УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОМУ СИГНАЛУ Российский патент 1997 года по МПК H04L27/22 H03L7/06 

Изобретение относится к технике измерений по фазоманипулированным сигналам и может использоваться в системах единого времени для синхронизации разнесенных часов по радиоканалу.

Известно устройство для фазовой синхронизации при приеме фазоманипулированных (ФМ) сигналов с использованием синфазного и квадратурного каналов и фильтров нижних частот (схема Костаса) /1, с. 277/. Из-за наличия аналоговых фильтров нижних частот реализация схемы вызывает технические трудности при низкой тактовой частоте ФМ сигнала и повышенных требованиях к точности синхронизации.

Наиболее близким к изобретению является устройство для синхронизации по фазоманипулированному сигналу, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель и первый интегратор, последовательно соединенные второй перемножитель и второй интегратор, первые входы перемножителей являются входом устройства, третий перемножитель, первый ключ, последовательно соединенные первый блок усреднения и источник синхронизируемых колебаний, синфазный выход которого, являющийся первым выходом устройства, подключен ко второму входу первого перемножителя, а квадратурный выход подключен ко второму входу второго перемножителя, а также блок тактовой синхронизации, вход которого подключен к выходу первого перемножителя /2/.

Однако известное устройство обладает невысокой точностью синхронизации.

Цель изобретения заключается в повышении точности синхронизации. Для этого в устройство для синхронизации по фазоманипулированному сигналу, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель и первый интегратор, последовательно соединенные второй перемножитель и второй интегратор, первые входы перемножителей являются входом устройства, третий перемножитель, первый ключ, последовательно соединенные первый блок усреднения и источник синхронизируемых колебаний, синфазный выход которого, являющийся первым выходом устройства, подключен ко второму входу первого перемножителя, а квадратурный выход подключен ко второму входу второго перемножителя, а также блок тактовой синхронизации, вход которого подключен к выходу первого перемножителя, введены последовательно соединенные блок привязки фронта, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу устройства, и первый формирователь импульсов опроса, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, включенного между выходом третьего перемножителя и входом первого блока усреднения, а выход первого ключа подключен к объединенным входам установки первого и второго интеграторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего перемножителя, источник синхронизируемых колебаний выполнен в виде последовательно соединенных задающего генератора и формирователя опорных колебаний, сдвинутых по фазе одно относительно другого на π/2 выходы которого являются синфазным и квадратурным выходами источника синхронизируемых колебаний, а управляющий вход входом источника синхронизируемых колебаний, блок тактовой синхронизации выполнен в виде последовательно соединенных четвертого перемножителя и третьего интегратора, последовательно соединенных пятого перемножителя и четвертого интегратора, последовательно соединенных шестого перемножителя, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого интеграторов, второго ключа и второго блока усреднения, формирователя опорных сигналов, сдвинутых один относительно другого на половину длительности элементарной посылки фазоманипулированного сигнала 2, вход и управляющий вход которого подключены к выходу задающего генератора и выходу второго блока усреднения соответственно, а один из выходов является вторым выходом устройства, и второго формирователя импульсов опроса, включенного между вторым выходом устройства и управляющим входом второго ключа, при этом первые входы четвертого и пятого перемножителя являются входом блока тактовой синхронизации, выходы формирователя опорных сигналов, сдвинутых один относительно другого на половину длительности элементарной посылки фазоманипулированного сигнала, подключены к вторым входам четвертого и пятого перемножителей соответственно, выход второго ключа подключен к объединенным входам установки третьего и четвертого интеграторов, а второй выход устройства подключен к сигнальному входу блока привязки фронта.

На фиг. 1 дана структурная электрическая схема устройства для синхронизации по фазоманипулированному сигналу; на фиг. 2 диаграмма, иллюстрирующая зависимость от сдвига τ сигнала рассогласования на выходе блока усреднения; на фиг. 3 временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при положительном (а) и отрицательном (б) смещении опорных сигналов.

