Патент на изобретение №2291576

(54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи и приема информации, а также в различных радиофизических системах. Достигаемый технический результат – увеличение дальности передачи информации при условии фиксированно малого значения энергетических затрат. Способ передачи информации включает формирование исходной информации, направление ее в первый резонатор и прием информации на втором резонаторе, разнесенном в пространстве с первым резонатором, путем регистрации наводимой во втором резонаторе ЭДС, при этом исходную информацию создают путем одновременного формирования электромагнитного солитона и электромагнитного инстантона, объединяемых в электромагнитный солитон-инстантонный бризер, который направляют в первый резонатор или формируют таким же образом в первом резонаторе, где подвергают воздействию с заранее установленными параметрами, обеспечивающими возникновение циклов переходов солитонов в инстантонную форму и обратно. Система передачи содержит разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, устройство формирования электромагнитных солитонов, устройство формирования электромагнитных инстантонов, сумматор и генератор электромагнитных сигналов, и приемную часть, содержащую второй резонатор, и регистрирующее устройство. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”мысль России”, 1998, №2, с.21-25, с.31-41. ФИЛИППОВ А.Т., Многоликий солитон, библиотечка Квант, вып.48. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1990, с.167-169.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи и приема информации, а также в различных радиофизических системах.

Известны способы передачи информации (см., например, Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. – М.: Радио и связь, 1986, с.10, 11). Из известных наиболее близким является способ передачи информации, описанный в книге Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М., Коломенский Ю.А., Ульяницкий Ю.Д. Радиотехнические системы. – М.: Высш. шк., 1990, с.8. Известный способ передачи информации включает формирование исходной информации, направление ее в первый резонатор и прием информации на втором резонаторе, разнесенном в пространстве с первым резонатором, путем регистрации наводимой во втором резонаторе ЭДС. Однако данный способ, при условии фиксированно малого значения энергетических затрат (при возбуждении первого резонатора), обеспечивает ограниченную зону устойчивого приема информации, т.е. определяет ограничение максимальной дальности приема. Увеличение дальности приема информации, в этом случае, требует значительного увеличения энергетических затрат или влечет необходимость использования ретрансляции.

Известны системы передачи информации (см. Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М., Коломенский Ю.А., Ульяницкий Ю.Д. Радиотехнические системы. – М.: Высшая школа, 1990, с.8). Из известных, наиболее близкой является система передачи информации, описанная в книге: Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985, с.154,155. Известная система передачи информации содержит разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, и приемную часть, содержащую второй резонатор, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства. Однако известная система передачи информации, в случае фиксированно малого значения энергетических затрат на передачу информации, не обеспечивает достоверный прием передаваемой информации в точке, максимально удаленной (до неопределенности расстояния) от точки передачи информации без значительного увеличения энергетических затрат, необходимых для усиления передаваемой информации, и без больших аппаратных затрат.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение дальности передачи информации при условии фиксированно малого значения энергетических затрат на обеспечение такой передачи информации.

Технический результат выражается в увеличении зоны уверенного приема при использовании фиксированно малого значения энергетических затрат на возбуждение первого резонатора.

Результат достигается тем, что в способе передачи информации, включающем формирование исходной информации, направление ее в первый резонатор и прием информации на втором резонаторе, разнесенном в пространстве с первым резонатором, путем регистрации наводимой во втором резонаторе ЭДС, упомянутую исходную информацию создают путем одновременного формирования электромагнитного солитона и электромагнитного инстантона, после чего объединяют их в электромагнитный солитон-инстантонный бризер направляемый в первый резонатор, где подвергают воздействию с заранее установленными параметрами, при этом резонаторы ориентируют в пространстве соответственно друг другу и придают им аналогичные частотные характеристики, причем полосу рабочих частот резонаторов выбирают не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера, а второй резонатор выполняют когерентно настроенным первому резонатору.

При этом электромагнитные солитон и инстантон могут быть сформированы и объединены в электромагнитный бризер путем расщепления нелинейного сигнала.

Кроме того, в качестве резонаторов могут быть использованы резонаторы Ферми-Паста-Улама.

Помимо этого, прием информации может быть осуществлен на N (N>1) вторых резонаторах, разнесенных в пространстве, конструктивно выполненных когерентно настроенными первому резонатору, с возможностью исполнения каждого из N вторых резонаторов с различными габаритными размерами.

