Устройство поиска и обнаружения шумоподобного сигнала

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами. Техническим результатом является повышение точности обнаружения и слежения за несущей частотой входного сигнала и уменьшение времени синхронизации по несущей частоте. Устройство содержит управляемый генератор псевдослучайных последовательностей (ПСП), перемножители с видеочастотными входами, смесители, накопители, блок принятия решений, управляемый синтезатор частот, управляемый генератор опорных ПСП, блок временного сжатия, перестраиваемый интегратор, блок управления частотной автоподстройкой. Применение одного перестраиваемого интегратора в корреляторе позволяет исключить нестабильность параметров канала на точность подстройки, что значительно увеличивает точности подстройки частоты. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в радиотехнических системах связи с шумоподобными сигналами.

Известна приемная аппаратура, в которой для поиска и обнаружения шумоподобных сигналов используются системы автоматической подстройки частоты и фазы (АПЧ и ФАП). Такие устройства описаны, например, в книгах: "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б.Пестрякова, из-во Сов. радио, 1973 г.; "Статистическая теория приема сложных сигналов". Г.И.Тузов, из-во Сов. радио, 1977 г., а также в патенте США №384635 "Корреляционный приемник с быстрым обнаружением частоты времени и фазы".

Однако эти устройства обладают существенными недостатками: большой сложностью практической реализации систем ФАП и ЧАП, их инерционностью, ограниченной полосой захвата, а также в ряде случаев низкой точностью определения несущей частоты в режиме поиска.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является устройство поиска шумоподобного сигнала, которое выбрано в качестве прототипа.

Блок-схема прототипа представлена на фиг.1 со следующими обозначениями:

1 - регистр сдвига;

2 - перемножитель;

3 - интегратор;

4 - амплитудный детектор;

5 - сдвигающий триггер;

6л, - 6ц, 6п - схемы выбора максимальных значений сигнала;

7, 11 - схемы сравнения;

8 - ключи;

9 - формирователь порога;

10 - сумматор;

12 - управляемый делитель точной ФАП;

13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП;

14 - устройство управления работой грубой и точной ФАП;

15 - генератор псевдослучайных последовательностей (ГПСП);

16 - схема управления перестройкой ГПСП;

17 - опорный генератор тактовых импульсов;

18 - схема принятия решения;

19 - реверсивный счетчик ФАП;

20 - цифроаналоговый преобразователь ЦАПФ;

21 - делитель строб-импульсов;

22 - дискретная линия задержки;

23 - интегратор со сбросом;

24 - электронный коммутатор;

25 - схема сравнения;

26 - реверсивный счетчик частотной автоподстройки частоты;

27 - цифроаналоговый преобразователь ЦАПЧ;

28 - управляемый кварцевый генератор;

29, 30 - смеситель;

31 - синтезатор частот;

32 - кварцевый генератор.

Для выделения связей и блоков, существенных для предлагаемого изобретения, а также учитывая, что отдельные блоки и узлы выполняют аналогичные функции, укрупним узлы прототипа, представленного на фиг.1.

Регистр сдвига - 1, сдвигающий триггер - 5, генератор ПСП - 15, управляемые делители точной - 12 и грубой - 13 фазовой автоподстроки, устройство управления работой точной и грубой ФАП - 14, схема управления перестройкой ГПСП - 16, опорный генератор тактовых импульсов - 17, реверсивный счетчик ФАП - 19, цифроаналоговый преобразователь - 20, делитель строб-импульсов - 21 и дискретная линия задержки - 22 в целом выполняют функцию формирования опорных ПСП и подстройку их фазы по командам с решающей схемы.

