Устройство для формирования последовательности импульсов Советский патент 1985 года по МПК H03K5/156 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приемной аппаратуре цифровой информации, а именно в системах син хронизации и стробировання свернутого в согласованном фильтре многолучевого сигнала с последующей обра боткой в цифровой вычислительной ма шине. Известен временной селектор импульсов, осуществляющий выделение первого импульса из пакета импульсов со случайными параметрами, содер жащий элемент задержки, два формирователя импульсов, линейный пропус катель, пиковый детектор и два элемента ЗАПРЕТ .1 . Данное устройство обладает высокой вероятностью пропуска сигнала при влиянии различного рода стабилизируюпщх факторов (снижение ампли туды первого импyJA ca в условиях многократного отражения радиоволн) и не обеспечивает высокой точности формирования селекторного строба, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство вьщеления тактовой часто ты, содержащее последовательно .сое диненные вьтрямитель, вьтолненный, например, по схеме моста, элемент И колебательную систему, представляющую собой, например, контур LC, эле мент задержки, формирователь, выход которого подключен к второму входу элемента И И. Это устройство вьшолняет накопление колебаний тактовой частоты входных радиоимпульсов, если расхождение частоты собственных колебаний колебательной системы устройства и часто ты следования принимаемых радиоимпульсов не превышают допустимого значения. Однако в каналах с перемен ными парамет|)ами, характеризующихся многолучевым (многопутевым) распространением радиоволн и доплеровским смещением частоты спектральных составляющих сигнала, в связи с наличием больших смещений фазы выделяемой так товой частоты собственных колебаний колебательной системы и флюктуацией частоты следования пpинимae a x сигна лов, устройство не обеспечивает высокой точности формирования селекторного строба. Кроме того, устройство не обеспечивает вьщеление точек временного положения экстремумов огиба ющей колебания сумме свернутых в согласованном фильтре псевдослучейных сигналов, пришедших в точку приема различными путями. Так как отклонение момента стробирования накопленного колебания информационного сигнала от оптимального момента стробирования является одним из сзлцественных факторов влияющих на эффективность обработки сигнала, задача обеспечения высокой точности формирования селекторного строба, с точки зрения получения наилучших характеристик аппаратуры дпя обработки сигнала, является одной из главных. Цель изобретения - повьшение точности формирования импульсов стрсбирования колебания суммы свернутых в согласованном фильтре псевдослучайных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования последовательности импульсов, содержащее вьшрямитель, элемент задержки, последовательно соединенные формирователь и элемент И, введены блок синхронизации, последовательно соединенные блок вычитания, рециркулятор, дополнительньй элемент задержки и сумматор, второй вход которого подключен к выходу рециркулятора, а выход - к входу формирователя, выход которого является первым выходом устройства, причем выход вьтрямителя соединен с первыми входами блока вычитания и элемента задержки, выход которого подключен к второму входу блока вычитания, а второй вход соединен с вторыьш входами дополнительного элемента задержки и рециркулятора и с первым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, являкяцимся вторым выходом устройства. Рециркулятор содержит последовательно соединенные сумматор, вьшрямитель, элемент задержки, первый усиитель, блок вычитания и второй усиитель, выход которого является выодом рециркулятора и соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является первым входом реиркулятора, при этом второй вход лока вычитания подключен к второму ыходу элемента задержки, второй 31 вход которого является вторьт входом рециркулятора. Блок синхронизации содержит после довательно соединенные дискриминатор управляемый генератор тактовых импульсов, делитель, триггер и одновибратор, вход которого подключен к входу дискриминатора, при этом второй вход триггера является входом блока синхронизации, а выходы управляемого генератора тактовых импульсов и одновибратора являются соответственно первым и вторым выходами блока синхронизации. На фиг. 1 представлена структурна схема устройства для формирования по следовательности импульсов; на фиг.2 принципиальная схема дискриминатора; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.4 временные диаграмммы, пояснякнцие работу дискриминатора; на фиг. 5 - характеристика дискриминатора в рабочей области. Устройство для формирования после довательности импульсов содержит выпрямитель 1, элемент 2 задержки, последовательно соединенные формирователь 3 и элемент И 4, а также блок 5 синхронизации, последовательно соеди ненные блок 6 вычитания, рециркулятор 7, дополнительный элемент 8 задержки и сумматор 9, второй вход которого подключен к выходу рециркулятора 7, а выход - к входу формирователя 3, выход-которого является первым выходом устройства, причем выход вьшрямителя 1 соединен с первыми вхо дами блока 6 вычитания и элемента 2 задержки, выход которого подключен к второму входу блока 6 вычитаний, а второй вход соединен с вторыми вхо дами дополнительного элемента 8 задержки и рециркулятора 7 и с первым выходом блока 5 синхронизации, вход которого подключен к выходу элемента И 4, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 5 синхронизации являющимся вторым выходом устройства Рециркулятор содержит последовательно соединенные сумматор 10, выпрямитель 11, элемент 12 задержки, первый усилитель 13, блок 14 вычитания и второй усилитель 15, выход которого является выходом рециркулятора 7 и соединен с первым входом сумматора 10, второй вход которого явля ется первым входом рециркулятора 7, 764 при этом второй вход блока 14 вычитания подключен к второму выходу элемента 12 задержки, второй вход которого является вторым входом рециркулятора 7. Блок синхронизации содержит последовательно соединенные дискриминатор 16, управляемый генератор 17 тактовых импульсов, делитель 18, триггер 19 и одновибратор 20, вход которого подключен к входу дискриминатора 16, при этом второй вход триггера 19 является входом блока 5 синхронизации, а выходы управляемого генератора 17 тактовых импульсов и одновибратора 20 являются соответственно первым и вторым выходами блока 5 синхронизации. Устройство для формирования последовательности импульсов работает следующим образом. Информационный поток многолучевых псевдослучайных сигналов, например относительной фазовой телеграфии, проходящей через согласованный фильтр, поступает на вход вьшрямителя 1. Для упрощения понимания процессов, происходящих в устройстве, форма колебания, подаваемого на вход выпрямителя 1 (фиг. За) упрощена. Такая форма колебания соответствует отклику последовательности псевдослучайных сигналов на .выходе согла- сованного фильтра, приходящих на вход согласованного фильтра по одному пути (лучу) распространения радиоволн (коэффициент распространения радиоволн от отражающей поверхности мал) . Расстояние между откликами псевдослучайных сигналов, принадлежащих двух соседним информационным посылкам (фиг. За), соответствует периоду следования информационных посылок T|j Выходной сигнал с выпрямителя 1 поступает на первый вход блока 6 вычитания (фиг. 35) и через элемент 2 задержки, время задержки которого равно полупериоду несущей частоты сигнала, на второй вход блока 6 вычитания (фиг. Зв). В результате вычитания колебания, поступающего на второй вход, из колебания, поступающего на первый вход блока 6 вычитания, формируется сигнал с биполярной формой огибающей (фиг. Зг), которьй поступает на вход

