Пристрій для автоматичної ідентифікації радіотелефонних передач

Пристрій для автоматичної ідентифікації радіотелефонних передач, який включає передавач, приймач, послідовно з'єднані блок зберігання даних ідентифікації, блок кодування і блок вбудовування інформації, а також послідовно з'єднані блок декодування і блок виділення інформації, який відрізняється тим, що введено міні-дисплей даних ідентифікації, підключений до блока декодування, а блок вбудовування інформації своїм другим входом підключений до виходу підсилювача звукових частот передавача, а виходом - до входу модулятора передавача, блок вбудовування інформації містить блок обчислення середньоквадратичного відхилення (СКВ), генератор псевдовипа C2 2 (19) 1 3 H04B 17/00. Метод і робота апарата засновані на імпульсному придушенні енергії звукового сигналу у вузькому частотному діапазоні. Передана цифрова інформація відображається тривалістю інтервалу придушення. Так, для передачі цифрових даних потужність звукового сигналу зменшують до нуля на час 10мс і 20мс із інтервалом повторення 50мс до 100мс. Недоліками пристрою є також низька надійність і вірогідність ідентифікації. Найбільш близьким по технічній суті і призначенню є пристрій для автоматичної ідентифікації радіотелефонних передач в ультракороткохвильовому діапазоні за патентом США «Інтегрована концепція обміну даними для керування повітряним рухом», №5440544, 08.08.1995 p., Int. C1.6 H04J 4/00, Н04М 11/00. Пристрій містить блок прийомопередавача, блок вбудовування ідентифікатора літака, пристрій кодування, пристрій зберігання ідентифікатора, блок детектування ідентифікатора, пристрій декодування. Принцип роботи пристрою заснований на наступному. При натисканні тангенти передавальної станції в ефір передається пакет цифрових даних, що включає ідентифікаційний номер літака. Передача даного пакета здійснюється одноразово до безпосередньо мовного повідомлення. Тривалість пакета становить від 10мс до 25мс. На прийомній стороні пакет цифрових даних декодується. Недоліками пристрою є низька надійність і вірогідність ідентифікації. Це пояснюється тим, що пакет цифрових дані ідентифікації передається однократно і має низьку завадозахищеність через його малу тривалість. Загальні недоліки аналогів пояснюються використанням простих сигналів для передачі дані ідентифікації, розташованих у вузькому часовому або частотному інтервалі. В основу винаходу поставлена ціль створення пристрою для автоматичної ідентифікації радіотелефонних передач, що дозволяє підвищити надійність і вірогідність ідентифікації без залучення яких-небудь додаткових технічних ресурсів (розширення частотного діапазону, збільшення потужності передавача й т.п.) і зміни експлуатаційних процедур радіозв'язку. Поставлена ціль досягається тим, що в пристрій, що містить передавач, приймач, послідовно з'єднані блок зберігання даних ідентифікації, блок кодування і блок вбудовування інформації, а також послідовно з'єднані блок декодування і блок виділення інформації, введений міні-дисплей дані ідентифікації, підключений до блоку декодування, а блок вбудовування інформації своїм другим входом підключений до виходу підсилювача звукових частот передавача, а виходом - до входу модулятора передавача. При цьому блок вбудовування інформації містить блок обчислення середньоквадратичного відхилення (СКВ), генератор псевдовипадкової послідовності (ПВП), перший помножувач, другий помножувач і суматор, причому перший вхід блоку вбудовування інформації з'єднаний з першим входом першого помножувача, другий вхід якого підключений до генератора ПВП, а вихід - до першого входу другого помножувача, другий вхід блоку вбудовування інформації з'єднаний із блоком обчислення СКВ і першим входом 92735 4 суматора, вихід блоку обчислення СКВ підключений до другого входу другого помножувача, вихід якого підключений до другого входу суматора, вихід якого з'єднаний з виходом блоку вбудовування