Способ привязки шкалы времени

 

Использование: в радиоэлектронике, при измерении интервалов времени в различного рода измерительной аппаратуре. Сущность изобретения: способ привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной фазой, при котором осуществляют первое преобразование радиосигнала путем изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180° на заданном участке переднего фронта радиоимпульса на заданном периоде сигнала несущей частоты, производят бинарное квантование и накопление первого преобразованного радиосигнала в моменты времени, соответствующие квадратуре к нулям фазы сигнала несущей частоты и находящиеся один относительно другого на временном интервале, равном периоду сигнала несущей частоты, сравнивают знаки накопленных бинарно-квантованных сигналов с заданными знаками преобразованного сигнала для заданного периода сигнала несущей частоты, одновременно с первым преобразованием производят второе преобразование радиосигнала путем изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180° в момент времени, смещенный на период сигнала несущей частоты относительно момента времени изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180° первого преобразованного сигнала, производят бинарное квантование и накапливают каждый из бинарно-квантованных сигналов в моменты времени, соответствующие квадратуре к нулям фазы сигнала несущей частоты с интервалом времени между основным и дополнительным квантующими импульсами, равным половине периода сигнала несущей частоты, причем основные квантующие импульсы смещены один относительно другого на интервал времени, равный периоду сигнала несущей частоты, а дополнительные квантующие импульсы расположены в середине интервала времени между основными квантующими импульсами, сравнивают знаки бинарно-квантованных сигналов в моменты времени, соответствующие основным квантующим импульсам, с заданными знаками соответствующих преобразованных сигналов на заданном периоде сигнала несущей частоты, а накопленные бинарно-квантованные сигналы в моменты времени, соответствующие дополнительным квантующим импульсам, суммируют при соответствии заданным знакам знаков накопленных сигналов в моменты, соответствующие основным квантованным импульсам, сравнивают абсолютные значения этих сигналов с абсолютным значением суммарного сигнала и при уровне суммарного сигнала, меньшем каждого из накопленных бинарно-квантованных сигналов по основным квантующим импульсам, принимают период сигнала несущей частоты, соответствующий моментам квантования, за искомый, а момент перехода через ноль сигнала несущей частоты на этом периоде принимают за момент привязки шкалы времени к принятому импульсному радиосигналу. Цель изобретения - сокращение времени привязки шкалы времени при высоком уровне помех. 2 ил.

Изобретение относится к синхронизации часов с независимым приводом с помощью радиотехнических средств и может быть использовано для привязки местной (бортовой) шкалы времени к импульсному периодическому сигналу, а также может быть использовано при измерении интервалов времени в различного рода измерительной аппаратуре.

В аппаратуре измерения времени, в измерителях временных интервалов в процессе измерения производится привязка местной шкалы времени к сигналу, отмечающему начало (конец) измеряемого интервала, т. е. начало (конец) отсчета времени.

Известны аналоговые способы привязки времени к заданной точке - моменту пересечения фронтом импульса заданного уровня. Обладающий повышенной точностью известный аналоговый способ привязки времени к фронту импульсного сигнала основан на фиксации моментов пересечения фронтом импульса ряда заданных пороговых уровней с последующим усреднением зафиксированных отсчетов времени, полученных для ряда уровней.

Недостаток всех аналоговых способов в том, что изменение уровня импульсного сигнала ведет к ошибке отсчета его временного положения, следовательно, для обеспечения точной привязки времени необходимо поддерживать уровень анализируемого импульсного сигнала с высокой точностью. Поэтому при изменении уровня сигнала в широком диапазоне (10⁴-10⁵ раз) необходимо иметь приемное устройство с таким же динамическим диапазоном, снабженное системой АРУ, причем к системе АРУ предъявляются чрезвычайно высокие требования по фазовой стабильности, выполнение которых затруднительно.

Известны цифровые способы привязки, в которых использование АРУ не требуется. В цифровых способах используется жесткое (предельное) симметричное ограничение принимаемого сигнала. Они широко используются при привязке местной (бортовой) шкалы времени к радиоимпульсным сигналам, в которых фаза высокочастотного заполнения (фаза несущей) жестко связана с огибающей импульса. В таких сигналах точка привязки, так называемая "особая" точка огибающей, находится в пределах определенного (заданного) периода высокочастотного заполнения, а за момент точной привязки принимается переход через нулевой уровень (т.е. "ноль") указанного периода заполнения, находящегося в районе "особой" точки. В процессе привязки этот период является искомым. Слежение за переходом через ноль (за фазой) высокочастотного заполнения сигнала осуществляется известными устройствами с высокой точностью (порядка 1 - 3 градуса). Наиболее сложным, определяющим точность в процессе привязки шкалы времени к радиоимпульсному сигналу, является опознавание заданного (искомого) периода высокочастотного заполнения; ошибка же опознавания только на один период ухудшает точность привязки в 100 и более раз.

