Цифроаналоговое устройство слежения за задержкой псевдослучайной последовательности импульсов Советский патент 1984 года по МПК H04L7/02 

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в радиотехнических системах, где необходима синхронизация псевдослучайных сигналов. Известно устройство для синхронизации псевдослучайных последовательностей (ПСП) импульсов, содержащее временной дискриминатор, в цепь обратной связи которого включены последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генера тор, блок исключения тактовых импульсов и генератор опорной ПСП, а также формирователь сигнала поиска и последовательно соединенные пороговый блок, ди(})ференцирующая цепь и триггер, выход которого подключен к управляющему входу блока исключения тактовых импульсов, а к второму входу триггера подключен вы ход управляемого генератора, к дополнительному входу которого через формирователь сигнала поиска подклю чен выход порогового блока, к входу которого подключен выход фильтра нижних частот СОДанное устройство обладает низкой точностью синхронизации. Наиболее близким к предлагаемому является цифроаналоговоё устройство слежения за задержкой псевдослучайной последовательности импульсов, содержащее объединенные по первому входу первый и второй перемножитепи а также фильтр, фазовый детектор и последовательно соединенные управляе мый тактовый генератор и генератор псе дослучайной последовательности (ПСП) выход которого через третий перемножитель и непосредственно подключен соответственно к вторым входам первого и второго перемножителей, выхо которых через соответствующие после довательно соединенные интеграторы и стробируемые усилители подключены к первому и второму входам фазового детектора, выход которого Через фильтр нижних частот подключен к входу управляемого тактового генера тора, выход которого подключенк второму входу третьего перемножител и через последовательно соединенные делитель частоты и формирователь уп равляющих сигналов к управляющим вх дам интеграторов и стробируемых уси лителей, при зтом выходы разрядов генератора ПСП через дешифратор под ключены к второму входу формирователя управляющих сигналов . Известное устройство обладает низкой точностью синхронизации. Цель изобретения - повышение точности синхронизации. Для достижения поставленной цели в цифроаналоговоё устройства слежения за задержкой псевдослучайной последовательности импульсов, содержащее объединенные по первому входу первый и второй перемножители, а также фильтр, фазовый детектор и последовательно соединенные управляемый тактовый генератор и генератор псевдослучайной последовательности {ПСП), введены два элемента И, элемент НЕ, три D -триггера, аналого-цифровой преобрэзовдтель (АЦП) и цифровой фильтр, выход которого подключен к входу управляемого тактового генератора, а выход управляемого тактового генератора подключен к С-входам первого и второго D -триггеров и входу элемента НЕ, вьЬсод которого подключен к С-входу третьего D -триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к второму и третьему входам первого перемножителя,выход которого через фильтр подключен к первому входу фазового детектора, к второму входу которого подключен выход второго перемножителя, а выход фазового детектора через АЦП подключен к входу цифрового фильтра, при этом выход генератора ПСП подключен к D -входу первого D -триггера, прямой выход которого подключен к D -входу третьего D -триггера, входу первого элемента И и J) -входу второго D -триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу первого элемента И, а прямой выход второго и -триггера и инверсный выход первого D -триггера подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента И, вьрсод которого, а также выход первого элемента И подключен к второму и третьему входам второго перемножителя. На фиг. 1 представлена структурная схема цифроаналогового устройства слежения за задержкой псевдослучайной последовательности импульсов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Цифроаналоговоё устройство слежения за задержкой псевдослучайной последовател1 ности импульсов со.