інформації. Блок виділення інформації містить узгоджувальний фільтр, піковий детектор, генератор синхроімпульсів, помножувач, генератор ПВП, інтегратор зі скиданням і граничний пристрій, причому вхід блоку виділення інформації підключений до першого входу помножувача і входу узгоджувального фільтра, вихід якого через піковий детектор підключений до генератора синхроімпульсів і генератора ПВП, вихід генератора ПВП підключений до другого входу помножувача, вихід якого підключений до першого входу інтегратора зі скиданням, вихід інтегратора зі скиданням з'єднаний з першим входом граничного пристрою, вихід якого з'єднаний з виходом блоку виділення інформації, а вихід генератора синхроімпульсів підключений до другого входу інтегратора зі скиданням і другим входом граничного пристрою. На відміну від зазначених аналогів у пропонованому пристрої інформація ідентифікації передається з використанням складних сигналів у вигляді псевдовипадкових послідовностей, які мають підвищену завадостійкість і прихованість в порівнянні із простими сигналами, використовуваними в аналогах. На фігурах представлені: фіг. 1 - структурна схема пристрою, фіг.2 - структурна схема блоку вбудовування інформації, фіг.3 - структурна схема блоку виділення інформації, фіг.4 - часові діаграми, що пояснюють роботу пристрою, фіг.5 - спектри сигналів, що пояснюють роботу пристрою. Пристрій працює в такий спосіб (див. фіг. 1). Цифрові дані ідентифікації із блоку 2 надходять через блок кодування 3 на блок вбудовування інформації 4. Блок кодування здійснює завадостійке кодування цифрових даних ідентифікації. Завадостійке кодування необхідно для виявлення (виправлення) можливих помилок при передачі по радіоканалу. Дані ідентифікації зберігаються в блоці 2 і можуть являти собою ідентифікатор морської рухомої служби (ІМРС) і (або) позивний сигнал судна. У морській рухомої службі кожному судну привласнюють свій ІМРС, що складається з 9-ти десяткових цифр і позивний сигнал, що складається з декількох (4-6) букв латинського алфавіту. Звуковий сигнал, що передається через мікрофон і підсилювач звукових частот 1-2 передавача 1-1 надходить на другий вхід блоку вбудовування інформації 4. У блоці вбудовування інформації 4 звуковий сигнал підсумовується із сигналом, що містить кодовані дані ідентифікації. Цей сигнал має значно меншу потужність, чим звуковий сигнал, тому він не прослуховується на прийомній стороні і ніяким чином не заважає веденню радіотелефонних передач. Більш докладно робота блоку вбудовування інформації 4 описується нижче. Отриманий у блоці 4 композитний сигнал надходить на модулятор 1-3 передавача і далі обробляється та 5 передається в ефір звичайним способом. Для надійної ідентифікації пристрій працює так, що дані ідентифікації передаються багаторазово протягом усього часу радіотелефонної передачі. На прийомній стороні в блоці приймача 1-4 композитний сигнал знімають із виходу демодулятора 1-5 (входу підсилювача нижніх частот 1-6) і подають на блок виділення інформації 5. Робота блоку виділення інформації 5 детально описана нижче. Після завадостійкого декодування в блоці 6 дані ідентифікації надходять на міні-дисплей дані ідентифікації 7, на якому відображається ІМРС і (або) позивний сигнал передавальної в цей момент станції. Блок вбудовування інформації 4 (див. фіг.2) працює в такий спосіб. На перший вхід 4-1 блоку надходять кодовані дані ідентифікації, які модулюють двійкову псевдовипадкову послідовність із виходу генератора ПВП 4-7. Модуляція здійснюється шляхом перемножування двох сигналів в помножувачі 4-4. Для передачі одного біта даних використають один період повторення ПВП довжиною N символів (див. фіг.4). Передачі даних на початку кожного кадру передує передача не модульованої ПВП довжини L=(4-8)N, що використається на прийомній стороні для синхронізації. Перемикання генератора ПВП 4-7 на генерацію з послідовності довжиною L на послідовність довжиною N і навпаки