Устройство для приема сигналов гидроакустической кодовой связи

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в аппаратуре гидроакустических комплексов и станций. Устройство для приема сигналов гидроакустической кодовой связи содержит канал пилот-сигнала, включающий в себя входной фильтр, усилитель-ограничитель, набор узкополосных фильтров, пороговые схемы, элементы памяти, логический блок, канал кодовых сигналов, включающий в себя входной фильтр, усилитель-ограничитель, набор узкополосных фильтров, пороговые схемы, элементы памяти, блок схем совпадений, регистрирующее устройство. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема сигналов в условиях действия флуктуационных и сосредоточенных помех. Для этого в канал пилот-сигнала и в канал кодовых сигналов введены блок с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением, блок с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, блок выбора максимума, ключи и сумматор. Выходы набора узкополосных фильтров подключены параллельно ко входам блока выбора максимума, входам ключей и входам блока с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением. Выходы этого блока соединены со входами блока с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, выходы которого соединены со входами пороговых схем. Управляющий вход блока с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением подключен к выходу сумматора, входы которого соединены с выходами ключей. Управляющие входы ключей соединены с выходами блока выбора максимума. 4 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в аппаратуре гидроакустических комплексов и станций для приема сигналов кодовой связи.

Известно устройство, в котором для обнаружения сигналов кодовых частот используется метод широкополосного приема с интегрированием после детектора (Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений.- М.: Советское радио, 1963, с. 512, 256) с учетом их допплеровского смещения, и получаются путем умножения и деления на постоянные коэффициенты частоты гетеродина, соответствующей частоте пилот-сигнала, предшествующего передаче кодовых сигналов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа заявленного устройства, является устройство для приема сигналов гидроакустической кодовой связи. Схема этого устройства приведена на фиг.1.

Рассматриваемое приемное устройство-прототип состоит из канала пилот-сигнала (элементы 2, 4, 6, 8, 10, 12), канала кодовых сигналов (элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13) и регистрирующего устройства (элемент 14).

Прием сигналов в этом устройстве производится путем определения величины допплеровского смещения частоты пилот-сигнала по номеру фильтра из набора узкополосных фильтров 6, на выходе которого соответствующая пороговая схема обнаружила пилот-сигнал; запоминания с помощью элементов памяти 10 номера выбранного фильтра, определения с помощью логического блока 12 и блока схем совпадений 13 той группы фильтров 7, которая соответствует измеренному значению допплеровского смещения, фиксации принимаемых кодовых сигналов регистрирующим устройством 14. С целью исключения эффекта подавления в ограничителе канала кодовых сигналов слабого сигнала сильным, что имеет место в условиях затягивания и флуктуации сигналов, входной фильтр 1 выполнен в виде набора узкополосных фильтров, идентичных по характеристикам фильтрам 7. При обнаружении с помощью пороговых схем 9 сигнала какой-либо кодовой частоты управляющие сигналы от этих пороговых схем через элементы памяти 11 и блок схем совпадений 13 поступают на коммутирующий блок 3, обеспечивающий отключение соответствующего фильтра из набора 1 от входа усилителя-ограничителя 5.

Таким образом осуществляется режекция сигнала после его регистрации и исключается влияние его на другие сигналы в усилителе-ограничителе. Использование схемы ШОУ (широкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, узкополосный фильтр) как в канале пилот-сигнала (элементы 2, 4, 6), так и в канале кодовых сигналов (элементы 1, 5, 7) обеспечивает, при равномерном спектре помех на входе устройства, нормирование их уровней на входах пороговых схем. При этом независимо от уровня флуктуационных помех на входе приемного устройства требуемое значение вероятности ложной тревоги обеспечивается одним и тем же фиксированным значением опорного напряжения пороговых схем.

При быстро изменяющихся параметрах гидроакустического канала схема ШОУ является более предпочтительной, чем, например, системы с АРУ, в условиях, когда заданные значения вероятностей ложной тревоги Р_лт и пропуска Р_пр требует обеспечения на входе приемного устройства отношения сигнал/помеха q>1 (в полосе входного фильтра). В то же время в схеме ШОУ, как содержащей нелинейный элемент - амплитудный ограничитель, происходит подавление слабого сигнала сильным.