сумматора 10, выходное колебание которого (фиг. Зг) в цепи однополупериодного вьтрямителя 11 (фиг. Зж) и элемента 12 задержки (фиг. 3) подвергается одностороннему ограничению на нулевом уровне и задержке. При этом элемент 12 задержки реализует запаздывание сигнала, полярность которого положительная, на первом выходе на время, равное сумме периода следования радиоимпульсов входного информационного потока и полупериода колебания несущей частоты этих радиоимпульсовt а на втором выходе - на время равное периоду следования радиоимпульсов входного информационного потока.С первого вькода элемента 12 задержки колебание через усилитель 13, коэффициент усиления которого К-,, поступает на вход блока 14 вычитания где вычитается из колебания, поступающего на его второй вход с второго выхода элемента 12 задержки. С выхода блока

14вычитания сигнал через усилитель

15поступает на другой вход сумматора 10, где суммируется с колебанием, поступающим на его первый вход Усилитель 15 предназначен для частичной компенсации ослабления сигнала

в цепи рециркулятора, связывающей выход сумматора 10 с его вторым входом. В процессе нелинейного преобразования сигнала в цепи, связывающей вход устройства с первым входом сумматора 10, а также в цепи рециркулятора 7, на выходе усилителя 15 формируется затухающее колебание последовательности биполярных импульсов (фцг. Зд). Это колебание через элемент 8 задержки (фиг. Зи), время задержки которого составляет полупериод несущей частоты входного сигнала, поступает на первый и непосредственно на второй входы сумматора. 9. .

