Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала Советский патент 1993 года по МПК H04B3/46 

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться как устройство обработки фазоманипулированных (ФМ) сигналов в системах передачи дискретной информации, в совмещенных системах связи и в радиолокации, где широко применяются псевдослучайные ФМ-сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛМЧ).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения закона линейной частотной модуляции.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема измерителя: на фиг.2 - эпюры, поясняющие его работу.

Устройство содержит: 1, 10, 19 - блоки умножения; 2 - элемент задержки; 3 - полосовой фильтр; 4 - нелинейный элемент; 5, 7, 11, 20 - фильтры нижних частот; 6 - генератор скорости перестройки; 8.9 - измерители частоты; 12. 29. 40, 44. 54 - вентили; 13, 33, 50. 61, 62 - счетчики импульсов; 14 - измеритель базы сигнала; 15 - измеритель длительности посылок; 16 - арифметический

блок; 17 - блок регистрации; 18 - фазовращатель; 21, 22 - квадраторы; 23, 51. 65 - сумматоры; 24 - блок извлечения квадратного корня; 25 - пороговый блок; 26, 37 - ключи; 27, 38 - детекторы огибающей; 28, 39, 43, 47, 53, 58 - дифференциальные цепи; 30, 46, 48, 52. 55. 57, 59, 66 - триггеры; 31, 45, 49, 56, 60, 64, 69, 70, 71, 72 - элементы И; 32 - генератор счетных импульсов; 34, 36 -делители; 35-умножитель; 41 -усилитель; 42 - ограничитель; 63 - регистр; 67, 68 - элементы И-НЕ.

Автокорреляционный измеритель работает следующим образом.

Принимаемый псевдослучайный ФМ- сигнал поступает на входы первого и второго блоков 1 и 10 умножения и элемента 2 задержки непосредственно, а на вход третьего блока 19 умножения -через фазовращатель 18. Величина задержки, образующаяся на первом выходе элемента 2 задержки, изменяется по линейному закону при помощи генератора 6, вырабатывающего периодическое пилообразное напряжение управлесл

С

00

ю

СА)

СО VI

ния Величина задержки, образующаяся на втором выходе элемента 2 задержки, устанавливается постоянной. На вторые входы первого, второго и третьего 1, 10 и 19 умножения поступает принимаемый сигнал, предварительно задержанный в элементе 2 задержки. Результатом перемножения в первом блоке 1 умножения являются биения с высокочастотным заполнением, которые проходят через полосовой фильтр 3 и нелинейный элемент 4. Первый и второй фильтры 5 и 7 нижних частот настроены на высокочастотное заполнение, являющееся средней частотой fcp свернутого спектра сигнала, и огибающую, являющуюся такто- вой частотой псевдослучайной модулирующей функции. Выходы первого и второго фильтров 5 и 7 нижних частот соединены с первым и вторым измерителями 8 и 9 частоты, на вторые входы которых поступает пе- риодически изменяющееся пилообразное напряжение с генератора 6. В результате с выхода первого измерителя 8 частоты снимается информация о значении тактовой частоты, а с выхода второго измерителя 9 частоты - о значении средней частоты свернутого спектра сигнала.

Результатом перемножения во втором и третьем блоках 10 и 19 умножения также являются биения с высокочастотным запол- пением, огибающие которых выделяются третьим и четвертым фильтрами 11 и 20 нижних частот, возводятся в квадрат в первом и втором квадраторах 21 и 22 и суммируются в сумматоре 23 с последующим извлечением корня квадратного из суммы в блоке 24. При этом на вход третьего блока 19 умножения незадержанный сигнал поступает через фазовращатель 18. В результате выходной сигнал UM(t) блока 24 извлечения квадратного корпя вида

UH(I)- U,(l -Г,2)Ссз2Д1р + и((1-Г,2)51пгДу) ( -r,2)uM(i)-u,,2(i-r,2)

