Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных сигналов с бинарным значением фазы. Радиоприемное устройство содержит нелинейный элемент, блок регистрации и последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и усилитель промежуточной частоты. Введены решающий блок, сумматор и n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения сигналов на фоне шума и узкополосных помех. 2 ил. 
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов с бинарным значением фазы.
Задача обнаружения таких сигналов при отсутствии априорных сведений о законе манипуляции фазы является весьма сложной. Такая задача возникает при радиотехнической разведке сложных сигналов, при радиотехническом контроле РЭС со сложными сигналами и в каналах синхронизации по несущей приемных устройств радиолиний со сложными сигналами.
Известные устройства для обнаружения сигналов на фоне шума и помех основаны:
- на использовании различия между автокорреляционными функциями широкополосных сигналов и узкополосных помех патент (США №3656097, 340-5, 1969);
- на использовании теории проверки сложных гипотез в сочетании с принципом контраста (Чугунов А.А. Обнаружение сигнала с гребенчатой структурой энергетического спектра на фоне узкополосных помех. Известия ЛЭТИ, 1975, вып. 174);
- на нелинейном преобразовании принимаемого ФМн сигнала и фильтрации его второй гармоники (авт. св. №211599, Н 04 В 1/06, 1967 - прототип);
- на использовании статистической связи между участками спектра широкополосного сигнала и отсутствием таковой у суммы узкополосных помех;
- на обработке выборки фазовых отсчетов (Савинов В.А. Цифровое устройство для обнаружения и грубого измерения частоты сигнала. Труды МАИ, 1970, вып. 201);
- на использовании структурного различия широкополосных сигналов и шумов (Кирилин С.А. и др. Двухканальный корреляционный приемник для обнаружения слабых широкополосных сигналов. Труды 16 ЦНИИС МО, 1968 №5 (274);
- на использовании метода счета нулей при переходе мгновенного значения смеси сигнала и шума через нулевой уровень (авт. св. №385387, Н 03 D 3/04, 1971; Захаров Ю.С., Тихомиров В.П. Обнаружение и измерение частоты слабого сигнала, скрытого шумами, методом счета нулей. Известия Вузов "Радиотехника", 1964 №5);
- на использовании статистики, образованной суммой рангов (Акимов П.Е., Ефремов B.C. Характеристики рангового последовательного многоканального обнаружителя. Известия Вузов "Радиоэлектроника", 1976 №4, стр.5-9);
- на использовании структурных свойств бинарно-квантованных сигналов (авт. св. №309326, G 01 S 7/28, 1970; авт. св. №540230, G 01 S 7/28, 1974, патент США №3702475, 343-73, 1972);
- на использовании принципа максимального правдоподобия (Каган А.М., Пусь В.В. Инвариантное обнаружение сигнала приемным устройством моноимпульсной РЛС. "Радиотехника и электроника", 1976 №11, стр.2315, патент США №3815028, 325-320, 1974).
Недостатком известных устройств является невысокая помехоустойчивость при обнаружении сигнала на фоне шума и мощных узкополосных помех.
Из известных устройств для обнаружения радиосигналов на фоне шума и узкополосных помех наиболее близким к предлагаемому устройству является "Радиоприемное устройства для обнаружения широкополосных сигналов с кодо-фазовой модуляцией" (авт. св. №211599, Н 04 В 1/06, 1967).
Структурная схема данного устройства представлена на фиг.1. где обозначено:
1 - преселектор;
2 - преобразователь частоты;
3 - усилитель промежуточной частоты;
4 - анализатор спектра первых гармоник;
5 - блок, вычисляющий значения вторых гармоник узкополосных помех;
6 - нелинейный элемент с квадратичной характеристикой;
7 - анализатор спектра вторых гармоник;
8 - блок регистрации.
Преселектор 1, преобразователь частоты 2, усилитель промежуточной частоты 3, анализатор спектра первых гармоник 4, вычислитель вторых гармоник 5 и блок регистрации 8 соединены последовательно.
К выходу усилителя промежуточной частоты 3 подключен нелинейный элемент 6, через анализатор спектра вторых гармоник 7 соединенный с входом блока регистрации 8.