Также объединение электромагнитных солитона и инстантона в электромагнитный солитон-инстантонный бризер может быть произведено непосредственно в первом резонаторе.

В системе передачи информации, содержащей разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, и приемную часть, содержащую второй резонатор, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства, упомянутая передающая часть дополнительно содержит устройство формирования электромагнитных солитонов, устройство формирования электромагнитных инстантонов, сумматор и генератор электромагнитных сигналов, при этом выход устройства формирования электромагнитных солитонов и выход устройства формирования электромагнитных инстантонов соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с первым входом первого резонатора, а выход генератора электромагнитных сигналов соединен со вторым входом первого резонатора, при этом первый и второй резонаторы ориентированы в пространстве соответственно друг другу, второй резонатор выполнен когерентно настроенным первому резонатору и резонаторы имеют аналогичные частотные характеристики, причем, ширина полосы рабочих частот резонаторов выбрана не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера.

Другой вариант выполнения системы состоит в том, что в системе передачи информации, содержащей разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, и приемную часть, содержащую второй резонатор, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства, упомянутая передающая часть системы передачи информации дополнительно содержит устройство формирования нелинейного сигнала, устройство расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, а также генератор электромагнитных сигналов, при этом выход устройства формирования нелинейного сигнала соединен с входом устройства расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, выход которого соединен с первым входом первого резонатора, второй вход которого соединен с выходом генератора электромагнитных сигналов, причем первый и второй резонаторы ориентированы в пространстве соответственно друг другу, второй резонатор выполнен когерентно настроенным первому резонатору и резонаторы имеют аналогичные частотные характеристики, при этом ширина полосы рабочих частот резонаторов выбрана не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера.

Кроме того, первый и второй резонаторы могут быть выполнены в виде резонаторов Ферми-Паста-Улама.

Помимо этого, приемная часть системы передачи информации может быть выполнена в виде разнесенных между собой в пространстве N (N>1) вторых резонаторов, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего регистрирующего устройства. А также, каждый из N вторых резонаторов конструктивно может иметь различные габаритные размеры относительно других резонаторов.

Помимо того, передающая часть может быть выполнена в виде устройства формирования электромагнитных солитонов, устройства формирования электромагнитных инстантонов, генератора электромагнитных сигналов, а первый резонатор, который конструктивно совмещен с сумматором, выполнен с тремя входами, первый из которых соединен с выходом устройства формирования электромагнитных солитонов, второй – с выходом устройства формирования электромагнитных инстантонов, а третий – с выходом упомянутого генератора.

Также передающая часть системы передачи информации может быть выполнена в виде устройства формирования нелинейного сигнала, генератора электромагнитных сигналов и первого резонатора, который конструктивно выполнен с возможностью расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, при этом выход устройства формирования нелинейного сигнала соединен с первым входом первого резонатора, второй вход которого соединен с выходом упомянутого генератора.

На дату подачи материалов заявки авторам не известно техническое решение, совокупность отличительных существенных признаков которого совпадает с заявляемой.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами:

На фиг.1 представлена функциональная схема 1-го варианта выполнения системы передачи информации, на фиг.2 – функциональная схема 2-го варианта выполнения системы передачи информации, на фиг.3, 4 – выполнение системы передачи информации, отличающейся исполнением первого резонатора.

Система передачи информации (см. фиг.1) содержит разнесенные в пространстве передающую 1 и приемную 2 части. Передающая часть 1 состоит из устройства 3 формирования электромагнитных солитонов и устройства 4 формирования электромагнитных инстантонов. Выходы устройств 3 и 4 соединены с соответствующими входами сумматора 5, выход которого соединен с первым входом первого резонатора 6, другой вход которого соединен с выходом генератора 7 электромагнитных сигналов. Приемная часть 2 состоит из второго резонатора 8, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства 9.

Второй вариант выполнения системы передачи информации представлен на фиг.2. Передающая часть 1 системы, состоит из устройства 10 формирования нелинейного сигнала, выход которого соединен с входом устройства 11 расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер. Выход устройства 11 соединен со входом первого резонатора 6, другой вход которого соединен с выходом генератора 7 электромагнитных сигналов. Также, как и в первом варианте выполнения системы передачи информации, приемная часть 2 состоит из второго резонатора 8, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства 9.

