УСТРОЙСТВО ПОИСКА ПО ЗАДЕРЖКЕ СИГНАЛОВ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2003 года по МПК H04B1/10 H04L7/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Известны устройства поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, описанные в монографии Р.К. Диксона "Широкополосные системы". - М.: Связь, 1979 г., стр.191-192, рис.6.9, а также в монографии В.И. Борисова и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройкой рабочей частоты". - М.: Радио и связь, 2000 г., стр.229, рис.6.12, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, описанное в монографии Г.И. Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов". - М.: Сов. радио, 1977 г., стр.326, рис.7.2б, структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр;
3 - амплитудный детектор;
4 - решающий блок;
5 - генератор тактовой частоты;
6 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кодовой последовательности).

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные смеситель 1, первый сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3, решающий блок 4, генератор тактовой частоты 5 и перестраиваемый синтезатор частот 6, выходом соединенный с вторым опорным входом смесителя 1.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты перемножается с опорным сигналом, формируемым блоком 6. На блок 6 подаются тактовые импульсы от блока 5, обеспечивающие перестройку блока 6 последовательно по N частотам в соответствии с заданной программой (кодом) его перестройки. В режиме поиска в тактовую частоту формируемую блоком 5, вводится небольшое отличие от тактовой частоты используемой в режиме синхронизации с входным сигналом. За счет этого длительность стояния опорного сигнала τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки незначительно отличается от длительности излучения τ_o входного сигнала на каждой из N частот входного сигнала:




τ₁ = τ_o±Δτ,
Δτ<<τ_o.
За счет введения различия в программы перестройки входного и опорного сигналов обеспечивается их взаимное скольжение и периодическое совпадение по времени (фазе).

Результат перемножения входного и опорного сигналов фильтруется в блоке 2, детектируется в блоке 3, выделенная огибающая напряжения сравнивается с порогом в блоке 4. При превышении порога по команде блока 4, подаваемой на управляющий вход блока 5, в блоке 5 устанавливается τ₁ = τ_o.
Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее последовательно соединенные перемножитель, вход которого является входом устройства, и полосовой фильтр, а также амплитудный детектор, решающий блок, генератор тактовой частоты и перестраиваемый синтезатор частот, выход которого присоединен к второму, опорному, входу перемножителя, введены последовательно соединенные первый коммутатор, блок прямого преобразования Фурье, блок режекции импульсных помех, ограничитель и блок обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а также согласованный фильтр, второй коммутатор и делитель тактовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты и с первым, сигнальным, входом второго коммутатора, второй, управляющий, вход которого соединен с выходом решающего блока и вторым, управляющим, входом первого коммутатора, первый, сигнальный, вход которого соединен с выходом полосового фильтра; при этом выход амплитудного детектора через согласованный фильтр соединен с входом решающего блока. Выход второго коммутатора соединен с входом перестраиваемого синтезатора частот, а третий, сигнальный, вход второго коммутатора соединен с выходом делителя тактовой частоты и с вторыми, опорными, входами блока прямого преобразования Фурье. Кроме того, второй выход первого коммутатора является выходом устройства.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр;
3, 12 - первый и второй коммутатор;
4 - блок прямого преобразования Фурье;
5 - блок режекции импульсных помех;
6 - блок обратного преобразования Фурье;
7 - амплитудный детектор;
8 - согласованный фильтр;
9 - решающий блок;
10 - генератор тактовой частоты;
11 - делитель тактовой частоты;
13 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кодовой последовательности);
14 - ограничитель.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый, сигнальный, вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, первый коммутатор 3, блок прямого преобразования Фурье 4, блок режекции импульсных помех 5, ограничитель 14, блок обратного преобразования Фурье 6, амплитудный детектор 7, согласованный фильтр 8 и решающий блок 9, выход которого соединен с вторыми, управляющими, входами первого 3 и второго 12 коммутаторов; последовательно соединенные генератор тактовой частоты 10, второй коммутатор 12 и перестраиваемый синтезатор частот 13, выход которого соединен с опорным входом перемножителя 1; при этом вторые, опорные, входы блока прямого преобразования Фурье 4 и блока обратного преобразования Фурье 6 соединены между собой, а также с третьим, сигнальным, входом второго коммутатора 12 и с выходом делителя тактовой частоты 11, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты 10; кроме того, второй, сигнальный, выход первого коммутатора 3 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