здійснюється програмним образом. На другий вхід 4-2 блоку 4 надходить звуковий сигнал. Цей сигнал подається на перший вхід суматора 4-6 і блок обчислення СКВ 4-3. Модульований сигнал ПВП у другому помножувачі 4-5 множиться на поточне значення СКВ переданого звукового сигналу. Обчислення СКВ роблять на інтервалі 10-30мс. Вихідний сигнал другого помножувача 4-5 подається на другий вхід суматора 4-6, вихід якого є виходом 4-8 усього блоку вбудовування інформації. Таким чином, у блоці 4 звуковий сигнал підсумується із сигналом ПВП, рівень якого значно менше рівня звукового сигналу, причому рівень сигналу ПВП змінюється відповідно до поточного рівня звукового сигналу, завдяки введенню блоку обчислення СКВ 4-3 і другого помножувача 4-5. У результаті цього в паузах у композитному сигналі доданий сигнал ПВП, що містить дані ідентифікації, не прослуховується, тому що перебуває на рівні внутрішніх шумів звукового сигналу. Композитний сигнал з виходу суматора 4-6 надходить далі на вихід 4-8 блоку вбудовування інформації. Блок виділення інформації 5 (див. фіг.3) працює в такий спосіб. Радіосигнал приймається штатним приймачем 1-4 і із точки з'єднання демодулятора 1-5 і підсилювача звукових частот 1-6 подається на блок виділення інформації 5. Із входу 5-1 сигнал надходить на узгоджувальний фільтр 52 й помножувач 5-4. Узгоджувальний фільтр виконаний за стандартною схемою, що включає лінію затримки на час L , рівний періоду повторення ПВП довжиною L символів, відводи з помножувачами відповідно до коефіцієнтів ПВП і суматор. Тут = 1/FПВП - тривалість символу ПВП або величина зворотна тактовій частоті генератора ПВП. Для надійності синхронізації довжину ПВП L вибирають такою що перевищує N в 4-8 разів: L = (4 92735 6 8)N. Якщо прийняти початок кожного кадру за 0, то в момент часу t = L на виході узгоджувального фільтра 5-2 формується короткий імпульс, по амплітуді значно перевищуючий вихідний сигнал узгоджувального фільтра 5-2 в інші моменти часу. Цей імпульс через піковий детектор 5-3 запускає роботу генератора ПВП 5-5 з початкового стану. Генератор ПВП 5-5 періодично формує ПВП довжиною N символів. Одночасно вихідний сигнал пікового детектора 5-3 здійснює зовнішню синхронізацію генератора синхроімпульсів 5-6, що формує синхроімпульси з періодом повторення N . Сигнал з виходу генератора ПВП 5-5 надходить на помножувач 5-4. Помножувач 5-4 разом з інтегратором зі скиданням 5-7 являють собою кореляційний приймач, що дозволяє одержати на виході максимальне значення сигналу наприкінці періоду інтегрування N . Якщо сигнал наприкінці періоду інтегрування перевищує нульове значення, то приймають рішення, що була передана «одиниця» даних, у противному випадку - «нуль» даних. Дану функцію виконує граничний пристрій 5-8, на виході якого й формуються інформаційні дані. Робота інтегратора зі скиданням 5-7 і граничного пристрою 5-8 синхронізуються генератором синхроімпульсів 5-6. Вихід 5-9 є виходом усього блоку виділення інформації 5. Фіг. 4 пояснює роботу пристрою в часовій області. Ідентифікаційна інформація передається послідовно кадрами, що йдуть безупинно один за одним впродовж всього часу передачі голосового повідомлення. Кожен кадр починається із ПВП довжиною L символів. Ця послідовність передається протягом кадру однократно й призначена для наступної синхронізації прийому даних. Після синхронізуючої послідовності передається ПВП довжиною N символів, модульована інформаційними даними. При передачі інформаційної «одиниці» послідовність передається в прямому виді, а при передачі «нуля» - в інверсному. Кількість n інформаційних даних обґрунтовується нижче й може становити значення n=36-50 залежно від складності завадостійкого кодування. Фіг. 5 пояснює роботу пристрою в частотній області. В УКХ радіотелефонії з комерційною якістю смуга переданих звукових частот обмежена значеннями частот 300Гц і 3кГц. Спектр звукового сигналу умовно показаний суцільною лінією. У цій