Устройство приема многочастотных сигналов Советский патент 1987 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в устройствах передачи у приема дискретных сообщений.

Цель изобретения - повьшение по- мехозащищенности по отношению к радиимпульсным помехам.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства приема многочастотных сигналов; на фиг. 2 и 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг.З - то же.

Устройство приема многочастотных сигналов содержит широкополосный приемный тракт 1, i-ые входные полосовые фильтры 2, i-ые ключи 3,третьи элементы А задержки, i-ые ограничители 5, первый сумматор 6, демодулятор 7, i-ые квадраторы 8, N-1 вторых элементов 9 задержки, второй сумматор 10, делитель 11 напряжения, формирователь 12 уровня ограничения,, блок 13 формирования тактовых импульсов, N-1 первых элементов 14 задержки, частотные каналы 15.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступгиот многочастотные сигналы (МЧС) с относительной фазовой манипуляцией, представляющие собой последовательность во времени частотноразнесенных элементов. При этом информация о пере- даваемом двоичном сообщении при использовании метода относительной фазовой манипуляции заложена в разност начальных фаз одноименных частотных

--ч.

элементов соседних сигналов. Для конкретности и простоты иллюстрации принцип формирования МЧС с относительной фазовой манипуляцией рассмотрен на примере пяти элементов сигнала с использованием временных диаграмм, представленных на фиг. 2а, б, в. Для конкретности рассмотрен случай, когда двоичная информационна последовательность в абсолютном коде имеет вид, изображенный на фиг. 2а,в относительном коде - на фиг. 26. Длительность МЧС равна длительности передаваемого двоичного информационного символа Т, а длительность элемента сигнала определяется размерностью МЧС

Г l N

Q

с е

Q

0

5

0

5

где t - длительность одного элемента МЧС; N - число элементов (размерность)

МЧС;

TC- - длительность МЧС. Для рассматриваемой структуры МЧС:

гр m

, t , -,- --. В этом случае для пе- N 5

редачи щирокополосного сигнала используется ансамбль из пяти частот f, f, fJ, f4 и fJ. При этом фазы передаваемых колебаний на этих частотах должны соответствовать двоичной информационной последовательности в относительном коде, т.е. для передачи импульса отрицательной полярности использует ся значение фазы колебаний, равное 180° (или 7Г), для передачи импульса положительной полярности - 0° (фиг. 26, 2в).На фиг. 2в показан вид многочастотного сигнала с прома- нипулированными по фазе элементами. Знаки и - в условном виде показывают фазу результирующего МЧС (+ соответствует значению передаваемой фазы О, - - фазы 180).

Элементы многочастотного сигнала с выхода широкополосного тракта 1 поступают на соответствующие входные полосовые фильтры 2, каждый из которых настроен на частоту, соответствующую одной из поднесущих принимаемого многочастотного сигнала.

На выходе входного полосового фильтра 2, с которым согласован, принимаемый элемент МЧС, появляется отклик в виде высокочастотного процесса с максимальным значением в момент окончания частотного элемента МЧС. Б моменты времени приема данного элемента МЧС (на конкретной частоте) на выходах остальных входных полосовых .фильтров 2 будет присутствовать только щум. Временные диаграммы реакций полосовых фильтров 2 приведены на фиг. 2г, д, е, ж, 3.

Устройство предназначено для защиты от сосредоточенных помех со случайной частотно-временной структурой,например помехи, хаотически возникающие в моменты времени, распределенные по Пуассоновскому закону и представляющие собой радиоимпульсы со случайной частотой, амплитудой и фазой. Длительность этих радиоимпульсов также является случайной и соизмерима с длительностью частотно-временного элемента МЧС. Рассматриваемая помеха