Известен цифровой способ привязки, обеспечивающий опознавание заданного периода высокочастотного заполнения при известной фазе частоты заполнения (несущей). Он является аналогом, наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, и принят за прототип.

В способе-прототипе предварительно преобразуют, например, путем дифференцирования форму входного радиоимпульсного сигнала так, чтобы в районе переднего фронта радиоимульса на заданном периоде высокочастотного заполнения (несущей) формировалась так называемая "особая" точка. В "особой" точке фаза высокочастотного заполнения изменяется скачком на 180 градусов (см. фиг.1b заявки), мгновенное значение сигнала в этой точке равно нулю, а уровень сигнала справа (позже) и слева (раньше) от "особой" точки возрастает. Причем в окрестности "особой" точки уровень огибающей сигнала возрастает по мере удаления от "особой" точки практически пропорционально удалению, т.е. пропорциональное времени U=kt (см.фиг.1b заявки).

Преобразованный сигнал ограничивают (фиг.1с) и производят бинарное квантование в двух точках (а_о, b_о), расположенных с интервалом, равным периоду высокочастотного заполнения, и находящихся в квадратуре к нулям фазы высокочастотного заполнения (т.е.расположенных в максимумах высокочастотного сигнала (несущей), со сдвигом 90 градусов по отношению к точкам нуля фазы) (см.фиг.1а, в, с, n, о, р).

Производят накопление бинарно квантованных выборок сигнала (смеси сигнала и шума) по каждой точке а_о, b_о, квантования отдельно и после превышения уровнем накопленного сигнала Nа_о, Nb_о некоторого порогового уровня фиксируют знак сигнала, накопленного в соответствующей точке. По знакам сигналов, накопленных в обеих точках, судят о положении точек а_о, b_о квантования относительно "особой" точки, т. е. относительно искомого периода несущей. Если точки а_о, b_о квантования расположены на заданном периоде высокочастотного заполнения, т.е. указанная "особая" точка импульса находится между ними (см.фиг.1b, с 1n), то знаки результатов накопления выборок по точкам квантования различны (-, +); если же обе точки квантования смещены на период (или более, т.е. на 2,3...периода) в ту или иную сторону от искомого периода и находятся по одну сторону от "особой" точки, то знаки накопленных сигналов одинаковые (например, см.фиг.1р,о слева - ("-, -"), справа - ("+, +"). При этом знак накопления по двум точкам "-" или "+" однозначно указывает на необходимое направление смещения точек квантования для того, чтобы они оказались на искомом (заданном) периоде сигнала.

Этот известный способ опознавания заданного периода и привязки местной шкалы времени к периоду несущей радиосигнала имеет преимущество перед остальными - он легко реализуется устройствами, выполненными на цифровых элементах, не требует системы АРУ даже при динамическом диапазоне изменения уровня сигнала порядка 10⁴ -10⁵ раз и более, легко автоматизируется.

Недостатки способа-прототипа проявляются при высоком уровне помех (мaлом соотношении сигнала-помеха) и особенно при имеющих место в реальных условиях изменениях - искажениях формы радиосигнала, вызываемых действием возмущающих факторов (условий распространения и т.п.). При малом соотношении сигнал - помеха эффективность накопления бинарно квантованных выборок смеси сигнал-помеха падает, снижается скорость накопления. Поэтому для превышения накопленным сигналом заданного порогового уровня (в процессе принятия решения) требуется увеличивать время накопления, т.е. увеличивать время анализа по мере уменьшения соотношения сигнал - помеха.

Цель изобретения - сокращение времени привязки шкалы времени при высоком уровне помех.

