Способ формирования и приема сложных сигналов на основе м-последовательностей

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и радиосвязи. Техническим результатом является расширение диапазона однозначного измерения задержки принимаемого сигнала, снижение сложности аппаратных решений и уменьшение времени, требуемого для поиска и вхождение в синхронизм по задержке. Это достигается путем формирования длинной последовательности на основе двух коротких М-последовательностей с разными тактовыми частотами и обработки принимаемого сигнала с использованием двух корреляторов, посредством которых определяется задержка двух исходных последовательностей и вычисляется полная задержка принимаемого сигнала с использованием математического аппарата теории чисел.

 

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и радиосвязи и может использоваться при разработке и модернизации аппаратуры, использующей сложные сигналы на основе М-последовательностей для синхронизации и определения задержки времени распространения радиосигнала.

Применение сложных сигналов на основе М-последовательностей обеспечивает решение целого комплекса задач в системах радиосвязи, радиолокации и радионавигации.

1. Улучшение точности оценок временных задержек сигналов и сдвигов несущей частоты радиосигналов.

2. Повышение помехоустойчивости радиоканалов систем при различных видах естественных и искусственных помех.

3. Повышение скрытности работы систем радиосвязи, радиолокации и радионавигации.

4. 0беспечение высокой достоверности получения информации при высокой скорости ее передачи.

5. Обеспечение одновременности передачи информации и оценки параметров радиосигналов.

Основной проблемой, возникающей при использовании сложных сигналов, является проблема поиска сигнала, имеющего большую базу, по задержке в условиях значительной области неопределенности, то есть временные и аппаратные затраты необходимые для решения задачи синхронизации опорного и принимаемого сигналов (нахождения текущей фазы сложного радиосигнала).

Известен способ поиска по задержке (временной синхронизации) путем перебора [1, стр.269] всех возможных значений задержек в интервале от 0 до Т с шагом τ₀, где Т - длительность сигнала, τ₀ - минимальный шаг по времени, обеспечивающий заданную точность синхронизации, вычислении корреляционного интеграла на каждом шаге и последующего принятия решения о синхронизации по методу максимального правдоподобия. Однако при большой длительности, большой базе сигнала и высокой требуемой точности синхронизации этот способ при аппаратной реализации может привести или к значительному усложнению оборудования, если использовать параллельную обработку на нескольких корреляторах, или к увеличению времени поиска при единственном корреляторе. При программной реализации этот метод требует высокого быстродействия процессора и большой емкости оперативного запоминающего устройства.

Известен также способ поиска по задержке при помощи многошкальных измерений [2, стр.188], заключающийся в проведении сначала синхронизации по «грубому» дискретному времени, т.е. для больших длительностей субэлементов М-последовательности τ₀ ⁽¹⁾ далее переходе к абсолютному времени, а затем уточнении абсолютного время с использованием периодической синхронизации более высокой точности, т.е. при τ₀ ⁽²⁾<τ₀ ⁽¹⁾, и далее вплоть до значения то, которое обеспечивает заданную точность синхронизации. Существенным недостатком такого способа является переменные скорость передачи информации и ширина спектра сигнала.

Целью изобретения является расширение диапазона однозначного измерения задержки принимаемого сигнала, снижение сложности аппаратных решений и уменьшение времени требуемого для поиска и вхождения в синхронизм по задержке.

Предлагаемый способ формирования и приема сложных сигналов на основе М-последовательностей заключается в том, что излучаемый сигнал манипулируется последовательностью, получаемой в результате сложения по модулю 2 двух исходных последовательностей, сформированных по одному и тому же закону a_k=b₁a_k-1⊕b₂a_k-2⊕...⊕b_na_k-n, k>n, с тактовыми частотами f₁ и f₂, находящимися в отношении , где b₁, b₁,..., b_n - одноразрядные двоичные числа, n - число разрядов регистра сдвига, определяющее длину исходных последовательностей N=2ⁿ-1, Р и Θ - взаимно-простые числа, а принимаемый сигнал с периодом повторения поступает на два коррелятора, на выходе которых формируются значения задержек τ₁ и τ₂ относительно исходных М-последовательностей и затем вычисляется полное число тактов задержки для тактовой частоты f₁ и для тактовой частоты f₂, где int(X) есть целая часть числа X, L≡Y mod Z есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, a P^-1 и Θ^-1 есть величины, обратные Р и Θ по модулю Θ и Р, вычисляемые с использованием математической теории чисел.