имеет большую мгновенную мощность и поражает, как правило, одну или отдельные (во всяком случае не все) ветви разнесения, реализуемые на базе рассматриваемого МЧС. С целью иллюстрации принципа работы предлагаемого устройства защиты предполагается, что при приеме первого МЧС сосредоточенной помехой поражен его вто- рой элемент на частоте fj (фиг, 2д, где показано, что максимальное значение отклика входного полосового фильтра 2 имеет, вместо отрицательной, положительную полярность). При при- еме второго МЧС считается, что воздействие сосредоточенных помех отсутствует, поэтому все отклики полосовых фильтров 2 рмеют одинаковые максимальные значения одной и той же по лярности (фиг. 2г, д, е, ж, з). При приеме третьего МЧС предполагается, что третий и четвертый его элементы поражены сосредоточенными помехами большой интенсивности. Особенность этих сосредоточенных помех заключается в том, что их фаза совпадает (-или достаточно близка) к фазе передаваемых элементов МЧС. По этой причине полярность максимальных откликов на выходах согласованных фильтров 2, настроенных на частоты f и f, при приеме третьего МЧС также положительная, как и при приеме для этого МЧС элементов с частотами f, fj и fy (фиг. 2е, ж, а также фиг.2г, Д,- з).

Элементы многочастотного сигнала с выхода широкополосного приемного тракта 1 поступают также на вход бло ка 13, который управляет синхронной работой 1-ых ключей 3 в каждом частоном канале 5, тем самым обеспечивая получение на их выходах отсчетов, соответствующих максимальным значени ям откликов входных полосовых фильтров 2 в цементы окончания частотных элементов. Блок 13 осуществляет формирование последовательности коротких импульсов, определяющих времен- ные границы МЧС. Интервал следования импульсов с выхода блока 13 равен Т,- (фиг. Зи).

Блок 13 в своем составе обязательно содержит инерционный элемент с большой памятью, который при воздействии достаточной мощной кратковременой помехи препятствует срыву синхронизации.

Последовательность импульсов, следующих через Tj. , с выхода блока 13 поступает на управляющие входы i-ых ключей 3 (N-1) частотных каналов 15 (в нашем случае первых четырех) через первые элементы 14 задержки. Время задержки входных импульсов в каждом частотном канале 15 с номером i (, N-1) с помощью первых элементов 14 опред еляется выражением

t . (N-i)c,, ,N-l

(1)

0

,, 5 5

0 5 0

5

где t - - время задержки, реализуемое в L-OM частотном канале 15.

В N-OM частотном канале 15 (в нашем примере в пятом) последовательность импульсов с выхода блока 13 поступает на управляюш 1Й вход ключа 3 непосредственно. Таким образом, на управляющих входах i-ых ключей 3 каждого частотного канала 15 в моменты окончания соответствуюш их частотных элементов (когда отклики соответствующих входных полосовых фильтров 2 достигают максимального значения) действуют управляющие импульсы, которые поступают в N-ой ветви обработки непосредственно с выхода блока 13 (фиг. Зи), а в первых (N-1) - ветвях обработки через первые элементы 14 задержки (фиг. Зк, л, м, н). На выходах V-ых ключей 3 существуют короткие импульсы, амплитуда и полярность которых определяется максимальным значением и полярность откликов входных полосовых фильтров 2. Дпя наглядности отсчеты на выходах ключей 3 изображены на фиг. Зо на одной временной оси.

В каждом частотном канале 15 отсчеты элементов МЧС с выходов ключей 3 поступают на входы квадраторов 8, в которых они возводятся в квадрат. Временная диаграмма отсчетов на выходах квадраторов 8 представлена на фиг. Зп (для наглядности отсчеты также -изображены на одной временной оси). Одновременно с указанным отсчеты с выходов ключей 3 в первых (N-1) - частотных каналах 15 поступают на входы третьих элементов 4 задержки, в которых задерживаются на различное время, чтобы в момент по- явления отсчета на выходе ключа 3 N-ой ветви обработки все отсчеты одновременно поступили на входы соответствующих ограничителей 5. Время задержки отсчетов, обеспечиваемое в первых (N-1) - частотных каналах 15

с помощью третьих элементов 4 задержки, должно удовлетворять соотношению (1).

Квадраты отсчетов с выходов квадраторов 8 в первых (N-1)-ветвях обра- ботки поступают на входы вторых элементов 9,. в которых задерживаются на время, определяемое соотношение (1). Это сделано для того, чтобы обеспечить одновременное поступление отсче- тов с выходов вторых элементов 9 задержки и квадратора 8 N-ой ветви обработки на входы второго сумматора 10

В моменты времени, кратные длительности МЧС Tj,, на входах второго сумматора 10 одновременно действуют квадраты отсчетов, полученные на выходах входных полосовых фильтров 2 при обработке конкретного МЧС. Во втором сумматоре 10 вычисляется сум- ма входных квадратов отсчетов. Результирующий (суммарньш) отсчет с выхода второго сумматора 10 поступает на вход последовательно соединенных делителя 11 и формирователя 12. В делителе 11 осуществляется усреднение суммарного входного отсчета по всем ветвям обработки, реализуя при этом операцию вида

1 t г

Vs. b 2)

где Z, - усредненный отсчет на выходе делителя 11; Z. - квадрат отсчета на выходе

i-ro (,N) квадратора 8; N - количество частотных каналов 15 обработки (размерность МЧС) .

