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

Предлагаемое 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 Р.К.Диксона "Широкополосные системы", М. , "Связь", 1979 г., стр. 191-192, а также в монографии В.И.Борисова и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты", М., "Радио и связь", 2000 г., стр. 319, недостатком которых является большая вероятность ложных тревог и пропуска сигнала при воздействии узкополосных помех.

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

Способ, принятый за прототип, заключается в том, что входную смесь перемножают с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, результат перемножения фильтруют и детектируют по амплитуде, выделенную огибающую напряжения сравнивают с порогом, при этом, в режиме сканирования по задержке тактовую частоту опорного сигнала f_т1 устанавливают равной f_т1= f_т±Δf_т, Δf_т<<f_т, где f_т - тактовая частота входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, при этом, τ₁ = τ_o±Δτ, Δτ<<τ_o, где τ_o = 1/f_т - длительность получения (передачи) на каждой из N частот программы перестройки входного сигнала, τ₁ - длительность стояния (приема) на каждой из N частот опорного сигнала программы перестройки, а при превышении порога устанавливают f_т1=f_т, τ₁ = τ_o.
Cпособ-прототип реализуется в устройстве, представленном в упомянутой монографии Г.И.Тузова на рис.7.2б стр. 326, 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 (генератор кодовой последовательности) 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 последовательную перестройку блока 6 по N частотам в соответствии с программой (кодом) его перестройки. В тактовую частоту блока 5 f_т1 вводится небольшое отличие от тактовой частоты f_т0, используемой при формировании входного сигнала. За счет этого длительность стояния опорного сигнала τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки незначительно отличается от длительности излучения τ_o на каждой из N частот входного сигнала:
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 f_т1=f_т0, τ₁ = τ_o.
Недостатком способа-прототипа является большая вероятность ложных тревог и пропуска сигнала при воздействии узкополосных помех.

Для устранения указанных недостатков в способ поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанном на перемножении входной смеси с опорным сигналом, длительность стояния которого τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки отлична от длительности τ_o излучения сигнала на каждой из N его частот, фильтрации результата перемножения входной смеси и опорного сигнала, амплитудном детектировании результата фильтрации, сравнении выделенной огибающей с пороговым напряжением, установке τ₁ = τ_o в случае превышения порогового напряжения, устанавливают длительность стояния опорного сигнала на каждой из N частот его программы перестройки, равной τ₁ = (N+1)τ_o, после фильтрации результата перемножения входного и опорного сигналов на каждом из N временных интервалов длительностью τ₁ = (N+1)τ_o последовательно выполняют процедуры прямого преобразования Фурье, ограничения и обратного преобразования Фурье. После амплитудного детектирования накапливают видеоимпульсы длительностью τ_o, следующие через временные интервалы τ₁ = (N+1)τ_o.
Заявляемый способ поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющих собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_o, частоты заполнения которых меняются по заданной псевдослучайной программе перестройки (коду), заключается в том, что входной сигнал перемножают (смешивают) с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, программа перестройки которого (код) совпадает с программой перестройки (кодом) входного сигнала, при этом длительность стояния опорного сигнала τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки устанавливают равной τ₁ = (N+1)τ_o, частоты заполнения N радиоимпульсов опорного сигнала сдвигают на постоянную величину f_пр, равную промежуточной частоте приемника, результат перемножения (смешивания) входного и опорного сигналов фильтруют на промежуточной (разностной) частоте, над результатом фильтрации выполняют процедуру прямого преобразования Фурье, результат прямого преобразования Фурье ограничивают, после чего подвергают его процедуре обратного преобразования Фурье. Процедуры прямого и обратного преобразования Фурье выполняют последовательно на N временных интервалов, длительностью (N+1)τ_o, синхронных с соответствующими временными интервалами длительностью (N+1)τ_o, определяющими время стояния опорного сигнала на каждой из N частот его программы перестройки. Результат обратного преобразования Фурье детектируют по амплитуде, после чего накапливают видеоимпульсы длительностью τ_o, следующие через временные интервалы, равные (N+1)τ_o. Результат накопления сравнивают с пороговым напряжением, в случае его превышения устанавливают длительность стояния опорного сигнала на каждой из N частот его программы перестройки, равной τ_o.
Структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ, приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр,
3, 12 - первый и второй коммутаторы;
4 - блок прямого преобразования Фурье;
5 - ограничитель;
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.