В преселекторе 1, преобразователе частоты 2 и усилителе промежуточной частоты 3 производится усиление и частотная фильтрация сигналов и помех в заданном диапазоне.
С выхода усилителя промежуточной частоты 3 сигнал подается на вход анализатора спектра первых гармоник 4, где производится спектральный анализ колебаний и определяются значения частот несущих узкополосных помех, которые передаются в вычислитель вторых гармоник 5. В блоке 5 вычисляются значения вторых гармоник несущих узкополосных помех и подаются в блок регистрации 8.
Одновременно сигнал с выхода усилителя промежуточной частоты 3 подается на нелинейный элемент 6, где происходит возведение сигнала в квадрат. Полученные колебания подаются в анализатор спектра вторых гармоник 7, где определяются значения частот всех дискретных составляющих спектра, которые поступают затем в блок регистрации 8.
В блоке регистрации 8 производится обнаружение сигнала, если из анализатора 7 поступает значение частоты дискретной составляющей, не совпадающее с вычисленными в вычислителе 5.
ФМн широкополосный сигнал не имеет явно выраженной несущей в спектре, поэтому он не обнаруживается анализатором 4 спектра первых гармоник. После нелинейного преобразования образуется немодулированная вторая гармоника, которая обнаруживается анализатором 7 и частота которой не совпадает с частотами вторых гармоник узкополосных помех.
Так как в нелинейном элементе сумма сигнала, шума и помех возводится в квадрат, количество помеховых составляющих в выходном сигнале увеличивается за счет взаимных произведений сигнала, шума и помех.
Устройство-прототип имеет следующие недостатки.
1. При обнаружении сигнала, частота несущей которого совпадает (в пределах разрешающей способности анализатора 4) с частотой несущей узкополосной помехи или с половиной суммы частот несущих любых двух узкополосных помех, происходит достоверный пропуск сигнала. Вторая гармоника сигнала принимается в этом случае за вторую гармонику помехи.
2. При обнаружении периодического сигнала, имеющего дискретный спектр, так же происходит пропуск, поскольку вторая гармоника сигнала принимается за вторую гармонику, образованную узкополосными помехами.
3. Каждая узкополосная помеха приводит к повышению общего уровня шума после нелинейного элемента 6 за счет добавления шума, образующегося при перемножении входного шума на узкополосную помеху.
4. Каждая узкополосная помеха повышает общий уровень помех на выходе нелинейного элемента, так как узкополосная помеха сдвигает спектр сигнала в область частот вторых гармоник, где сигнал выступает в роли помехи для анализатора 7.
5. Нелинейная обработка в широкой полосе частот приводит к высокому уровню шума после нелинейного элемента.
6. Мощная узкополосная помеха приводит к подавлению слабого сигнала при нелинейной обработке.
Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения фазоманипулированных сигналов на фоне шумовых и узкополосных помех при неизвестном законе фазовой манипуляции.
Поставленная цель достается тем, что известное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и усилитель промежуточной частоты, а также нелинейный элемент и блок регистрации, снабжено решающим блоком, сумматором и n каналами обработки сигнала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра, ключа и двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, при этом выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из n входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, входы полосовых фильтров соединены с выходом усилителя промежуточной частоты, а выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен со входом блока регистрации, причем полосовые фильтры каждого канала симметрично отстроены по частоте от центральной частоты полосы обработки.
Принцип работы предлагаемого устройства основан на раздельной нелинейной обработке колебаний из n участков спектра и последующем суммировании выходных сигналов каналов. Для сигнала такая обработка эквивалентна обработке в устройстве-прототипе, если частота несущей совпадает с центральной частотой fo полосы обработки.
В каждом i-м канале параллельно включены два полосовых фильтра, имеющих полосы пропускания 
F. Их центральные частоты расположены симметрично относительно центральной частоты 
полосы обработки и равны 
и 
, где выходные сигналы полосовых фильтров перемножаются в нелинейном элементе и фильтруются в узкополосном фильтре, частота настройки которого равна 2fo.
Выходные сигналы узкополосных фильтров суммируются в сумматоре, в результате чего образуется вторая гармоника сигнала, частота несущей которого равна iо. Вторая гармоника сигнала обнаруживается блоком регистрации.
