Устройство для поиска и слежения за широкополосными сигналами
Патент 1840501
Авторы
Классы МПК
Устройство для поиска и слежения за широкополосными сигналами
Реферат
Изобретение относится к передаче информации по каналам радиосвязи. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности. Устройство содержит блоки формирования копий синхро- и информационных сигналов, группу корреляционных каналов слежения, информационный корреляционный канал, устройство поиска, формирователь порога, схему сравнения, устройство фазирования по задержке и схему принятия решений, выходы которой соединены со входами устройства поиска и устройства фазирования по задержке. Его другой вход соединен с выходом блока формирования копий синхросигнала, а остальные входы подключены к соответствующим входам устройства поиска и перемножителям группы корреляционных каналов слежения. Согласно изобретению введены два корреляционных канала информационного сигнала, состоящие из последовательно соединенных перемножителя, интегратора и амплитудного детектора, два вычитающих устройства, управляемый аттенюатор, сумматор, формирователь команд и ключ. Входы информационных корреляционных каналов соединены с дополнительными выходами блока формирователя копий информационного сигнала и входом устройства. Их выходы соединены со входами второго вычитающего устройства. Его выход через ключ соединен со входом сумматора. Другой вход сумматора через управляемый аттенюатор соединен с выходом первого вычитающего устройства, входы которого соединены с выходами В и С корреляционных каналов группы слежения. Выход сумматора соединен со входом формирователя команд, выход которого подключен ко входу устройства поиска. Входы ключа и управляемого аттенюатора соединены с выходом схемы принятия решений. 3 ил.
Предлагаемое устройство относится к области техники передачи информации по каналам радиосвязи и предназначено для использования в широкополосных системах связи, преимущественно, в помехозащищенных относительно воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех системах радиосвязи.
Устройства приема широкополосного сигнала состоят из блока слежения за временным положением сигнала, иначе устройства точной временной ФАП, и блока синхронного выделения информации.
Причем в таких системах используется два сигнала синхро- и информационный, несущие колебания которых сдвинуты друг относительно друга на /2. Информационный и синхросигналы промодулированы различными псевдослучайными последовательностями (ПСП) на отрезке [О,П], что обеспечивает постоянство амплитуды на выходе передающего устройства (авт. св. №300946, Н03С 3/40, от 7.4.71 г. "Аппаратура для передачи дискретной информации" авторы Пеньков В.В., Яковлев Л.A.) Мощности синхро- и информационного сигналов, как правило, равны, авт. св-во №1840118 от 11.11.79 г.
Но все перечисленные выше устройства имеют один существенный недостаток: для синхронизации используется только синхросигнал, т.е. только часть передаваемой энергии.
Блок-схема устройства-прототипа показана на фиг.1, где введены следующие обозначения:
1 - регистр сдвига;
2 - перемножители;
3 - интеграторы;
4 - амплитудные детекторы;
5 - сдвигающий триггер;
6Л, 6Ц, 6П - схемы выбора максимальных значений сигналов;
7 - схема сравнения на четыре входа;
8 - ключи;
9 - формирователь порога;
10 - сумматор;
11 - схема сравнения на два входа;
12 - управляемый делитель точной дискретной ФАП;
13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП;
14 - схема управления делителями грубой и точной ФАП;
15 - генератор синхронизирующей ПСП;
16 - схема управления по задержке;
17 - опорный генератор;
18 - схема принятия решений;
19 - устройство фазирования по задержке;
20 - генератор информационной ПСП;
21 - дополнительный регистр сдвига;
22 - дополнительная схема сравнения на два входа;
23 - дополнительный сдвигающий триггер.
Устройство-прототип осуществляет параллельно-последовательный двухэтапный поиск входного шумоподобного сигнала. Причем на первом этапе поиска осуществляется параллельно-последовательный поиск и обнаружение сигнала синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП), а на втором этапе производится только последовательный поиск и обнаружение сигнала информационной псевдослучайной последовательности (ИП). После обнаружения сигнала ИП осуществляется проверка сигналов СП и ИП и выдача команды на прекращение поиска.
Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.
