ДИСКРИМИНАТОР ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ЗАДЕРЖКЕ В-ЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНО-КОДИРОВАННОГО СИГНАЛА Российский патент 2004 года по МПК H04L7/02 

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов, работающих в условиях воздействия помех, и может найти применение в информационных радиоканалах систем управления беспилотными летательными аппаратами, в частности в активных и полуактивных радиолокационных головках самонаведения крылатых и зенитных ракет, в устройствах синхронизации радиолиний телеуправления ракетами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала (см. Н. П.Супряга. Радиолокационные средства непрерывного излучения. - М.: Воениздат, 1974, гл.1, стр.17), выбранный в качестве прототипа.

Известный дискриминатор содержит последовательно соединенные смеситель и фильтр, последовательно соединенные управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого является входом дискриминатора, а выход фильтра является выходом дискриминатора.

Устройство-прототип при использовании дискретно-кодированных В-частотных сигналов, имеющих вид

где μ - амплитудный множитель;
f_k и ϕ_k - соответственно частотный и фазовый код (k=1...В);
τ - неизвестная флуктуирующая задержка,
работает следующим образом.

Принимаемое колебание
y(t) = ψ(t)+n(t), (2)
где n(t) - помеха (например, белый гауссов шум),
поступает на первый вход смесителя, на второй вход которого с перестраиваемого по задержке генератора подается опорный сигнал вида

где μ′ - амплитудный множитель опорного сигнала;
- оцененное значение задержки τ принимаемого сигнала.

Фильтр предназначен для отфильтровывания колебания удвоенной частоты, образующейся при взаимодействии в смесителе колебаний ψ(t) и ψ_oп(t). На выходе фильтра образуется сигнал ошибки в оценке задержки в зависимости от величины которого в управляющем элементе вырабатывается напряжение, обеспечивающее необходимую перестройку по задержке генератора опорного сигнала, с выхода которого сигнал поступает на смеситель. Дискриминационная характеристика устройства-прототипа имеет вид

где А и Т - постоянные, величины которых определяются параметрами схемы и условиями приема.

В системах связи и радиолокации разнос частот составляющих В-частотного сигнала обычно постоянен, т.е. выполняется условие {f_k-f_k-1=Δf=const} (k=2.. .B), при этом (4) можно представить в форме


где А1 - постоянная, величина которой определяется параметрами схемы и условиями приема.

Дискриминационная характеристика D(ε) прототипа изображена на фиг.1, линия 1.

Из формулы (5) и фиг.1 видно, что в области захвата (область основного выброса функции автокорреляции принимаемого сигнала) D(ε) имеет осциллирующий характер, что приводит к наличию аномальных точек "а" равновесия (нулевых сигналов ошибки). Под воздействием помех, из-за относительной нестабильности частот генераторов приемника и передатчика, а также относительной подвижности приемной и передающей антенн работа дискриминатора может проходить в аномальных точках "а", что приводит к энергетическим потерям, т. е. снижению помехозащищенности, и к ошибкам измерения задержки, т.е. к ухудшению точности. Это является основным недостатком устройства-прототипа.

Задачей настоящего изобретения является повышение помехозащищенности и точности дискриминатора путем исключения осцилляции дискриминационной характеристики в области захвата (исключение аномальных точек равновесия).

Поставленная задача решается за счет того, что в дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий, так же как и прототип, последовательно соединенные смеситель и фильтр, последовательно соединенные первый управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого является входом дискриминатора, а выход фильтра является выходом дискриминатора, в отличие от прототипа, введены второй управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90^o, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой перемножители, а также последовательно соединенные сумматор и второй фильтр, выход которого подключен к входу первого управляющего элемента, при этом выход генератора опорного сигнала подключен к первым входам первого и пятого перемножителей, выходы которых подключены к первым входам второго и четвертого перемножителей, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора, причем вход дискриминатора объединен с первыми входами третьего и шестого перемножителей, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого перемножителей, а выход фильтра через второй управляющий элемент подключен к входу перестраиваемого генератора несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого перемножителей непосредственно и через фазовращатель на 90^o к вторым входам первого и третьего перемножителей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлены дискриминационные характеристики D(ε) прототипа (линия 1) и заявляемого устройства (линия 2);
на фиг.2 приведена структурная схема заявляемого дискриминатора для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала (см. фиг.2) содержит последовательно соединенные смеситель 1 и фильтр 2, последовательно соединенные первый управляющий элемент 3 и генератор 4 опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого является входом дискриминатора, а выход фильтра является выходом дискриминатора. В отличие от прототипа в него введены второй управляющий элемент 5, перестраиваемый генератор несущей частоты 6, фазовращатель 7 на 90^o, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11, пятый 12 и шестой 13 перемножители, а также последовательно соединенные сумматор 14 и второй фильтр 15, выход которого подключен ко входу первого управляющего элемента 3. При этом выход генератора 4 опорного сигнала подключен к первым входам первого 8 и пятого 12 перемножителей, выходы которых подключены к первым входам соответственно второго 9 и четвертого 11 перемножителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 14, причем первые входы третьего 10 и шестого 13 перемножителей объединены и подключены к входу дискриминатора, выходы перемножителей 10 и 13 подключены к вторым входам соответственно четвертого 11 и второго 9 перемножителей, а выход фильтра 2 через второй управляющий элемент 5 подключен к входу перестраиваемого генератора 6 несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам пятого 12 и шестого 13 перемножителей непосредственно и через фазовращатель 7 на 90^o к вторым входам первого 8 и третьего 10 перемножителей.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемый сигнал y(t) (2) поступает на второй вход смесителя 1, на первый вход которого подается опорный сигнал ψ_оп(t) (3) с выхода генератора 4. В фильтре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через управляющий элемент 5 (как и в прототипе) осуществляет необходимую перестройку генератора 6 по задержке.

