ДИСКРИМИНАТОР ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ЗАДЕРЖКЕ В-ЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНО-КОДИРОВАННОГО СИГНАЛА Российский патент 2013 года по МПК H04L7/02 H04W8/00 

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов, 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. Патент №2223607, МПК H04L 7/02), выбранный в качестве прототипа.

Известный дискриминатор содержит последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, второй фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также последовательно соединенные третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорной частоты, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя.

В случае постоянной скорости движения взаимодействующих объектов (в том числе и при нулевой скорости) устройство-прототип за счет исключения осцилляции дискриминационной характеристики в области захвата обладает высокой помехозащищенностью и точностью. При синтезе структурной схемы этого устройства учитывалось, что его функционирование происходит в условиях, когда случайная задержка радиосигнала τ из-за относительной нестабильности генераторов тактовых частот на приемной и передающей сторонах является блуждающей, то есть представляет собой чисто диффузионный процесс.

Однако используемое априорное уравнение задержки не в полной мере отражает процессы при изменении относительной скорости между взаимодействующими объектами, то есть при ускорении. При функционировании в указанных условиях дискриминационная характеристика дискриминатора существенно изменяется (уменьшается зона захвата и крутизна характеристики, ухудшается ее линейность, смещается точка равновесия) и как следствие ухудшается точность. Отмеченное обстоятельство является существенным недостатком прототипа.

Технический результат от использования предлагаемого дискриминатора для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала заключается в отличие от прототипа в повышении точности синхронизации дискриминатора в условиях изменения относительной скорости между объектами за счет использования априорного уравнения задержки, адекватного происходящим процессам.

Поставленная задача решается за счет того, что в приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора, содержащее так же, как и прототип, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, соединенные последовательно второй фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также последовательно соединенные третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорной частоты, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, в отличие от прототипа между выходом первого сумматора и входом второго фильтра введены последовательно соединенные усилитель, третий фильтр и второй сумматор, ко второму входу которого подключен выход первого сумматора, а выход третьего фильтра является дополнительным выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого дискриминатора.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала содержит так же, как и прототип, последовательно соединенные смеситель 1, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр 2, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент 3, перестраиваемый генератор несущей частоты 4, фазовращатель 5 на 90°, первый 6 и второй 7 перемножители, первый сумматор 8, соединенные последовательно второй фильтр 9, второй управляющий элемент 10 и генератор опорного сигнала 11, выход которого подключен ко вторым входам смесителя 1 и первого перемножителя 6, а также последовательно соединенные третий перемножитель 12 и четвертый перемножитель 13, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 8, при этом первый вход третьего перемножителя 12 соединен с выходом генератора опорной частоты 11, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый 14 и шестой 15 перемножители, выход пятого перемножителя 14 подключен ко второму входу второго перемножителя 7, а выход шестого перемножителя 15 подключен ко второму входу четвертого перемножителя 13, вторые входы третьего 12 и пятого 14 перемножителей подключены ко входу фазовращателя 5 на 90°, первый вход первого перемножителя 6 соединен со вторым входом шестого перемножителя 15. В отличие от прототипа в предлагаемый дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала между выходом первого сумматора 8 и входом второго фильтра 9 введены последовательно соединенные усилитель 16, третий фильтр 17 и второй сумматор 18, ко второму входу которого подключен выход первого сумматора 8, а выход третьего фильтра 17 является дополнительным выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемое колебание, представляющее собой аддитивную смесь дискретно-кодированного В-частотного сигнала вида

где µ - амплитудный множитель;

f_k и φ_k - соответственно частотный и фазовый код (k=1…В);

τ - неизвестная флуктуирующая задержка,

и помехи (например, белого гауссова шума), поступает на второй вход смесителя 1, на первый вход которого с генератора 11 подается опорный сигнал вида

где µ' - амплитудный множитель опорного сигнала;

- оцененное значение задержки τ принимаемого сигнала.

В фильтре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через управляющий элемент 3 (как и в прототипе) осуществляет необходимую перестройку генератора 4 по задержке.

Напряжение на выходе генератора 4 можно представить в виде

На выходе фазовращателя 5 напряжение имеет вид

На выходах перемножителей 12 и 14, 6 и 15 выделяются напряжения, представляющие собой соответственно косинусные и синусные u_c, u_s квадратуры колебаний ψ_оп(t) и y(t):

На выходах перемножителей 13 и 7 напряжения имеют вид соответственно

При этом на выходе сумматора 8 получается напряжение

При изменении относительной скорости между взаимодействующими объектами, то есть при учете ускорения, следует использовать априорное уравнение задержки [см. Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977, стр.151, выражение 3.66] вида:

где ν - постоянный коэффициент,

- гауссов процесс с характеристиками

δ(x) - функция Дирака.

В условиях распространения радиосигнала при изменении относительной скорости между объектами оцененное значение задержки сигнала, входящее в выражения для напряжений u₁₂ и u₆, отличается от действительного значения задержки. В отличие от прототипа для компенсации указанного отклонения с помощью усилителя 16 и интегрирующего фильтра 17 вырабатывается промежуточное напряжение u₁₇ вида

где k - коэффициент усиления усилителя 16.

Напряжение u₁₇ суммируется с напряжением u₈ и на выходе сумматора 18 формируется напряжение u₁₈=u₈+u₁₇, которое при соответствующем выборе значения k равно

где и - соответственно, синусные и косинусные квадратуры опорного колебания ψ(t), учитывающие изменения задержки принимаемого сигнала при изменении относительной скорости между объектами.

Как и в прототипе фильтр 9 выполнен в виде интегрирующего усилителя и напряжение на его выходе имеет вид

т.е. прямо пропорционально производной от огибающей функции автокорреляции ψ_оп(t).

Напряжением u₉ через управляющий элемент 10 осуществляется следящая перестройка генератора 11.

Результаты проведенного математического моделирования показали, что для типовых условий функционирования повышение точности синхронизации, достигаемое применением заявляемого устройства, по сравнению с устройством-прототипом, составляет 17…38%. Все вновь вводимые элементы широко используются в устройствах радиолокации и связи и их практическая реализация не вызывает трудностей.

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов, 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. Технический результат - повышение точности синхронизации дискриминатора в условиях изменения относительной скорости между объектами за счет использования априорного уравнения задержки, адекватного происходящим процессам. Для этого в приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора между выходом первого сумматора и входом второго фильтра введены последовательно соединенные усилитель, третий фильтр и второй сумматор, ко второму входу которого подключен выход первого сумматора, а выход третьего фильтра является дополнительным выходом устройства. 1 ил.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, соединенные последовательно второй фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорной частоты, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, отличающийся тем, что между выходом первого сумматора и входом второго фильтра введены последовательно соединенные усилитель, третий фильтр и второй сумматор, ко второму входу которого подключен выход первого сумматора, а выход третьего фильтра является дополнительным выходом устройства.