Сущность предложения: способ привязки шкалы времени к импульсному радиосигналу с известной фазой, основанный на фиксации перехода через ноль заданного периода несущей частоты, опознаваемого путем преобразования принимаемого радиоимпульсного сигнала и формирования сигнала с "особой" точкой на искомом периоде несущей, находящемся на заданном участке фронта радиоимпульса, последующего бинарного квантования преобразованного сигнала в двух точках, расположенных в квадратуре к нулям фазы несущей, а между собой на временном интервале, равном периоду несущей, одна относительно другой, на сравнении знаков накапливаемых в упомянутых точках квантования сигналов с заданными (для преобразованного сигнала на искомом периоде несущей частоты) знаками, способ, в котором дополнительно преобразуют импульсный радиосигнал и формируют второй преобразованный сигнал с "особой" точкой, расположенной относительно "особой" точки первого преобразованного сигнала с интервалом, равным периоду несущей частоты, квантуют каждый из полученных в результате преобразования сигналов в одной - первой точке, соответствующей "особой" точке другого сигнала, и дополнительно каждый из них квантуют в дополнительной - второй точке, расположенной с интервалом времени, равным половине периода несущей, от каждой из двух упомянутых первых точек квантования, т. е. между ними, сравнивают с заданными знаками накопленных квантованных сигналов по двум первым точкам квантования, формируют суммарный бинарно-квантованный сигнал по двум вторым точкам квантования, и при соответствии требуемым знаков сигналов по двум первым точкам, сравнивают абсолютные значения величин этих сигналов с абсолютным значением упомянутого суммарного сигнала, при уровне суммарного сигнала меньшем уровня каждого из двух указанных сигналов по первым точкам принимают период несущей, отмеченный одной или двумя из упомянутых точек квантования за искомый, а момент перехода через ноль сигнала несущей на этом периоде принимают за момент привязки местной шкалы времени.

Таким образом, в предлагаемом способе содержится новая последовательность действий в процессе обработки сигнала, исключающая дополнительное преобразование радиосигнала с формированием второго преобразованного сигнала со смещенной на период несущей относительно первого сигнала "особой" точкой; квантование каждого из двух преобразованных сигналов в двух точках, первая из которых для каждого из сигналов расположена на том же полупериоде несущей частоты, на котором расположена "особая" точка другого сигнала (т. е. первая точка каждого из сигналов соответствует по времени "особой" точке другого сигнала), вторая точка квантования в каждом из сигналов сдвинута относительно первых точек обоих сигналов на половину периода несущей; формирование суммарного квантованного сигнала по двум вторым точкам квантования; сравнение абсолютных значений квантованных сигналов, накапливаемых по первым точкам, с суммарным сигналом по вторым точкам квантования для подтверждения результата анализа знаков сигналов по первым точкам в процессе поиска искомого периода несущей.

По сравнению с известной новая последовательность действий обеспечивает в два и более раз более высокий уровень сигнала в первых точках квантования на искомом периоде несущей, т.е. обеспечивает лучшее в два и более раз соотношение сигнал - помеха для квантованных сигналов при анализе знаков, что позволяет сократить время анализа в несколько (два и более) раз на участке сигнала с наиболее неблагоприятными условиями в части соотношения сигнал - помеха, т.е. позволяет сократить время привязки шкалы времени по радиосигналу или при прочих равных условиях повысить точность, надежность работы аппаратуры привязки.

Как показал анализ, отличительные от прототипа признаки являются новыми. Совокупность признаков, позволяющая получить положительный эффект, в известных в науке и технике решениях не обнаружена, т.е. предлагаемое изобретение можно считать соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг.1 приведены временные диаграммы сигналов, характеризующие основные операции преобразования сигналов в процессе привязки, где: а - входной радиоимпульсный сигнал; b - преобразованный сигнал с "особой" точкой (первой); с - ограниченный первый преобразованный сигнал; d - второй преобразованный сигнал с "особой" точкой, смещенной на период Т несущей частоты относительно "особой" точки первого преобразованного сигнала; е - ограниченный второй преобразованный сигнал; f - квантующие импульсы а₁, а_g для первого преобразованного сигнала, положение импульса а₁ соответствует "особой" точке второго преобразованного сигнала, т.е. соответствует заданному периоду несущей на искомом участке фронта; g - квантующие импульсы b₁, b_g для второго преобразованного сигнала, положение импульса b₁ соответствует "особой" точке первого преобразованного сигнала, т.е. соответствует заданному (второму) периоду несущей на искомом участке фронта; h, k - квантующие импульсы а₁, а_g, b_g, b₁ левее (раньше на период) относительно искомого участка фронта; е, m - квантующие импульсы а₁, а_g, b_g, b₁ правее (позднее на период) относительно искомого участка фронта; n - квантующие импульсы а_о, b_орасположены (по известному способу) симметрично относительно "особой" точки преобразованного (первого) сигнала); о - квантующие импульсы а_о, b_о правее (позднее на период) "особой" точки; р - квантующие импульсы а_о, b_о левее (раньше на период) "особой" точки; на фиг.2 приведен один из вариантов блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, где: 1,2 - формирователи, преобразующие форму входного импульсного сигнала; 3,4 - бинарные квантователи; 5,6 - накопители квантованных сигналов для точек а₁ b₁; 7 - накопитель-сумматор квантованных сигналов для точек а_gb_g; 8 - логическая схема анализа знаков результатов накопления для точек а₁b₁; 9 - логическая схема анализа соотношения величин результатов накопления; Na₁, Nb₁, Na_gb_g, и знакa сигнала Na_gb_g; 10 - блок управления; 11 - формирователь местной шкалы времени.

