Генератор псевдослучайных сигналов

Генератор псевдослучайных сигналов

Реферат

 

Изобретение относится к области радиотехники. Генератор псевдослучайных сигналов содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и элемент задержки, регистр с линейной обратной связью, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а один из выходов регистра соединен со вторым входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входами формирователей положительных и отрицательных импульсов соответственно, выходы обоих формирователей объединены и являются выходом всего устройства. Технический результат - повышение спектральной плотности мощности при одновременном подавлении тактовой частоты выходного сигнала. Это достигается тем, что введены логическая схема, n выходов которой через n входов коммутатора подсоединены к n входам схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом распределителя импульсов, первый вход логической схемы соединен с выходом генератора тактовых импульсов, n вторых входов логической схемы соединены с соответствующими n выходами элемента задержки, n вторых входов коммутатора соединены с соответствующими n выходами регистра с линейной обратной связью, причем элемент задержки выполнен из последовательно соединенных линий задержки, вход первой является входом элемента задержки, а выход каждой из n линий задержки - соответствующим выходом элемента задержки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в аппаратуре радиоэлектронного подавления (РЭП) в качестве возбудителя сигналов в передатчиках заградительных или прицельно заградительных помех, а также для радиомаскировки каналов связи.

Известен генератор псевдослучайных сигналов (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985), содержащий генератор тактовых импульсов и регистр сдвига с линейной обратной связью. Однако такой генератор имеет спектральную плотность мощности выходного сигнала, ограниченную быстродействием регистра с линейной обратной связью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор псевдослучайных сигналов, описанный в авт. св. СССР №725210, Н 03 К 3/84, принятый за прототип.

Блок-схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - генератор тактовых импульсов,

2 - элемент задержки,

3 - регистр с линейной обратной связью,

4 - распределитель импульсов,

5 - формирователь положительных импульсов,

6 - формирователь отрицательных импульсов.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 1, элемент задержки 2 и распределитель импульсов 4, вход которого соединен через регистр с линейной обратной связью 3 с выходом генератора тактовых импульсов 1. Первый выход распределителя импульсов 4 соединен со входом формирователя положительных импульсов 5, а второй выход - со входом формирователя отрицательных импульсов 6. Выходы обоих формирователей 5 и 6 объединены и являются выходом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Тактовые импульсы генератора 1 с периодом Т (фиг.2, эпюра 1) поступают на тактовый вход регистра 3 и через элемент задержки 2 - на первый вход распределителя импульсов 4 (фиг.2, эпюра 3). Регистр 3 формирует М-последовательность импульсов прямоугольной формы (фиг.2, эпюра 2), которые подаются на управляющий вход распределителя импульсов 4.

При высоком уровне М-последовательности тактовые импульсы поступают на вход формирователя положительных импульсов 5 (фиг.2, эпюра 4), а при низком уровне - на вход формирователя отрицательных импульсов 6 (фиг.2, эпюра 5).

В результате на выходе генератора формируется последовательность коротких импульсов, манипулированных по полярности по псевдослучайному закону (фиг.2, эпюра 6).

Недостатком устройства-прототипа является то, что спектральная плотность мощности сигнала, формируемого генератором, ограничена быстродействием регистра 3 и, как следствие этого, ограничена частотой следования коротких импульсов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение спектральной плотности мощности при одновременном подавлении тактовой частоты выходного сигнала за счет увеличения частоты следования коротких импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и элемент задержки, регистр с линейной обратной связью, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а один из выходов регистра соединен со вторым входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входами формирователей положительных и отрицательных импульсов соответственно, а их выходы объединены и являются выходом всего устройства, введены логическая схема, n выходов которой через n входов коммутатора подсоединены к n входам схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу распределителя импульсов. Первый вход логической схемы соединен с выходом генератора тактовых импульсов, n вторых входов логической схемы соединены с соответствующими n выходами элемента задержки, n вторых входов коммутатора соединены с соответствующими n выходами регистра с линейной обратной связью. Элемент задержки выполнен из n последовательно соединенных линий задержки, вход первой является входом элемента задержки, а выход каждой из n линий задержки - соответствующим выходом элемента задержки.

При дополнительном поиске, проведенном авторами в соответствии с п.52 Э3-1-74, не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части. Учитывая это, авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг.3 представлена блок-схема предлагаемого генератора псевдослучайных сигналов, где обозначено:

1 - генератор тактовых импульсов,

2 - элемент задержки,

3 - регистр с линейной обратной связью,

4 - распределитель импульсов,

5 - формирователь положительных импульсов,

6 - формирователь отрицательных импульсов,

7 - логическая схема,

8 - коммутатор,

9 - схема ИЛИ.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 1, логическую схему 7, коммутатор 8, схему ИЛИ 9, распределитель импульсов 4, выходы которого соединены с входами формирователя положительных импульсов 5 и формирователя отрицательных импульсов 6 соответственно, а их выходы объединены и являются выходом устройства. При этом n выходов логической схемы 7 через n входов коммутатора 8 соединены с n входами схемы ИЛИ 9. Общая точка выхода генератора тактовых импульсов 1 и входа логической схемы 7 соединена с входами элемента задержки 2 и регистра с линейной обратной связью 3, n выходов которого соединены с соответствующими n входами коммутатора 8, а один из них - еще и со вторым (управляющим) входом распределителя импульсов 4. Выходы n линий задержки, являющиеся n выходами элемента задержки 2, подключены к соответствующим n входам логической схемы 7. Вход элемента задержки 2 является входом первой из n последовательно соединенных линий задержки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Работа генератора псевдослучайных сигналов поясняется эпюрами, изображенными на фиг.4.

Тактовые импульсы с периодом Т (эпюра 1, фиг.4) с выхода генератора тактовых импульсов 1 поступают на тактовый вход регистра 3, вход элемента задержки 2 и первый вход логической схемы 7.

При этом на отводах элемента задержки 2 формируются сигналы (эпюры 3, 6, фиг.4), которые, воздействуя на вторые входы логической схемы 7, на ее выходах образуют последовательности прямоугольных импульсов длительностью с периодом следования Т. Последовательности прямоугольных импульсов (фиг.4, эпюры 7-11) имеют период следования Т/2, что связно с частным случаем построения логической схемы 7 на n сумматорах по модулю 2, что сделано с целью упрощения пояснения работы предлагаемого генератора.

В общем случае логическая схема 7 может быть выполнена на n элементах 2И и n элементах НЕ или на n элементах 2ИЛИ и n элементах НЕ, при этом период следования прямоугольных импульсов длительности равен Т. Длительность импульсов равна задержке одного разряда элемента задержки 2. Причем необходимое количество последовательностей прямоугольных импульсов равно , что в свою очередь определяет разрядность блоков 2, 3, 7, 8, 9 предлагаемого устройства.

На выходах регистра с линейной обратной связью 3 в течение 2^n-1 тактовых интервалов Т образуются n M-последовательностей высоких и низких уровней напряжений, которые управляют коммутатором 8. Сигналы с высоким уровнем напряжения пропускают на выход коммутатора 8 соответствующие последовательности прямоугольных импульсов, которые затем объединяются на схеме ИЛИ 9.

Суммарный сигнал со схемы ИЛИ 9 (фиг.4, эпюра 12) поступает на распределитель импульсов 4, управление которым осуществляет одна из М-последовательностей, снимаемая с выхода регистра 3, например n-я М-последовательность (фиг.4, эпюра 2).

При высоком уровне напряжения n-й М-последовательности суммарный сигнал со схемы ИЛИ 9 поступает на формирователь положительных импульсов 5 (фиг.4, эпюра 13), а при низком уровне напряжения - на формирователь отрицательных импульсов 6 (фиг.4, эпюра 14). В результате на выходе предлагаемого генератора по псевдослучайному закону формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг.4, эпюра 15).

Рассмотрим более подробно реализацию некоторых блоков генератора псевдослучайных сигналов.

В предлагаемом устройстве в качестве логической схемы 7 можно использовать, например, n схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (сумматоры по модулю два), коммутатор 8 может быть выполнен, например, на n схемах 2И, распределитель импульсов 4 - на двух схемах 2И и одной схеме НЕ. Формирователь положительных импульсов 5, например, может быть выполнен в виде дифференцирующей цепи, а формирователь отрицательных импульсов 6 - в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи и инвертора полярности.

Структурная схема логической схемы 7, коммутатора 8, элемента задержки 2 и их связи с блоками 3, 9 приведены на фиг.5, где обозначено:

2.1, 2.2...2n - линии задержки,

7.1, 7.2... 7n - схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,

8.1, 8.2... 8n - схемы 2И.

Работа перечисленных блоков осуществляется следующим образом.

От генератора 1 поступают тактовые импульсы с периодом следования, равным Т (фиг.4, эпюра 1) на блоки 2.1, 7.1. Выходной сигнал с блока 2.1 подается на второй вход блока 7.1, на выходе которого формируется первая последовательность прямоугольных импульсов (фиг.4, эпюра 7) с длительностью импульсов , равной времени задержки между сигналами, приведенными на эпюрах 1 и 3, фиг.4.

Остальные п-1 последовательности прямоугольных импульсов формируются аналогично на выходах блоков 7.2,...7n.

Последовательности прямоугольных импульсов (фиг.4, эпюры 7-11) поступают на первые входы n-разрядного коммутатора 8, управление которым по вторым входам осуществляется с помощью М-последовательностей с выходов регистра с линейной обратной связью 3. При этом в течение каждого тактового интервала времени Т на выход коммутатора 8 проходят импульсы только тех последовательностей прямоугольных импульсов, для которых на соответствующих вторых входах коммутатора 8 появились разрешающие высокие уровни напряжений, соответствующие данному тактовому интервалу времени Т.