держит первый перемножитель 1, филь 2,фазовый детектор 3, аналого-цифр вой преобразователь А, цифровой , фильтр 5, управляемый тактовьй гене ратор 6, генератор 7 ПСП, второй пе ремножитель 8, первый, второй и третий D -триггеры 9-11, первый и второй элементы И 12 и 13, элементы НЕ 14. : Устройство работает следующим образом. Входной сигнал с фазой О или И В Ч колебания поступает на пе вый и второй перемножители 1 и 8. Первый перемножитель 1 перемножает входной сигнал на двузначньй опорный сигнал (), а второй перемножитель 8 - на трехзначный впорный сигнал (±1,0). Значениям (±1) опорного сигнала первого перемножителя соответствуют логические 1 и О на прямом выходе третьего D -тригге ра 1 1 и, соответственно, О и 1 на его инверсном выходе. Все J) -триггеры срабатывают от среза импульсов, поступающих на их синхронизирующие входы. В результате на опорные входы первого перемно жителя 1 поступает ПСП, а на опорны входы второго перемножителя 8 - импульсы с длительностью L: Q Т , симметрично расположенные относител но фронтов и срезов этой ПСП. На выходе первого перемножителя 1 вьщеляется высокочастотный сигнал частота которого может меняться в пределах полосы пропускания фильтра 2. Полоса фильтра 2 выбирается из условия обеспечения высокого соотношения сигнал/шум на его вь1ходе. Выходной сигнал фильтра 2 являет ся опорным сигналом для фазового детектора 3, на второй вход которог поступает сигнал непосредственно, с выхода второго перемножителя 8. Сиг нал ошибки с выхода фазового детектора 3 поступает на аналого-цифрово преобразователь (АЦП) 4, где происх дит квантование смеси сигнала с шумом (в частном случае это может быть бинарный квантователь). С выхо да АЦП 4 сигнал в цифровом виде пос тупает на цифровой фильтр (при бинарном квантовании последний может быть вьтолнен на базе реверсивного счетчика) и далее поступает на вход управляемого тактового генератора 6 Формирование дискриминационной характеристики без дрейфа нуля из-за неидентичности и нестабильности каналов схемы слежения за задержкой поясняется зпюрами сигналов. На фиг. 2ff представлена фаза высокочастотного сигнала на входе первого и второго.перемножителей 1 и 8. Фаза высокочастотного сигнала на выходе фильтра 2 после первого перемножителя 1 постоянна при сдвиге t опорной последовательности относительно входной, а амплитуда .изменяется по закону автокорреляцион ной функции псевдослучайной последовательности. Точность работы устройства слежения за задержкой характеризуется флуктуационной ошибкйй из-за воз цействия входного шума (дисперсной ошибки слежения ), динамической ошибкой tr. из-за изменения отслеживаемого параметра .(задержки сигнала), аппаратурной ошибкой - ошибкой смещения из-за неидентичности и нестабильности коэффициента передачи и фазовых сдвигов в элементах схемы. При фиксированном порядке астатиэма системы и линейном режиме работы флуктуационная и динамическая ошибка определяются эквивалентной полосой прозрачности системы л и эквивалентной флуктуационной характеристи А/кой дискриминатора N, где N. - флуктуационная характеристика дискриминатора; К. - наклон его дискриминационной характеристики (коэффициент передачи дискриминатора) . При этом увеличение приводит к уменьшению динамической ошибки Т , а также длительности переходных процессов в системе t,, , но к увеличению флуктуационной ошибки бх- а уменьшение - к противоположным эффектам. Поэтому /jfg выбирают исг ходя из компромисса между f , t и б . В отличие от этого величину эквивалентной флуктуационной характеристики N дискриминатора в линейном режиме работы всегда целесообразно уменьшать, так как при этом можно уменьшить флуктуационную ошибку о N df без увеличения Тд И7t либо в определенной степени (путем изменения одновременно N и 4f. ) уменьшить как , так и Тд . Найдем величину N в предлагаемой схеме и сравним ее с N в известных схемах. Зходной сигнал Uax( в первом перемножителе, t перемножается с опорным сигналом f(t) , которьй представляет собой задержанный с выхода генератора 7 ПСП псевдослучайный сигнал. Этот сигнал принимает значения +1 (фиг. 25). Во втором перемножителе 8 Ug(tl пере множается с сигналом U (i I , принимающим значения ±1, О.Этот сигнал можно представить в виде последовательности двухполярных импульсов с единичной амплитудой, с длительностью -Гц , симметрично расположенных относительно.фронтов и срезов Uf,(t) , причем фронтам соответствуют положительные, а срезам - отрицатель ные импульсы (фиг. 2в ). После первого перемножителя 1 стоит (полосово фильтр 2, который вьщеляет первую гармонику сигнала после первого (полосового) фильтра 2UQ(i| перемножаетс с помощью фазового детектора 3 с вых дами сигналов второго перемножителя . . /где К-, - коэффициент передачи фазо вого детектора. .,.. Вьрсргной сигнал фазового детектора 3U(ti фильтруется с помощью фильтра нижних частот, входящего в состав фазового детектора 3. Положим, что на вход,дискриминатора поступает аддитивная смесь вхо ного псевдошумового -радиосигнала с амплитудой V. и белого нормального шума с односторонней спектральной плотностью NO . Умножение входного