Напряжение, формируемое на выходе сумматора 9 (фиг. Зк), представляющее собой сумму воздействующих на его входы напряжений, через формирователь 3, в качестве которого может быть использован триггер Шмитта, поступает на первый вход элемента И 4 (фиг. 3л.) . При этом на выходе формирователя 3 вьоделяются импульсы прямоугольной формы, длительность которых не превьшает половины периода несущей частоты входного сигнала.

а положение фронтов отображает границы временных интервалов,заключающих в себе оптимальные моменты принятия решения о значении информативного параметра сигнала в условиях выделения информации из задержанного на время

At 1/2f,

10

где f - несущая частота сигнала колебания, воздействукицегр на вход устройства для формирования последовательности импульсов.

Получаемые на выходе формирователя 3 импульсы могут быть использованы в стробирующем устройстве приемника для стробирования задержанного на время At колебания, поступающего с входа данного устройства на

пороговое устройство и далее на устройство формирования вторичных импульсов определенной длительности, амплитуды и полярности, отображающих принятие той или иной гипотезы.

Чтобы устранить стробирование сигнала в точках с низким отношением сигнал/шум, ведущее при последующей обработке сигнала к снижению вероятности правильного принятия гипотезы о его значении, порог срабатывания формирователя 3 должен соответствовать определенному уровню, зависящему от уровня входного сигнала.

На второй вход элемента И 4 (фиг. 3м) поступают импульсы, вырабатываемые одновибратором 20. До момента поступления на первьй вход элемента И 4 первого импульса, одновибратор 20 находясь в состоянии ожидания запускающего импульса, поступающего с выхода триггера 19, находящегося в единичном состоянии, формирует сигнал, воздействие которого на элемент И 4 приводит к появлению на его выходе импульса, поступающего на его первый вход. Выходной импульс элемента И 4 (фиг. Зн) осуществляет переброс триггера 19 из единичного состояния в нулевое, которое сопровождается запуском одновибратора 20.

Запуск одновибратора 20 вызьгаает генерацию на его выходе импульсов, длительность которых не должна превьшать интервал, равный длительности

7 . 1 информационной посылки уменьшенной на полпериода несущей частоты сигнала. В моменты пребьгаания одновибратора 20 в режиме генерации импульса элемент И 4 исключает подачу управляющего воздействия на второй вход триггера 19 со стороны формирователя 3.

Импульсы, формируемые на выходе управляемого генератора 17 тактовых импульсов (фиг. Зр), находящегося в состоянии свободных колебаний, имеют частоту следования, превышающую в два или более раз несущую частоту сигнала. Эти импульсы подаются на вторые входы элементов задержки 2, 8 и 12 и на вход делителя 18.При этом йа выходе делителя 18 (фиг. Зп формируются импульсы, частота следования которых отличается от частоты следования информационных посылок на величину рассогласования, не превьщ1ающую некоторого допустимого значения, существенным образом зависящего от значения параметров звеньев рециркуляционной цепи 7.

С выхода делителя 18 импульсы поступают на первый вход триггера 19, возвращая его в исходное единичное состояние. Поочередное воздейст вне импульсов на первьй и второй входы триггера 19 формирует на его выходе (фиг. Зр) прямоугольные импульсы, отношение длительности к периоду которых отображает фазовьй сдвиг между импульсными последовательностями, воздействующими на входы триггера 19.

С выхода триггера 19 колебание поступает на вход дискриминатора 16 на выходе которого выделяется управляющее напряжение (фиг. 3с), поступающее на вход управляемого генератора 17 тактовых импульсов.

Под воздействием управляющего напряжения управляемый генератор 17 тактовых импульсов изменяет частоту следования импульсов формируемых на его выходе, последующее воздействие которых на вход делителя 18 и управляемые вторые входы элементов 2, 8 и 12 задержки вызывает автоподстройку частоты импульсов, воздействующих на первый вход триггера 19, в процессе которой частота их приближается к частоте импульсов, воздействующих на второй вход триггера 19 и изменение времени задержки эле6.8

ментов 2, 8 и 12 задержки, обеспечивающее согласование времени задержки элементов 2, 8 и 12 задержки с параметрами воздействующего на вход устройства колебания сигнала, относящегося к вьщеляемому устройством лучу многолучевого сигнала.