Недостатком указанного устройства-прототипа является увеличение вероятности ложных тревог при изменении формы частотного спектра флуктуационной помехи на входе, в частности, при появлении сосредоточенных по частотному спектру помех (например, наводок в виде гармоник напряжения сети электропитания). С этим недостатком борются путем уменьшения коэффициентов передачи d узкополосных фильтров, в которых присутствует сосредоточенная помеха. Однако такое решение ведет к уменьшению чувствительности при приеме полезного сигнала, вплоть до исключения возможности его обнаружения, когда частоты полезного сигнала и структурной помехи совпадают (с точностью до узкополосного фильтра). Последнее может быть проиллюстрировано фиг.2, где показана зависимость отношения напряжения сигнала U_c на выходе узкополосного фильтра к напряжению на выходе усилителя-ограничителя U_o =Const от отношения сигнала к помехе q на входе усилителя-ограничителя (график 1). Зависимость построена из соотношения 1

На графике 2 (см. фиг.2) показана условная величина отношения U_пор/U_o, характеризующая значение опорного напряжения пороговой схемы.

Из фиг.2 видно, что зависимость напряжения U_c от q имеет нелинейный характер.

При достаточно большом значении отношения структурной помехи к флуктуационной помехе q_стр, например q_стр =3, увеличение напряжения на выходе соответствующего выходного узкополосного фильтра не превысит нескольких процентов, даже если отношение полезного сигнала к флуктуационной помехе q _сигн >3. Таким образом, уменьшение коэффициента передачи d для исключения срабатывания пороговой схемы от структурной помехи не позволяет практически обеспечить регистрацию полезного сигнала.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости приема сигналов в условиях действия флуктуационных и структурных помех.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для приема сигналов гидроакустической кодовой связи, содержащее канал пилот-сигнала, включающий в себя входной фильтр, усилитель-ограничитель, набор узкополосных фильтров, пороговые схемы, элементы памяти, логический блок; канал кодовых сигналов, включающий в себя входной фильтр, усилитель-ограничитель, набор узкополосных фильтров, пороговые схемы, элементы памяти, блок схем совпадений; регистрирующее устройство, введены в канал пилот-сигнала и канал кодовых сигналов блок с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением, блок с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, блок выбора максимума, ключи и сумматор, причем выходы набора узкополосных фильтров подключены параллельно ко входам блока выбора максимума, входам ключей и входам блока с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением; выходы этого блока соединены со входами блока с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, выходы которого соединены со входами пороговых схем; управляющий вход блока с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением подключен к выходу сумматора, входы которого соединены с выходами ключей; управляющие входы ключей соединены с выходами блока выбора максимума.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: блоков с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением, блоков с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, блоков выбора максимума, ключей и сумматоров и их связями с остальными элементами. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что вводимые новые блоки известны [1], [2], [3]. Анализ известных технических решений гидроакустической связи позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия", так как нигде не обнаружено предлагаемой совокупности отличительных признаков с достижением положительного эффекта.

На фиг.1 представлена схема устройства для приема сигналов гидроакустической кодовой связи, использованного в качестве прототипа, где

1, 2 - входные фильтры,

3 - коммутирующий блок,

4, 5 - усилители-ограничители,

6, 7 - наборы узкополосных фильтров,

8, 9 - пороговые схемы,

10, 11 - элементы памяти,

12 - логический блок,

13 - блок схем совпадений,

14 - регистрирующее устройство.

На фиг.2 показана зависимость отношения напряжения сигнала на выходе узкополосного фильтра к напряжению на выходе усилителя-ограничителя от отношения сигнала к помехе на входе усилителя-ограничителя.

На фиг.3 представлена схема заявляемого устройства для приема сигналов гидроакустической кодовой связи, где

1, 2 - входные фильтры,

3, 4 - усилители-ограничители,

5, 6 - наборы узкополосных фильтров,

7, 8 - блоки выбора максимума,

9, 16 - блоки с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением,

10, 11, 12, 13, 14, 15 - ключи,

17, 20 - блоки с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением,

18, 19 - сумматоры,

21, 22 - пороговые схемы,

23, 24 - элементы памяти,

25 - логический блок,

26 - блок схем совпадений,

27 - регистрирующее устройство.

На фиг.4 приведена зависимость энергетического выигрыша на входе пороговых схем от отношения сигнал/флуктуационная помеха для различных значений отношения структурная помеха/флуктуационная помеха при использовании заявляемого устройства.