Канал, в который попадает мощная узкополосная помеха (результат перемножения двух узкополосных помех) отключается решающим блоком от сумматора. В решающем блоке наличие помехи определяется по значительному превышению уровня сигнала в канале среднего по каналам уровня.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения:
1 - преселектор;
2 - преобразователь частоты;
3 - усилитель промежуточной частоты;
4, 5 - полосовые фильтры i-го канала;
6 - нелинейный элемент i-го канала;
7 - узкополосный фильтр i-го канала;
8 - детектор огибающей i-го канала;
9 - ключ i-го канала;.
10 - решающий блок;
11 - сумматор;
12 - блок регистрации.
Преселектор 1, преобразователь частоты 2 и усилитель промежуточной частоты 3 соединены последовательно.
Выход усилителя промежуточной частоты 3 соединен со входами полосовых фильтров 4i , 5i выходы которых подключены к входам нелинейных элементов 6i.
Нелинейные элементы 6i, узкополосные фильтры 7i и ключи 9 i включены последовательно.
Выходы узкополосных фильтров 7i через детекторы огибающей 8i подключены к входам решающего блока 10, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 9i. Выходы ключей 9i соединены с входами сумматора 11, вход которого соединен с блоком регистрации 12.
В преселекторе 1, преобразователе частоты 2 и усилителе промежуточной частоты 3 производится линейная фильтрация принимаемых сигналов. За счет изменении частоты гетеродина в преобразователе частоты 2 осуществляется перестройка по частоте в диапазоне поиска. С выхода усилителя промежуточной частоты 3 сигналы подаются на входы полосовых фильтров 4i, 5i, каждый из которых выделяет сигналы в относительно узкой полосе частот. Выходные сигналы полосовых фильтров 4i, 5i подаются в нелинейные элементы 6i, где перемножаются и затем фильтруются в узкополосных фильтрах 7i.
С выходов узкополосных фильтров 7i сигналы через ключи 9, подаются на входы сумматора 11, с выхода которого сумма сигналов поступает в регистратор 12, где ее уровень сравнивается с порогом. При превышении порога фиксируется обнаружение сигнала.
С выходов узкополосных фильтров 7i сигналы подаются также на детекторы огибающей 8i, в которых выделяются огибающие сигналов, подаваемые на входы решающего блока 10. В решающем блоке 10 сравниваются уровни сигналов всех n каналов и для каналов, в которых уровни сигналов значительно превышают средний по каналам уровень, вырабатывается управляющий сигнал, подаваемый на ключи 9i этих каналов, вследствие чего ключи размыкаются и соответствующие каналы отключаются от сумматора 11.
Предлагаемое устройство имеет следующие отличия от устройства-прототипа.
1. Нет достоверных пропусков сигнала, частота несущей которого совпадает с частотой несущей узкополосной помехи или о половиной суммы частот несущих двух узкополосных помех, так как не производится анализ спектра первых гармоник.
2. Не пропускается периодический сигнал с дискретным спектром, так как исключен анализ спектра первых гармоник.
3. Общий уровень шума и помех меньше, так как нелинейная обработка производится в узкополосных каналах.
4. Мощная узкополосная помеха приводит к подавлению только части (в одном из n каналов) слабого сигнала, а не всего, как в прототипе.
5. Снижается вероятность ложных обнаружений, так как вторые гармоники узкополосных помех вообще не образуются (нет возведения в квадрат), а комбинационные помехи, образующиеся при перемножении узкополосных помех, подавляются (отключается канал, в котором появилась помеха).
Количественный выигрыш в помехоустойчивости существенно зависит от уровня и количества помеховых составляющих.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить помехоустойчивость и достоверность обнаружения широкополосных сигналов с неизвестным законом фазовой манипуляции на фоне шума и узкополосных помех.
Формула изобретения
Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее нелинейный элемент, блок регистрации и последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и усилитель промежуточной частоты (УПЧ), отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и достоверности обнаружения сигналов на фоне шума и узкополосных помех, введены решающий блок, сумматор и n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, причем выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, входы полосовых фильтров соединены с выходом УПЧ, а выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом блока регистрации.
РИСУНКИ
