СПОСОБ 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 способы поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, описанные в монографии Диксона Р.К. Широкополосные системы, М., Связь,1979 г., с.191-192, а также в монографии Борисова В.И. и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты", М., Радио и связь, 2000 г., с.2-9, недостатком которых является большое время поиска.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, описанный в монографии Кузова Г. И. "Статистическая теория приема сложных сигналов", М., "Сов. радио", 1977 г., с.326.

Способ, принятый за прототип, заключается в том, что входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащий N частот с длительностью излучения каждой частоты в течение времени τ_o, перемножают с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой частоты, с длительностью стояния на каждой из частот, равной τ_o, результат перемножения после фильтрации детектируют по амплитуде, выделенную огибающую сравнивают с порогом через временные интервалы, равные Nτ_o, при отсутствии превышения порога изменяют задержку опорного сигнала на величину, равную ±nτ_o, n<<N относительно входного сигнала до тех пор, пока не будет зафиксировано превышение порога.

Способ-прототип реализован в устройстве, представленном в упомянутой монографии Тузова Г.И. на рис.7.2, с.326, структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр;
3 - амплитудный детектор;
4 - решающий блок;
5 - генератор тактовых частот;
6 - блок режекции;
7 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода);
8 - счетчик;
9 - блок управления;
10 - коммутатор.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные перемножитель (смеситель 1), первый сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3 и решающий блок 4, выход которого соединен с третьим, управляющим входом коммутатора 10; последовательно соединенные генератор тактовых частот 5 и блок режекции 6, выход которого соединен с первым, сигнальным входом коммутатора 10, выход которого через перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода 7) соединен с вторым, опорным входом перемножителя 1; кроме того, выход генератора тактовых частот 5 соединен с вторым, сигнальным входом коммутатора 10 и с последовательно соединенными счетчиком 8 и блоком управления 9, выход которого соединен с управляющим входом блока режекции 6.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В блоке 5 формируются тактовые импульсы, которые поступают одновременно на блоки 6,8 и 10. После заполнения емкости блока 8 он формирует команду, которая подается на блок 9. По этой команде блок 9 совместно с блоком 6 либо режектирует (бланкирует) заданное число тактовых импульсов блока 5, поступающих на блок 7 через блок 10, либо, наоборот, это число импульсов добавляет.

За счет этого обеспечивается изменение задержки опорного сигнала, формируемого блоком 7, по отношению к входному сигналу.

Результат перемножения входного и опорного сигналов с выхода блока 1 поступает на блок 2, где он фильтруется.

Накопленное в блоке 2 напряжение детектируется в блоке 3, выделенная огибающая сравнивается с порогом в блоке 4. В случае превышения порога блок 4 подает команду "I" на блок 10, по этой команде к выходу блока 10 (входу блока 7) подключается выход блока 5, а выход блока 6 отключается от первого входа блока 10. В этом случае на блок 7 поступают тактовые импульсы непосредственно от блока 5 через блок 10. На этом режим поиска по задержке завершается и, начиная с этого момента, опорный сигнал находится в синхронизме с входным сигналом.

Недостатком способа-прототипа является большое время поиска по задержке.

Для устранения указанного недостатка в способе, заключающемся в перемножении входного сигнала с псевдослучайной перестройкой частоты, содержащем N частот с длительностью излучения каждой частоты в течение времени τ_o, с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, фильтрации результата перемножения, детектировании результата фильтрации, сравнении выделенной огибающей с порогом, длительность стояния опорного сигнала на каждой из частот его программы перестройки устанавливают равной τ₁ = (N+1)τ_o, результат перемножения входного и опорного сигналов после фильтрации ограничивают, а после амплитудного детектирования накапливают M<<N импульсов сигнала, следующих через временные интервалы, равные τ₁ = (N+1)τ_o, а при превышении порога длительность стояния на каждой из частот программы перестройки устанавливают равной τ_o.
Заявляемый способ поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты заключается в том, что входной сигнал, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_o, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной псевдослучайной программой перестройки, перемножают с опорным сигналом, длительность стояния которого на каждой из N частот его программы перестройки τ₁ устанавливают равной τ₁ = (N+1)τ_o, результат перемножения входного и опорного сигналов ограничивают и детектируют, после чего осуществляют накопление M<<N видеоимпульсов сигнала, следующих через временные интервалы τ₁ = (N+1)τ_o, результат накопления сравнивают с порогом, в случае превышения порога время стояния опорного сигнала на каждой из частот его программы перестройки устанавливают равным τ_o.
Структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ, представлена на фиг.2, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр;
3 - первый коммутатор;
4 - ограничитель;
5 - амплитудный детектор;
6 - накопитель;
7 - блок сравнения с порогом;
8 - второй коммутатор;
9 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода);
10 - генератор тактовой частоты;
11 - делитель тактовой частоты (счетчика).