Выполнение системы передачи информации, отличающееся конструктивным исполнением первого резонатора, показано на фиг.3 и 4. Здесь, в первом случае (фиг.3), передающая часть 1 состоит из устройства 3 формирования электромагнитных солитонов и устройства 4 формирования электромагнитных инстантонов, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами первого резонатора 6, который конструктивно выполнен с тремя входами. Третий вход резонатора 6 соединен с выходом генератора 7 электромагнитных сигналов. При этом первый резонатор 6 конструктивно совмещен с сумматором. Данный случай соответствует первому варианту выполнения системы передачи информации.

Во втором случае (фиг.4) передающая часть 1 системы состоит из устройства 10 формирования нелинейного сигнала, выход которого соединен с первым входом первого резонатора 6, другой вход которого соединен с выходом генератора 7 электромагнитных сигналов. В данном случае резонатор 6 конструктивно выполнен с возможностью расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер. Данный случай соответствует второму варианту выполнения системы передачи информации.

Предлагаемые способ и система передачи информации реализуются и функционируют, например, следующим образом.

Конструктивно выбор типа резонаторов 6, 8 существенного значения не имеет и определяется типом используемых колебаний (например, для электромагнитной волны – волноводные резонаторы).

Первый 6 и второй 8 резонаторы конструктивно могут иметь различные (относительно друг друга) габаритные размеры (при соблюдении условия когерентной настройки резонаторов, которое обеспечивается, например, масштабируемостью конструктивного исполнения резонаторов). При этом в случае, если второй резонатор 8 допускает (за счет разных габаритов исполнения) равные либо большие амплитудные значения энергетических характеристик (например, напряжения или тока) сравнительно с первым резонатором 6, то во втором резонаторе 8 наводится ЭДС, не большая ЭДС первого резонатора 6 (при этом пороговая чувствительность второго резонатора 8 может быть выше и, следовательно, наводимая ЭДС на втором резонаторе 8 может быть не зарегистрирована). В случае, если второй резонатор 8 допускает амплитудные значения только меньшие амплитудных характеристик сигнала в первом резонаторе 6, то во втором резонаторе 8 наводится ЭДС максимально возможная (но не большая ЭДС первого резонатора 6), соответственно амплитудным характеристикам второго резонатора 8.

При этом первый 6 и второй 8 резонаторы ориентируют в пространстве соответственно друг другу, а сами резонаторы 6, 8 выполняют обладающими аналогичными частотными характеристиками (в т.ч. ширина полосы рабочих частот резонаторов 6, 8 имеет значение не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера). В случае нарушения приведенных условий (как и условия когерентной настройки резонаторов) передача информации заявляемым способом невозможна.

Первый 6 и второй 8 резонаторы могут быть выполнены как по открытой схеме, так и в виде закрытых резонаторов. В последнем случае обеспечивается предотвращение влияния внешнего электромагнитного воздействия на электромагнитные солитон, инстантон и бризер.

В случае использования резонаторов Ферми-Паста-Улама (в которых производится не только резонация поступающего сигнала или колебания, но и реализуется режим возврата Ферми-Паста-Улама, описание которого приведено, например, в монографии: Филиппов А.Т. Многоликий солитон.- М.: Наука, 1990, с.213-215, а также в монографии: Ньюэлл А. Солитоны в математике и физике. – М.: Мир, 1989, с.27-32) в качестве первого 6 и второго 8 резонаторов возбуждение первого резонатора 6 (и, соответственно, наведение ЭДС на втором резонаторе 8), фактически, будет производиться дважды – при возбуждении первого резонатора 6 электромагнитным бризером (который, затем, в резонаторе ФПУ разлагается на моды и рассеивается), в присутствии электромагнитного воздействия на бризер электромагнитным сигналом, подаваемым на второй вход первого резонатора 6 с выхода генератора 7, и при возврате Ферми-Паста-Улама (т.е. при восстановлении бризера с точностью до одного процента). Таким образом, прием информации возможен дважды, соответственно возбуждению первого резонатора 6: при возбуждении первого резонатора 6 электромагнитным бризером (на который оказывают электромагнитное воздействие) и при восстановлении электромагнитного бризера за счет возврата Ферми-Паста-Улама. Исполнение резонатора Ферми-Паста-Улама – не критериально. То есть, конструктивно, резонатором Ферми-Паста-Улама может быть любой резонатор, в котором выполняются условия возврата Ферми-Паста-Улама (соответственно указанной научно-технической литературе).