является произведением двух одинаковых модулирующих функций ФМ-сигнала Uni(t) и Un2(t- г 32 ) сдвинутых во времени на величину постоянной задержки Гз2 в элементе 2 задержки, и не зависит от набега фазы в элементе 2 задержки, обуспов- ленного изменением частоты сигнала вследствие частотной модуляции. Число отрицательных импульсов в сигнале Un(t) равно числу скачков фазы принимаемого сигнала, причем длительность отрицательных импульсов равна величине задержки г 3 и не зависит от длительности элементарных посылок. Таким образом, на выходе вентиля 12 образуются только отрицательные импульсы, число m которых подсчитывается счетчиком 13. В измерителе 14 определяется база сигнала N 2т + 1.

Информация о значении тактовой частоты с выхода первого измерителя 8 частот поступает на измеритель 15, где формируются тактовые импульсы, с помощью которых определяется длительность элементарных посылок Тд. Измеренные значения базы сигнала Ми, длительности элементарных посылок Tq подаются в арифметический блок 16. где определяется длительность принимаемого сигнала Тс NTq. Информация об измеренных значениях N, Tq, Тс, fcp поступает на соответствующие входы блока 17 регистрации.

При наличии в принимаемом сигнале частотной модуляции в результате перемножения в первом блоке 1 умножения незадержанного и задержанного в элементе 2 задержки сигналов появляются биения с высокочастотном заполнением, которые проходят через полосовой фильтр 3 и нелинейный элемент 4. Ширина спектра биений вМ ДРсТч( Д FC - девиация частоты) уже спектра принимаемого сигнала, а положение спектра на оси частот определяется средней частотой fcp, равной величине произведения скорости у Д Fc/Tq изменения частоты сигнала на величину задержки з в элементе 2 задержки, г з т.е.

ДР

Г3.

О)

Согласно (1) следует, что при изменении времени задержки гэ в элементе 2 задержки с помощью генератора 6 скорости перестройки по линейному закону меняется значение средней частоты fcp. Измеряя значение средней частоты ftp спектра сигнала с помощью второго измерителя 9 частоты и зная величину задержки гэ , определяют скорость изменения частоты сигнала у.

Для измерения величины задержки г3 соответствующей fcp, пороговый блок 25 при появлении напряжения на выходе второго фильтра 7 нижних частот вырабатывает управляющий импульс, который поступает нэ входы первого и второго ключей 26 и 37 и открывает их. В исходном состоянии первый и второй ключи 26 и 37 всегда закрыты. Незадержанный и задержанный сигналы детектируются о первом и втором детекторах 27 и 30 огибающей и дифференцируются

с помощью первой и второй дифференциальных цепей 28 и 39. В результате дифференцирования образуются положительные и отрицательные импульсы, соответствующие началу и концу сигнала. На выходах первого и второго дополнительных вентилей 29 и 40 остаются только положительные импульсы, первым из которых триггер 30 запускается, а вторым возвращается в исходное состояние через интервал времени гэ . Выходным им- пульсом триггера 30 управляется элемент И 31, За время длительности импульса счетные импульсы с выхода генератора 32 поступают в дополнительный счетчик 33. Информация о величине в двоичном коде с выхода дополни- тельного счетчика 33 поступает на один вход первого делителя 34. на другой вход которого поступает в двоичном коде информация о величине fcp с выхода второго измерителя 9 частоты. В первом делителе 34 вычисляется величина скорости изменения частоты у f ср/г з . которая регистрируется в блоке 17 и поступает на вход умножителя 35. На другой вход умножителя 35 подается в двоичном коде информация о величине длительности элементарной посылки Tq с выхода измерителя 15. В умножителе 35 вычисляется в двоичном коде величина девиации частоты , которая регистрируется в блоке 17.

