Устройство для поиска и слежения за широкополосным сигналом
Патент 1840565
Авторы
Классы МПК
Устройство для поиска и слежения за широкополосным сигналом
Реферат
Изобретение относится к области радиотехники, а именно технике передачи информации по каналам радиосвязи, и предназначено для использования в широкополосных системах связи. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, - повышение помехозащищенности приема широкополосного сигнала. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемое устройство содержит блок формирования копий СП, перемножители, интеграторы, амплитудный детектор, устройство поиска, формирователь порога, первое, второе и третье вычитающие устройства, устройство фазирования по задержке, блок формирования копий информационного сигнала, схему сравнения, устройство принятия решений, сумматор, синхронные детекторы, интеграторы, синхронный детектор, перемножитель, ключ, формирователь управляющих сигналов сдвига и фазовращатель на /2. Указанный технический результат достигается введением цепей выделения оценки временного положения информационного и синхросигналов корреляционными каналами с синхронным детектированием. Амплитудный детектор формирует ошибку оценки временного положения принимаемого сигнала, пропорциональную модулю вектора шумовой составляющей, а синхронный детектор - пропорциональную проекции вектора шумовой составляющей на ось синусов при малом отношении сигнал/шум, то есть при нормальной работе временного дискриминатора. Поскольку фаза вектора шумовой составляющей вводного сигнала распределена по равномерному закону, то относительный выигрыш дискриминатора с синхронным детектором относительно дискриминатора с амплитудным детектором по уровню шумовой составляющей в оценке временного положения принимаемого сигнала составляет /2 при ошибки 0. 2 ил.
Предлагаемое устройство относится к области техники передачи информации по каналам радиосвязи и предназначено для использования в широкополосных системах связи.
Известные устройства приема широкополосного сигнала состоят из блока слежения за временным положением сигнала и блока синхронного выделения информации. Причем в таких системах используются два сигнала: синхро- и информационный, несущие колебания которых сдвинуты друг относительно друга на .
Мощности синхро- и информационного сигналов, как правило, равны.
Но все известные устройства имеют один существенный недостаток: для синхронизации используется только синхросигнал, т.е. используется только часть передаваемой энергии.
Наиболее близким к заявляемому является "Устройство для поиска и слежения за широкополосным сигналом" по авторскому свид-ву №1840501, положительное решение от 12.07.82 г., где существует уже синхронизация по информационному каналу.
Блок-схема устройства-прототипа показана на фиг.1, 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 сравнения;
11 - схема принятия решений;
12 - управляемый аттенюатор;
15 - сумматор;
14 - формирователь управляющих сигналов сдвига;
15 - ключ;
16 - второе вычитающее устройство.
Устройство-прототип 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 схема сравнения 10, выход которой соединен со входами устройства фазирования по задержке 8 и схемы принятия решений 11.
Выходы блока формирования копий СП1 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 15 через управляемый аттенюатор 12. Выход сумматора 13 подключен ко входу формирователя управляющих сигналов сдвига 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 СП1 и блока формирования копий ИП9 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 15. Выход центрального корреляционного канала информационной группы соединен со входом схемы сравнения 10.
Корреляционные каналы как информационные, так и синхро- представляют собой последовательно соединенные перемножитель 2, интегратор 3, амплитудный детектор 4.
Устройство-прототип работает 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)о относительно опорных СП, поступающих на входы устройства 5 до подачи команды на продолжение поиска.
Таким образом, вначале осуществляется параллельный поиск широкополосного сигнала в i-ом 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 (Т сп).
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 пункте 1. Устройство поиска - 5 подает сигнал управления на блок формирования копий СП1 такой, что происходит укорочение или удлинение периода опорных СП на длительность о 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 устройство 8 о продолжении поиска ИП. Таким образом, на первом этапе осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП. Дальше начинается последовательный поиск ИП, база которой 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 15 и формирователь управляющих сигналов сдвига 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 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 15. 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 15 и подаются на формирователь управляющих сигналов сдвига 14, который выдает команду на устройство поиска 5.
Здесь возможны следующие случаи:
1) если И вых>а, то сдвиг влево;
2) если И вых<а, то сдвиг вправо;
5) если - а<И вых<а, то на месте.
Величина а выбирается в зависимости от шага подстройки При малом шаге подстройки а может быть равно нулю.
В сумматоре 15 сигнала расстройки с вычитающих устройств 7 и 16 складываются по напряжению, а шумы по мощности при одинаковых полосах каналов - по информационному и синхросигналам.
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.
Недостатком устройства-прототипа является низкая помехозащищенность из-за того, что оценка временного положения сигнала, используемая для синхронизации как по синхросигналу, так и по информационному сигналу выделяется корреляционными каналами с амплитудным детектированием.
Целью предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности приема широкополосного сигнала.