Вход устройства соединен со входами схем сравнения 7 и 22 через формирователь порога 9 и выходами перемножителей 2 всех корреляционных каналов непосредственно, другие входы перемножителей 2 соединены с выходами регистра сдвига 1, причем один из перемножителей 2 центральной группы корреляционных каналов соединен с выходом регистра сдвига 1 через сдвигающий триггер 5. Выходы корреляционных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных перемножителей 2, интегратора - 3, амплитудного детектора - 4, соединены со входами схем выбора максимального сигнала 6Л, 6Ц, 6П. Выходы схем 6Л, 6П соединены со входами схемы сравнения 7 через ключи 8, а выход схемы 6Ц непосредственно соединен со схемой сравнения 7, выходы которой подключены к сумматору 10, кроме того, выходы 7Л и 7П соединены со входами блока 13, а выход 7Ц подключен ко входам схем 14 и 18. Выходы В и С амплитудных детекторов 4 центральной группы корреляционных каналов соединены со входами схемы сравнения 11, входы блока 12 соединены с выходами схем 11 и 14 и генератора 17. Входы блока 13 соединены с выходами блоков 12 и 14, входы блока 16 соединены с выходами блоков 13, 10 и 19, выход блока 16 соединен со входами регистра сдвига 1, блока 21, устройства 19, генераторов 15 и 20. Выходы генератора 15 подключены ко входам регистра сдвига 1, одного перемножителя 2 правой группы корреляционных каналов и устройства 19, другие входы которого соединены с выходами схем 18 и 22, выход СИ устройства 19 соединен со входами блока 14, схемы 18 и генератора 20. Выход генератора 20 подключен ко входу регистра сдвига 21, выход которого соединен с сдвигающим триггером 23, выход которого через информационный канал, состоящий из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4, подключен к схеме 22, выход которой соединен со входом схемы 18, выход которой подключен к ключам 8. Входы сдвигающих триггеров 5 и 23 и схемы 13 объединены.
Для лучшего понимания физической сути предлагаемого устройства авторы укрупнили некоторые функциональные узлы прототипа.
1. Регистр сдвига 1, сдвигающий триггер 5, генератор синхронизирующей ПСП 15 объединены в блок формирования копий СП, который выполняет функцию формирования копий СП, сдвинутых относительно друг друга по времени на величину длительности элементарного импульса 0 или на величину 0/n (где n - любое целое число) и две копии, сдвинутые относительно центральной на ±0/2.
2. Дополнительный регистр сдвига 21 и сдвигающий триггер 23 и генератор информационной ПСП 20 объединены в блок формирования копий ИП, который выполняет функцию формирования копии информационного сигнала. Начало копии ИП совпадает с началом центральной копии СП, причем копия ИП может смещаться по команде с устройства фазирования по задержке на целое число длительностей СП.
3. Левая и правая группа корреляционных каналов, схемы выбора максимального значения сигнала 6Л, 6Ц, 6П, ключи 8, схема сравнения 7, сумматор 10 управляемый делитель точной дискретной ФАП 12, управляемый делитель грубой дискретной ФАП 13, схема управления делителями точной и грубой ФАП 14, схема управления по задержке 16, опорный генератор 17 объединены в устройство поиска, выполняющее следующие функции:
1) вычисляет функции взаимной корреляции между входными синхросигналами и его N копиями;
2) осуществляет выбор максимального значения сигнала и сравнение его с пороговым значением, при этом возможны следующие случаи:
а) максимальное значение сигнала меньше порогового, тогда подается команда на блок формирования копий СП на сдвиг по времени, т.е. на продолжение поиска. Таким образом, осуществляется параллельно-последовательный поиск СП;
б) максимальное значение сигнала больше порогового, тогда подается команда в блок формирования копий СП на смещение сигнала в центральную группу корреляционных каналов в группу слежения. Таким образом, осуществляется последовательный поиск.
Устройство поиска может быть технически выполнено и любым другим способом.
Блок-схема укрупненного устройства-прототипа показана на фиг.2, где введены следующие обозначения:
1 - блок формирования копий СП;
2 - перемножители;
3 - интеграторы;
4 - амплитудные детекторы;
5 - устройство поиска;
6 - формирователь порога;
7 - схема сравнения на два входа;
8 - устройство фазирования по задержке;
9 - блок формирования копий ИП;
10 - схема сравнения;
11 - схема принятия решений.
Укрупненная схема прототипа имеет следующие функциональные связи.
