ПРИЕМНИК РАДИОИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫМ КОДИРОВАНИЕМ Российский патент 2007 года по МПК H04B1/06 

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в приемниках радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием (ЧВК) в радиолокации с активным ответом, радиоуправлении и связи.

Особенностью радиоимпульсных сигналов с ЧВК является перекрытие спектров радиоимпульсов разных частот, составляющих сигнал, так как огибающая спектра прямоугольного радиоимпульса изменяется по закону sinx/x, где х=3,14·Δf·τ_u и Δf - отклонение частоты от несущей, τ_u - длительность импульса.

В качестве аналогов выбраны приемные устройства, выполненные по схеме «широкая полоса - ограничитель - узкополосный фильтр», сокращенно ШОУ (Л1, стр.164, рис.7.1, Л2 стр.389, рис.16.6), которые предназначены для приема сигналов с ЧВК. В этих приемниках производится широкополосное усиление всех частот, составляющих частотно-временной код. Затем следует ограничение, благодаря которому происходит выравнивание амплитуд сигналов разных частот, изменяющихся в большом динамическом диапазоне (60-80 дБ), что делается для того, чтобы исключить влияние проникающей части спектра (за счет перекрытия спектров) радиоимпульса одной частоты в каналы обработки других частот и наоборот. При узкополосной фильтрации производится фильтрация основной части спектра в полосе частот ≈1/τ_u.

«Просачивающаяся» часть спектра соседнего канала за счет частотного разноса и избирательности фильтра меньше по амплитуде сигнала, на который настроен узкополосный фильтр, и путем подбора порога срабатывания порогового устройства помеха в виде «просачивающегося» импульса устраняется.

В декодер ЧВК импульсы разных частот поступают на соответствующие входы и декодируются по временной расстановке между импульсами и определенному порядку следования частот.

Но при этом имеются два недостатка:

1. теряется информация об амплитуде сигнала,

2. снижается помехоустойчивость от введения в тракт обработки сигнала нелинейного элемента - ограничителя и происходит подавление слабого сигнала одной частоты сильным сигналом другой частоты при их одновременном приходе.

Потеря информации об амплитуде сигнала не позволяет производить амплитудную селекцию наложившихся сигналов от разных абонентов, устранять сигналы от отражений, боковых лепестков диаграмм направленности антенн, реализовать моноимпульсный прием. Различного рода помехи могут вызвать сбои полезных сигналов в ограничителе за счет его перегрузки и нелинейности.

Анализ других источников показал, что приемники сигналов с ЧВК выполняются либо по схеме ШОУ, либо по схемам приемников двоичных (бинарных) сигналов с активной или пассивной паузой с корреляторами или с согласованными фильтрами, в которых не требуется сохранение информации об амплитуде и частоте. Кроме того, приемники могут иметь каналы синхронизации (Л4), что очень сложно и не соответствует условиям применения асинхронных адресных систем связи.

В качестве прототипа выбрано приемное устройство (Л3, стр.236, рис.9.10). Приемник сигналов с ЧВК состоит из последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, ко второму входу которого подключен гетеродин, общего логарифмического усилителя, к выходу которого параллельно подсоединены узкополосные каналы, состоящие из последовательно соединенных полосового фильтра, детектора и видеоусилителя. В простейшем случае может быть 2 канала.

Устройство, рассматриваемое в качестве прототипа, сохраняет информацию об амплитуде принятого сигнала и в меньшей мере нелинейно, но имеет недостаток, заключающийся в том, что происходит проникновение части спектра сигналов из соседних каналов, и поскольку нет «жесткого» ограничения сигналов, «просачивающиеся» сигналы могут вызвать срабатывание порогового устройства, т.е. проявляются внутрисистемные помехи, заключающиеся в наборе ложных кодовых расстановок.

Решаемая техническая задача - сохранение информации об амплитуде сигнала и обеспечение частотной избирательности по соседним каналам в условиях изменения сигналов в большом динамическом диапазоне (60-80 дБ) при приеме сигналов с ЧВК с перекрывающимися спектрами. Решение технической задачи в приемнике радиоимпульсных сигналов с ЧВК, состоящем из последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, ко второму входу которого присоединен гетеродин, общего логарифмического усилителя, к выходу которого параллельно подсоединены узкополосные каналы, состоящие из последовательно соединенных полосового фильтра, детектора и видеоусилителя, достигается тем, что в каждом канале к выходу видеоусилителя подключаются параллельно инвертор полярности, сумматор и ключевой каскад, ко второму входу которого подключен выход сумматора, ко второму входу которого подключены выходы инверторов соседних каналов.