Устройство для синхронизации по фазоманирулированному сигналу содержит задающий генератор 1 и формирователь 2 опорных колебаний, образующие источник синхронизируемых колебаний, формирователь 3 опорных сигналов, первый и второй перемножители 4 и 5, первый и второй интеграторы 6 и 7, третий перемножитель 8, первый ключ 9, первый блок усреднения 10, блок тактовой синхронизации, образованный четвертым и пятым перемножителями 11 и 12, третьим и четвертым интеграторами 13 и 14 и шестым перемножителями 15, второй ключ 16, второй блок усреднения 17, первый и второй формирователи 18 и 19 импульсов опроса и блок привязки фронтов 20.

Устройство работает следующим образом.

Фазоманипулированный (ФМ) сигнал поступает на входы перемножителей 4, 5, на вторые входы которых поступают с формирователя 2 сдвинутые на p/2 непрерывные опорные колебания, сформированные из высокочастотного сигнала задающего генератора 1. В интеграторах 6, 7 производится накопление результатов перемножения сигналов за длительность элементарной посылки ФМ сигнала. Выходные сигналы интеграторов 6, 7 непрерывно перемножаются в третьем перемножителе 8, сигнал с которого поступает на первый блок усреднения 10 через первый ключ 9. Первый ключ 9 периодически открывается по управляющему входу импульсами опроса, следующими с первого формирователя 18 с тактовой частотой манипуляции. В момент опроса короткий импульс поступает также на установочные входы интеграторов 6, 7 и обнуляет их. В результате усреднения сигналов третьего перемножителя 8 на выходе первого блока 10 усреднения формируется сигнал рассогласования (фиг. 2), управляющий положением выходных опорных колебаний формирователя 2. Сигнал рассогласования есть "высокочастотная" функция сдвига τ между моментами возможного изменения фазы во входном сигнале и опорным сигналом с огибающей, зависящей от t. Частота наполнения в два раза выше частоты сигнала, что определяется двузначностью фазы принимаемых посылок. Наименьший размах сигнал рассогласования имеет при сдвиге на половину длительности элементарной посылки. Наибольшего значения огибающая достигает при t=0/ то есть при совпадении моментов обнуления интеграторов с фронтами манипулирующего напряжения в сигнале. При выполнении устройств на элементах дискретной техники, то есть при замене интеграторов реверсивными счетчиками, а аналоговых перемножителей дискретными, на третьем перемножителе 8 производится сравнение (перемножение) знаков чисел, записанных в счетчиках к моменту обнуления и поступающих на входы перемножителя с триггеров знака реверсивных счетчиков. При тактовой синхронизации огибающая рассматривается как ФМ сигнал. Частота опорных меандровых сигналов, поступающих с формирователя 3 опорных сигналов, равна половине тактовой частоты сигнала манипуляции, а сдвиг между ними равен T/2, где T - длительность элементарной посылки ФМ сигнала. Отпирание второго ключа 16 и обнуление интеграторов 13, 14 осуществляется с тактовой частотой фронтом и спадом опорного сигнала.

На диаграммах фиг. 3 работы устройства при тактовой синхронизации через U_м обозначен сигнал манипуляции (огибающая) ФМ сигнала, поступающий на перемножители 11, 12, U₀₁, U₀₂ синфазный и сдвинутый на T/2 опорные сигналы; , знаки чисел, определяемых как средние за время T значения произведений, стоящих в скобках. Усредненное произведение есть сигнал рассогласования, управляющий положением опорных сигналов. Из диаграмм видно, что при положительном смещении опорного сигнала U₀₁ (фиг. 3а) напряжение на выходе второго блока 17 усреднения также положительное, и воздействуя на опорный сигнал, сводит рассогласование к нулю. Если имеется смещение противоположного знака (фиг. 3б), то напряжение на выходе второго блока усреднения становится отрицательным, и положение опорного сигнала будет меняться в противоположную сторону.

Нулю приписывается знак "плюс". Назначение второго блока усреднения 17 также состоит в сглаживании флюктуаций управляющего сигнала при воздействии помех.

В качестве входного сигнала для перемножителей 11 и 12 используется сигнал с выхода первого перемножителя 4 синфазного канала слежения за фазой несущей, где имеется составляющая, соответствующая огибающей ФМ сигнала. Величина ее максимальна по окончании отработки цели слежения за наполнением, при этом канал с синфазным опорным колебанием представляет собой логический фазовый детектор.

