УСТРОЙСТВО ПОИСКА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА Российский патент 1994 года по МПК H04B1/10 H04L7/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поиска сложных шумоподобных сигналов в радиолокации, телеметрических и связных системах.

Известны устройства поиска шумоподобных сигналов, в которых применяются многоканальные схемы поиска с двухэтапной процедурой. Недостатком указанных устройств является то, что уменьшение среднего времени поиска за счет двухэтапной процедуры ограничено тем, что время анализа на первом этапе фиксировано и не зависит от фактического отношения сигнал/шум на входе устройства поиска.

Из известных устройств поиска шумоподобного сигнала наиболее близким по технической сущности является устройство поиска шумоподобных сигналов.

Однако оно имеет существенный недостаток: потери времени при поиске за счет того, что время анализа и пороги при исследовании "пустых" (без сигнала) позиций области неопределенности фиксированы и не зависят от фактического отношения сигнал/шум на входе устройства.

Цель предлагаемого устройства поиска шумоподобного сигнала - уменьшение времени поиска.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные смеситель 1, первый вход которого является информационным входом устройства поиска, широкополосный усилитель 2, демодулятор 3, узкополосный усилитель 4, детектор с фильтром нижних частот 5 и управляемый гетеродин 6, выход которого соединен с другим входом смесителя 1.

К выходу широкополосного усилителя 2 подключены входы m корреляторов 17 и последовательно соединенные дискриминатор 7, корректирующий усилитель 8, управляемый тактовый генератор 9, к выходу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль 10, второй элемент ИЛИ 11, генератор ПСП 14; последовательно соединенные линии задержки 12, второй вентиль 13 и тактовый вход узла сканирования с дополнительным выходом 22, первый выход которого соединен с другим входом управляемого гетеродина 6, а второй и третий выходы соединены соответственно с управляющими входами первого вентиля 10 и второго вентиля 13, выход которого подключен к другому входу второго элемента ИЛИ 11.

Четвертый выход узла сканирования с дополнительным выходом 22 соединен с входом счетчика номера порога 27 и последовательно соединенными m пороговыми вентилями 18, выход последнего из которых через ключ 21 соединен с входами "Сброс" m корреляторов 17 и счетчика номера порога 27 и входом узла сканирования с дополнительным выходом 22, дополнительный выход которого через счетчик 20 на 2 соединен с управляющими входами m коммутаторов 23, первые входы которых подключены к выходам соответствующих m корреляторов 17 непосредственно, а вторые входы - через соответствующие m делителей уровня 24.

Выходы генератора ПСП 14 подключены к опорным входам m корреляторов 17 и сигнальным входам m канальных вентилей 15, выходы которых объединяются на первом элементе ИЛИ 16, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора 7 и демодулятора 3.

Выходы каждого из m коммутаторов 23 подключены к управляющим входам m канальных вентилей 15 и m пороговых вентилей 18 и к общему входу соответствующей m-й группы из Р дополнительных пороговых блоков 19 (Р = 1, 2, . . . ) и m мультиплексоров 26, сигнальные входы которых подключены к выходам Р дополнительных пороговых блоков 19, а выходы мультиплексоров 26 объединены на дополнительном элементе ИЛИ 28, выход которого соединен с первым входом управляемого таймера 25, выход которого подключен к управляющему входу ключа 21.

Выходы счетчика номера порога 27 соединены с управляющими входами соответствующих m мультиплексоров 26 и через дешифратор 29 - к другому входу управляемого таймера 25.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Входной широкополосный сигнал смесителем 1 переносится на промчастоту и через широкополосный усилитель 2 поступает на сигнальные входы корреляторов 17m, в которых происходит "свертка" входного сигнала и опорных сигналов с выходов генератора ПСП 14. По величине напряжения "свертки" на выходе корреляторов 17_m принимается решение о наличии или отсутствии сигнала на исследуемой позиции области неопределенности сигнала. Полный цикл поиска сигнала разделен на два: на первом цикле поиск осуществляется в предположении "сильного" сигнала на входе устройства поиска (большое отношение сигнал/шум), на втором - в предположение "слабого" сигнала (минимально допустимое отношение сигнал/шум). На первом цикле поиска на выходе счетчика 20 на 2 с установкой устанавливается "лог. 0", который поступает на управляющие входы коммутаторов 23_m, при этом выходные сигналы корреляторов 17_m поступают на входы дополнительных пороговых элементов 19_m^p и пороговых вентилей 18_m через коммутаторы 23_m после ослабления их делителями напряжений 24_m. На втором цикле поиска сигнал на выходе счетчика 20 и 2 с установкой устанавливается равным "лог. 1" и выходные сигналы корреляторов 17_m проходят через коммутаторы 23_m без ослабления. При фиксированных пороговых значениях дополнительных пороговых элементов 19_m^p и пороговых вентилей 18_m это эквивалентно поиску на I первом цикле с высоким порогом, т. е. с вероятностью ложной тревоги F -> 0.