Искомая скорость манипуляции фазы принимаемого сигнала определяется во втором делителе 36 по отношению базы сигнала к длительности сигнала Тс, которая оп- ределяется в арифметическом блоке 16, т.е. yq N/T с. В блоке 17 регистрируются девиации частоты, длительность элементарной посылки, база сигнала и его

длительность скорости изменения частоты

и манипуляции фазы сигнала, средняя частота сигнала.

Определение закона линейной частотой модуляции осуществляется путем определения и сравнения знаков скорости изменения частоты в начале и в конце сигнала.

Определение знака скорости изменения частоты в начале ЛЧМ сигнала осуществляет- ся путем измерения и сравнения периодов Ti иТ2 высокочастотных колебаний в начале и середине сигнала. Если Ti Т2, то знак скорости у изменения частоты положительный, т.е. частота возрастает. Если Ti Тг, то знак отрицательный и частота в начале ЛЧМ сиг- нала убывает.

Для измерения периода Ti высокочастотных колебаний ЛЧМ сигнал (фиг.2а) с выхода ключа 37 поступает на усилитель 41 и ограничитель 42. С выхода ограничителя

5 0 5 0 0

5

0

5

0 5

42 сигнал (фиг.26) поступает на дифференциальную цепь 43. В результате дифференцирования образуются и отрицательные импульсы (фиг.2в). соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сигнала. На выходе однополярного вентиля 44 образуются только положительные импульсы (фиг.2г), период следования которых равен периоду высокочастотного сигнала. Первым положительным импульсом, проходящим через элемент И 45, триггер 46 уста- навливается в единичное состояние (фиг.2д). Исходное состояние всех триггеров нулевое. Разрешающее напряжение на элемент И 45 поступает с нулевого выхода триггера 48 (фиг.2ж). Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 (фиг.2д) разрешает прохождение счетных импульсов через элемент И 49 с выхода генератора 33 на вход счетчика 50 (фиг.2з). Второй положительный импульс (фиг.2г), который следует через интервал времени TL с выхода элемента И 45 возвращает триггер 46 в исходное нулевое состояние (фиг.2д), а отрицательным импульсом с выхода дифференциальной цепи 47 (фиг.2е) триггер 48 ус- танавливается в единичное состояние (фиг.2ж), нулевой выход которого запрещает прохождение положительных импульсов (фиг.2г) через элемент И 45. Низкий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 запрещает прохождение счетных импульсов генератора 33 через элемент И 49 (фиг.2з). Информация о величине Ti в двоичном коде с выхода счетчика 50 поступает на сумматор 51, на другой вход которого для выполнения операции вычитания поступает обратный код величины Т2 со счетчика 61.

Для измерения величины периода 2 в середине сигнала выходной импульс с триггера 31 (фиг.2и), задержанный на гэ . дифференцируется с помощью дифференциальной цепи 53. В результате дифференцирования образуются положительный и отрицательный импульсы (фиг.2к), которые поступают на вход однополярного вентиля 54. На выходе вентиля 54 образуется только отрицательный импульс (фиг.2л), который устанавливает триггер 55 в единичное состояние (фиг.2м). Высоким уровнем сигналов с единичного выхода триггера 55 (фиг.2м) и нулевого выхода триггера 59 (фиг.2п) открывается элемент И 56, на который поступают положительные импульсы с выхода однополярного вентиля 44 (фиг.2г). Первым положительным импульсом, прошедшим через элемент И 56, триггер 57 устанавливается в единичное состояние, а вторым импульсом через промежуток времени Т2 триггер 57

установится в исходное нулевое состояние (фиг.2н). Отрицательным импульсом с выхода дифференцирующей цепи 58 (фиг.2) триггер 59 установится в единичное состояние. Сигнал с нулевого выход триггера 59 запретит дальнейшее прохождение положительных импульсов через элемент И 56. Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 57 (фиг.2н), на время длитель- нрсти Т2, разрешит прохождение через элемент И 60 счетных импульсов генератора 33 на вход счетчика 61 (фиг.2р). Информация ,о величине Т2 с инверсных выходов счетчика 61 (обратный код) поступает на сумматор 51, на другой вход которого подается информа- ция в двоичном коде о величине Ti с выход счетчика 50.