Поставленная цель достигается введением цепей выделения оценки временного положения информационного и синхросигналов корреляционными каналами с синхронным детектированием. По существу предложения можно отметить следующее.
Амплитудный детектор формирует ошибку оценки временного положения принимаемого сигнала, пропорциональную модулю вектора шумовой составляющей, а синхронный детектор - пропорциональную проекции вектора шумовой составляющей на ось синусов при малом отношении сигнал/шум, то есть при нормальной работе временного дискриминатора.
Поскольку фаза вектора шумовой составляющей входного сигнала распределена по равномерному закону, то относительный выигрыш дискриминатора с синхронным детектором относительно дискриминатора с амплитудным детектором по уровню шумовой составляющей в оценке временного положения принимаемого сигнала составляет при ошибки 0.
Блок-схема предлагаемого устройства показана на фиг.2, где введены следующие обозначения:
1 - блок формирования копий СП;
2 - перемножители;
3 - интеграторы;
4 - амплитудный детектор;
5 - устройство поиска;
6 - формирователь порога;
7 - первое вычитающее устройство;
8 - устройство фазирования по задержке;
9 - блок формирования копий информационного сигнала;
10 - схема сравнения;
11 - устройство принятия решений;
12 - второе вычитающее устройство;
15 - сумматор;
14, 15 - синхронные детекторы;
16, 17 - интеграторы;
18 - синхронный детектор;
19 - перемножитель;
20 - третье вычитающее устройство;
21 - ключ;
22 - формирователь управляющих сигналов сдвига;
23 - фазовращатель на .
Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Вход устройства соединен со входами устройства поиска 5, перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения, перемножителей 2 корреляционных каналов 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 СП1 соединены с соответствующими входами устройства поиска 5, устройства фазирования по задержке 8 и перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения.
Выходы перемножителей 2 левого и правого корреляционных каналов группы слежения соединены с вычитающим устройством 12, выход которого соединен с синхронным детектором 14, выход которого соединен с интегратором 16, выход которого соединен с одним из входов сумматора 15. Выходы корреляционных каналов группы слежения подключены ко входам устройства поиска 5, а выходы В и С, кроме того, подключены ко входам вычитающего устройства 7, выход которого соединен с одним из входов ключа 21. Выходы перемножителей 2 левого и правого корреляционных каналов информационной группы соединены со входами вычитающего устройства 20, выход которого соединен со входом синхронного детектора 15, выход которого через интегратор 17 соединен со входом перемножителя 19, выход которого соединен с одним из входов сумматора 15. Выход последнего соединен с одним из входов ключа 21, выход которого через формирователь команд 22 соединен с устройством поиска 5. Выход ТИ устройства 5 соединен с устройством фазирования по задержке 8, устройством принятия решений 11, блоком формирования копий СП1 и блоком формирования копий информационного сигнала 9, выходы которого соединены со входами перемножителей 2 левого и правого корреляционных каналов информационной группы и перемножителем 2 канала приема информации, выход которого через интегратор 5 соединен со входом синхронного детектора 18 и входом амплитудного детектора 4, выход которого соединен со входом схемы сравнения 10, выход которой соединен с устройством фазирования по задержке 8. Выход устройства принятия решений 11 соединен с ключом 21, устройством поиска 5 и со входом устройства фазирования по задержке 8. Выход интегратора 3 центрального канала синхросигнала соединен со входом синхронного детектора 14 и со входом фазовращателя 23, выход которого соединен со входами синхронных детекторов 15 и 18. Выход синхронного детектора 18 соединен со входом перемножителя 19.
Предлагаемое устройство работает до начала выделения информации аналогично прототипу. При этом формирователем управляющих сигналов сдвига 22 управляет сигнал с выхода вычитающего устройства 7 через ключ 21.
По началу выделения информации устройство принятия решений 11 соединяет вход формирователя управляющих сигналов сдвига с выходом сумматора 13 ключом 21. После этого оценка временной задержки принимаемого сигнала складывается из двух составляющих. Первая образуется так: свертки входного сигнала и копий синхросигналов, сдвинутых на с выходов В и С перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения, вычитаются в устройстве 12, синхронно детектируются в детекторе 14. Проинтегрированный интегратором 16 результат детектирования представляет собой одну из составляющих оценки временной задержки принимаемого сигнала.
Вторая составляющая оценки получается так: свертки входного сигнала и копий информационного сигнала, сдвинутых на выходов перемножителей 2 корреляционных каналов информационной группы, вычитаются при помощи вычитающего устройства 20, затем детектируются в синхронном детекторе 15 и интегрируются интегратором 17. Однако информационный сигнал в отличие от синхросигнала имеет фазовую манипуляцию передаваемой информацией. Для снятия манипуляции информация, выделенная при помощи синхронного детектора 18, и фазоманипулированная оценка временной задержки принимаемого сигнала, полученная на выходе интегратора 17, перемножаются в перемножителе 19, на выходе которого получается вторая составляющая оценки временной задержки принимаемого сигнала. Обе составляющие суммируются в сумматоре 15, выход которого управляет слежением за принимаемым сигналом во время выделения информации. Опорная частота для синхронных детекторов берется с выхода интегратора 5 центрального корреляционного канала группы слежения. Так как несущая информационного сигнала повернута на /2 относительно несущей синхросигнала, то опорная частота для синхронных детекторов 15 и 18 детектирующих свертки информационного сигнала повернута при помощи фазовращателя 23 на .
