Устройство поиска широкополосных сигналов
Владельцы патента RU 2244375:
Федеральное государственное унитарное предприятие Воронежский научно-исследовательский институт связи (RU)
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может найти применение при построении систем радиосвязи, радионавигации, управления, использующих широкополосные сигналы. Достигаемый технический результат - высокая помехоустойчивость при воздействии структурных помех - обеспечивается сравнением отсчета сигнала с двумя порогами, при этом на интервале поиска увеличивается вероятность превышения указанных порогов, что приводит к продолжению поиска сигнала. Устройство поиска широкополосных сигналов содержит линейную часть (1), согласованный фильтр (2), генератор тактовых импульсов (19), блок управления переключением каналов (13), инвертор (12), четвертый сумматор (15), два детектора (8,17), два блока сравнения с порогом (9,18), элементы НЕ (16), И (14). Согласованный фильтр состоит из предварительного фильтра (3), линии задержки (4), n аттенюаторов, n фазовращателей, трех сумматоров (7,10,11). 3 ил.
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может найти применение при построении систем радиосвязи, радионавигации, управления, использующих широкополосные сигналы.
Известны устройства поиска широкополосных сигналов (см. а.с. №1003372, Н 04 L 7/02, 1981 г.; №809619, Н 04 L 7/02, 1979 г.), которым присущ общий недостаток, заключающийся в низкой помехоустойчивости поиска широкополосных сигналов (ШПС) по задержке, а именно в большой вероятности синхронизации устройств поиска на структурные помехи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, описанное в книге "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под редакцией Пестрякова В.Б., Москва, "Сов. Радио", 1973 г., стр.66-70, 195-199, 234-240, принятое за прототип.
На фиг.1 изображена блок-схема прототипа, где приведены следующие обозначения:
1 - линейная часть;
2 - согласованный фильтр;
3 - предварительный фильтр;
4 - линия задержки;
51-5n - первый,..., n-й аттенюаторы;
61-6n - первый,..., n-й фазовращатели;
7 - сумматор;
8 - детектор;
9 - блок сравнения с порогом.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенную линейную часть 1, вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр 2, состоящий из последовательно соединенных предварительного фильтра 3 и линии задержки 4, выходы которой соединены с входами со второго по n-й аттенюатор 52-5n соответственно, выходы которых соединены соответственно с входами со второго по n-й фазовращатель 62-6n, выходы которых соединены с (n-1) входами сумматора 7 соответственно; при этом вход линии задержки 4 через первый аттенюатор 51 и первый фазовращатель 61 соединен с первым входом сумматора 7, выход которого, являющийся также выходом согласованного фильтра 2, через детектор 8 подключен к блоку сравнения с порогом 9, выход которого является выходом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Сигнал с входа устройства через блок 1 поступает на вход блока 2, где через блок 3 подается на вход блока 4. С входа блока 4 и с его выходов сигнал через соответствующие последовательно соединенные блоки 51-5n и блоки 61-6n поступает на соответствующие n входов блока 7. При этом параметры блока 4, блоков 51-5n и блоков 61-6n выбираются таким образом, что на выходе блока 7 элементы сигнала складываются в фазе и дают значение автокорреляционной функции полезного сигнала, а на выходе блока 8 будет значение огибающей функции автокорреляции полезного сигнала. Поскольку на вход блока 1 устройства могут поступать и структурные помехи, то на выходе блока 8 в этом случае будет значение огибающей функции взаимной корреляции для структурной помехи.
Таким образом, если на вход блока 1 устройства приходит только полезный сигнал, то превышение порога в блоке 9 приводит к правильному решению о наличии полезного сигнала и поиск прекращается. Если же на входе блока 1 устройства присутствует структурная помеха, то превышение порога в блоке 9 приведет к ошибочному решению о прекращении поиска сигнала.
Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость при воздействии структурных помех.