шума HaUjji tl делает его нестационарным: при умножении на +1 шум остается белым со спектральной плот ностью NO , а при умножении на нуль (между импульсами) шум на выходе второго перемножителя 8 отсутствует Однако из-за усредняющего действия фильтра нижних частот с этой нестационарностью можно не считаться и провести усреднение статических характеристик шума по времени. Усредненная спектральная плотность шу ма На вькоде второго перемножителя равна Nflfo /2f . Полоса прозрачност (полосового) фильтра 2 выбирается такой, чтобы обеспечить на его выхо де высокое отношение сигнал/шум. Благодаря зтому на выходе фазового детектора 3 можно учитывать лишь компоненты биений сигнал - сигнал 1 06 и сигнал (с выхода полосового фильтра) - шум (с выхода второго перемножителя) . В результате перемноже| ия белого шума со спектральной плотностью /2 на гармонический сигнал с амплитудой V на выходе ФД получим белый шум со спектральной плотностью N К V| /4Г Коэффициент передачи фильтра нижних частот на нулевой частоте будем полагать единичным. Тогда найденная величина Мд будет флукту ционной характеристикой дискриминатора. Найдем его дискриминационную характеристику. Считая коэффициент передачи (полосового) фильтра 2 на частоте заполнения входного псевдошумового радиосигнала единичным, получим вьфажение для амплитуды сигнала V ci .(-/-(Г/ при y v Rc jпри t|f,t , где R(f) - автокорреляционная функция псевдошумового видеосигнала. Сигнал UQ(t| можно выразить следующим образом: ()С помощью этого выражения нетрудно найти зависимость первой гармоники в спектре колебания на выходе второго перемножителя В от ошибки слежения Т. В результате перемножения в фазовом детекторе 3 первой гармоники сигнала Ц,,2( с гармоническим сигналом, выделенным (полосовым) фильтром 2, получим постоянное напряжение, зависящее от f , которое и определяет дискриминационную характеристику. . Отметим, что высшие гармоники на выходе второго перемножителя 8 образуют на выходе фазового детектора гармонические составляющие, которые подавляются фильтром нижних частот, поэтому с ним можно не считаться. Наклон дискриминационной характеристики при KA 0.(co5 4|/f, , где А Ч - паразитный фазовьй сдвиг между гармоническими сигналами на входах фазового детектора 3. Теперь нетрудно найти эквивалентную флуктуационную характеристику (при Т 0) и дисперсию ошибку слежения N 2Pc( (со34) Анализ полученных выражений пока. зьшает, что паразитный фазовый сдвиг приводит к незначительному () ухудшению помехоустойчивости, однако этот сдвиг не приводит к смещению дискриминационной характеристики, т.е. к аппаратурной ошибке. Изменение коэффициентов усиления элементов, устройства слежения за задержкой приводит к изменению а{| , но не к ошибке смещения. . Таким образом, предлагаемое,цифроаналоговое устройство слежения за ----. .. J fif и. А . -jq задержкой псевдослучайной последовательности импульсов обеспечивает пов шение точности синхронизации.

ЦИФРОАНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО СЛЕЖЕНИЯЗА ЗАДЕРЖКОЙ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ, содержащее объединенные по первому входу первый и второй перемножители, а также фильтр, фазовый детектор и последовательно соединённые управляемый тактовый генератор и генератор псевдослучайной последовательности (ПСИ), отличающееся тем, что, с целью повышения точности синхронизации, в него введены два элемента И, элемент НЕ, три D -триггера, аналого-цифровой преобразователь .(АЦП) и цифровой фильтр, выход которого подключен к входу управляемого тактового генератора, а выход управляемого тактового генератора/ подключен к С -входам первого : второго В -триггеров и входу элемента НЕ, выход которого подключен к С-вхоДУ третьего D -триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к второму и третьему входам первого перемножителя, выход которого через фильтр подключен к первому входу фазового детектора, к второму входу которого подключен выход второго перемкожителя, а выход фазового детектора через АЦП подключен к входу цифрового фильтра, при этом выход . генератора ПСП подключен к D -входу первого D гтриггера, прямой выход которого подключен к D -входу третьего D -триггера, первому входу первого элемента И и D -входу второго D -триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу первого элемента И, а прямой выход второго D -триггера и инверсньА выход пер90 Ml вого D -триггера подключены соответственно к первому и второму входам СО ;Р О второго элемента И, выход которого, la также выход первого элемента И подключены к второму и третьему входам второго перемножитёля.