Автор: Н.К. Тёмкин, независимый исследователь, к.т.н.; naum. temkin@googlemail.com
Для идентификации источников радиоизлучения (ИРИ) сигналов частотной телеграфии (ЧТ) наряду с другими параметрами таких сигналов используют значения их девиации частоты [1,2]. При этом, чтобы идентифицировать ИРИ, имеющие незначительно отличающиеся друг от друга параметры, применяют измерители с высокой точностью измерения.
Подобными возможностями обладают, в частности, измерители, разработанные на основе способа измерения отклонения частоты электрических колебаний от номинального значения по а.с. СССР 392 420 [3]. Так, измеритель девиации частоты прибора технического анализа радиосигналов [4] обладает высокой точностью измерений в аддитивной смеси сигнала и шума за счёт определения отклонения частоты спектральной составляющей от ее номинального значения за длительность элементарной посылки, многократного повторения этого процесса и усреднения результата.
Однако такой алгоритм функционирования измерителя не обеспечивает его высокого быстродействия. Цикл измерения Тц этого измерителя соответствует длительности элементарной посылки, поэтому при поступлении посылки кратности m выполняется m циклов измерений. Для идентификации ИРИ с априорно известными номинальными значениями девиаций частоты могут быть использованы также значения отклонений девиаций частот от их номинальных значений.
Описываемый в данной статье многоканальный измеритель этого параметра, основой которого является устройство для контроля частотно-манипулированного сигнала по а.с.765 744 [5], обеспечивает высокое быстродействие за счёт наличия в нём n каналов с длительностями измерительных циклов, соответствующих длительностям посылок с кратностью от 1 до m. А так как погрешность измерения цикла длительностью nТцэлем, где n = 2, …m, меньше, чем погрешность n циклов длительностью Тцэлем, такой измеритель будет затрачивать меньшее время на выполнение измерений, чем одноканальный измеритель с фиксированной длительностью измерительного цикла, соответствующей длительности элементарной посылки.
На рис. 1 приведена схема этого устройства. Устройство содержит различитель 6 частот манипуляции, анализатор 7 длительности посылок, блок 8 деления, выходной сумматор 9, счётчик 10 количества циклов, блок 11 управления, образцовый генератор 12, генератор эталонной частоты 13, вход14 и выход 15устройства и каналы 1−1…1-nизмеренияотклонениязначения девиации частоты сигнала от её номинального значения, каждый из которых состоит из определителя 2 отклонения девиации частоты элементарных (кратных посылок), промежуточного сумматора 3, накапливающего сумматора 4 и узла считывания и нормирования 5. При этом определители отклонения девиации частоты могут быть выполнен согласно способу измерения отклонения частоты электрических колебаний от номинального значения, обеспечивающего методическую погрешность измерений менее 0,1Гц [3], а образцовый генератор 12 может быть выполнен в виде генератора со ступенчатым переключением генерируемых частот, чтобы обеспечить быстрый переход с анализа одной передачи на анализ других передач с иными номинальными значениями девиаций частот. Устройство работает следующим образом.
Исследуемый сигнал, содержащий манипулирующие спектральные составляющие fc1 и fc2, поступает на различитель частот манипуляции 6 и на определители 2 отклонения девиации частоты всех каналов. На их вторые входы поступает сигнал от образцового генератора 12, частота которого равна fdnom+ F0, где fdnom — номинальное значение девиации частоты, а F0 — необходимый для функционирования определителей 2 сдвиг частоты fdnom. На третьи входы определителей 2 подаётся сигнал от генератора 13 с частотой F0, также необходимый для функционирования определителей [3]. Если определяется отклонения девиации частоты, например ,fc1, различитель 6 выдаёт на все определители отклонения частоты сигналы, разрешающие их работу только в те интервалы времени, когда в сигнале присутствует спектральная составляющая fc1.