Предлагаемый способ состоит в следующем.

Принимаемый радиоимпульсный сигнал с известной фазой (см.фиг.1а) преобразуют, например, путем дифференцирования так, чтобы на заданном участке фронта, т.е. на заданном периоде высокочастотного заполнения от начала радиоимпульса, фаза высокочастотного заполнения в этом первом преобразованном сигнале изменялась скачком на 180 градусов; момент изменения фазы на 180 градусов является "особой" точкой преобразованного сигнала; в этой точке мгновенное значение сигнала уменьшается до нуля, но по обе стороны в ближайшей окрестности "особой" точки уровень сигнала (по огибающей) возрастает (см. фиг.1b) пропорционально времени (временному интервалу от "особой" точки).

Принимаемый радиоимпульсный сигнал преобразуют аналогично вышеописанному дополнительно с измененными (по отношению к первому варианту преобразования) параметрами процесса преобразования (дифференцирования), измененными таким образом, что в результате дополнительного преобразования формируется второй преобразованный сигнал, в котором "особая" точка смещена (по времени) относительно "особой" точки первого преобразованного сигнала на период высокочастотного заполнения (несущей частоты), например, ближе к началу радиоимпульса (как показано на фиг.1h,к).

В идеальном случае "особые" точки располагаются в квадратуре к нулям фазы несущей, т. е. в максимумах полупериодов несущей частоты, и сдвинуты относительно нулей фазы на 90 градусов.

Производят бинарное квантование каждого из преобразованных (первого и второго) сигналов соответственно в точках а₁ и в₁, расположенных в квадратуре к нулям фазы несущей с интервалом, равным периоду Т несущей частоты. При этом нормальное расположение квантующего импульса (а₁, b₁) на преобразованном сигнале (первом, втором) соответствует положению "особой" точки на другом (втором, первом) сигнале. В примерах сигналов, приведенных на фиг.1 (b-е), точке квантования а₁ (b₁) соответствует положительный (отрицательный) полупериод сигнала фиг.1b (фиг.1b). При этом точка квантования а₁ (b₁) оказывается на интервале, равном периоду Т от "особой" точки квантуемого сигнала. Уровень (амплитуда) полезного сигнала в точке квантования оказывается примерно в два раза больше, чем в точке квантования, расположенной на интервале Т/2 от "особой" точки, что имеет место в известном способе.

Кроме того, производят бинарное квантование каждого из преобразованных сигналов (первого и второго) в дополнительной точке квантования (а_g, b_g соответственно), смещенной относительно вышеупомянутых (а₁, в₁) точек квантования на интервал, равный половине периода несущей (Т/2), т.е. в точке, расположенной в середине временного интервала между точками а₁, b₁. В первом (втором) преобразованном сигнале точке квантования а_g (b_g) соответствует полупериод сигнала отрицательной (положительной) полярности (см.фиг.1в, с; фиг.1d,е).

Производят накопление квантованных сигналов (квантованных выборок смеси сигнала и помех) по точкам квантования. Причем сигналы по точкам а₁ и b₁ накапливают раздельно (Na₁Nb₁), а сигналы по точкам а_g, b_gсуммируют, т.е. формируют суммарный квантованный сигнал Na_gb_g. При этом, если квантующие импульсы расположены на искомом участке фронта радиоимпульса, отмеченного "особыми" точками первого и второго преобразованных сигналов, то сигналы Na₁Nb₁ накапливаемые в точках а₁, в₁, имеют соответственно знаки "+", "-", сигналы в точках а_g и b_g имеют знаки "-" и "+", поэтому суммарный сигнал (Na_gb_g= -Na_g+Nb_g) равен разности сигналов в точках а_g и b_g, а так как сигналы в точках а_g, b_gменьше по амплитуде (примерно в два раза), чем соответствующие сигналы в точках а₁, b₁, то разность этих сигналов заведомо меньше каждого из них по абсолютной величине и тем более она меньше сигналов, накапливаемых в точках а₁, b₁, т.е.