Перечисленные функционально-связанные блоки объединены в один блок - управляемый генератор ПСП. Интегратор - 3, амплитудный детектор - 4, интегратор со сбросом - 23, выполняющие функцию накопления "свернутого" шумоподобного сигнала объединены в каждом корреляционном канале в один блок - накопитель со сбросом. Схема выбора максимальных значений - 6, схемы сравнения 7, 11, ключи - 8, формирователь порога - 9, сумматор - 10 и схема принятия решения - 18, выполняющие в целом функцию формирования команд управления, объединены в блок принятия решений. Электронный коммутатор - 24, управляемый кварцевый генератор - 28, смеситель - 29, синтезатор частот - 31, кварцевый генератор - 32, выполняющие функцию формирования и подстройки частоты опорного сигнала для корреляторов, объединены в блок управляемого синтезатора частот. Схема сравнения - 25, реверсивный счетчик частотной автоподстройки - 26, цифроаналоговый преобразователь - 27, выполняющие функцию формирования сигнала ошибки по несущей частоте входного сигнала объединены в блоке формирования сигнала ошибки.

Блок-схема укрупненного прототипа показана на фиг.2 со следующими обозначениями:

1 - управляемый генератор опорных ПСП;

2 - перемножитель;

3 - управляемый синтезатор частот;

4 - смеситель;

5 - накопитель со сбросом;

6 - формирователь сигнала ошибки;

7 - блок принятия решений.

Устройство имеет следующие функциональные связи.

Входной шумоподобный сигнал поступает на один из входов блока принятия решений и на радиочастотные входы перемножителей 2, выходы которых через смесители 4 и накопители со сбросом 5 соединены с входами блока принятия решений 7, выходы которого соединены с входом управляемого синтезатора частот 3 и входом управляемого генератора опорных ПСП, выходы которого соединены с видеочастотными входами перемножителей 2 корреляционных каналов, выходы устройства формирования сигнала ошибки 6 соединены с выходами крайних накопителей со сбросом 5 центрального корреляционного канала, а выход формирователя сигнала ошибки 6 через управляемый синтезатор частот 3 соединен с гетеродинными входами смесителей 4.

Устройство (прототип) работает следующим образом. Входной шумоподобный сигнал подается на радиочастотные входы перемножителей 2 корреляционных каналов, на видеочастотные входы которых поступают ПСП с управляемого генератора 1 сдвинутые на τ_о для правых и левых групп корреляторов и на для центральной группы корреляторов, где τ_о - длительность элементарного импульса генератора ПСП.

С выхода каждого корреляционного канала, состоящего из перемножителя 2, смесителя 4 и накопителя со сбросом 5 сигналы поступают на блок принятия решений 7, в котором максимальный сигнал каждой группы сравнивается с порогом. В режиме поиска, до тех пор пока сигнал ни с одного из корреляторов не превысит порог, происходит перестройка опорных сигналов по несущей частоте в диапазоне неопределенности несущей частоты входного шумоподобного сигнала и по задержке в пределах периода ПСП. Сдвиг опорных сигналов по задержке осуществляется управляемым генератором ПСП-1, а по частоте - управляемым синтезатором частот 3, по командам с блока 7.

В режиме обнаружения происходит превышение какого-либо сигнала с выходов корреляторов над порогом. В зависимости от того, в каком из каналов обнаружен сигнал, блок принятия решений 7 вырабатывает сигнал для управляемого генератора ПСП-1, который изменяет фазу опорных ПСП до тех пор, пока сигнал не будет обнаружен в центральном корреляционном канале. В этом случае блок 1 переходит в режим точной подстройки фазы опорных ПСП, осуществляемой по сигналам с блока принятия решений 7, которые формируются на основе сравнения сигналов левого и правого каналов центральной группы. Одновременно происходит подстройка несущей частоты входного сигнала. В зависимости от соотношения между сигналами Е и О с крайних накопителей со сбросом 5 центрального корреляционного канала блок формирователя сигнала ошибки 6 вырабатывает сигнал, по которому частота выходного сигнала управляемого синтезатора частот 3 изменяется на величину +ΔF или -ΔF. Точность определения и слежения за частотой определяется разностью амплитудно-частотных характеристик накопителей со сбросом 5 и крутизной преобразования в формирователе сигнала ошибки 6, которая определяет шаг подстройки по частоте ΔF.