Устройство, представленное на фиг. 2, содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, первый коммутатор 3, ограничитель 4, амплитудный детектор 5, накопитель 6 и блок сравнения с порогом 7, выход которого соединен с управляющими входами первого 3 и второго 8 коммутаторов; последовательно соединенные генератор тактовой частоты 10, второй коммутатор 8 и перестраиваемый синтезатор частот 9, выход которого соединен с вторым, опорным входом смесителя 1; кроме того, выход делителя тактовой частоты 11 соединен с вторым, сигнальным входом второго коммутатора 8, а вход делителя тактовой частоты 11 соединен с выходом генератора тактовой частоты 10; а также второй, сигнальный выход первого коммутатора 3 является выходом устройства.

Устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом.

На первый, сигнальный вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает сигнал с программной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_o, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной программой перестройки (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 7 формируется команда "0". По этой команде, поступающей на управляющие входы блоков 3 и 8, выход блока 2 через блок 3 соединяется с входом блока 4, а к входу блока 9 через блок 8 подключается выход блока 11, в результате чего на блок 9 подаются тактовые импульсы от блока 11, частота которых f_т1 в (N+1) раз ниже тактовой частоты f_т0, формируемой блоком 10, что достигается за счет деления тактовой частоты блока 10 в (N+1) раз в блоке 11.

За счет подачи на блок 9 тактовой частоты

где f_т - тактовая частота, используемая при формировании входного сигнала, в устройстве осуществляется режим поиска по задержке, при котором блок 9 стоит на каждой из N частот программы перестройки в течение времени τ₁ = (N+1)τ_o. За время τ₁ входной сигнал успевает перестроиться по всем 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 θ_i, i = 1, N, на всех N временных позициях программы перестройки приемника относительно момента смены частоты, определяемое взаимной задержкой (фазой) входного и опорного сигналов, то есть (θ₁ = θ₂ = ... =θ_N).
Временной интервал между импульсами полезного сигнала, выделяемыми на выходе блока 1 на соседних частотах, равен τ₁ = (N+1)τ_o, а временное положение импульса сигнала 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.3,а представлен входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, при этом цифрами обозначены порядковые номера частот в программе перестройки входного сигнала. С целью наглядности на фиг.3 принято N=5, на фиг.3,г показана программа перестройки опорного сигнала с длительностью стояния на каждой из N ее частот, равной τ₁ = (N+1)τ_o.
При этом на фиг.3 рассмотрен случай N=5, τ₁ = 6τ_o.
На фиг.3,д показаны импульсы совпадения входного и опорного сигналов, на фиг.3,е показано, что временное положение импульса совпадения входного и опорного сигналов на каждой частотной позиции определяет задержку (фазу) входного сигнала относительно опорного.

На фиг.3,д также видно, что при длительности опорного сигнала на каждой из N частотных позиций, равной τ₁ = (N+1)τ_o, появляется возможность вхождения в синхронизм с входным сигналом, то есть, определения его начальной фазы по результату накопления M импульсов совпадения входного и опорного сигналов при M<<N.

Эта возможность определяется тем, что каждый выделенный импульс сигнала на каждом из N временных интервалах длительностью τ₁ несет информацию о фазе входного сигнала. Указанное свойство обеспечивает возможность сокращения времени поиска сигналов с программной перестройкой рабочей частоты за счет сокращения числа накапливаемых импульсов совпадения M<<N.

Результат перемножения входного сигнала, поступающего на сигнальный вход блока 1, и опорного сигнала, поступающего на его опорный вход, с выхода блока 1 подается на блок 2, где он фильтруется в полосе частот ΔF, согласованной с длительностью
С выхода блока 2 напряжение через блок 3 поступает на блок 4, где производится нормирование напряжения на каждом временном интервале τ₁ за счет его ограничения. С выхода блока 4 напряжение подается на блок 5, где за счет амплитудного детектирования выделяются огибающие импульсов сигнала, которые накапливаются в блоке 6. Накопленное напряжение сравнивается с порогом в блоке 7. Команда "I", свидетельствующая о превышении порога, подается на управляющие входы блоков 3 и 8. При поступлении этой команды блок 8 отключает от входа блока 9 выход блока 11 и подключает к нему выход блока 10. С этого момента блок 9 начинает работать с тактовой частотой синхронной с тактовой частотой входного сигнала.

Сказанное поясняется на фиг. 3,е. Одновременно блок 3 отключает выход блока 2 от входа блока 4 и подключает его к выходу устройства. Процедура поиска на этом завершается и приемное устройство, в состав которого входит заявляемое устройство поиска по задержке, переходит в режим приема информации и слежения за задержкой.

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 32, объединенные сигнальные входы которых являются сигнальным входом блока 3, выходы ключей 31 и 32 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 "I", 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 "I" на управляющем входе блока 3 его сигнальный вход через ключ 32 соединяется с вторым сигнальным выходом блока 3, являющимся выходом устройства, ключ 31 в этом режиме заперт.

Структурная схема блока 8 приведена на фиг.5, где обозначено: 81, 82 - первый и второй ключи соответственно, 83 - инвертор.

