Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала Российский патент 2024 года по МПК H04L7/02 

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 опорного сигнала, 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.

Важным положительным свойством известного дискриминатора по Патенту №2223607 является то, что его дискриминационная характеристика не имеет аномальных точек равновесия в области захвата. Это позволило устранить энергетические потери неточности синхронизации и ошибки измерения задержки, и обеспечить высокую помехозащищенность. Однако, достигаемая точность при использовании рассматриваемого дискриминатора в ряде случаев оказывается недостаточной. В частности, использование устройства-прототипа в аппаратуре радиолокационных головок самонаведения ракет не всегда обеспечивает требуемую точность наведения на цель.

Отмеченное обстоятельство является существенным недостатком прототипа.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении точности дискриминатора.

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, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, 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 опорного сигнала, 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, второй вход пятого перемножителя подключен ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, в отличие от прототипа, в него введены первый и второй управляемый коммутатор, фазовращатель на 45°, элемент задержки и блок переключения режимов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго управляемых коммутаторов к сигнальным входам которых подключены выходы соответственно генератора несущей частоты и первого фильтра, при этом выход генератора несущей частоты подключен к второму входу третьго перемножителя через последовательно соединенные фазовращатель на 45° и первый управляемый коммутатор, а выход первого фильтра соединен с выходом устройства через последовательно соединенные элемент задержки и второй управляемый коммутатор.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, где представлена структурная схема предлагаемого дискриминатора, а на фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип действия заявляемого устройства и подтверждающие его полезность.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий последовательно соединенные смеситель 1, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр 2, первый управляющий элемент 3, перестраиваемый генератор несущей частоты 4, фазовращатель 5 на 90°, первый 6 и второй 7 перемножители, первый сумматор 8, 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 опорного сигнала 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, второй вход пятого перемножителя 14 подключен 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 введены первый 16 и второй 17 управляемый коммутатор, фазовращатель 18 на 45°, элемент задержки 19 и блок переключения режимов 20, выход которого подключен к управляющим входам первого 16 и второго 17 управляемых коммутаторов к сигнальным входам которых подключены выходы соответственно генератора несущей частоты 4 и первого фильтра 2, при этом выход генератора несущей частоты 4 подключен к второму входу третьего перемножителя 12 через последовательно соединенные фазовращатель 18 на 45° и первый 16 управляемый коммутатор, а выход первого фильтра 2 соединен с выходом устройства через последовательно соединенные элемент задержки 19 и второй управляемый коммутатор 17.

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 - 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

Вновь введенный блок 20 переключения режимов управляет работой двух идентичных управляемых коммутаторов 16 и 17. В свою очередь блок 20 переключается в зависимости от реального соотношения сигнал/помеха (например, по сигналу бортового анализатора помех, или от временного механизма, или по программе, заложенной в бортовую цифровую вычислительную машину, или по специальной радиокоманде, передаваемой с носителя и т.п.). В условиях воздействия сильных помех, т.е. при малом отношении сигнал/помеха работа рассматриваемого дискриминатора не отличается от устройства-прототипа. При этом коммутатор 16 установлен в такое положение, что напряжение с генератора 4 несущей частоты поступает непосредственно на вход перемножителя 12, а коммутатор 17 пропускает сигнал ошибки с выхода фильтра 2 на выход дискриминатора.

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

Напряжение u₈ поступает на вход фильтра 9. 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.

Таким образом, в дискриминаторе происходит формирование дискриминационной характеристики (ДХ) за счет вычитания двух автокорреляционных функций (АКФ) дискретно-кодированного В-частотного сигнала, сдвинутых на некоторый интервал Т_В, где Т_В - длительность основного выброса автокорреляционной функции (см. фиг. 2а).

При возрастании отношения сигнал/помеха возникает принципиальная возможность повышения точности слежения за задержкой путем увеличения крутизны. Увеличение крутизны, естественно, приводит к сужению полосы слежения. Однако, при достаточно большом соотношении сигнал/помеха такое сужение практически не приведет к увеличению вероятности срыва слежения за задержкой. В данном дискриминаторе увеличение крутизны дискриминационной характеристики осуществлено за счет изменения временного сдвига между корреляционными функциями до величины Т_В/2. При достижении соотношением сигнал/помеха некоторой заданной величины срабатывает блок 20 и переключает коммутаторы 16 и 17. На вход перемножителя 12 поступает напряжение несущей частоты от генератора 4, сдвинутое с помощью фазовращателя 18 на 45°. При этом напряжение на выходе перемножителя 12 имеет вид

а напряжение на выходе сумматора 8

Таким образом, сдвиг между вычитаемыми автокорреляционными функциями составляет величину ТВ/2 и следовательно крутизна дискриминационной характеристики возрастает. При таком формировании дискриминационной характеристики происходит смещение точки устойчивого равновесия (см. фиг. 2б), устраняемое путем введения с помощью коммутатора 17 в выходную цепь элемента задержки 19, обеспечивающего задержку на Т_В/4.

Введение новых элементов - управляемых коммутаторов, фазовращателя на 45°, элемента задержки, блока переключения режимов, а также новых связей, выгодно отличает заявляемое устройство от указанного прототипа, так как обеспечивается возможность повышения точности слежения за задержкой.

Результаты предварительных расчетов и моделирования показали, что выигрыш в точности слежения за задержкой может достигать 30…40%.

Все вновь вводимые элементы широко используются в устройствах радиолокации и связи, описаны в литературе и их практическая реализация не вызывает трудностей.

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов. Технический результат - повышение точности дискриминатора. Такой технический результат обеспечивается за счет использования способа формирования дискриминационной характеристики. Для этого предложен дискриминатор, в который дополнительно введены первый и второй управляемый коммутатор, фазовращатель на 45°, элемент задержки и блок переключения режимов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго управляемых коммутаторов, к сигнальным входам которых подключены выходы соответственно генератора несущей частоты и первого фильтра, при этом выход генератора несущей частоты подключен ко второму входу третьего перемножителя через последовательно соединенные фазовращатель на 45° и первый управляемый коммутатор, а выход первого фильтра соединен с выходом устройства через последовательно соединенные элемент задержки и второй управляемый коммутатор. 2 ил.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, 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 опорного сигнала, 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, второй вход пятого перемножителя подключен к входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, отличающийся тем, что в него введены первый и второй управляемый коммутатор, фазовращатель на 45°, элемент задержки и блок переключения режимов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго управляемых коммутаторов, к сигнальным входам которых подключены выходы соответственно генератора несущей частоты и первого фильтра, при этом выход генератора несущей частоты подключен ко второму входу третьего перемножителя через последовательно соединенные фазовращатель на 45° и первый управляемый коммутатор, а выход первого фильтра соединен с выходом устройства через последовательно соединенные элемент задержки и второй управляемый коммутатор.