На первый, сигнальный, вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает входная смесь, содержащая узкополосную помеху и периодический сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_o, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной программой перестройки (псевдослучайным кодом). На второй, опорный, вход блока 1 подается опорный сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, отличающийся от входного сигнала сдвигом всех частот программы перестройки на величину f_пр, равную промежуточной частоте приемника. В исходном режиме работы, когда устройство не вошло в синхронизм с входным сигналом, на выходе блока 9 формируется команда "0". По этой команде, поступающей на вторые, управляющие, входы блоков 3 и 12, выход блока 2 через блок 3 соединяется с первым, сигнальным, входом блока 4, а к входу блока 13 через блок 12 подключается выход блока 11, в результате чего на блок 13 подаются тактовые импульсы от блока 11, тактовая частота которого в (N+1) раз ниже тактовой частоты формируемой блоком 10, что достигается за счет деления тактовой частоты блока 10 в (N+1) раз в блоке 11.

За счет подачи на блок 13 тактовой частоты где f_т - тактовая, используемая при формировании входного сигнала, в устройстве осуществляется режим поиска по задержке, при котором блок 13 стоит на каждой из N частот программы перестройки в течение времени τ₁ = (N+1)τ_o.
За время τ₁ входной сигнал перестраивается по N частотам программы его перестройки, поэтому на выходе блока 1 в результате перемножения входного и опорного сигналов на каждом из N временных интервалов длительностью τ₁ обязательно выделяется импульс совпадения входного и опорного сигналов длительностью τ_o, занимающий одинаковое временное положение на всех N временных интервалах длительностью τ₁ относительно момента смены частоты, определяемый взаимной задержкой (фазой) входного и опорного сигналов.

Временной интервал между импульсами совпадения, выделяемыми на соседних частотах, равен τ₁ = (N+1)τ_o, а временное положение импульса совпадения на интервале τ₁ относительно момента смены (скачка) частоты несет информацию о начальной фазе (задержке) входного сигнала относительно опорного.

Сказанное поясняется на фиг.3, где на фиг.3а представлен входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (входная кодовая последовательность), при этом цифрами обозначены порядковые номера частот в программе перестройки входного сигнала.

С целью наглядности на фиг.3 принято N=5.

На фиг.3б показана программа перестройки опорного сигнала, формируемого блоком 13, с длительностью стояния на каждой из N частот, равной τ₁ = (N+1)τ_o, при этом цифрами обозначены порядковые номера частот опорного сигнала.

На фиг.3в показаны импульсы совпадения входного и опорного сигналов длительностью τ_o и импульсы длительностью τ₁ = (N+1)τ_o, от узкополосной помехи, совпадающей по частоте с третьей частотой входного сигнала, на выходе блока 1.

На фиг. 3в показано, что временное положение импульса полезного сигнала относительно момента скачка частоты одинаково на всех N временных позициях (θ₁ = θ₂ = ...θ₅).
На фиг.3г показано, что временное положение импульса совпадения входного и опорного сигналов длительностью τ_o на каждом из N временных интервалов длительностью τ₁ = (N+1)τ_o определяет начальную фазу (задержку) входного сигнала относительно опорного.