|Na_gb_g| < |Na₁|; Na_gb_g < |Nb₁| (1) Очевидно, при отсутствии помех (при высоком соотношении сигнал - помеха), когда уровень накапливаемого бинарно-квантованного сигнала не зависит от уровня (амплитуды) сигнала в точке квантования (так как эффективность накопления в таких условиях близка к единице), соотношения (I) заведомо выполняются, так как в этом случае |Na₁| = |Nb₁| = |Na_g| = |Nb_g| и |Na_g-Nb_g|= 0= |Na_gb_g|, т.е. |Na_gb_g| < |Na₁|; |Na_gb_g| < |Nb₁| При высоком уровне помех (малом, т.е. значительно меньшем единицы, соотношении сигнал - помеха) уровень накопления бинарно-квантованного сигнала пропорционален соотношению сигнал-помеха в точке квантования (т.е. пропорционален уровню сигнала в точке квантования). Поэтому исходные соотношения амплитуд сигналов сохраняются и соотношение (1) остается справедливым.

Если квантующие импульсы а₁а_gb₁b_g сдвинуты относительно искомого периода несущей на период в ту или другую сторону, т.е. расположены на период раньше (фиг.1 h,k) (позже фиг.1l,m) искомого периода, то знак + (-) в точке квантования а₁ (b₁₎ соответствует знаку + (-) на искомом периоде; знак в точке квантования b₁ (а₁) неопределенный , он может быть "-" или "+" в зависимости от малейших смещений "особых" точек преобразования сигналов (см. фиг. 1h, k, е; фиг. 1m, l, c) относительно идеального положения. В то же время для точек квантования а_g b_g знаки одинаковые: справа "+,+", слева ("-", "-"). Следовательно, суммарный квантованный сигнал Na_gb_g имеет знак + (-) и его абсолютная величина оказывается больше абсолютной величины сигнала Nb₁ (Na₁) в точке b₁, (а₁), т.е.

|Na_gb_g| > |Nb₁| или |Na_gb_g| > |Na₁| В этом случае оба или одно из неравенств (1) не выполняется, что указывает на необходимость смещения квантующих импульсов относительно сигнала, причем требуемое направление (вправо, влево) смещения по временной оси однозначно соответствует знаку (+,-) сигнала Na_gb_g и для рассматриваемого конкретного примера сигналов знаки (+, -).

При "+" (Na_gb_g >0) требуется смещение в сторону позднего квантующего импульса b₁, при "-" (Na_gb_g<0) - в сторону более раннего -а₁.

Таким образом, если квантующие импульсы расположены в окрестности заданного участка радиосигнала, знаки квантованных сигналов могут совпадать или отличаться от требуемых, решение о направлении смещения выносится по соотношению абсолютных значений квантованных сигналов и знаку суммарного сигнала. В известном способе-прототипе решение выносится только по соответствию (или несоответствию) знаков квантованных сигналов, в предлагаемом используется как информация о знаках сигналов, так и о соотношении абсолютных значений сигналов, что и позволяет обеспечить лучшее соотношение сигнал - помеха в процессе анализа сигналов.

В предлагаемом способе обеспечивается лучшее (в два раза) соотношение (по амплитуде) сигнал - помеха, чем в известном способе в случае идеальных сигналов (сигналов идеальной формы). В случае отклонения формы сигнала от идеальной изменяется положение формируемых "особых" точек сигналов относительно нулей фазы несущей частоты сигнала; при этом выигрыш предлагаемого решения по соотношению сигнал - помеха возрастает. Например, при смещении "особых" точек на 2,5 (4) микросекунды при периоде несущей частоты 10 микросекунд выигрыш по соотношению сигнал - помеха в предлагаемом способе по сравнению с известным возрастает до 3 (6) по амплитуде (т.е. до 9 (36) по мощности). В этом и заключается преимущество предлагаемого способа перед известным в реальных условиях при отличии реальных сигналов от идеальных и изменении как параметров сигналов, так и параметров аппаратуры в изменяющихся условиях внешней среды.

