" пакета, b2=3 для "информационного" и "тревожного" пакетов сигналов охраняемого объекта и b3=3 для пакетов команд центра охраны. Вероятность потери пакета "Е" от случайного наложения пакетов при независимом выборе их позиций:Messages in signal packets are protected by the noise-free blocking Golei code (24.8). Packet structure in bits: synchronization preamble - “marker” = 31, information = 12 · b, where b is the number of blocks of the Golei code information, check characters of the code = 12 · b, checksum is a bit at b = 2 and 16 bits at b > 2. Each transmitter chooses the packet length from two allowed lengths. The choice of information packet lengths for b <25 is possible. In one embodiment of the method, the following are set for the object: b1 = 2 for the “control” packet, b2 = 3 for the “information” and “alarm” signal packets of the protected object, and b3 = 3 for the security center command packets. The probability of packet “E” being lost from accidentally stacking packets when their positions are independently selected:

E=1-(1-w/V)^N=1-R,E = 1- (1-w / V) ^N = 1-R,

где V - условный объем пространства сигналов, выраженный в объемах области помехи, w - коэффициент влияния пакета, который не может быть больше 9, w/V - доля одной помехи, R - вероятность правильного приема пакета. В реализованной сети радиосвязи по предложенному способу V - около 5000 и допустимая величина N - около 500.where V is the conditional amount of signal space, expressed in volumes of the interference region, w is the influence coefficient of the packet, which cannot be more than 9, w / V is the fraction of one interference, R is the probability of the correct reception of the packet. In the implemented radio communication network according to the proposed method, V is about 5000 and the permissible value of N is about 500.

Испытания предложенного способа, проведенные заявителем, показали, что помехоустойчивая имитостойкая двухсторонняя радиосвязь центра охраны с охраняемыми объектами охраны осуществляется при прямой видимости на расстояниях до 20 км при 1,0 мВт излучаемой мощности. Это более чем в 20 раз превышает дальность связи с той же мощностью реализуемую ближайшим аналогом, и позволяет более чем в 400 раз увеличить область размещения охраняемых объектов. Количество охраняемых объектов в сети по предложенному способу больше, чем у прототипа, использующего всего 7 ортогональных частотных позиций, по меньшей мере в 70 раз. Значительно выше возрастает и помехозащищенность при действии преднамеренных помех. Установлено, что мощный (около 5 Вт) источник широкополосной частотно-модулированной помехи, передаваемой в общем канале, размещенный на расстоянии 15 м, от группового приемника центра охраны, прием сообщений не нарушает.Tests of the proposed method, carried out by the applicant, showed that the noise-resistant imitation stable two-way radio communication of the security center with guarded objects of protection is carried out with direct visibility at distances up to 20 km at 1.0 mW of radiated power. This is more than 20 times the communication range with the same power sold by the closest analogue, and allows you to more than 400 times increase the area of accommodation of protected objects. The number of protected objects in the network according to the proposed method is more than that of the prototype, using only 7 orthogonal frequency positions, at least 70 times. Significantly increases and noise immunity under the influence of intentional interference. It was established that a powerful (about 5 W) source of broadband frequency-modulated interference transmitted in a common channel, located at a distance of 15 m from the group receiver of the security center, does not violate the message reception.

Claims

1. The radio communication method of the protected objects and the security center, according to which messages are transmitted from each object in a common radio channel in the form of hopping signals, which are packets of modulated signals with step-wise changing positions in frequency and time, and messages received from the protected objects in the security center are received transfer the spectrum of the signal of the common radio channel to the low frequency region and after demodulation determine the truth or falsehood of the packets of demodulated signals, while the positions of the signal packets by the frequency and time of the protected objects are set, and determined in the guard center using random number generators, characterized in that on each protected object the positions of the signal packets in frequency and time are set by the first random number of the leading random number generator, regardless of other protected objects, in at the security center, the spectrum of the signal of the common radio channel is analyzed by a group receiver at k analysis intervals equal to the duration T of the symbol of the signal packet and shifted in phase by equal subintes shafts that are multiples of T / k determine k sequences of each packet of signals, select one of them, the maximum likelihood, of them demodulated, synchronize the slave random number generator with the master at the guard center with the first packet, reveal the position errors of each received packet relative to the packet position determined by the first random number of slave generator, give out as information for further processing packets with position errors less than permissible, and false packets with position errors are exceeded which allow the valid, block and accompany the signal detecting a false packet of signals.

2. The method according to claim 1, characterized in that the protected objects receive packets from the security center in a narrow frequency band corresponding to the speed of the received signals, the position of the specified band in the common radio channel is set by a digitally controlled frequency synthesizer from the second random number of the master oscillator, and a packet of signals from the guard center is transmitted to the guarded object at the position set by the second random number of the slave generator with an amendment that corrects the frequency and time errors of the position.

3. The method according to claim 1, characterized in that the group receiver in the security center is performed with fast Fourier transform.

4. The method according to claim 1, characterized in that at the guard center, said choice of a demodulated sequence of a signal packet is carried out by comparing the obtained sequences with a synchronizing preamble in k correlators or by k estimates of the number of errors in k error-correcting code decoders.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the messages in the signal packets are protected by a noise-resistant Golei code.