Результат перемножения входного сигнала, поступающего на первый, сигнальный, вход, и опорного сигнала, поступающего на второй, опорный, вход блока 1, с выхода блока 1 поступает на блок 2, где осуществляется его фильтрация в полосе частот ΔF, согласованной с длительностью τ_o/ импульса полезного сигнала
С выхода блока 2 напряжение через блок 3 поступает на первый, сигнальный, вход блока 4. В блоке 4 на каждом из N временных интервалов длительностью τ₁ = (N+1)τ_o выполняется процедура прямого преобразования Фурье с использованием тактовых импульсов, поступающих на второй, опорный, вход блока 4 от блока 11. Результат прямого преобразования Фурье представляет собой напряжение, характеризующее спектр импульса сигнала длительностью τ_o и импульса от узкополосной помехи длительностью τ₁ = (N+1)τ_o (в случае ее наличия). Так как помеха на выходе блока 1 представляет собой импульс, длительность которого в (N+1) раз больше длительности импульса полезного сигнала, то на выходе блока 4 она выделяется в виде высокого и узкого импульса, а полезный сигнал - в виде широкого импульса. Напряжение с выхода блока 4 подается на блок 5, где осуществляется обнаружение импульса помехи большого уровня и его режекция за счет запирания тракта на время его действия, которое известно заранее, так как длительность импульса от узкополосной помехи на входе блока 4 всегда равна τ₁ = (N+1)τ_o.
С выхода блока 5 напряжение поступает на блок 14, где осуществляется нормирование по амплитуде за счет ограничения смеси импульсов сигнала и помехи (при ее наличии) или только импульсов сигнала (при отсутствии узкополосной помехи на входе устройства на данной частоте), далее на первый, сигнальный, вход блока 6. В блоке 6 выполняется процедура обратного преобразования Фурье с использованием тактовых импульсов, поступающих на второй, опорный, вход блока 6 от блока 11.

Работа устройства поясняется на фиг.3в,д,е,ж,з, при этом на фиг.3в,д показано, что узкополосная помеха, частота которой совпала с частотой программы перестройки входного и опорного сигналов, имеющей третий порядковый номер, на выходе блока 2 представляет собой импульс длительностью τ₁ = (N+1)τ_o.
На фиг. 3е показано напряжение на выходе блока 4, где помеха большого уровня превращается в узкий высокий импульс, а полезный сигнал - в широкий и низкий импульс в соответствии с их спектрами на входе блока 4.

На фиг. 3ж показано напряжение на выходе блока 5, где осуществляется режекция помехи в случае ее обнаружения.

На фиг. 3з показано напряжение на выходе блока 6, где выделен импульс полезного сигнала, который за счет прохождения через блок 14 нормируется по уровню, за счет режекции помехи в блоке 5 вырезается 1/(N+1)-я часть полезного сигнала, при N≥10 искажением импульса сигнала за счет режекции помехи можно пренебречь.

С выхода блока 6 напряжение подается на блок 7, где за счет амплитудного детектирования выделяются огибающие радиоимпульсов сигнала, которые с выхода блока 7 подаются на блок 8, где производится их накопление. Накопленное напряжение с выхода блока 8 подается на вход блока 9, где сравнивается с порогом.

В случае превышения порога на выходе блока 9 формируется команда "1", которая подается на вторые, управляющие входы блоков 12 и 3, при этом происходит отключение от входа блока 13 выхода блока 11 и подключение к входу блока 13 через блок 12 выхода блока 10, за счет этого устройство переходит в режим работы с тактовой частотой синхронной с тактовой частотой входного сигнала (фиг.3г).

Одновременно выход блока 2 через блок 3 подключается к выходу устройства, на этом режим поиска завершается и устройство переходит в режим слежения по задержке.

Блок 13 может быть выполнен так, как это представлено на фиг.6, где обозначено:
131 - генератор сетки частот;
132 - цифровой коммутатор;
133 - генератор псевдослучайной последовательности (генератор числовой последовательности).