Для устранения указанного недостатка в устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый детектор и первый блок сравнения с порогом, последовательно соединенные линейную часть, первый, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр, в состав которого входит последовательно соединенные предварительный фильтр и линия задержки, а также n аттенюаторов, n фазовращателей и первый сумматор, выход которого является первым выходом согласованного фильтра, при этом вход линии задержки через последовательно соединенные первый аттенюатор и первый фазовращатель соединен с первым входом первого сумматора, причем выходы линии задержки через (n-1) аттенюаторов соединены со входами (n-1) фазовращателей соответственно, а выходы фазовращателей со второго по n/2 соединены со вторым по n/2 входами первого сумматора соответственно, введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок управления переключением каналов, выход которого соединен со вторым, управляющим входом линейной части; последовательно соединенные инвертор, четвертый сумматор, второй детектор, второй блок сравнения с порогом, элемент НЕ и элемент И, выход которого, соединенный с первым, управляющим входом блока управления переключением каналов, также является выходом устройства; при этом выход первого блока сравнения с порогом соединен со вторым входом элемента И; в согласованный фильтр введены второй и третий сумматоры, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами согласованного фильтра, при этом выходы фазовращателей с (n/2+1)-го по n-й соединены с первым по n/2 входами второго сумматора соответственно, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора и со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора и с входом инвертора.
На фиг.2 изображена блок-схема предлагаемого устройства, где приведены следующие обозначения:
1 - линейная часть;
2 - согласованный фильтр;
3 - предварительный фильтр;
4 - линия задержки;
51-5n - первый,..., n-й аттенюаторы;
61-6n - первый,..., n-й фазовращатели;
7, 10, 11, 15 - первый, второй, третий и четвертый сумматоры;
8, 17 - первый и второй детекторы;
9 и 18 - первый и второй блоки сравнения с порогом;
12 - инвертор;
13 - блок управления переключением каналов;
19 - генератор тактовых импульсов.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные линейную часть 1, первый, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр 2; последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 19 и блок управления переключением каналов 13, выход которого соединен со вторым, управляющим входом линейной части 1; последовательно соединенные инвертор 12, четвертый сумматор 15, второй детектор 17, второй блок сравнения с порогом 18, элемент НЕ 16 и элемент И 14, выход которого, являющийся выходом устройства, соединен с первым, управляющим входом блока управления переключением каналов 13; последовательно соединенные первый детектор 8 и первый блок сравнения с порогом 9, выход которого соединен со вторым входом элемента И 14.
Согласованный фильтр 2 содержит последовательно соединенные предварительный фильтр 3, вход которого является также и входом согласованного фильтра 2, и линию задержки 4, а также n аттенюаторов 51-5n и n фазовращателей 61-6n, первый 7, второй 10 и третий 11 сумматоры, выходы которых являются соответственно первым, вторым и третьим выходами согласованного фильтра 2. При этом вход линии задержки 4 через последовательно соединенные первый аттенюатор 51 и первый фазовращатель 61 соединен с первым входом первого сумматора 7, а выходы линии задержки 4 соединены со входами со второго по n-й аттенюатор 52-5n соответственно, выходы которых соединены со входами со второго по n-й фазовращателей 62-6n соответственно, выходы которых соединены со второго по n/2 входами первого сумматора 7 соответственно и с первого по n/2 входами второго сумматора 10 соответственно. Кроме того, выход первого сумматора 7 соединен с первым входом третьего сумматора 11 и с входом инвертора 12; выход второго сумматора 10 соединенен со вторым входом третьего сумматора 11 и первым входом четвертого сумматора 15; выход третьего сумматора 11 соединен с входом первого детектора 8.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На вход устройства может поступать сигнал, структурная помеха или их смесь.