На фиг.1 приведена структурная схема приемника радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием для двух частот f₁ и f₂.

На фиг.2 приведена временная диаграмма работы приемника.

Приемник состоит из УВЧ - 1, смесителя - 2, гетеродина - 3, общего логарифмического УПЧ - 4, узкополосных фильтров частот f₁ и f₂ - 5 и 6, детекторов радиоимпульсов частот f₁ и f₂ - 7 и 8, видеоусилителей - 9 и 10, выходы которых подсоединены ко входам инверторов видеосигналов каналов f₁ и f₂ - 11 и 12, входам ключевых каскадов каналов f₁ и f₂ - 13 и 16, входам сумматоров каналов f₁ и f₂ - 14 и 15, вторые входы которых соединены с выходами инверторов соседних каналов, т.е. выход инвертора f₂ - 12 соединен со вторым входом сумматора канала f₁ - 14, соответственно выход инвертора канала f₁ - 11 соединен со вторым входом сумматора канала f₂ - 15, выходы сумматоров каналов f₁ и f₂ - 14 и 15 соединены со вторыми входами ключевых каскадов каналов f₁ и f₂ - 13 и 16.

Приемник радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием работает следующим образом.

На временной диаграмме фиг.2а показан сигнал с ЧВК на входе приемника, где t_k - кодовый временной интервал, τ_u - длительность импульса, f₁ и f₂ - несущие частоты. Переменными параметрами сигнала являются дискретные значения t_k, значения и порядок следования частот.

После усиления высокой частоты, преобразования с помощью гетеродина в промежуточные частоты, сигналы усиливаются в логарифмическом УПЧ, затем отфильтровываются узкополосными фильтрами, детектируются и усиливаются в видеоусилителях.

На фиг.2б показан видеосигнал канала f₁, где показано, что сигнал, соответствующий частоте f₁, больше «просочившегося» из соседнего канала. Аналитически определено и экспериментально проверено, что при длительности радиоимпульса τ_u=0,5 мксек и разносе частот 12 мГц на промежуточных частотах 30-60 мГц различие в амплитудах составляет 18-20 дБ, в динамическом диапазоне ≥60 дБ.

Соответственно на фиг.2б показан сигнал на выходе видеоусилителя канала f₂. Сигнал, соответствующий частоте f₂, больше «просочившегося» сигнала из канала f₁. Далее сигналы обоих каналов поступают на входы инверторов, первые входы сумматоров и ключевых каскадов. В инверторах производится изменение полярности видеосигналов. На фиг.2д, 2г показаны инвертированные сигналы каналов f₁ и f₂, которые подаются на вторые входы сумматоров. Инвертированный сигнал канала f₁ подается на второй вход сумматора канала f₂, соответственно инвертированный сигнал канала f₂ подается на второй вход сумматора канала f₁.

В сумматоре канала f₁ происходит вычитание импульса после видеоусилителя канала f₁ (фиг.2б) и инвертированного импульса после видеоусилителя канала f₂ (фиг.2д), поскольку они имеют разные полярности. На выходе сумматора канала f₁ появится импульс, показанный на фиг.2е, штриховкой отмечено уменьшение амплитуды за счет вычитания.

Соответствующий сигнал канала f₂ показан на фиг.2ж. Положительные импульсы не влияют на работу электронного ключа, находящегося в замкнутом состоянии, отрицательные - размыкают электронный ключ.

При приходе импульса канала f₁ ключевой каскад канала f₁ находится в замкнутом состоянии и пропускает импульс канала f₁, ключевой каскад канала f₂ находится в разомкнутом состоянии, так как инвертированный импульс канала f₁ (фиг.2е) отрицательной полярности размыкает электронный ключ канала f₂ и не пропускает «просочившийся» импульс в соседний канал f₂.

При приходе импульса канала f₂ ключевой каскад канала f₂ находится в замкнутом состоянии и пропускает импульс канала f₂, ключевой каскад канала f₁ находится в разомкнутом состоянии, так как инвертированный импульс канала f₂ (фиг.2ж) отрицательной полярности размыкает электронный ключ канала f₁ и не пропускает «просочившийся» импульс в соседний канал f₁.

На выходах ключевых каскадов импульсы канала f₁ и канала f₂, прошедшие логарифмический УПЧ, узкополосный фильтр, детектор, будут иметь амплитуды, изменяющиеся пропорционально логарифму входного сигнала (U_вых=klgU_вх). «Просочившиеся» импульсы из соседних каналов устраняются.