Блок 13 содержит последовательно соединенные генератор сетки частот 131 и цифровой коммутатор 132, а также генератор числовой последовательности 133, вход которого, объединенный с входом блока 131, является входом блока 13, а выход блока 133 соединен с управляющим входом блока 132, выход которого является выходом блока 13. Тактовые импульсы, поступающие на вход блока 13, определяют частоту тактов генератора псевдослучайной последовательности 133, который может быть выполнен на основе регистра сдвига с обратной связью, состояние которого на каждом такте характеризуется двоичным числом, определяемым всеми триггерами регистра сдвига. Для регистра сдвига, вырабатывающего последовательность максимальной длины, существует N состояний, N= 2ⁿ-1, где n - число, определяющее разрядность регистра, что обеспечивает получение чисел от 1 до N. Блок 131 вырабатывает сетку гармонических сигналов. Все сигналы сетки частот с выходов блока 131 поступают на первый, сигнальный, вход блока 132, на второй, управляющий, вход которого подается цифровой код с выхода блока 133. Блок 132 ставит в соответствие каждому из N чисел, формируемых блоком 133, заранее определенный сигнал сетки частот, формируемый блоком 131, и только этот сигнал пропускает на выход блока 13 в течение одного такта. При появлении другого такта на блок 13 пропускает на свой выход другой гармонический сигнал из сетки частот и так далее.

Длительность тактовых импульсов, поступающих на вход блока 13, определяет длительность стояния опорного сигнала на каждой из частот его программы перестройки.

Структурная схема блока 3 приведена на фиг.4, где обозначено:
31, 32 - первый и второй ключи;
33 - инвертор.

Блок 3 содержит первый ключ 31 и второй ключ 33, объединенные сигнальные входы которых являются сигнальным входом блока 3, выходы первого 31 и второго 32 ключей являются первым и вторым сигнальными выходами блока 3 соответственно.

Управляющий вход блока 3 соединен с управляющим входом ключа 32 непосредственно, а с управляющим входом ключа 31 - через инвертор 33.

Блок 3 работает следующим образом.

При наличии команды "0" на управляющем входе блока 3 ключ 32 закрыт, а ключ 31 открыт, так как на его управляющий вход подается команда "1", сформированная из команды "0" за счет ее инверсии в блоке 33. В этом случае сигнальный вход блока 3 соединен с его первым сигнальным выходом. При наличии команды "1" на управляющем входе блока 3 его сигнальный вход через ключ 32 соединяется с вторым сигнальным выходом блока 3, ключ 31 в этом случае закрыт.

Структурная схема блока 12 приведена на фиг.5, где обозначено: 121, 122 - первый и второй ключи соответственно; 123 - инвертор.

Блок 12 содержит первый ключ 121, второй ключ 122, а также инвертор 123, при этом первый сигнальный вход блока 12 соединен с сигнальным входом ключа 121, а второй сигнальный вход блока 12 соединен с сигнальным входом ключа 122, выход которого, объединенный с выходом ключа 121, является выходом блока 12, управляющий вход которого соединен с управляющим входом ключа 122 непосредственно, а с управляющим входом ключа 121 через инвертор 123.

Блок 12 работает следующим образом. При наличии команды "0" на управляющем входе блока 12 ключ 121 открыт, а ключ 122 закрыт, при этом к сигнальному выходу блока 12 подключается его первый сигнальный вход. При наличии на управляющем входе блока 12 команды "1" ключ 121 запирается, а ключ 122 отпирается, при этом к сигнальному выходу блока 12 подсоединяется его второй сигнальный вход. В блоках 4 и 6 реализуются процедуры прямого и обратного преобразования Фурье на временных интервалах τ₁ = (N+1)τ_o, которые определяются тактовыми импульсами, подаваемыми на их вторые, опорные, входы от блока 11 через блок 12.

Процедуры прямого и обратного преобразования Фурье могут быть выполнены любым известным способом, описанным, например, в монографии Я.Д. Ширмана, В. Н. Манжоса "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех". - М.: Сов. радио, 1981 г., стр.152-155, рис.129.