Реализация предлагаемого способа технических трудностей не представляет. Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг.2. Она иллюстрирует как возможности реализации способа, так и последовательность и взаимосвязь операций в процессе обработки сигнала. Импульсный сигнал, несущая частота и фаза высокочастотного заполнения которого известны, поступает на формирователи 1,2, преобразующие форму радиоимпульса принимаемого радиосигнала к виду, представленному на фиг.1b,d. Преобразованные сигналы подаются на бинарные квантователи 3, 4 в которых осуществляется квантование сигналов по точкам а₁а_g и b₁b_g соответственно; выборки квантованных сигналов для точек а₁ и b₁ поступают с квантователей 3 и 4 на накопители 5 и 6, предназначенные соответственно для накопления сигналов Na₁, Nb₁ по точкам а₁ и b₁; выборки квантованных сигналов для точек а_g, b_g поступают с квантователей 3 и 4 на сумматор-накопитель 7, предназначенный для формирования суммарного Na_gb_g квантованного сигнала по точкам а_gb_g; выходы накопителей 5, 6 соединены с логической схемой 8 анализа знаков, накапливаемых в точках а₁, b₁ сигналов; выходы накопителей 5-7 соединены с логической схемой 9 анализа соотношения величин сигналов, накопленных в точках а₁, b₁ (т.е. Na₁, Nb₁) и в точках а_g, b_g (т.е. Na_gb_g=Na_g+Nb_g); выходы логических схем 8, 9 соединены с блоком 10 управления, соединенным с управляющими входами формирователя 11 местной шкалы времени, с которого на квантователи 3, 4 подаются квантующие импульсы в соответствии с временной диаграммой сигналов, жестко связанные с сигналом местной шкалы времени.

Если в процессе анализа принимаемого сигнала оказывается, что знаки накопленных сигналов по точкам а₁, b₁ соответственно +,+ (-,-) и выполняются одно или оба неравенства |Na_gb_g| > |Na₁|, |Na_gb_g| > > |Nb₁| , то при знаке - (+) сигнала Na_gb_g из блока 10 управления на формирователь 11 местной шкалы времени подается сигнал управления на смещение квантующих (стробирующих) импульсных сигналов на период несущей частоты в сторону опережения (отставания) т. е. влево (вправо) по временной оси. Аналогично и в случае, если знаки -, + (-,+) и не выполняется неравенство |Na_gb_g|< |Na₁| ( |Na_gb_g| < |Nb₁| ), т. е. при выполнении неравенства |Na_gb_g| > |Nb₁| ( |Na_gb_g| > |Na₁| при знаке - (+) сигнала Na_gb_g формируется управляющий сигнал на смещение квантующих импульсов влево (вправо) на период несущей частоты. Такие соотношения знаков и уровней сигналов возможны при смещении квантующих импульсов на период вправо (влево) от искомого (требуемого) их положения в случае квантования сигнала в точке а₁ (b₁) в полупериоде, где знак преобразованного сигнала изменяется, и поэтому при незначительном смещении "особой" точки в ту или другую сторону знак квантуемого сигнала может быть "+" или "-".

После очередного смещения на период в соответствующую сторону знаки накапливаемых сигналов Na₁, Nb₁ будут соответственно "-", "+" и будут выполняться соотношения Na_gb_g<Na; Na_gb_g < Nb_1. Это указывает на то, что квантующие импульсы расположены на заданном участке радиоимпульса. Поэтому период несущей, отмеченный квантующими импульсами, например а₁а_g (или b₁b_g), принимают за искомый, а момент перехода через ноль сигнала несущей из "-" в "+" (из "+" в "-") на этом периоде принимают за момент привязки местной шкалы времени (например, за момент отсчета поправок времени, временных интервалов и т.п.).

Все узлы устройства могут быть выполнены на известных элементах, например, бинарные квантователи 3, 4 могут быть выполнены на основе симметричного предельного ограничителя и последующих за ним схем стробирования ограниченного сигнала, т. е. бинарное квантование может быть выполнено путем предельного симметричного ограничения преобразованного сигнала (фиг.1 с,е), последующего стробирования ограниченного сигнала в точках квантования и анализа полярности стробированных выборок сигнала.

Преимущества предлагаемого способа перед известными определяются следующими соотношениями, определяемыми особенностями формы преобразованного сигнала и дополнительными операциями обработки сигнала, отличающими его от способа-прототипа.

Две точки а₁, b₁ квантования в предлагаемом способе аналогичны двум точкам а_оb_о, используемым в известном способе по временному интервалу между ними, который равен периоду Т несущей частоты.

При опознавании заданного участка радиоимпульса в обоих способах используется информация о знаках квантованных сигналов, накапливаемых в указанных точках при превышении сигналами некоторых пороговых уровней.

Очевидно, время анализа (накопления) тем больше, чем меньше соотношение сигнал - помеха в точках анализа.

Как следует из формы преобразованного сигнала (фиг.1b, 1h) в окрестности "особых" точек уровень полезного сигнала (по огибающей) уменьшается (увеличивается) с приближением к "особой" точке (удалением от "особой" точки) практически пропорционально времени (удаления от "особой" точки), т.е. U=kt.