Вход устройства соединен со входами устройства поиска 5, перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения, перемножителя 2 информационного канала, состоящего из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4, и формирователя порога 6, выход которого соединен со входами устройства поиска 5, и схемы сравнения 10, другой вход которой подключен к выходу информационного канала, а выход схемы 10 соединен с соответствующими входами схемы принятия решений 11 и устройства фазирования по задержке 8. Три других входа устройства 8 соединены с выходами блока формирования копий СП 1, схемы принятия решений 11 и выходом ТИ устройства поиска 5. Выход СИ устройства 8 соединен с соответствующими входами устройства поиска 5, блока формирования копий ИП 9 и схемы принятия решений 11, третий вход которой соединен с выходом Ц устройства поиска 5, а второй выход ее подключен ко входу устройства поиска 5. Второй вход перемножителя 2 информационного канала соединен с выходом блока формирования копий ИП 9.
Выходы блока формирования копий СП 1 соединены с соответствующими входами перемножителей 2, корреляционных каналов группы слежения и устройства поиска 5. Выходы корреляционных каналов группы слежения соединены со входами устройства поиска 5 и, кроме того, выходы В и С соединены со схемой сравнения 7, выходы которой подключены к устройству поиска 5. Выход ТИ устройства поиска 5 подключен еще и ко входам блоков 1 и 9. Входы блоков 1, 9 и устройства 5 объединены. Работает устройство - прототип, показанное на фиг.2, следующим образом.
В устройстве поиска 5 вычисляется функция взаимной корреляции между входным сигналом и опорными сигналами СП, затем выбирается максимальный сигнал и сравнивается с пороговым сигналом, поступающим с формирователя порога 6.
При этом возможны следующие случаи:
1. Максимальное значение сигнала меньше порогового. Схема принятия решений 11 находится в исходном состоянии и не выдает сигнал на устройство поиска 5 и устройство фазирования по задержке 8. При этом продолжается поиск и в устройстве поиска 5 происходит "выкусывание" 2(n+1) тактовых импульсов, поступающих на блоки 1 и 9, где n - число корреляционных каналов устройства поиска 5. Опорные СП, поступающие на соответствующие входы устройства поиска 5, сдвинулись на время 2(n+1)0 относительно опорных СП, поступающих на входы устройства 5 до подачи команды на продолжение поиска.
Таким образом, в начале осуществляется параллельный поиск шумоподобного сигнала в i-м интервале (2n+3) корреляционными каналами устройства поиска 5 и группы слежения.
Если сигнал не обнаружен ни в одном из корреляционных каналов, то поиск осуществляется в (i+1) интервале и т.д., то есть при отсутствии сигнала осуществляется последовательный поиск за N циклов в интервале поиска сигнала СП (Тсп).
2) Максимальное значение сигнала больше порогового. Сигнал на выходе Ц устройства поиска 5 отсутствует, и схема принятия решений 11 находится в исходном состоянии, описанном в п.1. Устройство поиска 5 подает сигнал управления на блок формирования копий СП 1 такой, что происходит укорочение или удлинение периода опорных СП на длительность 0 до тех пор, пока не появится сигнал на выходе Ц устройства поиска 5. При появлении сигнала на выходе Ц устройства поиска 5 включается схема принятия решений 11, на другой вход которой поступают стробимпульсы с выхода СИ устройства фазирования по задержке 8. С выхода схемы 11 подается команда на вход устройства 8 о продолжении поиска сигнала ИП.
Таким образом, на первом этапе осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП. Дальше начинается последовательный поиск шумоподобного информационного сигнала, база которого больше СП, одним информационным каналом. Устройство поиска 5 осуществляет перестройку блоков 1 и 9 с шагом 0/L (где L - любое целое число, определяемое заданной точностью удержания по времени обнаруженного сигнала).
Сигнал ошибки рассогласования для устройства 5 вырабатывается схемой сравнения 7 с выходов В и С корреляционных каналов группы слежения.
При появлении сигнала на выходе схемы сравнения 10 вырабатывается команда в устройство 8 на прекращение поиска информационного сигнала, т.е. период стробимпульсов с устройства 8 становится равным периоду следования ИП (Тип). Одновременно с появлением сигнала на выходе схемы сравнения 10, схема принятия решений 11, при условии совпадения подряд r стробимпульсов (r - любое целое число) с сигналом выхода Ц устройства 5 принимает решение об обнаружении шумоподобного сигнала, состоящего из сигналов СП и ИП, отключает устройство поиска 5.