Блок режекции импульсных помех может быть выполнен так, как это представлено в монографии "Системы подвижной радиосвязи" под редакцией И.М. Пышкина. - М.: Радио и связь, 1988 г., стр.190, рис.4.34.

Блок 11 может быть выполнен в виде счетчика так, как это указано в монографии "Цифровые радиоприемные системы". Справочник под редакцией М.И. Жодзинского. - М.: Радио и связь, 1990 г., стр.46, рис.2.8.

В устройстве-прототипе в режиме поиска устанавливается длительность стояния опорного сигнала τ₁ на каждой из N частотных позиций в соответствии с соотношением τ₁ = τ_o±Δτ, Δτ<<τ_o, где τ_o - длительность излучения каждой из N частот во входном сигнале. Узкополосные помехи, частоты которых совпадают с частотами входного сигнала, после перемножения с опорным сигналом превращаются в импульсные помехи длительностью τ₁≈τ_o, то есть импульсы от узкополосных помех на выходе смесителя по длительности практически не отличаются от импульсов полезного сигнала. Единственным отличительным признаком помехи от сигнала при применении устройства-прототипа является амплитудный признак, однако его использование (режекция, ограничение) ведет к полной потере импульсов полезного сигнала, что определяет его низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.

В заявляемом устройстве длительность импульсов от узкополосных помех на выходе смесителя в (N+1) раз больше длительности импульсов полезного сигнала. Использование этого различия позволяет отрежектировать (стереть) импульсы от узкополосных помех при незначительном искажении импульсов полезного сигнала в случае больших значений N. Импульсы, сформировавшиеся от узкополосных помех малого уровня, проходят через блок 5 без искажения, при этом в блоке 14 за счет их ограничения осуществляется нормирование их уровня, за счет чего снижается их влияние на принятие ложного решения о наличии синхронизации в блоке 9. В то же время при наличии полезного сигнала использование ограничения помех малого уровня при установке уровня ограничения блока 14 близким к ожидаемому уровню полезного сигнала позволяет сохранить импульсы полезного сигнала при незначительном изменении их амплитуды за их счет подавления при ограничении, поэтому при воздействии узкополосных помех малого уровня, поражающих большое число частот программы перестройки (заградительная помеха), обеспечивается возможность правильного обнаружения сигнала в блоке 9 даже при небольших значениях N, когда использование режекции пораженного участка импульса сигнала приводит к его существенному искажению.

Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечивается повышение помехоустойчивости поиска как при воздействии узкополосных помех большого уровня (прицельных помех), так и при воздействии большого числа помех малого уровня (заградительных помех).

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Технический результат - повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам. В устройстве за счет введения различия в длительности импульсов программы перестройки входного и опорного сигналов обеспечивается возможность эффективного подавления узкополосных помех практически без потери мощности полезного сигнала. 6 ил.

Устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее последовательно соединенные перемножитель, вход которого является входом устройства, и полосовой фильтр, а также амплитудный детектор, решающий блок, генератор тактовой частоты и перестраиваемый синтезатор частот, выход которого присоединен ко второму, опорному, входу перемножителя, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый коммутатор, блок прямого преобразования Фурье, блок режекции импульсных помех, ограничитель и блок обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а также согласованный фильтр, второй коммутатор и делитель тактовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты и с первым, сигнальным, входом второго коммутатора, второй, управляющий, вход которого соединен с выходом решающего блока и вторым, управляющим, входом первого коммутатора, первый, сигнальный, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, при этом выход амплитудного детектора через согласованный фильтр соединен с входом решающего блока, выход второго коммутатора соединен с входом перестраиваемого синтезатора частот, а третий, сигнальный, вход второго коммутатора соединен с выходом делителя тактовой частоты и с вторыми, опорными, входами блока прямого преобразования Фурье и блока обратного преобразования Фурье; кроме того, второй выход первого коммутатора является выходом устройства.