Так как появление высокого уровня напряжения на вторые входах коммутатора 8 осуществляется по псевдослучайному закону, то и передача прямоугольных импульсов на входы блока 9 будет носить псевдослучайный характер.

Для пояснения примера формирования сигнала, приведенного на фиг.4, эпюра 12, используется таблица 1 состояний М-последовательности, которая поясняет работу регистра с линейной обратной связью 3 (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, стр.81).

Таблица 1 Тактовый импульсНомер эпюры на фиг.4  789 1011  01 111 1111 01 111 1121 01 1111 30 101 1114 10 101 1150 10 1011 61 010 101Циклические сдвиги М-последовательностиM1 М2M3М4 М5 

В таблице 1 приняты обозначения:

1 - высокий уровень напряжения,

0 - низкий уровень напряжения.

В каждом столбце таблицы 1 записаны циклические сдвиги М-последовательности, каждый из которых также является М-последовательностью.

Например, M1-последовательность определяет формирование сигнала, приведенного на фиг.4, эпюра 7, и т.д. С учетом того, что на фиг.4 показано формирование выходного сигнала с использованием пяти последовательностей прямоугольных импульсов (фиг.4, эпюры 7-11), для пояснения принципа формирования выходного сигнала в предлагаемом устройстве достаточно взять пять М-последовательностей (M1, М2, М3, М4, М5).

Рассмотрим формирование сигнала, приведенного на фиг.4, эпюра 12, начиная с первого тактового импульса.

Из таблицы 1 видно, что последовательности прямоугольных импульсов (фиг.4, эпюры 7-11) участвуют в формировании сигнала, приведенного на фиг.4, эпюра 12, в следующем порядке (см. таблицу 2).

Таблица 2 Тактовый импульсСигналы на фиг 4 18, 9, 10, 11 27, 9, 10, 11 38, 10, 11 47, 9, 11 58, 10 67, 9, 11

Докажем достижение поставленной цели.

Для этого сравним выходной сигнал устройства-прототипа (фиг.2, эпюра 6) с выходным сигналом предлагаемого устройства (фиг.4, эпюра 15). Для удобства сравнения масштаб фиг.2 и фиг.4 принят одинаковым. Считаем также, что временные и амплитудные характеристики коротких импульсов у сравниваемых выходных сигналов одинаковы. Следовательно, будет одинакова и ширина шумовой полосы сравниваемых сигналов. Считаем, что частота тактовых импульсов, приведенная на фиг.2, эпюра 1, и на фиг.4, эпюра 1, является максимальной, при которой еще возможна надежная работа регистра с линейной обратной связью 3.

Из сравнения сигналов видно, что на каждом тактовом интервале времени Т количество импульсов в выходном сигнале предлагаемого устройства больше, чем в выходном сигнале устройства-прототипа. А так как каждый короткий импульс вносит свой вклад в увеличение спектральной плотности мощности выходного сигнала, то увеличение числа коротких импульсов на тактовом интервале будет приводить при неизменной ширине шумовой полосы к увеличению спектральной плотности мощности в предлагаемом устройстве.

Кроме того, в спектре выходного сигнала предлагаемого генератора более эффективно осуществляется подавление спектральной составляющей тактовой частоты , что дает более равномерный спектр, чем в генераторе-прототипе.

Формула изобретения

1. Генератор псевдослучайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и линию задержки, регистр сдвига с линейной обратной связью, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, распределитель импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом одного из разрядов регистра сдвига с линейной обратной связью, формирователь импульсов положительной полярности и формирователь импульсов отрицательной полярности, выходы которых объединены и являются выходом устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму выходам распределителя импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения более равномерного спектра выходных сигналов и повышения спектральной плотности мощности выходных сигналов, в него введены логический узел, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, многоканальный коммутатор, первый вход каждого канала которого соединен с выходом соответствующего разряда регистра сдвига с линейной обратной связью, элемент ИЛИ, каждый вход которого соединен с выходом соответствующего канала многоканального коммутатора, а выход подключен к входу распределителя импульсов, при этом второй вход каждого канала многоканального коммутатора соединен с соответствующим выходом логического узла, линия задержки выполнена многосекционной с числом секций, равным числу разрядов регистра сдвига с линейной обратной связью, выход каждой секции линии задержки соединен с соответствующим вторым входом логического узла.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что каждый канал многоканального коммутатора содержит элемент И, выход и первый, второй входы которого являются выходом и соответствующими входами соответствующего канала многоканального коммутатора.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что логический узел содержит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход каждого из которых является соответствующим выходом логического узла, первым входом которого является первый вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы, кроме последнего, логического узла выполнены в виде соединенных между собой второго входа соответствующего предыдущего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, начиная с первого, и первого входа соответствующего последующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а последним вторым входом логического узла является второй вход последнего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

РИСУНКИ