же смузі частот передається й сигнал ідентифікації, спектр якого показаний пунктиром. Швидкість передачі інформації обмежується доступною смугою частот (300Гц - 3кГц) і відношенням сигналшум. При цьому варто підкреслити, що для пропонованого пристрою сигнал ідентифікації в композитному сигналі є корисним сигналом, а звуковий сигнал відіграє роль шумової складової. Для обґрунтування кількісних характеристик пристрою будемо виходити з того, що традиційне відношення сигнал-шум у звичайних системах УКХ радіотелефонного зв'язку морської рухомої служби становить 15...20дБ. Для того, щоб сигнал ідентифікації не заважав звичайним радіотелефонним передачам, його потужність не повинна перевищувати потужність звичайного шуму в УКХ радіоканалі. Будемо вважати, що потужність сиг 7 налу ідентифікації не перевищує потужності шуму в УКХ радіоканалі, тобто приймемо відношення сигнал-шум для композитного сигналу в пропонованому пристрої рівним -20дБ. Відомо, що для складних сигналів при кореляційній обробці відношення сигнал-шум збільшується в раз, де N - довжина ПВП, використовуваної для передачі одного біта даних. Тоді відношення сигнал-шум на виході корелятора в дБ складі: с 20 log N 20 24 4 Б для 256, ш вих с 20 log N 20 27 7 Б для 512. ш вих Без завадостійкого кодування відношення сигнал-шум (4...7) дБ дозволяє одержати ймовірність помилки 10-2... 10-3. За рахунок завадостійкого кодування це значення може бути ще поліпшено. З іншої сторони для розрахунку часу, затрачуваного на ідентифікацію, варто врахувати ширину смуги частот, що відводиться для передачі звукового сигналу. У цифрових системах з обмеженою частотною смугою для ідеального випадку швидкість передачі символів відповідно до межі Найквиста становить 2 символи/с/Гц. У реальному випадку це значення знижується до 1,8-1,4 символи/с/Гц (див., наприклад, Скляр, Б. Цифровая связь - М.: Изд. дом «Вильямс», 2003 г., с. 545). Виходячи із цього, для нашого випадку смуги звукового сигналу 300Гц - 3кГц приймемо можливу швидкість передачі символів генератора ПВП, рівної: RПВП=5кбіт/с. Відповідно тактова частота генераторів ПВП у блоці вбудовування інформації 4 і блоці виділення інформації 5 складе FПВП=5кГц. Тоді швидкість передачі даних ідентифікації з ура 92735 8 хуванням довжини ПВП N буде приблизно дорівнювати: RД=RПВП/N=20 біт/с для N=256 і RД=10 біт/с для N=512. Для подання ІМРС двоїчно-десятковим кодом потрібно 9*4=36 біт. З урахуванням надмірності кодування й поля синхронізації приймемо загальну кількість переданих біт протягом одного кадру рівною 50. Тоді тривалість одного кадру складе 2,5с і 5с для N=256 і N=512 відповідно. Таким чином, пристрій дозволяє автоматично ідентифікувати передавальну станцію протягом 2,5-5 секунд після початку радіопередачі без залучення яких-небудь додаткових технічних ресурсів (розширення частотного діапазону, збільшення потужності передавача й т.п.) і зміни експлуатаційних процедур радіозв'язку. Пропонований пристрій не вимагає внесень яких-небудь істотних змін в апаратуру радіозв'язку морської рухомої служби, а може використатися як додатковий пристрій, що дозволяє автоматично з мінімальною затримкою ідентифікувати передавальну станцію, не чекаючи голосової передачі даних ідентифікації. У теперішній час голосова передача ідентифікаційного номера і/або позивного сигналу судна є єдиним засобом ідентифікації радіотелефонної передачі. Неналежна передача позивного сигналу або його відсутність взагалі приводить до різного роду непорозумінь, які негативно позначаються в остаточному підсумку на безпеці судноплавства. Застосування пристрою буде сприяти підвищенню оперативності встановлення радіозв'язку і поліпшенню безпеки судноплавства. Аналогічне застосування та ефект, що досягається, має пристрій і у системі УКХ радіозв’язку цивільної авіації. 9 92735 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 92735 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601