После подачи разрешающего сигнала начинается работа определителей 2 отклонения девиации частоты всех каналов. Если поступила элементарная посылка, то к моменту ее окончания завершится работа только определителя первого канала и на промежуточный сумматор 3 этого канала с измерителя поступит пачка импульсов, количество которых N= Ci∆fd1−1, где ∆fd1−1 — значение отклонения от номинального значения fdnom девиации частоты спектральной составляющей fc1, измеренное в первом канале, Сi — коэффициент пропорциональности. Если поступила посылка максимальной кратности, то к моменту её окончания завершится n измерительных циклов в первом канале, один измерительный цикл в канале n и какое-то количество циклов в других каналах. Параллельно с определителями 2 отклонения девиации частоты работает анализатор 7 длительности посылок, и по окончании посылки анализатором выявляется канал, в котором длительность измерительного цикла превосходит длительность посылки, но отличается от неё меньше, чем в любом другом канале. При поступлении элементарной посылки это первый канал. В этот канал на промежуточный сумматор 3 с анализатора 7 и подаётся команда на считывание данных. По ней в накапливающий сумматор 4 выдаётся пачка импульсов, количество которых пропорционально отклонению от номинального значения девиации частоты, измеренному в данном канале, а в счётчик 10 количества циклов поступает импульс, означающий выполнение цикла измерения в первом канале.
Если, например, поступила двухкратная посылка, то аналогичным образом происходит измерение отклонения девиации частоты во втором канале, запись данных в накапливающем сумматоре 4 второго канала и выдача в счётчик 10 импульса, означающего выполнение цикла измерений во втором канале. Счётчик 10 производит подсчёт количества циклов с учётом их весовых коэффициентов,
Ков = ∑kiri,
где ki — количество циклов, выполненных за время измерения в i-ом канале, ri - весовой коэффициент, учитывающий вес результата цикла i — го канала по отношению к результату цикла первого канала — канала элементарных посылок.
ri = (σ1/σi)2, где σ1 — погрешность цикла первого канала, а σi - погрешность цикла i-го канала.
Количество циклов Ктреб, которые необходимо выполнить для получения результата с погрешностью σрез, определяется соотношением Ктреб=(σ1/σрез)2.
Поэтому, когда в счетчике 10 числа циклов накопится число Ков≥Ктреб, из него на различитель 6 частот манипуляции поступает сигнал, по которому различитель выдает на определители 2 отклонений девиации всех каналов команду, прекращающие их дальнейшую работу. Одновременно из счётчика 10 в блок 11 управления подаётся сигнал, по которому блок управления подаёт команду на считывание значения коэффициента деления Ков из счётчика 10 в блок 8 деления, а затем поочередные команды на каждый канал на считывание данных из накапливающих сумматоров 4 в узлы 5 считывания инормирования каналов. В каждом канале начинается считывание данных из накапливающих сумматоров 4, и пачки импульсов с выхода каждого из сумматоров, число которых равно ∑Ni, проходят через узлы 5 считывания и нормирования, где происходит нормирование — деление этого числа на коэффициент Сi и умножение на весовые коэффициенты ri. Выходные импульсы узлов 5 считывания и нормирования проходят через блок 8 деления, и в выходной сумматор 9 поступят пачки импульсов, общее число импульсов в которых по окончании считывания из последнего канала составит
где N1,N2…Nm — суммы, накопленные в сумматорах 4 каждого канала, k1,k2,…km — количество циклов, выполненных в каждом канале, ,r2…rm — весовые коэффициенты, C1, C2, … Cm — коэффициенты пропорциональности.
Таким образом, по окончании считывания данных из всех каналов в выходной сумматор 9 поступит N импульсов, число которых соответствует отклонению значения девиации частоты от её номинального значения. Являясь общей (или взвешенной) арифметической серединой, это число наиболее точным образом представляет измеряемую величину. Сравним быстродействие данного устройства и одноканального устройства с постоянной длительностью измерительного цикла, которая соответствует длительности элементарной посылки. Для этого сравним количество измерительных циклов, подсчитываемых счётчиками циклов измерителей при приёме сообщений, переданных международным кодом № 2, в которых вероятности появления отдельных букв русского алфавита и служебных знаков соответствует статистическим данным, приведенным в таблице 1.3 учебника «Курс телеграфии» [7]. В связи с тем, что учебник издан в 1966 г., а эта информация может представлять интерес и сегодня, повторяем данные в таблице 1.