Выигрыш в помехозащищенности для предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обусловлен тем, что с началом слежения выделяется один из синхропараметров принимаемого сигнала - фаза несущей, что позволяет применить синхронный детектор как для выделения информации, так и для получения оценок временной задержки принимаемого сигнала как по синхросигналу, так и по информационному сигналу.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить помехозащищенность дискриминатора оценки временного положения принимаемого широкополосного сигнала за счет применения в дискриминаторе синхронного детектора.
Действительно:
Во время слежения за временным положением принимаемого сигнала дискриминатор работает большую часть времени с малой временной расстройкой, то есть при малом отношении сигнал/шум. В этом случае прохождение шума через амплитудный и синхронный детекторы существенно различаются. Если шумовую составляющую входного сигнала представить как вектор, то отклик амплитудного детектора на шумовую составляющую будет пропорционален модулю этого вектора, тогда как отклик синхронного детектора на такую же шумовую составляющую входного сигнала пропорцианален проекции вектора на ось синуса. Если учесть тот факт, что распределение вероятностей фазы упомянутого вектора равномерное в интервале [0, 2], то модуль вектора превышает среднюю по времени величину проекции этого вектора на ось синуса в раз, то есть среднее значение отклика амплитудного детектора на шумовую составляющую входного сигнала превышает среднее значение отклика синхронного детектора в раз или более, чем на 3 дБ.
Так как в предлагаемом устройстве оценка временного положения принимаемого сигнала определяется как сумма откликов синхронных временных дискриминаторов по синхросигналу и по информационному сигналу, то общий выигрыш в помехозащищенности предлагаемого устройства относительно прототипа составляет более 6 дБ.
В качестве базового объекта целесообразно взять систему, выпускаемую отечественной промышленностью, которая выполнена на основе изобретения по авторскому свидетельству №95657, и находящуюся на современном мировом уровне.
Устройство поиска, реализованное в данной системе, имеет по мнению авторов небольшое время поиска.
Но данной системе присущи недостатки, которые устраняются предлагаемым устройством
1. Не используется полностью энергия информационного сигнала, т.е. отсутствует по информационному сигналу синхронизация по времени задержки.
2. Синхронизация по синхросигналу осуществляется амплитудным детектором, что не позволяет достаточно эффективно выделять сигнал из шума.
Таким образом, заявляемое приемное устройство имеет лучшие характеристики как относительно прототипа, так и относительно базового объекта.
Формула изобретения
Устройство для поиска и слежения за широкополосным сигналом, содержащее объединенные по входу формирователь порога, блок поиска, корреляционные каналы группы слежения, перемножители информационного сигнала и информационный корреляционный канал, причем как информационный, так и корреляционные каналы группы слежения состоят каждый из последовательно соединенных перемножителя, интегратора и амплитудного детектора, выход информационного корреляционного канала через блок сравнения соединен с входами блока фазирования по задержке непосредственно и через решающий блок, другой вход и выход которого соединены с блоком поиска, выход которого соединен с входами блока формирования копий синхропоследовательности (СП) и блока формирования копий информационной последовательности (ИП), выходы блока формирования копий СП соединены с соответствующими входами блока поиска непосредственно и через корреляционные каналы группы слежения и входом блока фазирования по задержке, соответствующий выход которого соединен с соответствующими входами решающего блока, блока поиска, блока формирования копий ИП, выходы которого соединены со входами информационного корреляционного канала и перемножителями информационного сигнала, первый вычитающий блок через ключ и формирователь команд подключен к блоку поиска, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности приема, введены последовательно соединенные второй вычитающий блок, входом которого подключены к выходам перемножителей левого и правого корреляционных каналов группы слежения, первый синхронный детектор, первый интегратор и последовательно соединенные третий вычитающий блок, входы которого подключены к выходам перемножителей информационной группы, второй синхронный детектор, второй интегратор и перемножитель, а также сумматор, третий синхронный детектор, фазовращатель, причем входы сумматора подключены к выходу первого интегратора и перемножителя, а выход - к входу ключа, другой вход первого синхронного детектора подключен к выходу интегратора центрального корреляционного канала группы слежения и входу фазовращателя, выход которого соединен со входами второго и третьего синхронных детекторов, другой вход третьего синхронного детектора соединен с выходом интегратора центрального канала информационной группы, а выход - с другим входом перемножителя.
РИСУНКИ