Для увеличения точности слежения за несущей частотой входного сигнала величину ΔF необходимо уменьшать, однако при этом максимальное время ввода системы в синхронизм по частоте, которое равно Т _н ΔF_o/ΔF, где, ΔF_o - диапазон неопределенности несущей частоты входного сигнала, Т_н - время интегрирования в корреляторе, значительно увеличивается. Улучшение точности определения несущей частоты входного сигнала и слежение за ней в режиме обнаружения необходимо для повышения достоверности приема информации, поскольку определяемые в синхроканалах параметры входного сигнала (несущая частота и задержка) используются в приемном устройстве как опорные.

Кроме этого, повышение точности определения несущей частоты шумоподобного сигнала важно для систем радиоразведки.

Основными недостатками прототипа являются низкая точность обнаружения и слежения за несущей частотой входного сигнала и большое время ввода системы в синхронизм по несущей частоте. Это объясняется тем, что в прототипе подстройка по частоте входного сигнала осуществляется на основании сравнения выходных сигналов двух накопителей со сбросом, амплитудно-частотные характеристики которых отличаются вследствие невозможности практической реализации совершенно идентичных каналов и обеспечения стабильности их АЧХ, и могут изменяться за счет воздействия различных дестабилизирующих факторов (изменения температуры окружающей среды, старения элементной базы и т.д.). Кроме того, точность подстройки ограничивается конечным шагом перестройки ΔF и не может быть меньше этой величины, которая, в свою очередь, не может быть уменьшена без существенного увеличения времени ввода в синхронизм.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности обнаружения и слежения за несущей частотой входного сигнала и уменьшений времени ввода в синхронизм по частоте.

Это достигается тем, что в устройство поиска шумоподобного сигнала (в прототип), содержащее управляемый генератор опорных ПСП, перемножители, управляемый синтезатор частот, смесители, накопители со сбросом, блок принятия решений введены устройство временного сжатия, перестраиваемый интегратор, устройство управления частотной автоподстройкой.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.3 со следующими обозначениями:

1 - управляемый генератор опорных ПСП;

2 - перемножитель;

3 - управляемый синтезатор частот;

4 - смеситель;

5 - накопитель со сбросом;

7 - блок принятия решений;

8 - устройство временного сжатия;

9 - перестраиваемый интегратор;

10 - устройство управления частотной автоподстройкой.