Если число совпадений подряд меньше r и равно Р и после P-го совпадения не произойдет подряд j совпадений (j - любое целое число) строб-импульсов с сигналом на выходе Ц устройства 5 и с сигналом на выходе схемы 10, то схема 11 принимает решение на возобновление поиска шумоподобного сигнала. Режим поиска повторяется. Устройством фазирования по задержке 8 можно изменять задержку фазирования блока 9, тем самым увеличить ансамбль структур совместно генерируемых сигналов ИП и СП.
Недостатком устройства-прототипа является низкая помехозащищенность из-за того, что для синхронизации используется только синхросигнал и нет синхронизации по информационному сигналу, т.е. используется только часть передаваемой энергии.
Целью предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности приема широкополосного сигнала.
Поставленная цель достигается за счет введения дополнительных цепей выделения сигнала и формирования дискриминационной характеристики и по информационному сигналу. Блок-схема предлагаемого устройства показана на фиг.3, где введены следующие обозначения:
1 - блок формирования копий СП;
2 - перемножители;
3 - интеграторы;
4 - амплитудные детекторы;
5 - устройство поиска;
6 - формирователь порога;
7 - первое вычитающее устройство;
8 - устройство фазирования по задержке;
9 - блок формирования копий ИП;
10 - схема слежения;
11 - схема принятия решений;
12 - управляемый аттенюатор;
13 - сумматор;
14 - формирователь команд;
15 - ключ;
16 - второе вычитающее устройство.
Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.
Вход устройства соединен со входами устройства поиска 5, перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения и информационной группы и формирователя порога 6, выход которого соединен с соответствующими входами устройства поиска 5, и схемы сравнения 10, выход которой соединен со входами устройства фазирования по задержке 8 и схемы принятия решений 11. Выходы блока формирования копий СП 1 соединены с соответствующими входами устройства поиска 5 и перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения. Выходы корреляционных каналов группы слежения подключены ко входам устройства поиска 5, а выходы В и С, кроме того, подключены ко входам первого вычитающего устройства 7, выход которого соединен со входом сумматора 13 через управляемый аттенюатор 12. Выход сумматора 13 подключен ко входу формирователя команд 14, выход которого соединен с одним из входов устройства поиска 5, выход ТИ которого соединен со входами блоков 1 и 9, устройства фазирования по задержке 8, выход СИ которого соединен со входами блока 9, схемы принятия решений 11 и устройства поиска 5, выход Ц которого соединен с соответствующим входом схемы 11, выходы которой соединены со входами устройства поиска 5, управляемого аттенюатора 12, ключа 15 и устройства фазирования по задержке 8, один из входов которого соединен с выходом блока 1. Входы устройства поиска 5, блока формирования копий СП 1 и блока формирования копий ИП 9 объединены.
Выходы блока 9 подключены к соответствующим входам перемножителей 2 корреляционных каналов информационной группы. Выходы левого и правого корреляционных каналов информационной группы соединены со входами второго вычитающего устройства 16, выход которого через ключ 15 соединен с сумматором 13. Выход центрального корреляционного канала информационной группы соединен со входом схемы сравнения 10. Корреляционные каналы информационной группы представляют собой последовательно соединенные перемножитель 2, интегратор 3, амплитудный детектор 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поиск СП осуществляется также, как и в прототипе, до тех пор, пока сигнал не появится на выходе Ц устройства поиска 5. При появлении сигнала на выходе Ц устройства 5 включается схема принятия решений 11, на другой вход которой поступают стробимпульсы с выхода СИ устройства фазирования по задержке 8. С выхода схемы 11 подается команда на устройство 8 о продолжении поиска ИП.
Таким образом, на первом этапе осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП.
Дальше начинается последовательный поиск ИП, база которого больше базы СП, одним информационным корреляционным каналом, а также слежение за СП.
При этом ключ 15 разомкнут, схема принятия решений 11 подает команду на управляемый аттенюатор 12, по которой выбирается его коэффициент передачи максимальным. Сигнал о рассогласовании принятой СП и ее копий с выходов В и С корреляционных каналов группы слежения вырабатывается в первом вычитающем устройстве 7 и через сумматор 13 и формирователь команд 14 воздействует на устройство поиска 5 таким образом, что рассогласование уменьшается.