В целях увеличения количества конечных пользователей передаваемой информации, при приеме информации возможно использование не одного, а N (N>1) вторых резонаторов 8 (разнесенных в пространстве как с первым резонатором 6, так и между собой, что обеспечивает применение N приемных частей 2 системы передачи информации), каждый из которых должен соответствовать условиям приема информации: вторые резонаторы 8 выполнены когерентно настроенными первому резонатору 6 (с возможностью использования различных габаритных размеров для каждого из N вторых резонаторов 8) и ориентированы в пространстве соответственно первому резонатору 6, а также вторые резонаторы 8 имеют частотные характеристики, аналогичные характеристикам первого резонатора 6 (ширина полосы пропускания каждого из N вторых резонаторов 8 не меньше ширины спектра бризера) и, кроме того, выходы вторых резонаторов 8 соединены с соответствующими регистрирующими устройствами 9. При этом N приемных частей 2 системы передачи информации не являются взаимосвязанными и могут функционировать самостоятельно (вышеописанным образом).

В целях упрощения процесса перемещения сформированного электромагнитного бризера (который, в принципе, является стоячей волной) в первый резонатор 6 (для его возбуждения) такой бризер может быть сформирован непосредственно в резонаторе, конструктивно совмещенном с сумматором. То есть, сформированные электромагнитные солитон и инстантон с выходов соответствующих устройств 3, 4 направляются непосредственно в первый резонатор 6 (в котором формируется режим стоячих волн и, соответственно, бризер, что соответствует исполнению резонатором функции сумматора) за счет соединения выходов устройств 3, 4 формирования электромагнитных солитона и инстантона с первым и вторым входами первого резонатора 6. При этом в первом резонаторе 6 формируется режим стоячих волн (что соответствует и приводит к принудительному объединению электромагнитных солитона и инстантона в электромагнитный бризер, который, фактически, возбуждает первый резонатор 6). Данный случай выполнения системы передачи информации приведен на фиг.3. В этом случае, первый резонатор 6 выполнен имеющим три входа (соответственно выходам устройств 3, 4 и генератора 7). Конструктивным исполнением первого резонатора 6, в данном случае, может являться пространственно-временной сумматор, который может быть выполнен, например, в виде волноводного сумматора (волноводного тройника).

Для случая расщепления (например, за счет использования диэлектрика) нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, таковое расщепление также может быть произведено в первом резонаторе 6 с одновременным его возбуждением. То есть, выход устройства формирования нелинейного сигнала 10 соединяют с первым входом первого резонатора 6 (второй вход которого соединен с выходом генератора электромагнитных сигналов 7), в котором осуществляется указанное расщепление, например, за счет наличия нелинейной (диэлектрической) вставки. В дальнейшем система передачи информации функционирует вышеописанным образом. Соответственно, в этом случае, первый резонатор 6 выполняют содержащим, например, диэлектрическую среду (например, на входе резонатора), что обеспечивает расщепление нелинейного сигнала непосредственно в резонаторе. Такой случай выполнения системы передачи информации приведен на фиг.4.

При автовозбуждении солитон-инстантонного тремора электромагнитного бризера – значимое электромагнитное воздействие на бризер не требуется. То есть, в данном случае в системе передачи информации параметры электромагнитного воздействия на бризер (выход генератора электромагнитных сигналов 7) задают имеющими нулевые значения.

Наступление случая автовозбуждения солитон-инстантонного тремора может быть определено, например, по факту того, что при формировании электромагнитного бризера и возбуждении им первого резонатора 6 происходит возбуждение второго резонатора 8. То есть, исходная (в данном случае – однобитовая) информация передается настоящим способом передачи информации при осуществлении электромагнитного воздействия на бризер с нулевыми значениями такого воздействия. Кроме того, параметры электромагнитного инстантона также могут иметь нулевые значения.

Таким образом, в представленном способе передачи информации возбуждение первого резонатора 6 осуществляется при фиксированно малых энергетических затратах (определяемых процессом формирования электромагнитных солитона и инстантона, очевидно, не требующим значительных затрат энергии). Кроме того, второй резонатор 8 (вторые резонаторы) может быть расположен в точке, максимально удаленной (до неопределенности расстояния) от точки передачи информации (так как процесс наведения ЭДС во втором резонаторе 8 является процессом, зависимым только от когерентной, резонансной настройки резонаторов 6 и 8, с учетом соблюдения требований, предъявляемых к первому 6 и ко второму 8 резонаторам, а также от соблюдения условий возбуждения первого резонатора 6). То есть, использование описанных способа передачи информации и системы передачи информации позволяет увеличить дальность передачи информации при условии фиксированно малого значения энергетических затрат, а также позволяет производить передачу информации в сложных электромагнитных условиях.