На фиг. Зп пунктирной линией пока- зан уровень, соответствующий усредненному отсчету Z на выходе делителя II .

Процедура в соответствии с формулой (2) может быть легко выполнена с использованием операционного усилителя . Отсчет с выхода делителя 11 поступает на.вход формирователя 12, в котором вьфабатьтается так называемый опорный (пороговый) средний уро- вень в соответствии с вьфажением

.,, |iTz. (3)

где Z. Z .- - опорный (пороговый)

ПОР 2 „

средний- уровень на выходе формирователя 12. Выход формирователя I2 соединен с управляющими входами 1-ых ограничителей 5. В зависимости от величины порогового напряжения Z , действующего на управляющем входе ограничителя 5, изменяются величины его порогов ограничения. Алгоритм работы ограничителя 5 сводится к следующему. Если входной сигнал Z положительный и больше порогового уровня +Z , то на выходе ограничителя 5 формируется ограниченный отсчет с уровнем, равным +Z . Если же входной сигнал Z. отрицательный и меньше порог ового уровня , то на его выходе существует ограниченньй отсчет с уровнем . В противном случае, когда . на выход ограничителя 5 входной сигнал проходит без изменений. Величина порогов ограничения Z в ограничителе 5 зависит от напряжения, действуюп5его на его управляющем входе (от Z Z ).

Математически процедуру работы ограничителя 5 можно записать в следующем виде

+2„„р, если Z.

Zorpri пор. если Z.-Z(,

(4)

Z. , если -Z,Z.,p,

где - отсчет на входе двухстороннего ограничителя в i-ой ветви обр,аботки (i Г,1).

На входы ограничителей 5 в моменты времени, кратные Т, за счет использования в первых (Н-1)-ветвях обработки третьих элементов 4 задерж- ки одновременно поступают отсчеты, соответствующие отдельным элементам МЧС (фиг. Зо). В это же время на управляющие входы ограничителей 5 действует пороговое напряжение, выработанное в формирователе 12.,В связи с отмеченным, в ограничителях 5 осуществляется сравнение порциапьных (в каждом частотном канале 15) уровней с опорным (пороговым) средним уровнем, что позволяет получить информацию о распределении общей интенсивности помех между отдельными элементами МЧС и определить элементы сигнала (ветви обработки), поршкенные сосредоточенной помехой. Благодаря реализации в ограничителях 5 математической процедуры (4 ), в устройстве существенно ограничивается влияние сосредоточенных помех на процесс приема МЧС. На фиг. 3 изображена временная диаграмма отсчетов на выходах ограничителей 5. Пунктирными линия71

ми на фиг. Зо показаны пороговые уровни ограничения. Для первого МЧС, как следует из фиг. 5р, отсчет на выходе входного полосового фильтра 2, настроенного на частоту f, ограничен на уровне выявленного (для данного, МЧС) порогового уровня. Для второго МЧС отсчеты на выходах входных полосовых фильтров.2 не превьшзаю пороговый Уровень и, следовательно, они не ограничиваются. И, наконец, дпя третьего МЧС ограничены на уровне плавающего порога отсчеты для вет

15

вей приема на частотах f и f- (фиг, Зр). Поскольку поррговый уровень не является постоянным, а все время изменяется (дпя каждого конкретного принимаемого МЧС ) и является плавающим, то это позволяет непрерывно -. (без всякой адаптации) следить за по- меховой обстановкой (за распределением интенсивности помех в частотно- временных границах МЧС) и эффективно использовать получаемую информацию 25 венно, делитель напряжения и формидля уменьшения влияния действующих сосредоточенных помех.

