ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ Российский патент 2006 года по МПК G06F1/02 G06G7/26 

Изобретение относится к области радио- и электросвязи, в частности к генераторам ортогональных функций, и может быть использовано для создания генераторного оборудования систем связи.

Известен генератор функций Уолша, содержащий триггеры и перемножители (см. Хармут Х.Ф. Передача информации ортогональными функциями. М.: Связь, 1975, с.66, рис.2.7).

Однако этот генератор имеет большую инструментальную погрешность ортогональности, возникающую из-за рекурсивного характера правила умножения, приводящую к малой помехоустойчивости генерируемых функций. Кроме этого, сигналы, формируемые этим генератором, имеют большие по величине выбросы амплитудно-частотных спектров, что свидетельствует о плохой равномерности спектральной плотности, приводящей к низкой энергетической скрытности формируемых сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор и блок формирования функций Уолша, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша (см. Бесветтер К. Генерирование функций Уолша. - Зарубежная радиоэлектроника, 1972, №11, с.77, рис.6).

Однако сигналы, формируемые генератором функций Уолша, обладают большими по величине выбросами амплитудно-частотных спектров, что свидетельствует о плохой равномерности спектральной плотности, приводящей к низкой энергетической скрытности формируемых сигналов.

Целью изобретения является повышение энергетической скрытности сигналов, формируемых генератором.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор, содержащий задающий генератор и блок формирования Уолша, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, введены элементы односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, коммутатор, умножитель и 2ⁿ умножителей группы (где 2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша), причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом двухразрядного регистра сдвига, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу элемента односторонней проводимости, выход элемента односторонней проводимости соединен с информационным входом двухразрядного регистра сдвига, выход которого подключен к управляющему входу двухвходового коммутатора, первый информационный вход которого соединен с (2^n-1-2)-м выходом блока формирования функций Уолша, второй информационный вход коммутатора соединен с (2ⁿ-1+1)-м выходом блока формирования функций Уолша, выход коммутатора подключен к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока формирования функций Уолша, выход умножителя соединен с первыми входами всех умножителей группы, вторые входы i-x умножителей группы (где - порядковые номера умножителей) подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, а выходы умножителей группы являются выходами генератора.

На фиг.1 представлена структурная схема генератора функций, на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования функции Т (12, θ) в предлагаемом генераторе, на фиг.3 - вид функций на выходах прототипа, на фиг.4 - вид функций на выходах предлагаемого генератора, на фиг.5 - амплитудно-частотные спектры сигналов, формируемых прототипом, на фиг.6 - амплитудно-частотные спектры сигналов, формируемых предлагаемым генератором функций.

Генератор функций содержит задающий генератор 1, блок 2 формирования функций Уолша, элемент 3 односторонней проводимости, двухразрядный регистр 4 сдвига, двухвходовый коммутатор 5, умножитель 6, умножители 7 группы.

Генератор функций работает следующим образом.

Перед началом работы генератора разряды регистра 4 сдвига устанавливаются в нулевое состояние.

С началом поступления импульсов с выхода задающего генератора 1 на тактовый вход блока 2 формирования функций Уолша (фиг.2, а) на его выходах формируются функции Уолша, поступающие на вторые входы соответствующих умножителей 7 группы. Функция Уолша Wal (1, θ), формируемая на втором выходе блока 2 (фиг.2, б), подается на вход элемента 3 односторонней проводимости (в качестве которого может использоваться обычный диод), с выхода которого на информационный вход регистра 4 сдвига поступает только положительная часть функции Уолша Wal (1, θ) (фиг.2, в). На тактовый вход регистра 4 сдвига поступают импульсы с выхода генератора 1.

В связи с тем, что в разрядах двухзарядного регистра 4 сдвига в исходном состоянии были записаны нули, информация на его выходе оказывается сдвинутой относительно информации на его входе на два такта (фиг.2, г). Последовательность единиц и нулей с выхода регистра 4 сдвига поступает на управляющий вход двухвходового коммутатора 5, устроенного таким образом, что при поступлении на управляющий вход «0» на выходе коммутатора 5 появляется информация, поступающая на его первый вход, а при поступлении на управляющий вход «1» на выходе коммутатора 5 появляется информация, поступающая на его второй вход.

Таким образом, вид сигнала на выходе коммутатора 5 (фиг.2, ж) определяется видом сигнала Уолша Wal (5, θ) (фиг.2, д) и видом сигнала Уолша Wal (8, θ) (фиг.2, е).

Сигнал с выхода коммутатора 5 (фиг 2, д) поступает на первый вход умножителя 6, на второй вход которого подается сигнал Wal (1, θ) (фиг.2, б) со второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, в результате чего на выходе умножителя 6 появляется сигнал, поступающий на первые входы всех умножителей 7 группы (см. фиг.2, з). Поскольку на вторые входы умножителей 7 группы подаются соответствующие сигналы Уолша Wal (1, θ), на их выходах формируются функции T (i, θ), имеющие вид, отличающийся от вида функций Уолша Wal (i, θ).

На фиг.2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования выходного сигнала Т (12, θ) в предлагаемом генераторе для случая 2ⁿ=16.

На диаграммах показано временное состояние:

а) выхода задающего генератора 1;

б) второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (1, θ);

в) выхода элемента 3 односторонней проводимости;

г) выхода двухразрядного регистра 4 сдвига;

д) шестого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (5, θ);

е) девятого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (8, θ);

ж) выхода коммутатора 5;

з) выхода умножителя 6;

и) тринадцатого выхода блока 2 функций Уолша, на котором формируется функция Wal (12, θ);

к) выхода тринадцатого умножителя 7 группы, на котором формируется функция Т (12, θ).

