Приемное устройство шумоподобных сигналов
Владельцы патента RU 2385542:
Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи в космических и наземных системах, использующих шумоподобные сигналы (ШПС). Достигаемый технический результат: увеличение дальности уверенного приема информации. Приемное устройство шумоподобных сигналов содержит блок линейной части, согласованный фильтр, сумматор, линию задержки, детектор, ключ, опорный генератор, решающее устройство, синхронизатор и схему выделения. 6 ил.
Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи в космических и наземных системах, использующих шумоподобные сигналы (ШПС).
Известны приемные устройства ШПС, построенные на базе согласованных фильтров или многоканальных корреляторов.
Время поиска в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности. Однако реализовать на практике такие приемные устройства при больших базах сигнала задача весьма сложная (см. Теория и применение псевдослучайных сигналов, Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И., М., Наука, 1969 г.
Известно также приемное устройство ШПС, а.с. №1109915 СССР, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, интегратор, блок выбора и запоминания на такт, фильтр нижних частот, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор и решающий блок.
Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к другим видам помех, а при достаточно большом уровне этой помехи наступает срыв связи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство с фазоманипулированным сигналом, приведенное в книге Л.Е.Варакина Система связи с шумоподобными сигналами, М., Радио и связь, 1986 г., рис.1.76, стр.16, принятое за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены обозначения:
1 - смеситель;
2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
3 - согласованный фильтр;
4 - решающее устройство;
5 - получатель информации;
6 - гетеродин;
7 - синхронизатор.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные смеситель 1, УПЧ2, согласованный фильтр 3, решающее устройство 4, получатель информации 5, последовательно соединенные синхронизатор 7, гетеродин 6, выход которого соединен со вторым входом смесителя 1, второй выход синхронизатора 7 соединен со вторым входом решающего устройства 4, а вход синхронизатора 7 соединен с выходом согласованного фильтра 3.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Сигнал, принятый на приемную антенну, поступает на вход смесителя 1, где переносится с помощью гетеродина 6 на промежуточную частоту, усиливается в УПЧ2 и обрабатывается согласованным фильтром 3 (сворачивается). Сигнал в виде сверток с выхода согласованного фильтра 3 поступает на вход синхронизатора 7 и на второй вход решающего устройства 4. Синхронизатор 7 осуществляет поиск фазоманипулированного (ФМ) сигнала по частоте и по времени и управляет режимом работы решающего устройства 4.
Для поиска ФМ-сигнала по частоте синхронизатор 7 перестраивает гетеродин 6.
После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего устройства 4 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которые передаются получателю информации 5.
Для упрощения функциональной схемы устройства-прототипа смеситель 1, УПЧ2 и гетеродин 6 объединены в один блок и обозначены блоком линейной части 8.
Упрощенная функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.2, где
3 - согласованный фильтр;
4 - решающее устройство;
5 - получатель информации;
7 - синхронизатор;
8 - блок линейной части.
Недостатком устройства-прототипа является небольшая дальность уверенного приема информации.
Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее блок линейной части, вход которой является входом устройства, согласованный фильтр, решающее устройство и синхронизатор, второй выход которого соединен со вторым входом блока линейной части, введены последовательно соединенные сумматор; линия задержки, выход которой соединен со входом согласованного фильтра; детектор, выход которого соединен со входом решающего устройства, а вход детектора соединен с выходом согласованного фильтра; ключ, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока линейной части, а первый сигнальный вход ключа соединен с выходом линии задержки; опорный генератор и схема выделения, выход которой является выходом устройства, при этом выход опорного генератора соединен с третьим входом схемы выделения и с первым входом синхронизатора, второй вход синхронизатора соединен с выходом решающего устройства, первый выход синхронизатора соединен с первым входом схемы выделения, второй выход синхронизатора соединен, кроме того, со вторым управляемым входом ключа, а выход блока линейной части соединен, кроме того, со вторым входом схемы сравнения.
На фиг.3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
3 - согласованный фильтр;
4 - решающее устройство;
7 - синхронизатор;
8 - блок линейной части;
9 - сумматор;
10 - линия задержки;
12 - детектор;
13 - ключ;
15 - опорный генератор;
16 - схема выделения.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок линейной части 8, сумматор 9, линию задержки 10, согласованный фильтр 3, детектор 12, выход которого соединен со входом решающего устройства 4, выход которого соединен со вторым входом синхронизатора 7, а также опорный генератор 15, выход которого соединен с первым входом синхронизатора 7 и с третьим входом схемы выделения 16, первый вход которой соединен с первым выходом синхронизатора 7, а второй вход схемы выделения 16 соединен с выходом блока линейной части 8, выход схемы выделения 16 является выходом устройства, и ключ 13, первый сигнальный вход которого соединен с выходом линии задержки 10, а выход ключа 13 соединен со вторым входом сумматора 9, при этом второй выход синхронизатора 7 соединен со вторым управляемым входом ключа 13 и со вторым входом блока линейной части 8.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Сигнал, принятый на приемную антенну, поступает на вход блока линейной части 8, состоящей из смесителя, усилителя промежуточной частоты и гетеродина, где переносится на промежуточную частоту, усиливается в усилителе промежуточной частоты и поступает на первый вход сумматора 9, с выхода которого поступает на вход линии задержки 10.