Как показано на фиг. Зо,п,р,к в режиме слежения за несущей частотой сигнала снижение напряжения на выходе дискриминатора 16 вызьгаает снижение частоты следования импульсов на выходе управляемого генератора 17 тактовых импульсов, сопровождающееся уменьшением частоты следования импульсов на выходе делителя 18.

Уменьшение частоты следования импульсов на выходе делителя 18 влечет за собой задержку перехода триггера 19 из нулевого состояния в единичное, при котором форма прямоугольных импульсов, порождаемых на выходе триггера 19, приближается к форме прямоугольных импульсов типа ме:андр.

Отмеченное изменение формы прямоугольных импульсов на выходе триггера 19 ведет к росту напряжения на выходе дискриминатора 16 (напряжение на выходе дискриминатора приближается к н улевому значению), которое сопровождается ростом частоты следования тактовых импульсов на выходе управляемого генератора 17 тактовых импульсов. По окончании переходного процесса на выходе дискриминатора устанавливается уровень напряжения, при котором частота следования импульсов на выходе делителя 18 достигает значения частоты следования информационных посыпок.

В условиях реализации в приемном устройстве упрощенной процедуры принятия гипотезы о значении сигнала, заключающейся в пренебрежении энергией отраженных лучей, импульс, формируемый на выходе одновибратора 20 (одновибратор 20 находится в состоянии ожидания запускающего импульса) может использоваться в стробирующем устройстве приемника дпя стробирования колебания, поступающего с входа редлагаемого устройства на пороговое устройство и далее на устройство