Обнуляющие импульсы в обеих цепях формируются из положительных и отрицательных фронтов синфазного опорного сигнала U₀₁ канала слежения за моментом изменения фазы. В результате привязки фронтов опорного сигнала в блоке 20 обнуляющие импульсы совпадают с фронтами опорного колебания, при этом сигнал рассогласования на выходе первого блока 10 усреднения не зависит от начальной фазы опорного колебания.

По мере подстройки U₀₁ условия работы канала слежения за фазой несущей приближаются к оптимальным. Наименьшая ошибка слежения имеет место при совмещении опорного сигнала U₀₁ с огибающей принимаемого сигнала.

Таким образом, в изобретении точность синхронизации по ФМ сигналу повышается в процессе отработки цепей синхронизации по несущей и по огибающей. При отработке цепи тактовой синхронизации, то есть при стремлении τ к 0, увеличивается крутизна сигнала рассогласования в цепи фазовой автоподстройки (см. фиг. 2 при t0), что приводит к уменьшению погрешности измерения по фазе несущей частоты за счет уменьшения флуктуаций опорного колебания на первом выходе устройства. В процессе фазовой автоподстройки в канале точного слежения возрастает уровень сигнала манипуляции на выходе первого перемножителя 4 (входе цепи подстройки по огибающей), что приводит в свою очередь к уменьшению флюктуаций опорного сигнала на втором выходе устройства и, соответственно, к уменьшению погрешности тактовой синхронизации.

Использование: измерения по фазоманипулированным сигналам; система единого времени для синхронизации разнесенных часов по радиоканалу. Устройство для синхронизации по фазоманипулированному сигналу с длительностью элементарной посылки T содержит задающий генератор 1, а формирователь 2 опорных колебаний, образующие источник синхронизируемых колебаний, формирователь 3 опорных сигналов, первый и второй перемножители 4 и 5, первый и второй интеграторы 6 и 7, третий перемножитель 8, первый ключ 9, первый блок усреднения 10, блок тактовой синхронизации, образованный четвертым и пятым перемножителем 11 и 12, третьим и четвертым интеграторами 13 и 14 и шестым перемножителем 15, второй ключ 16, второй блок усреднения 17, первый и второй формирователи 18 и 19 импульсов опроса и блок привязки фронтов 20 и обладает повышенной точностью синхронизации. 3 ил.

Устройство для синхронизации по фазоманипулированному сигналу, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель и первый интегратор, последовательно соединенные второй перемножитель и второй интегратор, первые входы перемножителей являются входом устройства, третий перемножитель, первый ключ, последовательно соединенные первый блок усреднения и источник синхронизируемых колебаний, синфазный выход которого, являющийся первым выходом устройства, подключен к второму входу первого перемножителя, а квадратурный выход подключен к второму входу второго перемножителя, а также блок тактовой синхронизации, вход которого подключен к выходу первого перемножителя, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные блок привязки фронта, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу устройства, и первый формирователь импульсов опроса, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, включенного между выходом третьего перемножителя и входом первого блока усреднения, а выход первого ключа подключен к объединенным входам установки первого и второго интеграторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего перемножителя, источник синхронизируемых колебаний выполнен в виде последовательно соединенных задающего генератора и формирователя опорных колебаний, сдвинутых по фазе относительно друг друга на π/2, выходы которого являются синфазным и квадратурным выходами источника синхронизируемых колебаний, а управляющий вход входом источника синхронизируемых колебаний, блок тактовой синхронизации выполнен в виде последовательно соединенных четвертого перемножителя и третьего интегратора, последовательно соединенных пятого перемножителя и четвертого интегратора, последовательно соединенных шестого перемножителя, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого интеграторов, второго ключа и второго блока усреднения, формирователя опорных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на половину длительности элементарной посылки фазоманипулированного сигнала, вход и управляющий вход которого подключены к выходу задающего генератора и выходу второго блока усреднения соответственно, а один из выходов является вторым выходом устройства, и второго формирователя импульсов опроса, включенного между вторым выходом устройства и управляющим входом второго ключа, при этом первые входы четвертого и пятого перемножителей являются входом блока тактовой синхронизации, выходы формирователя опорных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на половину длительности элементарной посылки фазоманипулированного сигнала, подключены к вторым входам четвертого и пятого перемножителей соответственно, выход второго ключа подключен к объединенным входам установки третьего и четвертого интеграторов, а второй выход устройства подключен к сигнальному входу блока привязки фронта.