Работа заявляемого устройства может быть рассмотрена на примере работы канала пилот-сигнала. В блоке выбора максимума 7 производится сравнение напряжений на выходах набора узкополосных фильтров 5, определяется номер фильтра с максимальным значением напряжения и выдается управляющее напряжение на закрывание ключа, связанного с этим фильтром. При этом в сумматоре 18 производится сложение напряжений, поступающих со всех узкополосных фильтров набора, за исключением фильтра с максимальным значением напряжения. Напряжение, полученное на выходе сумматора, используются для управления коэффициента передачи блока аттенюаторов 9. В отсутствие сигнала (q=0) напряжение на выходе сумматора имеет наибольшее значение. При этом коэффициент передачи блока аттенюаторов 9 устанавливается минимальным. С увеличением q напряжение помех на выходе усилителя-ограничителя 3 и, следовательно, сумматора 18 уменьшается в соответствии с соотношением

где U_п - напряжение помех на выходах усилителей-ограничителей;

U_∑ - напряжение на выходе сумматора;

m - количество узкополосных фильтров в наборе 5,

или

где при выбранных значениях m и d.

Если коэффициент передачи блока аттенюаторов 9 изменять пропорционально величине , то зависимость уровня сигнала на выходах блока аттенюаторов 9 от величины q будет, с учетом соотношения (1), линейной.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет "лианеризовать" амплитудную характеристику каналов, то есть обеспечить линейное усиление сигналов в "сигнальном" канале и постоянство уровня помехи в "помеховых" каналах. Включенный между блоком с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением 9 и пороговыми схемами 21 блок с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением 17 с большой постоянной времени регулирования, осуществляет нормирование на входе пороговых схем уровней помех (флуктуационных и сосредоточенных), длительность которых существенно превышает длительность сигнала, обеспечивая тем самым заданную вероятность ложной тревоги Р_лт.

Выигрыш (в децибелах), получаемый при использовании заявляемого устройства в условиях присутствия на его входе флуктуационной помехи, структурной помехи и совпадающего с ней по частоте полезного сигнала, можно оценить из соотношения (4)

где q_стр - отношение уровней структурной и флуктуационной помех:

q_сигн - отношение уровня суммы сигнала и структурной у сиги помехи к уровню флуктуационной помехи.

Зависимость М от величины q_сигн для различных значений q_стр приведена на фиг.4.

Следует отметить, что ″линеаризация″ каналов позволяет устранить влияние эффекта подавления в ограничителе слабого сигнала сильным. В связи с этим набор узкополосных фильтров, используемых в устройстве-прототипе в качестве входных фильтров канала кодовых сигналов, может быть заменен на более простой широкополосный фильтр,. полоса пропускания которого равна общей (суммарной) полосе узкополосных фильтров, а коммутирующий блок и соответствующие связи с ним, имеющиеся в канале кодовых сигналов устройства-прототипа, могут быть исключены.

Блоки с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением 9, 16 могут быть выполнены, например, в виде набора регулируемых усилителей или аттенюаторов с электронным управлением [1]. Блоки с набором автоматически регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением могут быть выполнены, например, в виде набора независимых систем с АРУ с обратным действием (обратной связью) с большой постоянной времени регулирования [1].

Блоки выбора максимума находят широкое применение при решении различных задач в системах связи [2], [3].

Все операции, производимые над сигналом в схеме, изображенной на фиг.3, могут быть также выполнены программным методом при использовании для обработки сигналов ЭВМ или иных средств ЦВТ.

Формула изобретения

Устройство для приема сигналов гидроакустической кодовой связи, содержащее канал пилот-сигнала, состоящий из последовательно соединенных входного фильтра, усилителя-ограничителя и блока узкополосных фильтров, а также последовательно соединенных порогового блока, блока памяти и логического блока, и канал кодовых сигналов, состоящий из последовательно соединенных входного фильтра, усилителя-ограничителя и блока узкополосных фильтров, а также последовательно соединенных порогового блока, блока памяти, блока элементов совпадений и регистрирующего блока, причем выходы логического блока канала пилот-сигнала подключены к другим входам блока элементов совпадений канала кодовых сигналов, а объединенные входы входных фильтров обоих каналов являются входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема сигналов в условиях действия флуктуационных и сосредоточенных помех, в каждый из каналов введены между выходами блока узкополосных фильтров и входами порогового блока последовательно соединенные блок с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением и блок с набором регулируемых аттенюаторов с раздельным управлением, а также блок выбора максимума напряжения, m ключей и сумматор, выход которого подключен к управляющему входу блока с набором регулируемых аттенюаторов с общим управлением, выходы блока узкополосных фильтров подключены ко входам m ключей и к соответствующим входам блока выбора максимума напряжения, выходы которого подключены к управляющим входам m ключей, выходы которых подключены ко входам сумматора.

РИСУНКИ