В результате в сумматоре 51 реализуется операция вычитания двоичных кодов Т1 и Т2. В зависимости от соотношения вели- чин Ti и Т2 сумма будет положительной или отрицательной. Знак суммы фиксируется триггером 52 знака (фиг.2с), сигнал с выхода которого поступает на элемент И-НЕ 67. Если знак суммы положительный (Ti Т2), то триггер 52 устанавливается в единичное состояние, что соотсетствует приему ЛЧМ сигнала с возрастающей частотой. Если знак суммы отрицательный (Ti 12), то триггер 52 устанавливается в нулевое состояние (фиг.2с), что соответствует приему ЛЧМ-сиг- нала с убывающей частотой.

Таким образом, определяется знак скорости изменения частоты в начале ЛЧМ-сиг- нала.

Определение знака скорости изменения частоты в конце ЛЧМ-сигнала осуществляется путем измерения и сравнения периодов Т2 и Тз высокочастотных колебаний в середине и конце сигнала. Если Т2 Тз, то знак скорости у изменения частоты положительный, т.е. частота в конце ЛЧМ-сигнала возрастает. Если Т2 Тз, то знак отрицательный и частота в конце ЛЧМ убывает.

Для измерения периода Тз в конце сиг- нала служит счетчик 62 счетных импульсов, который формирует последовательно код длительности всех импульсов сигнала. С этой целью с элемента 44 перед началом каждого импульса счетчик 62 сбрасывается в О. Код длительности импульса перед сбросом счетчика 62 пересылается в регистр 63. который хранит информацию о длительности каждого импульса сигнала. Импульс конца сигнала (фиг.2т) с выхода вентиля 40 открывает схему И 64. и пропускает код длительности импульса Тз (фиг.2у) с выхода регистра 63 на вход сумматора 65. На второй вход сумматора 65 поступает код длительности Т2 импульса в середине сигнала. В результате вычитания в сумматоре 65 длительностей сигналов Т2 и Тз в триггере 66 выделяется знак разности. Если знак положительный (Т2 Тз), то триггер 66 (фиг.2ф) устанавливается в единичное состояние, что является признаком приема ЛЧМ-сигнала с. возрастающей частотой. Если знак разности отрицательный (Т2 Тз), то триггер 66 устанавливается в нулевое состояние, что является признаком приема ЛЧМ-сигнала с убывающей частотой. Таким образом, определяется знак скорости изменения частоты в конце ЛЧМ-сигнала.

Информация о знаках сигнала скоростей изменения частоты в начале и конце сигнала с триггеров 52 и 66 поступает на дешифратор, имеющий два входа и четыре выхода. Дешифратор состоит из двух элементов 66, 67 И-НЕ и четырех элементов 69-72 И. В дешифраторе путем сравнения знаков скоростей изменения частоты в начале и конце сигнала определяется закон линейной частотной модуляции.

При этом на выходе элемента 69 И формируется признак приема ЛЧМ-сигнала с убывающей частотой, на выходе элемента 70 И-с убывающей симметричной частотной модуляцией, на выходе элемента 72 И - с возрастающей частотой, на выходе элемента 71 И - с возрастающей симметричной частотной модуляцией.