При обнаружении ИП, когда напряжение на выходе амплитудного детектора 4 превзойдет порог в схеме сравнения 10, на блоки 8 и 11 подается команда на остановку поиска ИП и производится прием информации. Схема 11 в этот момент вырабатывает команду на включение ключа 15 и уменьшение коэффициента передачи управляемого аттенюатора 12 до 0,5÷0,7. Слежение в данном устройстве осуществляется как по синхросигналу группой корреляционных каналов слежения, так и по информационному сигналу группой информационных корреляционных каналов.
Сигнал рассогласования ИП образуется путем перемножения принятого сигнала на видео-ПСП информационного сигнала, сдвинутые на ±0/2 относительно центра информационной ПСП, начало которой на приемном и передающем концах жестко связаны с началом синхро-ПСП. После перемножения осуществляются операции фильтрации интеграторами 3 и амплитудного детектирования детекторами 4 информационных корреляционных каналов. Причем постоянная времени в амплитудных детекторах выбирается максимально возможной для повышения соотношения сигнал/шум.
Сигнал о рассогласовании принятой ИП и ее копий вырабатывается во втором вычитающем устройстве 16 и через ключ 15 подается также на сумматор 13.
Первое и второе вычитающие устройства 7 и 16 необходимы для формирования временного дискриминатора.
Сигналы расстройки с выходов вычитающих устройств 7 и 16 складываются в сумматоре 13 и подаются на формирователь команд 14, который выдает команду на устройство поиска 5. Здесь возможны следующие случаи:
1) если Ивых.>а, то сдвиг влево;
2) если Ивых.<-а, то сдвиг вправо;
3) если -а<Ивых.<а, то на месте.
Величина а выбирается в зависимости от шага подстройки 0/n. При малом шаге подстройка а может быть равно нулю.
В сумматоре 13 сигналы расстройки с вычитающих устройств 7 и 16 складываются по напряжению, а шумы - по мощности. Это улучшает соотношение сигнал/шум на выходе сумматора 13 на 3 дБ при одинаковых полосах каналов по информационному и синхро-сигналам.
Если полоса информационного канала несколько шире полосы синхросигнала, то необходимо учесть это и складывать сигналы рассогласования в сумматоре не как равные, а с разным весом.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить помехозащищенность на 3 дБ за счет использования синхронихации как по синхро-ПСП, так и по информационной ПСП. При этом происходит одновременно и передача сообщений и синхронизация, ввиду того, что амплитудное детектирование не реагирует на фазовую манипуляцию информацией, т.е. передача сообщений не влияет на качество синхронизации.
Формула изобретения
Устройство для поиска и слежения за широкополосным сигналом, содержащее объединенные по входу формирователь порога, блок поиска сигнала, корреляционные каналы слежения, информационный корреляционный канал, к другому входу которого подключен один из выходов формирователя копий информационного сигнала, а выход информационного корреляционного канала через блок сравнения подключен к соответствующим входам блока фазирования по задержке непосредственно и через решающий блок, к другим входам которого подключены соответствующий выход блока поиска сигнала и выход блока фазирования по задержке, объединенный с соответствующими входами блока поиска сигнала и формирователя копий информационного сигнала, а другой выход решающего блока подключен к соответствующему входу блока поиска сигнала, к другим входам которого подключены выходы корреляционных каналов слежения и соответствующие выходы формирователя копий синхросигнала, другие выходы которого подключены к соответствующим входам корреляционных каналов слежения, управляющие входы формирователя копий синхросигнала и информационного сигнала объединены с управляющим входом блока фазирования по задержке, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, введены дополнительные информационные корреляционные каналы, блоки вычитания, управляемый аттенюатор, формирователь управляющих сигналов сдвига, сумматор и ключ, при этом дополнительные выходы формирователя копий информационного сигнала через соответствующие дополнительные информационные корреляционные каналы подключены ко входам первого блока вычитания, выход которого через ключ подключен к одному из входов сумматора, к другому входу которого подключены выходы двух соответствующих корреляционных каналов слежения через последовательно соединенные второй блок вычитания и управляемый аттенюатор, а выход сумматора через формирователь управляющих сигналов сдвига подключен к соответствующему входу блока поиска сигналов, причем другие входы дополнительных информационных корреляционных каналов объединены с соответствующим входом информационного корреляционного канала, а к управляющим входам ключа и управляющего аттенюатора подключены соответствующий выход решающего блока.
РИСУНКИ