Блок 8 содержит первый ключ 81, второй ключ 82, а также инвертор 83, при этом первый сигнальный вход блока 8 соединен с сигнальным входом ключа 81, а второй сигнальный вход блока 8 соединен с сигнальным входом ключа 82, выход которого, объединенный с выходом блока 81, является выходом блока 8, управляющий вход которого соединен с управляющим входом ключа 82 непосредственно, а с управляющим входом ключа 81 через инвертор 83.

Блок 8 работает следующим образом.

При наличии команды "0" на управляющем входе блока 8 ключ 81 открыт, а ключ 82 закрыт, при этом к сигнальному выходу блока 8 подключается его первый сигнальный вход. При наличии на управляющем входе блока 12 команды "I" ключ 81 запирается, а ключ 82 отпирается, при этом к сигнальному выходу блока 8 подсоединяется его второй вход.

Блок 11 является делителем тактовой частоты, формируемой блоком 10, и может быть выполнен в виде счетчика так, как это указано в монографии "Цифровые радиоприемные системы". Справочник под ред. М.И. Жодзишского, М., Радио и связь,1990 г., с.46, рис.2.6.

Блок 9 может быть выполнен так, как это представлено на фиг.6, где обозначено:
91 - генератор сетки частот;
92 - цифровой коммутатор;
93 - генератор псевдослучайной последовательности (генератор числовой последовательности).

Блок 9 содержит последовательно соединенные генератор сетки частот 91 и цифровой коммутатор 92, а также генератор числовой последовательности 93, вход которого, объединенный с входом блока 91, является входом блока 9, а выход блока 93 соединен с управляющим входом блока 92, выход которого является выходом блока 9.

Тактовые импульсы, поступающие на вход блока 9, определяют частоту тактов генератора числовой последовательности 93, 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 состояние, N=2^n-1, где n - число, определяющееся разрядностью регистра, что обеспечивает получение чисел от 1 до N. Блок 91 вырабатывает сетку гармонических колебаний.

Все сигналы сетки частот с выходов блока 91 поступают на первые сигнальные входы блока 92, на второй управляющий вход которого подается цифровой код с выхода блока 93. Блок 92 ставит в соответствие каждому из N чисел, формируемых блоком 93, заранее определенный сигнал сетки частот и только этот сигнал пропускает на выход блока 9 в течение одного такта, при поступлении другого такта, на выходе блока 9 появляется другой гармонический сигнал из сетки частот и так далее. Длительность пропускания на выход блока 9 каждого из гармонических колебаний сетки частот определяет длительность стояния каждой частоты на выходе блока 9.

При использовании способа-прототипа в режиме поиска по задержке обеспечивается скольжение опорного сигнала относительно входного и их периодическое совпадение. Время поиска по задержке (Т), определяемое как время, затрачиваемое на совмещение по времени входного и опорного сигналов для способа-прототипа, зависит от задержки (фазы) между входным и опорными сигналами. Как видно из фиг.3,б максимальное время поиска сигналов с перестройкой рабочей частоты при использовании способа-прототипа (Тпр) составляет (N+1)τ_o, при N=5;
Для способа-прототипа на временном интервале T = N(N+1)τ_o совпадение входного и опорного сигналов наблюдается только на интервале Nτ_o.
Поэтому стремление сократить время поиска за счет сокращения числа накапливаемых импульсов сигнала M<N для способа-прототипа неэффективно.

Действительно, для способа-прототипа, как видно на фиг.3,в при N=5, M<N, M=3 T_пр = (5•6-2)τ_o = 28τ_o.
При использовании заявляемого способа при любом значении задержки между входным и опорными сигналами обеспечивается возможность выделения импульса сигнала на каждом из N временных интервалах τ₁, соответствующих N частотам.

При M<N для заявляемого способа время поиска определения T₃≤M(N+1)τ_o, при N=5, M=3, Таким образом Т₃<<Т_пр, то есть заявляемый способ обеспечивает возможности существенного сокращения времени поиска по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Технический результат - сокращение времени поиска по задержке. Это достигается за счет значительного увеличения длительности стояния опорного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, на каждой из N частот его программы перестройки по сравнению с длительностью излучения каждой частоты во входном сигнале. 6 ил.

Способ поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанный на перемножении входного сигнала, представляющего собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_о, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной псевдослучайной программой перестройки, с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой частоты, фильтрации и детектировании результата перемножения с последующим сравнением выделенной огибающей с порогом, отличающийся тем, что длительность стояния опорного сигнала на каждой из частот его программы перестройки устанавливают равной τ₁=(N+1)τ_о, результат перемножения входного и опорного сигналов после фильтрации ограничивают, а после амплитудного детектирования накапливают M<<N импульсов сигнала, следующих через временные интервалы, равные τ₁=(N+1)τ_о, а при превышении порога длительность стояния на каждой из частот программы перестройки устанавливают равной τ_о.