На фиг.3 приведены временные диаграммы функций Уолша, формируемых прототипом. На фиг.4 приведены дискретные ортогональные функции T (i, θ), формируемые предлагаемым генератором.

В ортогональности сигналов, формируемых предлагаемым генератором, можно убедиться путем перемножения любых формируемых функций и интегрирования результата за время, равное периоду функций.

Как известно, энергетическая скрытность сигналов характеризует способность противостоять мерам, направленным на обнаружение выходных сигналов разведывательным приемным устройством (см. Тузов Г.И., Сивов В.А. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Под ред. Тузова Г.И. - М.: Радио и связь, 1985, с.9).

Для повышения энергетической скрытности необходимо стремиться к тому, чтобы выходные сигналы, формируемые генератором, используемым в системе связи, имели равномерную спектральную плотность (см. Тузов Г.И., Сивов В.А. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1985, с.21, рис.2.2).

Спектральная плотность является важнейшей характеристикой сигнала и представляет собой преобразование Фурье от его временного представления S(t):

В общем случае G_(f) является комплексной величиной и может быть записана в виде:

где

- действительная и мнимая части спектральной плотности G_(f),

- модуль и аргумент спектральной плотности G_(f).

Обычно называют амплитудно-частотным спектром сигнала S(t) и по его виду определяют равномерность спектральной плотности (см. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных сигналов. Часть 2. Спектральные свойства ШПС. - М.: Министерство связи СССР, 1989, с.4-5).

Выигрыш в энергетической скрытности сигналов удобно определять по отношению значений наибольших выбросов амплитудно-частотных спектров сравниваемых сигналов:

где - значение наибольшего выброса амплитудно-частотного спектра сигнала A(t), - значение наибольшего выброса амплитудно-частотного спектра сигнала B(t) (см. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных сигналов. Часть 2. Спектральные свойства ШПС. - М.: Министерство связи СССР, 1989, с.13).

С использованием ЭЦВМ были синтезированы сигналы T (i, θ), обладающие значительной энергетической скрытностью по сравнению с сигналами Уолша Wal (i, θ) при равных длительностях и энергиях.

Для выходных сигналов, формируемых прототипом и предлагаемым генератором, были рассчитаны наибольшие выбросы амплитудно-частотных спектров в соответствии с соотношением (5).

Результаты расчета для варианта 2ⁿ=16 представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Наибольшие выбросы амплитудно-частотных спектров сигналов, формируемых прототипомНомер сигнала, К01234567Значение наибольшего выброса 10,720,650,650,630,550,550,63Номер сигнала, К89101112131415Значение наибольшего выброса 0,630,510,320,440,510,480,510,63Таблица 2
Наибольшие выбросы амплитудно-частотных спектров сигналов, формируемых предлагаемым генераторомНомер сигнала, К01234567Значение наибольшего выброса 0,310,350,380,360,50,440,390,42Номер сигнала, К89101112131415Значение наибольшего выброса 0,330,50,410,330,390,390,390,36

Для наглядности на фиг.5 приведены графики амплитудно-частотных спектров выходных сигналов Wal (0, θ), Wal (2, θ), Wal (6, θ), формируемых прототипом. На фиг.6 представлены графики амплитудно-частотных спектров выходных сигналов Т (0, θ), Т (3, θ), Т (9, θ), Т (12,θ) и T (15, θ), формируемых предлагаемым генератором. При этом ω=2πf.

Из таблиц 1, 2 и фиг.5, 6 видно, что сигналы, формируемые предлагаемым генератором, обладают лучшей равномерностью спектральной плотности, чем выходные сигналы, формируемые прототипом, что обеспечивает повышенную энергетическую скрытность.

Поскольку наибольший выброс амплитудно-частотных спектров сигналов Уолша , а наибольший выброс амплитудно-частотных спектров сигналов, формируемых предлагаемым генератором , то в соответствии с соотношением (7) выигрыш в энергетической скрытности составляет:

Как показывают расчеты, при 2ⁿ≥16 выигрыш в энергетической скрытности составляет не менее 2.

Использование изобретения позволяет создавать генераторы функций, обеспечивающие значительное повышение энергетической скрытности формируемых сигналов.

Изобретение относится к области электросвязи, в частности к генераторам ортогональных функций, и может быть использовано для создания генераторного оборудования систем связи. Достигаемый технический результат - повышение энергетической скрытности сигналов, формируемых генератором. Генератор функций содержит задающий генератор, блок формирования функций Уолша, элемент односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, двухвходовый коммутатор, умножитель и 2ⁿ умножителей группы. 6 ил., 2 табл.

Генератор функций, содержащий задающий генератор и блок формирования функций Уолша, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетической скрытности сигналов, формируемых генератором, в него введены элемент односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, двухвходовый коммутатор, умножитель и 2ⁿ умножителей группы, где 2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом двухразрядного регистра сдвига, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу элемента односторонней проводимости, выход элемента односторонней проводимости соединен с информационным входом двухразрядного регистра сдвига, выход которого подключен к управляющему входу двухвходового коммутатора, первый информационный вход которого соединен с (2^n-1-2)-м выходом блока формирования функций Уолша, второй информационный вход двухвходового коммутатора соединен с (2^n-1-1)-м выходом блока формирования функций Уолша, выход двухвходового коммутатора подключен к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока формирования функций Уолша, выход умножителя соединен с первыми выходами всех умножителей группы, вторые входы i-x умножителей группы, где

- порядковые номера умножителей, подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, а выходы умножителей группы являются выходами генератора.