Изобретение основано на использовании сложного сигнала, в котором закон фазовой манипуляции определяется двоичной последовательностью, полученной путем сложения по модулю два двух М-последовательностей, тактовые частоты которых находятся в отношении , где Р и Θ - взаимно-простые числа, обработке принимаемого сигнала двумя корреляторами, на выходе которых формируются значения задержек τ₁ и τ₂ относительно исходных М-последовательностей, и последующем вычислении полного числа тактов задержки для каждой тактовой частоты с использованием математического аппарата теории чисел. Технический результат заключается в увеличении диапазона однозначного измерения величины задержки и уменьшении времени, требуемого для поиска и вхождения в синхронизм по задержке.

Предлагаемый способ формирования и приема сложных сигналов на основе М-последовательностей отличается тем, что излучаемый сигнал манипулируется последовательностью, получаемой в результате сложения по модулю 2 двух исходных последовательностей, сформированных по одному и тому же закону a_k=b₁a_k-1⊕b₂a_k-2⊕...⊕b_na_k-n, k>n, с тактовыми частотами f₁ и f₂, находящимися в отношении , где b₁, b₁,..., b_n - одноразрядные двоичные числа, n - число разрядов регистра сдвига, определяющее длину исходных последовательностей N=2ⁿ-1, P и Θ - взаимно-простые числа, а принимаемый сигнал с периодом повторения поступает на два коррелятора, на выходе которых формируются значения задержек τ₁ и τ₂ относительно исходных М-последовательностей, и затем вычисляется полное число тактов задержки для тактовой частоты f₁ и для тактовой частоты f₂, где int(Y) есть целая часть числа X,L≡VmodZ есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, а Р^-1 и Θ^-1 есть величины, обратные Р и Θ по модулю Θ и P, вычисляемые с использованием математической теории чисел.

Предложенный способ формирования и приема сложных сигналов на основе М-последовательностей может быть реализован при модернизации ГЛОНАСС и GPS, а также в создаваемой европейской спутниковой радионавигационной системе GALILEO, в которой предполагается использовать сложные сигналы на основе М-последовательностей. При использовании регистра сдвига с числом разрядов n=10 и тактовых частот 1,023 М Гц и 2,047 М Гц, период повторения сложного сигнала, образованного двумя М-последовательностями, будет равен приблизительно 1 секунде, что позволит однозначно измерять задержку распространения сигнала и соответствующую ей дальность в диапазоне до 300 тысяч километров.

Источники информации

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, - 384 с.

2. Лосев В.В., Бродская Е.Б., Коржик В.И. Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов/Под ред. В.И.Коржика. - М.: Радио и связь, 1988, - 224 с.

Способ формирования и приема сложных сигналов на основе М-последовательностей путем излучения и приема радиосигналов, отличающийся тем, что излучаемый сигнал манипулируется последовательностью, получаемой в результате сложения по модулю 2 двух исходных последовательностей, сформированных по одному и тому же закону

a_k=b₁a_k-1b₂a_k-2...b_na_k-n, k>n, с тактовыми частотами f₁ и f₂, находящимися в отношении где b₁, b₂,...,b_n - одноразрядные двоичные числа, n - число разрядов регистра сдвига, определяющее длину исходных последовательностей N=2ⁿ-1, Р и Θ - взаимно простые числа, а принимаемый сигнал с периодом повторения поступает на два коррелятора, на выходе которых формируются значения задержек τ₁ и τ₂ относительно исходных М-последовательностей и затем вычисляется полное число тактов задержки для тактовой частоты f₁

и для тактовой частоты f₂

где int(X) есть целая часть числа X, L≡Y mod Z - есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, a P^-1 и Θ^-1 - есть величины, обратные Р и Θ по модулю Θ и Р, вычисляемые с использованием математической теории чисел.