Устройство имеет следующие функциональные связи. Входной шумоподобный сигнал поступает на вход устройства, который соединен с блоком принятия решений 7 и с радиочастотными входами перемножителей 2, выходы которых соединены с сигнальными входами смесителей 4, выходы которых, кроме одного, соединены через накопители со сбросом 5 со входами блока принятия решений 7, один выход которого соединен с входом управляемого синтезатора частот 3, а другой выход - с управляемым генератором опорных ПСП-1, выходы которого соединены с видеочастотными входами перемножителей 2, а выход смесителя центрального корреляционного канала 4 через устройство временного сжатия 8 соединен с входом перестраиваемого интегратора 9, выход которого соединен с входом блока принятия решений 7 и входом устройства управления частотной автоподстройкой 10, выход которого соединен с входом управляемого синтезатора частот 3, подключенного к гетеродинным входам смесителей 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Поиск входного сигнала по задержке в пределах периода ПСП и по частоте в диапазоне неопределенности несущей частоты входного сигнала осуществляется до тех пор, пока не произойдет превышение сигнала с выхода какого-либо коррелятора над порогом в блоке 7. При этом по команде с блока 7 блоком 1 осуществляется подстройка опорных сигналов по задержке с шагом τ_о, если сигнал обнаружен в правой или левой группе корреляторов, до тех пор, пока он не будет обнаружен в центральной группе корреляторов. В последнем случае блок 1 осуществляет точную подстройку по задержке с шагом до тех пор, пока сигнал не будет обнаружен в центральном корреляторе центральной группы корреляционных каналов. При этом начинается подстройка входного сигнала по частоте. В отличие от прототипа для подстройки по частоте используется сигнал с выхода смесителя только центрального корреляционного канала. Этот сигнал поступает на устройство временного сжатия, осуществляющего запись входного сигнала и последующее считывание его с более высокой скоростью. Время накопления (время записи) равно Т _н, а время считывания сжатой во времени копии сигнала равно Т_с, таким образом за время Т _н происходит Тн/Тс циклов считывания сжатого сигнала. Сжатый сигнал поступает на перестраиваемый интегратор, на котором происходит накопление его на различных частотах. Так за время (0; Т _с) сигнал накапливается в интеграторе на частоте f _o, за время (Т_c; 2Т _с) - на частоте f_o+Δf и т.д. Далее накопленный сигнал поступает на блок принятия решений 7 и на устройство управления частотной автоподстройкой 10, в которой на основании сравнения сигналов, поступающих с перестраиваемого интегратора за время Т_н , формируется управляющее напряжение, пропорциональное отклонению частоты входного сигнала от выбранной опорной частоты f _о+KΔf, где K - номер выбранной опорной частоты. Работа устройства управления частотной автоподстройкой осуществляется в два этапа. Сначала определяется номер частоты i, на которой произошло максимальное накопление сигнала и вырабатывается сигнал управления, пропорциональный величине i-K, по которому частота входного сигнала смещается таким образом, что максимальный сигнал накапливается на частоте f_o+KΔf. На втором этапе происходит точная подстройка частоты входного сигнала до частоты f_o+KΔf. Для этого сравниваются сигналы с выхода перестраиваемого интегратора 9 на частотах f_o+(K-1)Δf и f_o+(K+1)Δf и формируется сигнал управления, по которому частота смещается блоком 3 таким образом, что накопленные сигналы на частотах f_o+(K-1)Δf и f_o+(K+1)Δf уравниваются по величине. Последнее обстоятельство указывает на то, что частота входного сигнала равна среднеарифметической между частотами f_o+(K-1)Δf и f_o+(K+1)Δf, т.е. равна f_o+KΔf.

Точность подстройки частоты при таком способе формирования сигнала ошибки может быть весьма большой, поскольку применение одного перестраиваемого интегратора в корреляторе позволяет исключить влияние нестабильностей параметров этого канала на точность подстройки. Кроме того, отсутствует неопределенность частоты в пределах шага подстройки, как это было в прототипе.

Время ввода системы в синхронизм по несущей частоте может быть существенно меньшим, чем в прототипе, поскольку при выбранном алгоритме двухэтапной подстройки это время не зависит от начальной расстройки несущей частоты от опорной и практически может быть равным двум интервалам накопления "свернутого" входного сигнала (2 Т_н).

Формула изобретения

Устройство поиска и обнаружения шумоподобного сигнала, содержащее управляемый генератор опорных псевдослучайных последовательностей (ПСП), выходы которого подключены к видеочастотным входам перемножителей, выходы которого, кроме одного, через смесители и накопители со сбросом подключены ко входам блока принятия решений, один выход которого соединен с управляющие входом управляемого синтезатора частот, а другой выход - с управляемым входом управляемого генератора опорных ПСП, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обнаружения и слежения за несущей частотой входного сигнала и уменьшения времени синхронизации по несущей частоте, введены блок временного сжатия, перестраиваемый интегратор и блок управления частотной автоподстройкой, при этом выход смесителя центрального корреляционого канала через блок временного сжатия и перестраиваемый интегратор подключен к соответствующим входам блока принятия решений и блока управления частотной автоподстройкой, выход которого подключен ко входу управляемого синтезатора частот.

РИСУНКИ