Формула изобретения

Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированно- го сигнала, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, полосо- вой фильтр, нелинейный элемент, первый филыр нижних частот, первый измеритель частоты, измеритель длительности посылок, арифметический блок и блок регистрации, последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, пороговый блок, первый ключ, первый детектор, первую дифференциальную цепь, второй вентиль, триггер, элемент И, первый счетчик импульсов, первый делитель и умножитель, второй измеритель частоты, вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а выход подключен к соответствующему входу блока регистрации, последовательно соединенные генератор скорости перестройки, выход которого также подключен к управляющим входам первого и второго измерителей частоты, и элемент задержки, один выход которого подключен к одному входу первого блока умножения, другой выход которого является входом устройства, другой выход элемента задержки подключен к второму входу первого детектора, к первому входу

второго и третьего блоков умножения, второй вход второго блока умножения обьеди- нен с вторым входом первого блока умножения, с вторым входом элемента задержки, входом генератора скорости перестройки, с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого объединен с вторым входом первого блока умножения, третий блок умножения, четвертый фильтр нижних частот, первый квадратор, первый сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый вентиль, второй счетчик импульсов и измеритель базы сигнала, выход которого подключен к блоку регистрации, к второму входу арифметического блока, выход которого подключен к первому входу второго делителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя базы сигнала, а выход подключен к блоку регистрации, последовательно соединенные второй блок умножения, третий фильтр нижних частот и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, по- следовательно соединенные второй детектор огибающей, вход которого соединен с выходом второго ключа, вторая дифференцирующая цепь, третий вентиль, выход которого подключен к второму входу триггера, выход второго измерителя частоты подключен к второму входу первого делителя, выход измерителя длительности посылок подключен к блоку регистрации и к второму входу умножителя, выход которого и выход первого и второго делителей подключены к блоку регистрации, генератор счетных импульсов, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, отличающий ся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей за счет определения закона линейной частотной модуляции, введены последовательно соединенные усилитель, ограничитель, третья дифференциальная цепь, четвертый вентиль, второй элемент И,

второй тригер. третий элемент И, третий счетчик, второй сумматор, четвертый триггер, последовательно соединенные пятая дифференциальная цепь, пятый вентиль, пятый триггер, четвертый элемент И. шестой триггер, пятый элемент И, четвертый счетчик, вход усилителя подключен к выходу второго ключа, выход второго триггера через последовательно соединенные четвертую введенную дифференциальную цепь и третий введенный триггер подключен к второму вуоду второго элемента И, вход пятой дифференциальной цепи подключен к выходу первого триггера, выход шестого введенного триггера через последовательно соединенные шестую введенную дифференциальную цепь и седьмой введенный триггер подключен к второму входу четвертого элемента И, третий вход которого соединен

с выходом четвертого вентиля, вторые входы третьего и пятого элементов И подключены к выходу генератора счетных импульсов, выход четвертого счетчика соединен с вторыми выходами второго и третьего введенного сумматора, а выход четвертого триггера подключен к первому входу введенного первого элемента И-НЕ и первым входом введенных девятого и десятого элементов И. выход первого элемента

И-НЕ соединен с первыми входами введенных седьмого и восьмого элементов И, по- следоп-ттельно соединенные пятый счетчик, первый вход которого соединен с выходом четвертого вентиля, а второй вход подключем к выходу генератора счетных импульсов, регистр, шестой элемент И, второй вход которого соединен с выходом третьего вентиля, третий сумматор, восьмой триггер, выход которого соединен с первым входом

введенного второго элемента И-НЕ и вторыми входами восьмого и десятого элементов И, выход второго элемента И-НЕ соединен с вторыми входами седьмого и девятого элементов И, выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого элементов И, подключены соответственно к блоку регистрации.

Использование: радиосвязь. Сущность изобретения: устройство содержит 3 блока умножения, элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, 4 фильтра нижних частот, генератор, 2 измерителя частоты, 5 вентилей, 5 счетчиков, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылок, арифметический блок, блок регистрации, фазовращатель, 2 квадратора, 3 сумматора, блок извлечения квадратного корня, пороговый блок, 2 ключа, 2 детектора огибающей, 6 дифференциальных цепей, 8 триггеров, 10 элементов И, генератор счетных импульсов, 2 делителя, умножитель, усилитель, ограничитель, регистр, 2 элемента И-НЕ. 2 ил