Схема, подключенная к выходам i-го коммутатора 23_i (1≅i ≅m) имеет Р + 1 пороговых уровней, удовлетворяющих условию
U₁ < U₂ < . . . < U_p < U_p+1 (1)
Первые Р уровней задаются i-й группой, состоящей из Р дополнительных пороговых элементов 19_i^p, последней Р + 1 пороговый уровень является в соответствии с (1) максимальным и задается i-м пороговым вентилем 18_i. При превышении максимального порогового значения сигналом с выхода коммутатора 23_i соответствующие элементы - коммутаторный вентиль 15_i и пороговый вентиль 18_i соответственно открываются и закрываются. Выходы дополнительных пороговых элементов 19_i^p поочередно в порядке возрастания пороговых значений (и номеров) через соответствующий мультиплексор 26_i подключаются к соответствующему входу второй схемы ИЛИ 28.

Управление мультиплексорами 26_m осуществляется кодом, поступающим с выходов счетчика 27 номера порога. Этот код формируется следующим образом. Узел сканирования 22 с дополнительным выходом через интервалы Т_а, равные времени анализа исследуемой позиции на первой ступени, выдает команду окончания анализа в виде импульса, поступающего через последовательно соединенные пороговые вентили 18_m и ключ 21 на установочный вход счетчика 27 номера порога и вход "Сброс" корреляторов 17_m, устанавливая их в начальное состояние, при котором к m входам второй схемы ИЛИ 28 через мультиплексоры 26_m подключены выходы первых (в каждой из m групп) дополнительных пороговых элементов 19_m¹. Если за время анализа какой-либо позиции не происходит превышения минимального порогового значения U₁ ни в одном из m каналов, то импульс окончания анализа вновь проходит через последовательно соединенные пороговые вентили 18_m и ключ 21, разряжает интеграторы в корреляторах 17, устанавливает счетчик 27 номера порога в начальное состояние и, возвращаясь в узел сканирования 22, с дополнительным выходом изменяет на 1 состояние соответствующего счетчика, регистрирующего число исследованных позиций, и производит сдвиг опорной последовательности. Сканирование по задержке заключается в сдвигах опорных сигналов на m тактов, т. е. на величину m τ , где τ - длительность элемента ПСП.

Сканирование по частоте осуществляется изменением частоты управляемого гетеродина 6 на величину Δf, согласованную с полосой пропускания корреляторов 17_m, каждый раз после просмотра всех позиций по задержке (с учетом времени переходных процессов). При необходимости сдвиг на m тактов осуществляется закрыванием первого вентиля 10 или открыванием второго вентиля 13 на время, в течение которого первым счетчиком в узле сканирование 22 с дополнительным выходом отсчитывают m импульсов с управляемого тактового генератора 9. Для формирования импульсов с периодом Т_а первый счетчик дополняют дешифратором, настроенным на число К_а = Т_а/τ . Второй счетчик в узле сканирования 22 с дополнительным выходом ведет счет импульсов, поступающих через ключ 21 на его тактовый вход. Когда этот счетчик отсчитывает заранее заданное число импульсов, равное N/m, где N - период ПСП, возникает импульс переноса (например, с дешифратора 2-го счетчика), который направляется на вход третьего счетчика с ЦАП. Причем последний откалиброван совместно с гетеродином 6 так, что изменение числа на его входе на 1 изменяет частоту гетеродина 6 на величину Δf. Когда третий счетчик отсчитает число импульсов, равное ΔQ/ Δf, где Δ Q - область неопределенности сигнала по частоте, на выходе подключенного к нему дешифратора возникает импульс завершения цикла поиска по всей частотно-временной области неопределенности, который и поступает на дополнительный выход узла сканирования 22 с дополнительным выходом.