В процессе анализа точки а₁, b₁ (также и точки а_оb_о в известном способе) квантования перемещаются по сигналу дискретно с шагом, равным периоду Т несущей частоты, до тех пор пока не попадают на заданный участок фронта радиоимпульса и располагаются на заданном периоде преобразованного сигнала, т.е. на заданном временном интервале от "особой" точки. В предлагаемом способе для обеих точек (для а₁ и для b₁интервал от соответствующей "особой" точки равен периоду несущей, т.е. t=T (в случае "идеального" сигнала), что очевидно из фиг. 1, так как точка а₁ соответствует преобразованный сигнал фиг. 1в, точке b₁соответствует преобразованный сигнал фиг.1h. В то же время в известном способе точки квантования а_о, b_о на искомом периоде располагаются симметрично по обе стороны от "особой" точки (см.фиг.1b, c, d), и в случае "идеального" сигнала каждая из них расположена по отношению к "особой" точке на интервале, равном половине периода несущей (t= ). Следовательно, уровень квантуемого сигнала на искомом участке в предлагаемом способе U_n=kT в два раза больше, чем в известном U_и= K , так как = =2 Таким образом, при работе в реальных условиях при воздействии помех, когда соотношение сигнал - помеха может быть значительно меньше единицы, анализ сигнала на заданном (искомом, опознаваемом) участке радиоимпульса происходит в предлагаемом способе при соотношении сигнал - помеха в два раза лучшем, чем в известном, но это означает, что в таких условиях время накопления до заданного порогового уровня в предлагаемом способе в два раза сокращается по сравнению с известным. Это обусловлено известными положениями о том, что при соотношениях сигнал-помеха, меньших единицы, скорость накопления (уровень накопленного сигнала) уменьшается по мере снижения соотношения сигнал-помеха, и при соотношениях,меньших 0,5, скорость накопления (т. е. и уровень накопленного сигнала) практически пропорциональны соотношению сигнал-помеха. Следовательно, при снижении соотношения сигнал-помеха в n-раз время, требуемое для превышения накопленным сигналом N заданного порогового уровня, возрастает в n раз, т.е. при малых соотношениях сигнал-помеха и снижении соотношения в n раз время, требуемое для анализа, возрастает в n раз.

Для "идеального" сигнала выигрыш, обеспечиваемый предлагаемым способом, равен 2. При отклонении формы сигнала от идеальной временное положение "особой" точки в преобразованном сигнале (или обеих "особых" точек в предлагаемом способе) смещается относительно идеального положения на время t_см, которое может изменяться в пределах от 0 до . При этом интервал времени от "особой" точки до одной точки квантования (например а_0, а₁) возрастает на величину t_см, а до второй точки квантования (например, b₀, b₁) уменьшается на величину t_см. Очевидно, для первых точек уровень сигнала и соотношение сигнал-помеха возрастают, а для вторых точек - уменьшаются. Наиболее опасно снижение уровня сигнала, это ясно видно даже из того, что при интервале t_см, стремящемся к значению , интервал времени t стремится в известном способе к нулю, так как t= - =0. В предлагаемом способе он стремится к величине t=T- = .

Соответственно и уровень квантуемого сигнала стремится в первом случае к нулю, а во втором - к величине, равной половине исходного значения.

Выигрыш, обеспечиваемый предлагаемым способом по сравнению с известным, может быть в таких условиях оценен соотношением: = = .

При несущей частоте сигналов 100 кГц, периоде Т =10 мкс и смещении "особых" точек на t_см= 1(2; 3; 4; 4,5) мкс выигрыш (в соотношении сигнал-помеха и во времени анализа), обеспечиваемый предлагаемым способом, для худшей точки соответственно равен 2,25 (2,66; 3,5; 6; 11) раз.

В худшем из рассматриваемых случаев (t_см=4,5 мкс) при использовании предлагаемого способа уровень сигнала и соотношение сигнал - помеха оказываются выше, чем в известном способе при "идеальном" сигнале, так как = = = =1.1 Таким образом, выигрыш при использовании предлагаемого способа тем больше, чем сильнее анализируемый сигнал отличается от "идеального" (смещение не должно превышать ± 0,5 Т, т.е. должно быть менее 5 мкс при несущей частоте 100 кГц), и выигрыш достигает нескольких (5-6 или более) раз по соотношению сигнал - помеха или по требуемому времени анализа искомого участка сигнала.