Формула изобретения

1. Способ передачи информации, включающий формирование исходной информации, направление ее в первый резонатор и прием информации на втором резонаторе, разнесенном в пространстве с первым резонатором, путем регистрации, наводимой во втором резонаторе ЭДС, отличающийся тем, что исходную информацию создают путем одновременного формирования электромагнитного солитона и электромагнитного инстантона, объединяемых в электромагнитный солитон-инстантонный бризер, который или направляют в первый резонатор, или формируют (упомянутым объединением электромагнитного солитона и электромагнитного инстантона) в первом резонаторе, где подвергают воздействию с заранее установленными параметрами, обеспечивающими возникновение циклов переходов солитонов в инстантонную форму и обратно, при этом второй резонатор ориентируют в пространстве так же, как и первый резонатор и придают резонаторам одинаковые частотные характеристики, причем полосу рабочих частот резонаторов выбирают не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера, а второй резонатор выполняют когерентно настроенным первому резонатору.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электромагнитные солитон и инстантон формируют и объединяют в электромагнитный бризер путем расщепления нелинейного сигнала.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве резонаторов используют резонаторы Ферми-Паста-Улама.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прием информации осуществляют на N (N>1) вторых резонаторах, разнесенных в пространстве, выполненных когерентно настроенными первому резонатору, с возможностью исполнения каждого из N вторых резонаторов с различными габаритными размерами.

5. Система передачи информации, содержащая разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, и приемную часть, содержащую второй резонатор, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства, отличающаяся тем, что передающая часть дополнительно содержит устройство формирования электромагнитных солитонов, устройство формирования электромагнитных инстантонов, сумматор и генератор электромагнитных сигналов, при этом выход устройства формирования электромагнитных солитонов и выход устройства формирования электромагнитных инстантонов соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с первым входом первого резонатора, а выход генератора электромагнитных сигналов соединен со вторым входом первого резонатора, при этом, первый и второй резонаторы ориентированы в пространстве соответственно друг другу, второй резонатор выполнен когерентно настроенным первому резонатору и резонаторы имеют аналогичные частотные характеристики, причем ширина полосы рабочих частот резонаторов выбрана не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера.

6. Система передачи информации, содержащая разнесенные в пространстве передающую часть, включающую первый резонатор, и приемную часть, содержащую второй резонатор, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства, отличающаяся тем, что передающая часть дополнительно содержит устройство формирования нелинейного сигнала, устройство расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, а также генератор электромагнитных сигналов, при этом выход устройства формирования нелинейного сигнала соединен с входом устройства расщепления нелинейного сигнала на электромагнитные солитон и инстантон, связанные в электромагнитный бризер, выход которого соединен с первым входом первого резонатора, второй вход которого соединен с выходом генератора электромагнитных сигналов, причем первый и второй резонаторы ориентированы в пространстве соответственно друг другу, второй резонатор выполнен когерентно настроенным первому резонатору и резонаторы имеют аналогичные частотные характеристики, при этом ширина полосы рабочих частот резонаторов выбрана не меньше, чем ширина спектра электромагнитного бризера.

7. Система по п.5, отличающаяся тем, что первый и второй резонаторы выполнены в виде резонаторов Ферми-Паста-Улама.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что первый и второй резонаторы выполнены в виде резонаторов Ферми-Паста-Улама.

9. Система по п.5, отличающаяся тем, что приемная часть выполнена в виде разнесенных между собой в пространстве N (N>1) вторых резонаторов, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего регистрирующего устройства.

10. Система по п.6, отличающаяся тем, что приемная часть выполнена в виде разнесенных между собой в пространстве N (N>1) вторых резонаторов, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего регистрирующего устройства.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что каждый из N вторых резонаторов конструктивно имеет различные габаритные размеры относительно других резонаторов.

12. Система по п.10, отличающаяся тем, что каждый из N вторых резонаторов конструктивно имеет различные габаритные размеры относительно других резонаторов.

РИСУНКИ