В ближней зоне приемника от передатчика (зона уверенного приема информации) синхронизирующий сигнал принимается при излучении передатчика в течение времени Т, где Т - длительность синхронизирующего сигнала.
Передатчик излучает n повторов синхронизирующего сигнала, как показано на фиг.4.
Синхросигнал, принятый в течение времени Т с выхода линии задержки 10 поступает на входы согласованного фильтра 3, детектора 12, решающего устройства 4, с выхода которого сигнал поступает на второй вход синхронизатора 7 для его запуска. С первого выхода синхронизатора 7 сигнал поступает на первый вход схемы выделения 16 для синхронизации.
Для обеспечения качества приема сигнала с вероятностью 10-2, необходимое соотношение "сигнал-шум" должно быть не менее 6 дБ (ближняя зона).
Для обеспечения обнаружения сигнала с вероятностью 10-4, необходимое соотношение "сигнал-шум" должно быть не менее 12 дБ (дальняя зона).
Для выравнивания этих соотношений необходимо сигнал с выхода линии задержки 10, где сигнал задерживается ровно на длительность информационного сигнала Т и через открытый ключ 13 поступает на второй вход сумматора 9, где суммируется с синхронизирующим сигналом, поступившим за время T2 (повтором), см. фиг.4, и так будет суммироваться до тех пор, пока на выходе согласованного фильтра 3 не появится сигнал (свертка), который детектируется в детекторе 12 и через решающее устройство 4 и синхронизатор 7, с второго выхода поступает на второй управляемый вход ключа 13, закрывая его, тем самым прекращая накопление информационного сигнала и прекращая перестройку гетеродина в блоке линейной части 8.
Накопление синхросигнала идет до тех пор, пока за время (n·Т) не произойдет обнаружение сигнала, тогда ключ 13 открывается и цикл поиска повторяется.
С выхода блока линейной части 8 сигнал, кроме того, поступает на второй вход схемы выделения 16, состоящей из коррелятора и фазового детектора, где обрабатывается и подается на выход в виде двоичной информации потребителю.
Сигнал с выхода опорного генератора 15 поступает на первый вход синхронизатора 7, для формирования синхронизирующих сигналов, и на третий вход схемы выделения 16, для формирования сигналов управления коррелятором.
На фиг.5 приведен один из примеров реализации синхронизатора 7 (схемы управления), где обозначено:
7.1 - делитель частоты - делит частоту сигнала опорного генератора с таким расчетом, чтобы период ее был равен τ, где τ - элементарная посылка.
7.2 - делитель частоты - делит частоту сигнала таким образом, чтобы на выходе период ее был равен 1 (период одной посылки сигнала).
7.3 - делитель частоты - делит частоту сигнала с выхода делителя 7.2 с таким расчетом, чтобы на выходе сигнал был равен (n·T) - длительность n посылок сигнала.
7.4 - триггер привязки, с выхода которого запирается ключ 13 на время Т и останавливается работа гетеродина линейной части 8.
7.5 - триггер привязки, с выхода которого сигнал синхронизирует работу схемы выделения сигнала 16.
На фиг.6 приведен один из вариантов реализации решающего устройства 4, где обозначено:
4.1 - схема формирования порога;
4.2 - пороговое устройство.
Приемное устройство шумоподобных сигналов, содержащее блок линейной части, вход которой является входом устройства, согласованный фильтр, решающее устройство и синхронизатор, второй выход которого соединен со вторым входом блока линейной части, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные сумматор и линия задержки, выход которой соединен со входом согласованного фильтра, детектор, выход которого соединен со входом решающего устройства, а вход детектора соединен с выходом согласованного фильтра; ключ, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока линейной части, а первый сигнальный вход ключа соединен с выходом линии задержки; опорный генератор и схема выделения, выход которой является выходом устройства, при этом выход опорного генератора соединен с третьим входом схемы выделения и с первым входом синхронизатора, второй вход синхронизатора соединен с выходом решающего устройства, первый выход синхронизатора соединен с первым входом схемы выделения, второй выход синхронизатора, кроме того, соединен со вторым управляемым входом ключа, а выход блока линейной части соединен, кроме того, со вторым входом схемы выделения.