Таким же способом можно производить обработку и большего числа частот.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить избирательность по соседним каналам при обработке сигналов с ЧВК за счет устранения «просочившихся» частей спектра соседних каналов при сохранении информации об амплитуде сигналов.

Для того чтобы исключить потерю «слабых» импульсов сигнала с ЧВК при наложении разночастотных импульсов за счет их селекции в электронных ключах, вводится пороговое устройство между выходом сумматора и вторым входом электронного ключа. Пороговое напряжение U_пор устанавливается равным разнице в амплитудах ΔU просочившегося сигнала и основного, см. фиг.2е, 2ж, незаштрихованные части отрицательных импульсов. Экспериментально установлено, см. фиг.3, что при изменении мощности сигнала от 104 дБ/Вт до 65 дБ/Вт разница в амплитудах ΔU является постоянной величиной. Кроме этого экспериментально установлено, что при наложении импульсов разных частот происходит суммирование «просочившегося» импульса и основного, что ведет к уменьшению импульсов отрицательной полярности после сумматора. Эти две особенности используются для сохранения «слабых» сигналов.

В том случае, когда нет наложения, пороговое устройство срабатывает на импульс с амплитудой, равной ΔU, и ключ не пропускает просочившуюся часть импульса соседнего канала. В случае наложения амплитуда импульса на выходе сумматора меньше ΔU и пороговое устройство не срабатывает, электронный ключ остается в замкнутом состоянии и наложившийся импульс малой амплитуды пройдет в дешифратор.

В этом случае в приемник радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием, см. фиг.4, вводятся пороговые устройства 17 и 18 между выходами сумматоров 14 и 15 и вторыми входами электронных ключей 13 и 16.

Для восстановления «слабого» импульса одного канала можно использовать «сильный» импульс соседнего канала, для чего с помощью дополнительного электронного ключа замыкаются выходы каналов при импульсе на выходе сумматора менее величины ΔU. В этом случае в приемник радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием, см.фиг.5, вводятся пороговые устройства 17 и 18 между выходами сумматоров 14 и 15 и управляющим входом электронного ключа 19, сигнальные вход и выход которого соединены с выходами электронных ключей каналов 13 и 16.

При наложении импульсов амплитуда импульса на выходе одного из сумматоров меньше ΔU, соответствующее пороговое устройство сработает, электронный ключ замкнется и «сильный» импульс одного канала пройдет на место «слабого» импульса другого канала.

Использованные источники

1. Лившиц А.Р., Биленко А.П. Многоканальные асинхронные системы передачи информации. М., «Связь», 1974 г.

2. Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. М., «Связь», 1974 г.

3. Венедиктов М.Д., Марков В.В., Эйдус Г.С. Асинхронные адресные системы связи, М., «Связь», 1968 г.

4. А.С. №588637 (СССР), Устройство для приема радиосигналов с ЧВК, Зуев Г.Г., Ружинский В.А.

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в приемниках радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием (ЧВК) в радиолокации с активным ответом, радиоуправлении и связи. Технический результат - сохранение информации об амплитуде сигнала и обеспечение частотной избирательности по соседним каналам в условиях изменения сигналов в большом динамическом диапазоне (60-80 дБ) при приеме сигналов с ЧВК с перекрывающимися спектрами. Указанный технический результат достигается в приемнике радиоимпульсных сигналов с ЧВК, состоящем из последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя, ко второму входу которого присоединен гетеродин, логарифмического усилителя, к выходу которого параллельно подсоединены узкополосные каналы, состоящие из последовательно соединенных узкополосного фильтра, детектора и видеоусилителя, в каждом канале которого к выходу видеоусилителя подключены параллельно инвертор полярности, сумматор и ключевой каскад, ко второму входу последнего подключен выход сумматора, а ко второму входу сумматора подключены выходы инверторов соседних каналов, причем если ключевой каскад одного из каналов находится в замкнутом состоянии, то ключевые каскады других каналов - в разомкнутом. 5 ил.

Приемник радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием, содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты, смеситель, логарифмический усилитель промежуточной частоты и параллельно подключенные к последнему узкополосные каналы, каждый из которых содержит последовательно соединенные узкополосный фильтр, детектор и видеоусилитель, при этом второй вход смесителя подключен к выходу гетеродина, отличающийся тем, что к выходу видеоусилителя каждого узкополосного канала параллельно подключены инвертор полярности, сумматор и ключевой каскад, последний вторым входом подключен к выходу сумматора, который вторым входом подключен к выходам инверторов полярности соседних узкополосных каналов, причем, если ключевой каскад одного из каналов находится в замкнутом состоянии, то ключевые каскады других каналов - в разомкнутом.