Этот импульс окончания цикла поиска изменяет состояние счетчика 20 на 2 с установкой, при этом на управляющие входы коммутаторов 23_m поступает "лог. 1" и выходные сигналы корреляторов 17_m проходят через них без ослабления, и начинается второй цикл поиска сигнала.

Если за время анализа Т_а какой-либо позиции в i-м канале на любом из циклов поиска наблюдается превышение порогового значения первой ступени U₁ без превышения максимального порогового уровня U_P+1, то первый дополнительный пороговый элемент 19_i¹, входящий в i-ю группу срабатывает и его выходной сигнал через соответствующий мультиплексор 26_i и вторую схему ИЛИ 28 поступает на первый вход управляемого таймера 25, который закрывает ключ 21 на время ΔТ_а, необходимое для запрещения прохождения следующего импульса окончания анализа (при этом не происходит сброса интеграторов в корреляторах 17_m и время анализа исследуемой позиции увеличивается на величину Т_а). Следующий импульс поступает из блока сканирования 22 с дополнительным выходом через время Т_а, изменяет на 1 код счетчика 27 номера порога, поступающий на управляющие входы мультиплексоров 26_m, через которые к входам второй схемы ИЛИ 28 на 2-й ступени анализа будут подключены выходы вторых дополнительных пороговых элементов 19_m² с пороговыми значениями U₂.

Если на одной из ступеней после поочередного превышения 1, 2, . . . , К - 1 пороговых значений в К-м дополнительном пороговом элементе уровень U_K не был превышен (K ≅P), следующий импульс окончания анализа проходит через ключ 21, осуществляет сброс корреляторов 17_m, устанавливает счетчик 27 номера порога в начальное состояние и, возвращаясь в узел сканирования 22 с дополнительным выходом, изменяет в нем на 1 код соответствующего счетчика исследованных позиций и осуществляет сдвиг опорных ПСП. При этом в отличие от устройства-прототипа, где первая ступень анализа (см. фиг. 3) имеет фиксированную длительность Т₁, в предлагаемом устройстве (см. фиг. 4) решение об отсутствии сигнала на данной позиции может быть принято на любой из Р ступеней (на фиг. 4 показан случай, когда Р = 2) за время, меньшее Т₁, что и приводит к сокращению времени поиска.

Если пороговые значения 19_i¹ . . . 19_i^p последовательно превышены во всех Р дополнительных пороговых элементах i-го канала без превышения максимального уровня U_P+1, то счетчик номера порога формирует код (P + 1)-го состояния, при котором выходы всех дополнительных пороговых элементов 19_m^p отключены от второй схемы ИЛИ 28, а на выходе дешифратора 29 формируется сигнал, поступающий на второй вход управляемого таймера 25, запущенного на предыдущей ступени, после чего длительность его выходного сигнала увеличивается до величины Т_n > ΔT_a. При этом ключ 21 закрыт и время анализа данной позиции увеличивается до значения, необходимого для более достоверного принятия решения о наличии или отсутствии сигнала "свертки" в этом канале. Управляемый таймер может быть выполнен в виде схемы, состоящей из двух таймеров. Выходы таймеров объединяются на схеме ИЛИ, выход которой является выходом управляемого таймера, а первый вход - входом первого таймера. Второй таймер запускается выходным сигналом первого, причем подключение выхода первого таймера к входу второго осуществляется через ключ, управляемый элементом памяти со сбросом, на котором запоминается выходной сигнал дешифратора 25, поступающий на второй вход управляемого таймера.

Если за время проверки Т_n не происходит превышения (Р + 1)-го (максимального) порогового уровня в проверяемом канале, то ключ 21 открывается, пропускает следующий импульс окончания анализа и устройство переходит к анализу следующей позиции по задержке.

Если в проверяемом i-м канале происходит превышение максимального Р + 1 порогового уровня U_P+1, то устройство поиска принимает решение об обнаружении сигнала, т. е. соответствующий коммутаторный вентиль 15_i открывается и опорная ПСП этого канала через схему ИЛИ 16 поступает на дискриминатор 7, а соответствующий пороговый вентиль 18_i закрывается, отключая поиск и устройство переходит в режим слежения за сигналом. Этот режим осуществляется схемой АПЧ, которая включает смеситель 1, широкополосный усилитель 2, демодулятор 3, узкополосный усилитель 4, детектор с ФНЧ 5, управляемый гетеродин 6 и схемой слежения за задержкой, состоящей из дискриминатора 7, корректирующего усилителя 8, управляемого тактового генератора 9, первого вентиля 10, элемента ИЛИ 11, генератора ПСП 14, одна из сдвинутых последовательностей которого, соответствующая обнаружившему каналу, поступает через схему ИЛИ 16 на дискриминатор 7.

