Способ измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале Советский патент 1983 года по МПК G04F10/06 

4

сл

со

СА

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и гидроакус-i тйческой (г/а) связи и применяется .преимущественно в области г/а иэме-. peiikft (например, оценка дальности до излучателя,- когерентное сложение сигналов, формирование характеристик направленности и т.п.) и определения параметров . г/а каналов связи и передачи телеметрической информации и условиях многолучевого распространения сигналов.

Известен автокоррелятдаонный спосо измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале, основанный на пространственной селекции отдельных лучей и измерении времени запаздывания сигналов, пришедших по соответствующим лучам 1 .

Однако указанный способ при больцшх дальностях и малых глубинах моря не обеспечивает достаточно точное измерение временных задержек, если они равны или соизмеримы с временным Интервалом корреляции принимаемого сигнала. Это обусловлено принципиально тем, что при измерении частоты мгшсимума функции корреляции используются только энергетические характеристики многолучевого сигнала и не учитываются его фазовые характеристики.

Известен также спектральный способ измерения временных задержек полосовых сигналов в многолучевом канале, основанный на спектральном анализе принимаемого широкопол осного си1нала, измерении г частотного интервала Ь f. между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудно-частотно1о спектра и вылислении величины временной задержки по формуле

&V 1/

2.,

-0 J-/ U iTj

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, являющаяся следствием нестационарности по амплитуде принимаемъ1Х реальных полосовых г/а сигналов и низкой точности измерения частоты интерференционных максимумов.

Цель изобретения - повышейие точности измерения величины временной задержки сигнала.

Поставленная цель достигается тем что,согласно способ5 измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале, основанном на спектральном анализе принятого полосового сигнала, измерении частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудно-частотного спектра и определении величины временной задержки по формуле &11 l/f- , где - величины временной задержки и А f/ - частотный интервал между соседними интерференционными максимумами амплитудночастотного спектра, по результатам спектрального анализа формируют фазочастотный спектр принятого полосового сигнала и уточняют значение частоты интерференционн111х максимумов по положениям на оси частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.

В основу предлагаемого способа положено так. называемое явление скачков фазы в фазочастотном спектре (ФЧС) интерферирующего г/а сигнала, соответствующих точному значению частоты узкополосных составляющих, выделенных в амплитудно-частотном спектре (АЧС) того же сигнала.

На фиг. 1 представлены амплитудночастотный и фазочастотный спектры дискретных составляющих сигнала; на фиг. 2 - блок-схема устройства,реализующего предлагаемый способ.

Зададим закон изменения V (о);) в виде узкополосного колебания, что является наиболее реальным описанием сигналов, которые при выполнении спектральной обработки именуются дискретными составляющими (ДС). Они характеризуются тем, что основная энергия подобного колебания сосредоточена в узкой полосе частот 4 CJ о центральной ча,стотой СО,, что, в свою очередь, определяется коэффициентом узкополосности сигналаО - ,

fl О

Амплитудно-частотный спектр ДС (АЧС ДС) имеет вид

Vio

Vi ( Q )

)

фазочастотный спектр ДС (ФЧС

Имеет вид

-(2кК

СО ; агсt|

Обнаружитель ДС высокой точности порогового типа будет более эффективным при использовании ФЧС ДС по сравнению с АЧС ДС, так как крутизна (влияющая на точность обнаружения ДС характеристики обнаруживаемой ДС в (ЭТОМ случае на частоте W будет зна1читель но больше,

Устройство, реализующее способ содержит приемную г/а антенну 1, усилитель 2, диапазонный фильтр 3, цифровой анализатор 4 спектра, блок 5 формирования амплитудно-частотного спектра, блок 6 формирования фазочастотного спектра, блок 7 выделения стробов пары соседних интерференционвых максимумов, блок 8 измерения граничных частот строба интерференционного максимума, блок 9 определения минимума модуля ФЧС в стробе, блок 10 измерения частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС (скачка фазы), блок 11 запоминания частоты скачка фазы, соответствующего перво-, му интерференционному максимуму,блок

12 вычисления частотного интервала между соседними интерференционными максимумами, блок 13 вычисления временной задержки сигнала Я дисплей 14 оператора.

В предлагаемом устройстве антенна 1 подсоединена через последовательно соединенные усилитель 2, диапазонный фильтр 3 и цифровой анализатор

4спектра с блоками 5 и 6, при этом блок 5 соединен с блоком 8 через блок 7 выделения стробов пары соседних интерференционных максимумов, который совместно с блоком 6 подсоединен к блоку 9, через блоки 10-12 соединенному с блоком 13 вычисления временной задержки сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, принятый г/а антенной 1, усиливается усилителем 2 и с выхода поддиапазонного фильтра 3 поступает в анализатор 4 спектра, откуда после выполнения вычислительных процедур, связанных с его преобразованием, выборки действительных и мнимых значений соответствующих коэффициентов разложения Фурье поступают в блок

5формирования АЧС и в блок б формирования ФЧС. Выборки АЧС поступают

в блок 7, где производится выделение пары стробов соседних интерференционных максимумов с использованием пороговой схемы стробирования, управляемой оператором через его дисплей

14, и результаты измерений последовательно поступают в блок 8 измерения граничных частот строба. В бло ке 9 по значениям граничных частот соответствукицего строба выделвется участок ФЧС и определяется минимум модуля ФЧС на этом участке, а затем в блоке 10 производится измерение частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС в границах строба (час0тоты скачка фазы, соответствующей частоте данного интерференционного максимума), которая запоминается в блоке 11. После измерения частоты скачка фазы соседнего интерференционного максимума оба результата из5мерений поступают в блок 12, где изменяется частотный интервал между соседними интерференционными максимумами. Значение частотного интер-i |Вала поступает в блок 13 вычисле01НИЯ временных задержек сигнала, кото.рые отображаются на дисплее 14 оператора.

Использование предлагаемого способа измерения временных задержек

5 сигнала в многолучевом канале обеспечивает повышение точности измерения величины временной задержки сигнала за счет измерения частоты интерференционных максимумов в амплитудночастотном спектре сигнала по значе |Нию частоты скачков фазы в фазочастотном спектре сигнала, соответствующих этим максимумам.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЗАДЕРЖЕК СИГНАЛА В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ, основанный на спектральном анализе принятого полосового сигнала, измерений частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудночастотного спектра и определении величины временной задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения величины временной задержки сигнала, по результатам спектрального анализа формируют фазочастотный спектр принятого полосового сигнала и уточняют значение частоты интерференционных максимумов по положениям на оси Частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.

vr«)

tit

w

«.Of

1