Напряжение на выходе генератора 6 можно представить в виде

На выходе фазовращателя 7 напряжение имеет вид

На выходах перемножителей 12 и 13, 8 и 10 выделяются напряжения, представляющие собой соответственно косинусные и синусные квадратуры колебаний ψ_оп(t) и y(t).

Например, для

Напряжения на выходах перемножителей 13, 10 и 8 имеют вид соответственно



На выходах перемножителей 11 и 9 напряжения имеют вид соответственно


Сумматор 14 может быть выполнен, например, на основе операционного усилителя по схеме, аналогичной приведенной в книге (см. А.Г. Алексеенко, Е. А. Коломбет, Г.И. Стародуб. Применение прецизионных аналоговых ИС. - М., Радио и связь, 1981, стр.77, рис.3.2). Сумматор 14 выполнен таким образом, что его второй вход суммирующий, а первый - вычитающий. При этом на выходе сумматора 14 получается напряжение

Фильтр 15 выполнен в виде интегрирующего усилителя и напряжение на его выходе имеет вид

т. е. прямо пропорционально производной от огибающей функции автокорреляции ψ_оп(t).
Результаты расчета u₁₅, представляющего собой дискриминационную характеристику D(ε) заявляемого устройства, полученную при тех же параметрах ψ_оп(t), что и дискриминационная характеристика D(ε) прототипа, приведена на фиг. 1 (линия 2). Эта дискриминационная характеристика в области захвата носит монотонный характер, т.е. не имеет аномальных точек равновесия. Напряжением U₁₅ через управляющий элемент 3 осуществляется следящая перестройка генератора 4.

Таким образом, дискриминационная характеристика заявляемого устройства не имеет аномальных точек равновесия в области захвата. Это устраняет энергетические потери неточности синхронизации, а следовательно, повышает помехозащищенность, а также устраняет ошибки измерения задержки, т.е. повышает точность дискриминатора.

Для выполнения заявляемого устройства может быть использована элементная база, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.

Преимущество заявляемого дискриминатора по сравнению с устройством-прототипом оценивается следующим образом.

Известно, что при наличии аномальных точек равновесия в области захвата работа дискриминатора может проходить в любой из этих точек. Повышение помехозащищенности, достигаемое применением заявляемого устройства, по сравнению с устройством-прототипом можно проиллюстрировать следующим образом.

Поскольку значения ε обычно распределены по равновероятному закону в области захвата ε∈[-ε_max, ε_max] и среднее значение выходного эффективного отношения по мощности "сигнал/помеха", определяемое, как величина огибающей функции взаимной корреляции между принимаемым и аномально синхронизированным сигналами, будет прямо пропорциональна следующей величине

Так как ε_max = (BΔf)^-1, то

где Si - интегральный синус.

При ε_max = ε = (BΔf)^-1 из (18) следует P_а≈0,58.

Устройство-прототип может работать в любой из аномальных точек равновесия в полисе захвата, а предлагаемое устройство имеет только одну устойчивую в полосе захвата точку ε=0, в которой Р_а определяется по формуле
Р_amax=lim(Р_а)=1. (19)
ε_max→0
Таким образом, повышение помехозащищенности, достигаемое применением заявляемого устройства, по сравнению с устройством-прототипом, составляет P_amax/P_a=1,7 раза, т.е. около 3 дБ.

Изобретение относится к радиолокации и может найти применение в информационных каналах систем управления беспилотными летательными аппаратами, в частности, в активных и полуактивных радиолокационных головках самонаведения крылатых и зенитных ракет, в устройствах синхронизации радиолиний телеуправления ракетами. Технический результат - повышение помехозащищенности и точности дискриминатора путем исключения осцилляции дискриминационной характеристики в области захвата. Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала содержит последовательно соединенные смеситель и фильтр, последовательно соединенные первый управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого является входом дискриминатора, а выход фильтра является выходом дискриминатора, второй управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90^o, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой перемножители, а также последовательно соединенные сумматор и второй фильтр, выход которого подключен к входу первого управляющего элемента. Выход генератора опорного сигнала подключен к первым входам первого и пятого перемножителей, выходы которых подключены к первым входам второго и четвертого перемножителей, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора. Вход дискриминатора объединен с первыми входами третьего и шестого перемножителей, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого перемножителей. Выход фильтра через второй управляющий элемент подключен к входу перестраиваемого генератора несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого перемножителей непосредственно и через фазовращаель на 90^o к вторым входам первого и третьего перемножителей. 2 ил.

Дискриминатор для синхронизации по задержке дискретно-кодированного В-частотного сигнала, содержащий последовательно соединенные смеситель и фильтр, последовательно соединенные первый управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого является входом дискриминатора, а выход фильтра является выходом дискриминатора, отличающийся тем, что в него введены второй управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой перемножители, а также последовательно соединенные сумматор и второй фильтр, выход которого подключен к входу первого управляющего элемента, при этом выход генератора опорного сигнала подключен к первым входам первого и пятого перемножителей, выходы которых подключены к первым входам соответственно второго и четвертого перемножителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, причем первые входы третьего и шестого перемножителей объединены и подключены ко входу дискриминатора, выходы третьего и шестого перемножителей подключены к вторым входам соответственно четвертого и второго перемножителей, а выход фильтра через второй управляющий элемент подключен к входу перестраиваемого генератора несущей частоты, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого перемножителей непосредственно и через фазовращатель на 90° к вторым входам первого и третьего перемножителей.