Вероятности Pi появления отдельных букв алфавита и служебных знаков
Таблица 1
Учитывая кодовые комбинации международного кода № 2 для буквопечатающих аппаратов с русским алфавитом [6], после несложных подсчётов получаем данные, представленные в таблице 2.
Вероятности появления посылок различной кратности в телеграфных сообщениях
Таблица 2
Так как вероятность появления пятикратной посылки равна 0,5%, то для того, чтобы и она была учтена, необходим приём двухсот кодовых комбинаций. Подсчитывая количество посылок различной кратности, которые содержатся в таком сообщении, получим данные, приведенные в таблице 3.
Количество посылок в сообщении, содержащим двести различных кодовых комбинаций
Таблица 3
Имея эти данные, мы можем подсчитать, какое количество циклов К у одноканального измерителя и какое количество циклов Ков у многоканального измерителя подсчитают счетчики циклов этих измерителей при обработке двухсот кодовых комбинаций.
Количество циклов К и Ков, подсчитанных при обработке двухсот кодовых комбинаций
Таблица 4
Из таблицы следует, что в многоканальном измерителе, в котором определение отклонения девиации осуществляется циклами различной кратности, имеющими различный вес и подсчёт количества циклов производится с учётом их весовых коэффициентов, количество циклов Ков за время приёма одного итого же пакета цифр и знаков оказывается в 3,6 раза большим, чем количество циклов К в одноканальном измерителе. Следовательно, общее количество циклов Ктреб, которые необходимо выполнить для получения результата с погрешностью σрез, многоканальным измерителем будет набрано в 3,6 раза быстрее, чем одноканальным. Таким образом, если, например, для осуществления измерений для одноканального измерителя требуется 7,5 -8,0с, многоканальный измеритель выполнит эти же измерения за 2,0 -2,2с.
Выводы. Предложенный многоканальный измеритель обладает высоким быстродействием и высокой точностью измерения отклонений девиаций частоты сигналов частотной телеграфии в аддитивной смеси сигнала и шума, что делает возможным его использование при радиоконтроле и радиомониторинге определенных видов радиопередач для идентификации ИРИ по величине отклонений их девиаций частот от априорно известных номинальных значений.
Считаю своей приятной обязанностью поблагодарить профессора СПбГУТ
О.С. Когновицкого за помощь при поиске статистических данных.
ЛИТЕРАТУРА
1.Вартапесян В.А. Радиоэлектронная разведка. М.: Воениздат, 1975 — 255с.
2.Колесников А.Н., Колесников С.А. Идентификация сигналов источников радиоизлучений на основе метода обучения линейного порогового элемента. cybersafetyunit.com/download/pdf/Article_Kolysnikov.pdf (Дата обращения
10.05.2016)
3.Способ измерения отклонения частоты электрических колебаний от номинального значения. Авт.свид. на изобретение 392 420 СССР, М.Кл.GO1 r 23/10, Н.К.Тёмкин -№ 1 653 573/18−10, опубл.27.7.1973 Бюлл.№ 32
4.Прибор ТА-3. Техническое описание 2.744.022- Стр.153−158.
5.А.С.765 744 СССР, МКИ G 01 r 23/14 Устройство для контроля частотно-манипулированного сигнала / Тёмкин Н.К. — № 2 618 189/18−21, опубл.
6.ГОСТ 15 607−84 Аппараты телеграфные буквопечатающие стартстопные пятиэлементного кода. Основные параметры и общие технические требования
7. Зелигер Н.Б.Курс телеграфии. Часть 1. М.: Связьиздат, 1966 — 200 с.