Рассмотрим случай, когда на первый, сигнальный вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает только полезный сигнал. С выхода блока 1 сигнал поступает на вход блока 2, где через блок 3 поступает на вход блока 4. С входа блока 4 и с его n/2-1 выходов сигналы через соответствующие блоки 51-5n/2, а затем через блоки 61-6n/2 поступают на входы блока 7 соответственно. С остальных n/2 выходов блока 4 сигнал через соответствующие блоки 5n/2+1-5n, а затем через блоки 6n/2+1-6n поступают на входы блока 10 соответственно. Сигналы с выходов блоков 7 и 10 поступают соответственно на первый и второй входы блока 11. Параметры блока 4, блоков 51-5n и блоков 61-6n выбираются таким образом, что на выходе блока 11 элементы сигнала складываются в фазе и дают значение функции автокорреляции полезного сигнала, которое с выхода блока 11 подается на вход блока 8. С выхода блока 8 значение огибающей функции автокорреляции полезного сигнала подается на вход блока 9, где происходит сравнение с пороговым значением. Превышение порога в блоке 9 приводит к тому, что с выхода блока 9 на второй вход блока 14 поступает логическая единица.
Одновременно, с выхода блока 10 сигнал поступает на первый вход блока 15, а с выхода блока 7 через блок 12 сигнал поступает на второй вход блока 15. Это приводит к тому, что в момент времени, когда в блоке 11 все элементы с выходов блоков 7 и 10 складываются синфазно, в блоке 15 элементы с выхода блока 10 складываются с противофазными элементами, приходящими с блока 7 через блок 12, т.е. значение автокорреляционной функции сигнала на выходе блока 15 будет близко к нулю. С выхода блока 15 значение функции автокорреляции полезного сигнала подается на вход блока 17. С выхода блока 17 значение огибающей функции автокорреляции полезного сигнала подается на вход блока 18, где происходит сравнение с пороговым значением. В данном случае порог в блоке 18 не будет превышен, и с его выхода на вход блока 16 поступит логический нуль, при этом с выхода блока 16 на первый вход блока 14 поступит логическая единица. Следовательно, с выхода блока 14 выйдет логическая единица и поступит на первый, управляющий вход блока 13, что приведет к фиксации данного канала, так как выход логической единицы с выхода блока 14 означает, что сигнал найден и поиск закончен.
Если на первый, сигнальный вход блока 1 поступит смесь полезного сигнала и мощной структурной помехи, то, как и в случае только с полезным сигналом, превышение порога суммой огибающих функций автокорреляции сигнала и функции взаимной корреляции помехи в блоке 9 приведет к поступлению на второй вход блока 14 логической единицы. Вероятность того, что в этот же момент значение функции взаимной корреляции не превысит порог в блоке 18, достаточно мала. То есть, с выхода блока 16 на первый вход блока 14 поступает логический нуль.
Следовательно, с выхода блока 14 на первый, управляющий вход блока 13 поступит логический нуль, означающий, что сигнал не найден, и поиск полезного сигнала будет продолжен на других каналах.
Если на первый, сигнальный вход блока 1 поступит мощная структурная помеха, то вероятность того, что в момент отсчета будет превышен порог как в блоке 9, так и в блоке 18, достаточно велика. Это значит, что на первый вход блока 14 поступит логический нуль, а на второй вход блока 14 поступит логическая единица. С выхода блока 14 на первый, управляющий вход блока 13 поступит логический нуль и поиск сигнала будет продолжен на других каналах.
Структурная схема блока 13 приведена на фиг.3, где приведены следующие обозначения:
131 - бинарный счетчик;
132 - счетчик фиксированных чисел;
133 - формирователь;
134 - канальный переключатель;
135 - перестраиваемый генератор,
136 - ключ.
Блок 13 содержит последовательно соединенные ключ 136, счетчик фиксированных чисел 132, формирователь 133, канальный переключатель 134 и перестраиваемый генератор 135, выход которого является выходом блока 13; а также содержит бинарный счетчик 131, вход которого также является первым, управляющим входом блока 13, а выход бинарного счетчика 131 соединен с первым входом ключа 136, второй вход которого является также вторым, синхронизирующим входом блока 13.