ормирования вторичных импульсов J

определенной длительности, амплитуы и полярности. При этом длительность генерируемого одновибратором 91 20 импульса должна корректироваться таким образом, чтобы оптимальные моменты принятия гипотезы совпадали с временным положением заднего фрон- та генерируемого на вькоде одновибратора 20 импульса. Элементы 2, 8 и 12 задержки представляют собой устройства, содержащие аналогово-цифровой преобразователь, Z регистров сдвига, каждый из которых содержит п двоичных запоминающих элементов и цифроаналоговьй преобразователь, содержащий Z входов и выход. При этом j-выход (J 1,2,3...,Z) аналого-цифрового преобразователя соединен с входом j-ro регистра сдвига, выход которого соединен с j-ым входом цифроаналогового преобразователя. Один из входов аналогово-цифрового преобразователя является входом элемента задержки, а второй объединен с управляклцими входами всех регистров сдвига и является управляющим входом элемента задержки. Выходом элемента задержки является выход цифроаналогового преобразователя. Под воздействием тактовых импульсов на вторые (управляклцие) входы элементов 2, 8 и 12 задержки, осуществляется пересыпка содержимого j-ой ячейки памяти в i+1 ячейку памяти (i 1,2,3,...,п) и запись в пе вую ячейку памяти кодовой комбинации двоичньк сигналов, формируемьк на вы ходах аналогово-цифрового преобразователя. Содержимое п ячейки памяти подается на вход цифроаналогового преобр зователя (двоичные сигналы, формируе мые на выходах Z регистров сдвига воздействуют на Z входов цифроанапогового преобразователя) на выход которого поступает информация, преобразованная из цифровой формы в ана логовую. Снижение погрешности элемента задержки, обусловленной неучитываемой задержкой сигнала в инерционных звеньях цифроаналогового преобразователя, достигается повышением частоты следования управляющих импульсов и, соответственно, увеличением числа ячеек памяти запоминающего устройства, вьшолняемого на Z регистрах сдви га. Дискриминатор 16 представляет собой, например, устройство, содержа6щее конденсатор 21, диоды 28 и 29 и резистор 25, первые выводы которых соединены вместе, резисторы 26 и 27 и конденсатор 24, первые выводы которых соединены вместе, конденсатор 22, первьш вывод которого соединен с вторыми выводами диода 28 и резистора 26, конденсатор 23, первый вывод которого соединен с вторыми выводами диода 29 и резистора 27. Входное напряжение прикладывается к второму выводу ко.йденсатора 21 и вторым выводам соединенных вместе резистора 25 и конденсаторов 22, 23 и 24. Выходное напряжение снимается с первого и второго выводов конденсатора 24. Выходное напряжение дискриминатора 16 представляет собой сумму напряжений, пропорциональных пиковым уровням напряжений положительной и отрицательной полярностей последоват тельности биполярных прямоугольных импульсов, формируемых из входного напряжения последовательности однополярных прямоугольных импульсов. Напряжение биполярных прямоугольных импульсов (фиг. 45) формируется из входного напряжения однополярных прямоугольных импульсов (фиг. 4cj) с помощью цепи, содержащей разделительный конденсатор 21-й резистор 25. Напряжения, пропорциональные пиковым уровням напряжений положительной и отрицательной полярностей последовательности биполярных прямоугольных импульсов (фиг. 4е и 4г)вьщеляк)тся соответственно на обкладках конденсаторов 22 и 23,емкости которых должны быть динаковыми. Выходное напряжение дискриминатоа 16 вьщеляется на активном сопроивлении нагрузки (входная цепь упавляемого генератора тактовых имульсов 17) (фиг. 4д). Сопротивления резисторов 26 и 27 уммирующей цепи дискриминатора 16 олжны иметь одинаковые значения. Таким образом при априорно известых параметрах принимаемого сигнала, аких как среднее значение несущей астоты сигнала, среднее значение астоты следования информационных осьток, диапазон изменения несущей астоты сигнала, вызываемого дестаилизируюищми факторами к которым тносятся: нестабильность кварцевого енератора колебания модулируемой II 11 частоты, используемого в передатчике, изменения частоты сигнала, связанные с эффектом Доплера и т.д., диапазон изменения амплитуды сигнала, поступающего на вход устройства. Технический эффект от использования предлагаемого устройства в аппаратуре передачи дискретной информации с использованием согласованных фильтров по сравнению с известными устройствами проявляется в высокой точности формирования импульсов стробирования колебания суммы свернутых в согласованном фильтре псевдослучайных сигналов, пришедших в точку приема различными путями и с доплеровским смещением частоты спектраль575 10 15 7612 ных составляющих. При этом такие свойства устройства, как обеспече1ше высокой точности формирования импульсов стробирования, эффективное слежение за несущей частотой сигнала и вьщеление доминирующего луча многолучевого сигнала делают его перспективным при решении некоторых проблем в системах передачи информации и в, первую очередь, для обеспечения отношения сигнал/шум на выходе решающего устройства в условиях обраеЗотки сигналов многолучевого распространения в каналах подвижной связи как разделяемых по времени прихода после свертки в согласованном фильтре, так и на неразделяемых.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ, содержащее выпрямитель, элемент задержки, последовательно соединенные формирователь и элемент И, отличающееся тем, что, с целью повьщгення точности формирования импульсов стробирования колебания суммы свернутых в согласованном фильтре псевдослучайных сигналов, в него введены блок синхронизации, последовательно соединенные блок вычитания, рециркулятор, дополнительный элемент задержки и сумматор, второй вход которого подключен к выходу рециркулятора, а выход - к входу формирователя, выход которого является первым выходом устройства, причем выход выпрямителя соединен с первыми входами блока вычитания и элемента задержки, выход которого подключен к второму входу блока вычитания, а второй вход соединен с вторыми входами дополнительного элемента эадержки и рециркулятора и с первьм выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, являющимся BTopbiM выходом устройства. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что рециркулятор содержит последовательно соединенные сумматор, выпрямитель, элемент задержки, первый усилитель, блок вычитания и второй усилитель, выход которого является выходом -рециркулятора и соединен с первьм входом сумматора, второй вход которого является первым входом рециркулято- (Л ра, при этом второй вход блока вычитания подключен к второму выходу элемента задержки, второй вход которого является вторым входом рециркулятора . 3.Устройство по ПП.1 и 2, отличающееся тем, что блок ел синхронизации содержит последовательно соединенные дискриминатор, управ sl ляемьй генератор тактовых импульсов, Од делитель, триггер и одновибратор, вход которого подклю 1ен к входу дисО) криминатора, при этом второй вход триггера является входом блока синхронизации, а выходы управляемого генератора тактовых импульсов и .одновибратора являются соответственно первым и вторым выходами блоха сннхронизации.

фиг. 2

111(111НП1111Н1ПШ1ШШШШИ11111Ш111Ш11Ш111ШШ11Ш11ШН11Н1И

0.5Гц

фие.З

в

г

t

Фиг. 5