Указанный выигрыш обеспечивается введением дополнительной операции преобразования принимаемого радиосигнала с измененными параметрами процесса преобразования, обеспечивающими смещение "особой" точки на период Т несущей, квантованием двух преобразованных сигналов в основной а₁ (b₁) и дополнительной а_g(b_g) точках. Причем сигнал Na_gb_g, получаемый при суммировании квантованных сигналов по дополнительным точкам а_g, b_g, используется для устранения неоднозначности информации о знаках основных сигналов Na, Nb при расположении квантующих импульсов а₁, b₁, a_g, b_g на искомом или соседних с ним (справа и слева) периодах несущей. Для устранения упомянутой неоднозначности используется соотношение уровней сигналов
|Na| > |Na_gb_g| = |Na_g + Nb_g|
|Nb| > |Na_gb_g| = |Na_g + Nb_g|, полученных в процессе квантования в основных а₁, b₁ и дополнительных а_g, b_g точках.

Эти соотношения выполняются только на заданном (искомом) периоде сигнала. При смещении на период в ту или другую сторону одно из указанных соотношений не выполняется, что позволяет вынести решение о необходимости смещения квантующих сигналов в соответствующую сторону по временной оси.

Таким образом, введение дополнительных операций: преобразования сигнала, суммирования сигналов по дополнительным точкам, сравнения уровней сигналов, накопленных в основных точках, с суммарным сигналом по дополнительным точкам квантования, обеспечивает однозначное определение заданного участка импульса, заданного периода высокочастотного заполнения сигнала; при этом время опознавания этого периода сокращается в два и более (до 10) раз при малых соотношениях сигнал - помеха за счет обеспечения в основных (знакоопределяющих) точках квантования более высокого (в два и более раз) соотношения сигнал - помеха.

Это и позволяет сократить общее время привязки в неблагоприятных условиях в несколько раз.

В условиях действия отраженных сигналов использование предлагаемого способа позволяет перейти на более ранние участки переднего фронта радиоимпульса, на которых уровень сигнала меньше, хуже соотношение сигнал - помеха, но которые не поражены отраженным сигналом. Это позволяет повысить надежность и точность привязки в условиях действия отраженных сигналов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ к импульсному радиосигналу с известной фазой, при котором производят первое преобразование принятого импульсного радиосигнала путем изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180^o на заданном участке переднего фронта радиоимпульса на заданном периоде сигнала несущей частоты, производят бинарное квантование и накопление первого преобразованного импульсного радиосигнала в моменты времени, соответствующие квадратуре к нулям фазы сигнала несущей частоты и находящиеся один относительно другого на временном интервале, равном периоду сигнала несущей частоты, сравнивают знаки накопленных бинарно-квантованных сигналов с заданными знаками преобразованного сигнала для заданного периода сигнала несущей частоты, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени привязки шкалы времени при высоком уровне помех, одновременно с первым преобразованием принятого импульсного радиосигнала производят второе преобразование принятого импульсного радиосигнала путем изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180^o в момент времени, смещенный на период сигнала несущей частоты относительно момента времени изменения фазы сигнала несущей частоты скачком на 180^o первого преобразованного сигнала, производят бинарное квантование и накапливают каждый из бинарно-квантованных сигналов в моменты времени, соответствующие квадратуре к нулям фазы сигнала несущей частоты с интервалом времени между основным и дополнительным квантующими импульсами, равным половине периода сигнала несущей частоты, причем основные квантующие импульсы смещены один относительно другого на интервал времени, равный периоду сигнала несущей частоты, а дополнительные квантующие импульсы расположены в середине интервала времени между основными квантующими импульсами, сравнивают знаки бинарно-квантованных сигналов в моменты времени, соответствующие основным квантующим импульсам с заданными знаками соответствующих преобразованных сигналов на заданном периоде сигнала несущей частоты, а накопленные бинарно-квантованные сигналы в моменты времени, соответствующие дополнительным квантующим импульсам суммируют, при соответствии заданным знакам знаков накопленных бинарно-квантованных сигналов в моменты, соответствующие основным квантующим импульсам, сравнивают абсолютные значения этих сигналов с абсолютным значением суммарного сигнала и при уровне суммарного сигнала, меньшем каждого из накопленных бинарно-квантованных сигналов по основным квантующим импульсам, принимают период сигнала несущей частоты, соответствующий моментам квантования, за искомый, а момент перехода через ноль сигнала несущей частоты на этом периоде принимают за момент привязки шкалы времени к принятому импульсному радиосигналу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2