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, первый коммутатор 3, блок прямого преобразования Фурье 4, ограничитель 5, блок обратного преобразования Фурье 6, амплитудный детектор 7, согласованный фильтр 8 и решающий блок 9; содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 10, второй коммутатор 12 и перестраиваемый синтезатор частот 13, а также делитель тактовой частоты 11, при этом выход решающего блока 9 соединен с вторым, управляющим входом первого коммутатора 3 и с вторым, управляющим входом второго коммутатора 12; выход генератора тактовой частоты 10 соединен с первым сигнальным входом второго коммутатора 12 непосредственно, а с третьим его сигнальным входом и вторыми опорными входами блока прямого преобразования Фурье 4 и блока обратного преобразования Фурье 6 - через делитель тактовой частоты 11; выход перестраиваемого синтезатора частот 13 соединен с вторым, опорным входом перемножителя 1, выход второго коммутатора 12 соединен с входом перестраиваемого синтезатора частот 13.

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), одинаковой для передатчика и приемника. 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, при этом, на блок 13 подаются тактовые импульсы от блока 11, тактовая частота которых (f_т1) в (N+1) раз ниже тактовой частоты f_т0, формируемой блоком 10, что достигается за счет деления тактовой частоты, формируемой блоком 10, в (N+1) раз в блоке 11.

За счет подачи на блок 13 тактовой частоты где f_т0 - тактовая частота, формируемая блоком 10, равная тактовой частоте f_т, используемой при формировании входного сигнала в устройстве, обеспечивается режим сканирования опорного сигнала по задержке. При этом блок 13 стоит на каждой из N частот программы перестройки в течение времени τ₁ = (N+1)τ_o. За время τ₁ передатчик успевает перестроиться по всем N частотам программы 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 программ перестройки, длительностью τ_o, занимающий на каждом временном интервале τ₁ одинаковое временное положение относительно момента смены частоты.

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

Сказанное поясняется 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 частоте, равной τ₁ = (N+1)τ_o, при этом, цифрами обозначены порядковые номера частот опорного сигнала.

На фиг.3в показаны импульсы совпадения на выходе блока 1 программ перестройки входного и опорного сигналов, длительностью τ_o/ (штриховка с наклоном вправо) и импульс на выходе блока 1 от узкополосной помехи длительностью τ₁ = (N+1)τ_o (штриховкой наклоном влево), частота которой совпадает с частотой программы перестройки опорного сигнала, имеющей третий порядковый номер.

На фиг.3г показано, что временное положение импульса совпадения входного и опорного сигналов длительностью τ_o на временном интервале τ₁ = (N+1)τ_o на всех N временных позициях определяет начальную фазу (задержку) входного сигнала относительно опорного.

Результат перемножения входного и опорного сигналов с выхода блока 1 поступает на блок 3, где осуществляется его фильтрация в полосе частот, согласованной с длительностью τ_o выделенного импульса 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 Фурьe, представляющий собой напряжение, характеризующее спектр сигнала и узкополосной помехи (в случае ее наличия), подается на блок 5, где он ограничивается по амплитуде, после чего с выхода блока 5 поступает на блок 6, где выполняется процедура обратного преобразования Фурье, переводящая процесс во временную область. Применение блоков 4, 5, 6 обеспечивает подавление узкополосных помех, частоты которых совпадают с частотами программы перестройки входного и опорного сигналов. Сказанное поясняется на фиг.3в, д, ж, з, при этом, на фиг.3в, д показано, что узкополосная помеха, частота которой совпадает с третьей частотой программы перестройки входного и опорного сигналов на выходе блока 2, представляет собой радиоимпульс, длительностью τ₁ = (N+1)τ_o, что в (N+1) раз больше длительности импульса совпадения входного и опорного сигналов, равной τ_o.
На фиг.3е показано напряжение на выходе блока 4, где помеха 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 за счет ограничения происходит нормирование уровня помехи.

На фиг. 3з показано напряжение на выходе блока 6, где видно, что помеха на выходе блока 6 имеет такую же длительность τ₁ = (N+1)τ_o, что и на выходе блока 2, однако, амплитуда ее значительно уменьшилась.

С выхода блока 6 напряжение подается на блок 7, где за счет амплитудного детектирования выделяются огибающие импульсов сигнала, длительностью τ_o и подавленной помехи, в которые с выхода блока 7 подаются на блок 8, выполняющий согласованную фильтрацию периодических видеоимпульсов, длительностью τ_o, следующих через временной интервал τ₁ = (N+1)τ_o. Накопленное напряжение с выхода блока 9 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, при этом устройство переходит в режим работы тактовой частотой f_т, синхронной с тактовой частотой входного сигнала (фиг. 3г).

Одновременно выход блока 2 через блок 3 подключается к выходу устройства.

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

Блок 13 содержит генератор сетки частот 131, цифровой коммутатор 132, генератор числовой последовательности 133, при этом вход блока 13 через генератор числовой последовательности 133 соединен с управляющим входом цифрового коммутатора 132, выход которого является выходом блока 13, сигнальные входы которого соединены с выходами генератора сетки частот 131; вход которого, объединенный с входом генератора числовой последовательности 133, является входом блока 13.

Блок 13 работает следующим образом.