Положительный эффект при использовании предлагаемого устройства заключается в уменьшении среднего времени поиска сигнала и достигается за счет того, что полный цикл поиска состоит из двух циклов: первого - для "сильного" сигнала с высокими порогами и минимальной вероятностью ложной тревоги, при котором многоступенчатый анализ "пустых" позиций завершается на начальных ступенях, и второго - для "слабого" сигнала с оптимальными для его обнаружения порогами, при котором время ступенчатого анализа на каждой позиции является переменной величиной, не превосходящей фиксированного времени анализа первой ступени при двухступенчатом поиске. (56) Авторское свидетельство СССР N 1095433, кл. H 04 L 7/04, 1982.

Использование: в радиотехнике для поиска сложных шумоподобных сигналов в радиолокации, телеметрических и связных системах. Сущность изобретения: устройство поиска шумоподобного сигнала содержит смеситель 1, широкополосный усилитель 2, демодулятор 3, узкополосный усилитель 4, детектор 5 с фильтром нижних частот, управляемый гетеродин 6, дискриминатор 7, корректирующий усилитель 8, управляемый тактовый генератор 9, вентиль 10, элемент ИЛИ 11, линию задержки 12, вентиль 13, генератор 14 псевдослучайной последовательности (ПСП), m канальных вентилей 15₁-15_m элемент ИЛИ 16_m корреляторов 17₁-17_m m пороговых вентилей 18₁-18_m, p дополнительных пороговых блоков 19₁-19_р, счетчик на "2" 20, ключ 21, m коммутаторов 23₁-23_m, m делителей напряжения 24₁-24_m, управляемый таймер 25, m мультиплексоров 26₁-26_m, счетчик 27 номера порога, элемент ИЛИ 28, дешифратор 27. Цель изобретения - сокращение времени поиска шумоподобного сигнала. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ПОИСКА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА, содержащее последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является информационным входом устройства, широкополосный усилитель, демодулятор, узкополосный усилитель, детектор с фильтром нижних частот и управляемый гетеродин, второй вход которого соединен с первым выходом блока сканирования, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами m-канальных вентилей (где m = 1, 2, . . . , n), дискриминатор, второй вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, корректирующий усилитель, управляемый тактовый генератор, первый вентиль, второй элемент ИЛИ и генератор псевдослучайных последовательностей (ПСП), выходы которого соединены с сигнальными входами m соответствующих канальных вентилей и входами опорного сигнала m соответствующих корреляторов, входы сброса которых соединены между собой, последовательно соединенные m пороговых вентилей, управляющие входы которых соединены с управляющими входами m соответствующих канальных вентилей, последовательно соединенные линия задержки, вход которой соединен с тактовым входом блока сканирования и с выходом управляемого тактового генератора, и второй вентиль, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, управляющие входы первого и второго вентилей соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока сканирования, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени поиска шумоподобного сигнала, введены в него m делителей уровня, m коммутаторов, m групп из p дополнительных пороговых блоков (p = 1,2, . . . p), m мультиплексоров, последовательно соединенные дешифратор, управляемый таймер, второй вход которого соединен с выходом дополнительного элемента ИЛИ, и ключ, а также счетчик на два и счетчик номера порога, при этом выход каждого из m корреляторов соединен с входами соответствующих делителя уровня и коммутатора, второй вход которого соединен с выходом делителя уровня, управляющие входы m коммутаторов соединены между собой и с дополнительным выходом блока сканирования через счетчик на два, а выход каждого из m коммутаторов соединен с управляющим входом соответствующего канального вентиля и с соединенными между собой p дополнительными пороговыми блоками m-й группы, причем выходы p дополнительных пороговых блоков каждой из m групп через соответствующий мультиплексор соединены с соответствующим входом дополнительного элемента ИЛИ, выход m-го порогового вентиля через ключ соединен с входом блока сканирования, с входами сброса m корреляторов и с установочным входом счетчика номера порога, вход которого и вход первого порогового вентиля соединены между собой и с четвертым выходом блока сканирования, а выход счетчика номера порога соединен с управляющими входами m мультиплексоров и с входом дешифратора.