Отсчеты с выходов ограничителей 5 поступают на входы первого сумматора 6, в котором формируется результирующий (суммарный)отсчет (для конкретного МЧС) вида

N

.;. (5) где Z, - результируюищй отсчет на вы30

35

ходе сумматора 6,

рователь уровня ограничения, в i-й частотный канал введен i-й клюн,вход которого соединен с выходом i-ro полосового фильтра, i-ый ограничитель выход которого я-вляется выходом i-f частотного канала, а вход управлени уровнем ограничения соединен с выхо дом формирователя уровня ограничени в i-й частотный канал, кроме N-ro, введен третий элемент задержки с но ром i, вход которого соединен с вых дом i-ro ключа, а выход - с сигналь ным входом i-ro ограничителя, выход N-ro ключа соединен с входом N-ro о раничителя, выход i-ro ключа соединен с входом i-ro квадратора, управ ляющий вход i-ro, кроме N-го ключа соединен с выходом блока формирован тактовых импульсов через первый эле мент задержки с номером i, а управл 45 ющий вход N-ro ключа соединен с вых дом блока формирования тактовых импульсов непосредственно, при этом величина задержки элементов задержк с номером i определяется соотношени ем

+Z

nof

если Z.+Zn6p,

если Zi -Znop, Z , если -Zn p iZiiZ p.

На фиг. 3с изображена временная диаграмма результирующих отсчетов на выходе первого сумматора 6.

Напряжение с выхода первого сумматора 6 поступает на вход демодулятора 7, который осуществляет его дальнейшую обработку и выносит решение о принятом сигнале.

Формула изобретения

Устройство приема многочастотных сигналов, содержащее соединенные последовательно первый сумматор и демодулятор, широкополосньй приемный тракт, вход которого является входом

р

5

.

устроиства приема многочастотных сигналов, N ч(1стотных каналов, вход каждого из которых соединен с выходом широкополосного приемного тракта, а выход соединен с соответствующим входом первого сумматора, i-й, ,2,..,,N, частотный канал содержит i-й входной полосовой фильтр, и i-й квадратор, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозапщщенности по отношению к радиоимпульсным помехам, в него введены блок формирования тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом широкополосного приемного тракта, N-1 первых элементов задержки, N-1 вторых элементов задержки, соединенные последовательно второй сумматор, i-й,кроме N-ro, вход которого соединен с выходом i-ro квадратора через второй элемент задержки -с номером i, а N-й вход - соединен с выходом N-ro квадратора непосредственно, делитель напряжения и форми

рователь уровня ограничения, в i-й частотный канал введен i-й клюн,вход которого соединен с выходом i-ro полосового фильтра, i-ый ограничитель, выход которого я-вляется выходом i-fo частотного канала, а вход управления уровнем ограничения соединен с выходом формирователя уровня ограничения, в i-й частотный канал, кроме N-ro, введен третий элемент задержки с номером i, вход которого соединен с выходом i-ro ключа, а выход - с сигнальным входом i-ro ограничителя, выход N-ro ключа соединен с входом N-ro ограничителя, выход i-ro ключа соединен с входом i-ro квадратора, управляющий вход i-ro, кроме N-го ключа соединен с выходом блока формирования тактовых импульсов через первый элемент задержки с номером i, а управля- ющий вход N-ro ключа соединен с выходом блока формирования тактовых импульсов непосредственно, при этом величина задержки элементов задержки . с номером i определяется соотношением

где

3i

t,.(N-i)C , ,

величина задержки элементов задержки с номером i; fg - длительность одного частотного элемента многочастотного сигнала.

Изобретение относится к радист связи и обеспечивает повьшение помехозащищенности по отношению к радиоимпульсным помехам. Устр-во содержит широкополосный приемный тракт 1,i-e входные полосовые фильтры 2,i-e ключи 3, эл -ты задержки, i-e ограничители 5, сумматор 6, демодулятор 7, i-e квадраторы 8, N-1 эл-тов 9 задержки, сумматор 10, делитель 11 напряжения, формирователь 12 уровня ограничения, блок 13 формирования тактовых импульсов, N-1 эл-тов 14 задержки, частотные каналы 15. 3 ил. О) СдЭ to tc 00 фие. 1

Составитель Н.Мельников Редактор И.Сегляник Техред Л.Сердюкова

3399/55

Тираж 638Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и отг рытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Корректор Н.Король