Блок 13 работает следующим образом.
Сигналы с выхода блока 19 поступают на второй вход блока 136, являющийся также вторым, синхронизируемым входом блока 13. С выхода блока 136 сигналы поступают на вход блока 132, который рассчитан на определенное число тактовых импульсов. Это число определяется временем, в течение которого устройство поиска будет производить обнаружение полезного сигнала на данном канале. Если сигнал за определенное время не был обнаружен, то с выхода блока 132 на вход блока 133 поступит сигнал. Под действием этого сигнала с выхода блока 133 выйдет импульс, который поступит на вход блока 134. С выхода блока 134 на вход блока 135 поступит сигнал, обеспечивающий переход на выбранный канал. С выхода блока 135, являющегося также выходом блока 13, сигнал поступает на второй, управляющий вход блока 1.
Если устройство поиска обнаружило полезный сигнал, то с выхода блока 14 на вход блока 131 поступит логическая единица и переведет его в другое состояние. С выхода блока 131 на первый вход блока 136 поступит сигнал, который приведет к закрытию блока 136. Этим обеспечится прием на данном канале. Перед началом работы блок 13 обнуляется.
Структурные схемы блоков 134 и 135 и описание их работы приведены в заявке Великобритании №1473608.
Блоки 14, 18, 12 и 19 имеют широкое применение. Описание структуры и принципов построения подобных блок-схем можно найти, например, в книге М. Мэндла "200 избранных схем электроники", пер. с англ. под редакцией Ицхоки Я.С., Москва: Мир, 1980 г.:
блок 12 - стр. 32-34, рис. 1.13;
блоки 14, 18 - стр. 176 - 181, рис. 8.3 (б), 8.6 (б).
Блок 19 может быть выполнен на основе различных типов генераторов, например на основе кварцевого генератора (Мэндл М. "200 избранных схем электроники", М.: Мир, 1980 г., стр. 86-87, рис.4.5), либо на основе блокинг-генератора (там же, стр. 94-96, рис. 4.9).
В прототипе воздействие структурных помех приводит к высокой вероятности превышения порога огибающей функции взаимной корреляции помехи. Это приведет к тому, что произойдет ложная синхронизация на помеху.
В заявляемом устройстве воздействие структурных помех может быть значительно уменьшено за счет большой вероятности превышения порогов в блоках 9 и 18 в момент отсчета, что приводит к продолжению поиска сигнала. То есть, введение дополнительных блоков в заявленное устройство обеспечивает снижение вероятности ложной синхронизации по сравнению с прототипом.
Устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый детектор и первый блок сравнения с порогом, последовательно соединенные линейную часть, первый, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр, в состав которого входит последовательно соединенные предварительный фильтр и линия задержки, а также n аттенюаторов, n фазовращателей и первый сумматор, выход которого является первым выходом согласованного фильтра, при этом вход линии задержки через последовательно соединенные первый аттенюатор и первый фазовращатель соединен с первым входом первого сумматора, причем выходы линии задержки через (n-1) аттенюаторов соединены со входами (n-1) фазовращателей соответственно, а выходы фазовращателей со второго по n/2 соединены со вторым по n/2 входами первого сумматора соответственно, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок управления переключением каналов, выход которого соединен со вторым, управляющим входом линейной части, последовательно соединенные инвертор, четвертый сумматор, второй детектор, второй блок сравнения с порогом, элемент НЕ и элемент И, выход которого, соединенный с первым, управляющим входом блока управления переключением каналов, также является выходом устройства, при этом выход первого блока сравнения с порогом соединен со вторым входом элемента И; в согласованный фильтр введены второй и третий сумматоры, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами согласованного фильтра, при этом выходы фазовращателей с (n/2+1)-го по n-ый соединены с первым по n/2 входами второго сумматора соответственно, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора и со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора и с входом инвертора.