Тактовые импульсы поступают со входа блока 13 на вход генератора числовой 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. Блок 131 вырабатывает сетку гармонических частот, которые поступают на входы блока 132, на управляющий вход которого подается цифровой код с выхода блока 133. Блок 132 ставит в соответствие каждому числу заранее определенный сигнал сетки частот и только его пропускает на выход блока 13.

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 первые 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 вторым, управляющим входом второго ключа 32 непосредственно, а с вторым, управляющим входом первого 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 него 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. Аналогично, при наличии команды "1" на управляющем входе блока 3 его сигнальный вход через второй ключ 32 соединяется с вторым сигнальным выходом блока 3, первый ключ 31 в этом режиме заперт.

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 первым сигнальным входом первого ключа 121, а второй сигнальный вход блока 12 соединен с первым, сигнальным входом второго ключа 122, выход которого, объединенный с выходом первого ключа 121, является выходом блока 12, управляющий вход которого соединен с вторым, управляющим входом второго ключа 122 непосредственно, а с вторым, управляющим входом первого ключа 121 - через инвертор 123. Блок 12 работает следующим образом.

При наличии команды "0" на управляющем входе блока 12 первый ключ 121 открыт, а второй ключ 122 закрыт, при этом, к выходу блока 12 подключается его первый сигнальный вход. При наличии на управляющем входе блока 12 команды "1" первый ключ 121 запирается, а второй ключ 122 отпирается, при этом, к выходу блока 12 подсоединяется его второй вход.

В блоках 4 и 6 реализуются процедуры прямого и обратного преобразования Фурье на временных интервалах, равных τ₁ = (N+1)τ_o, которые определяются тактовыми импульсами, подаваемыми на их вторые входы от блока 11.

Процедуры прямого и обратного преобразования Фурье могут быть выполнены любым известным способом, описанным, например, в монографии А.И. Водяхо, Н. Н. Горнец, Д.В. Пузанков "Системы обработки данных", Москва, "Высшая школа", 1977 г., стр. 60-64.

Способ-прототип основан на использовании в режиме поиска по задержке тактовой частоты f_т1 = f_т±Δf_т, Δf_т<<f_т, где f_т - тактовая частота, используемая при формировании входного сигнала, при этом, длительность стояния опорного сигнала на каждой из N частот программы его перестройки равна τ₁ = τ_o±Δτ, Δτ<<τ_o, τ_o = 1/f_т.
Поэтому длительность импульсов от узкополоcных помех, совпадающих по частоте с частотами сигнала, выделяющихся на выходе смесителя с перестраиваемым по частоте опорным сигналом, практически не отличается от импульсов полезного сигнала.

В этом случае невозможно эффективное различение импульсов помех от импульсов сигнала и их подавление без потери импульсов сигнала, что приводит к большим значениям вероятности ложных тревог и пропуска сигнала.

Заявляемое устройство основано на использовании длительности стояния опорного сигнала на каждой из N частот программы перестройки, равной τ₁ = (N+1)τ_o, за счет чего длительность импульсов от узкополосных помех на выходе смесителя в (N+1) раз больше длительности импульсов полезного сигнала. Это различие обеспечивает возможность эффективного подавления импульсов от узкополосных помех на выходе смесителя практически без искажения импульсов полезного сигнала (искажается 1/(N+1)-я часть импульса сигнала, чем при N≥10 можно пренебречь).

В связи с этим в заявляемом устройстве резко снижается вероятность пропуска сигнала и ложных тревог при действии на входе узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами входного сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Технический результат - устранение вероятности ложных тревог и пропуска сигнала при воздействии узкополосных помех. Способ основан на увеличении длительности стояния опорного сигнала на каждой из N частот его программы перестройки в (N+1) раз по сравнению с временем излучения входного сигнала на каждой из его частот. За счет этого обеспечиваются возможность различения импульсов помех от импульсов полезного сигнала и их эффективное подавление практически без искажения импульсов полезного сигнала. 6 ил.

Способ поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанный на перемножении входной смеси с опорным сигналом, длительность стояния которого τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки отлична от длительности τ₀ излучения сигнала на каждой из N его частот, фильтрации результата перемножения входной смеси и опорного сигнала, амплитудном детектировании результата фильтрации, сравнении выделенной огибающей с пороговым напряжением, установке τ₁=τ₀ в случае превышения порогового напряжения, отличающийся тем, что устанавливают длительность стояния опорного сигнала на каждой из N частот его программы перестройки, равной τ₁=(N+1)τ₀, после фильтрации результата перемножения входного и опорного сигналов на каждом из N временных интервалах длительностью τ₁=(N+1)τ₀ последовательно выполняют процедуры прямого преобразования Фурье, ограничения и обратного преобразования Фурье, а после амплитудного детектирования накапливают видеоимпульсы длительностью τ₀, следующие через временные интервалы τ₁=(N+1)τ ₀.