УСТРОЙСТВО ПОИСКА И СЛЕЖЕНИЯ ЗА ШИРОКОПОЛОСНЫМ СИГНАЛОМ Советский патент 2006 года по МПК G04B1/10 H04L7/00 

Предлагаемое устройство относится к области техники передачи информации по каналам радиосвязи и предназначено для использования в широкополосных системах связи, преимущественно в помехозащищенных относительно воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех системах радиосвязи.

Устройства приема широкополосного сигнала состоят из блока слежения за временным положением сигнала, иначе устройства точной временной ФАП, и блока синхронного выделения информации. Причем в таких системах используется два сигнала: синхро и информационный, несущие колебания которых сдвинуты друг относительно друга на π/2. Информационный и синхросигналы промодулированы различными псевдослучайными последовательностями (ПСП) на [0, π], что обеспечивает постоянство амплитуды на выходе передающего устройства [авторское свидетельство №300946, 11.06.71 г., авторы Перьков В.В., Яковлев Л.А., МКИ Н 03 С 3/40].

На таком принципе работают устройства поиска по авторским свидетельствам №100390, 08.10.76 г., №141302, 21.05.79 г., №154462, 31.03.80 г., №151279, 30.11.79 г.

Недостатком всех этих схем является то, что для управления используется только знак отклонения, т.е. схема одинаково реагирует как на малые ошибки, так и на большие. Значит описанные в данных авторских свидетельствах устройства поиска не используют информацию об амплитуде сигнала, что естественно снижает помехозащищенность. Блок-схема устройства-прототипа показана на фиг.1. где введены следующие обозначения:

1 - регистр сдвига,

2 - перемножители,

3 - интеграторы,

4 - амплитудные детекторы,

5 - сдвигающий триггер,

6Л, 6Ц, 6П - схемы выбора максимальных значений сигналов,

7 - схема сравнения на четыре входа,

8 - ключи,

9 - формирователь порога,

10 - сумматор,

11 - схема сравнения на два входа,

12 - управляемый делитель точной дискретной ФАП,

13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП,

14 - схема управления делителями грубой и точной ФАП,

15 - генератор синхронизирующей ПСП,

16 - схема управления по задержке,

17 - опорный генератор,

18 - схема принятия решений,

19 - устройство фазирования по задержке,

20 - генератор информационной ПСП,

21 - дополнительный регистр сдвига,

22 - дополнительная схема сравнения на два входа,

23 - дополнительный сдвигающий триггер.

Устройство-прототип осуществляет параллельно-последовательный двухэтапный поиск входного широкополосного сигнала. Причем на первом этапе поиска осуществляется параллельно-последовательный поиск и обнаружение сигнала синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП), а на втором этапе производится только последовательный поиск и обнаружение сигнала информационной псевдослучайной последовательности (ИП). После обнаружения сигнала ИП осуществляется проверка сигналов СП и ИП и выдача команды на прекращение поиска.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

Вход устройства соединен со входами схем сравнения 7 и 22 через формирователь порога 9 и входами перемножителей 2 непосредственно, другие входы перемножителей 2 соединены с выходами регистра сдвига 1, причем один из перемножителей 2 центральной группы корреляционных каналов соединен с регистром сдвига 1 через сдвигающий триггер 5. Выходы перемножителей 2 соединены со входами схем выбора максимальных сигналов 6Л, 6Ц, 6П через последовательно соединенные интегратор 3 и амплитудный детектор 4. Выходы схем 6Л и 6П соединены со входами схемы сравнения 7 через ключи 8, а выход схемы 6Ц непосредственно соединен со входом схемы 7, выходы которой соединены со входами сумматора 10, кроме того, выходы Л и П соединены со входами блока 13, а выход Ц со входами схем 14 и 18. Выходы В и С амплитудных детекторов 4 центральной группы корреляционных каналов соединены со входами схемы 11. Входы схемы 12 соединены с выходами схем 11, 14 и генератора 17. Входы блока 13 соединены с выходами блоков 12 и 14. Входы блока 16 соединены с выходами блоков 13, 10 и 19, выходы блока 16 соединены со входами регистра сдвига 1, блока 21, устройства 19, генераторов 15 и 20. Выходы генератора 15 подключены ко входам регистра сдвига 1, одного перемножителя 2 правой группы корреляционных каналов и блока 19, другие входы которого соединены с выходами схемы 18 и блока 22, выход блока 19 соединен со входами схем 14, 18 и 20.

Выход блока 20 подключен ко входу блока 21, выход которого соединен с блоком 23, выход которого через информационный канал, состоящий из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4, подключен к блоку 22, выход которого соединен со входом схемы 18, выход которой подключен к ключам 8. Входы сдвигающих триггеров 5 и 23 и схемы 13 объединены.

Для лучшего понимания физической сути предлагаемого устройства авторы укрупнили некоторые узлы прототипа.

I. Регистр сдвига 1, сдвигающий триггер 5, генератор синхро-ПСП-15 объединены в блок формирования копий сигналов СП, выполняющий функцию формирования копий синхросигнала, сдвинутых относительно друг друга по времени на величину длительности элементарного импульса τ_о или на величину nτ_о (где n - любое целое число) и две копии, сдвинутые относительно центральной на ±τ_o/2.

II. Генератор информационной ПСП-20, дополнительный регистр сдвига 21, дополнительный сдвигающий триггер 23 объединены в блок формирования копии сигнала ИП, который формирует копию информационного сигнала, начало которой совпадает с началом центральной копии синхросигнала. Причем копия информационного сигнала может смещаться по команде с устройства фазирования по задержке на целое число длительностей синхро-ПСП.

III. Левая и правая группа корреляционных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3, амплитудного детектора 4, схемы выбора максимальных значений сигналов 6Л, 6Ц, 6П, ключи 8, схема сравнения 7, сумматор 10, делитель точной дискретной ФАП 12, делитель грубой дискретной ФАП 13, схема управления делителями точной и грубой ФАП 14, схема управления по задержке 16, опорный генератор 17 объединены в устройство поиска, выполняющее следующие функции:

1) вычисляет функции взаимной корреляции между входным синхросигналами и N копиями;

2) осуществляет выбор максимального значения и сравнение его с пороговым.

Возможны случаи, когда:

а) максимальное значение меньше порогового, тогда подается команда на блок формирования копий СП о продолжении поиска, т.е. осуществляется параллельно-последовательный поиск,

б) максимальное значение больше порогового, тогда подается команда в блок формирования копий СП на смещение сигнала в центральную группу корреляционных каналов - в группу слежения, т.е. осуществляется последовательный поиск.

Устройство поиска может быть выполнено и другим, таким как, например, описано в авторских свидетельствах.

Блок-схема укрупненного устройства-прототипа показана на фиг.2, где введены следующие обозначения:

1 - блок формирования копий СП;

2 - перемножители;

3 - интеграторы;

4 - амплитудные детекторы;

5 - устройство поиска;

6 - формирователь порога;

7 - схема сравнения;

8 - устройство поиска по задержке;

9 - блок формирования копии ИП;

10 - схема сравнения;

11 - схема принятия решений.

Укрупненная схема прототипа имеет следующие функциональные связи.

Вход устройства соединен со входами устройства поиска 5, перемножителей 2, корреляционных каналов группы слежения, перемножителя 2 информационного канала, состоящего из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4, и формирователя порога 6, выход которого соединен со входами устройства поиска 5 и схемы сравнения 10, другой вход которой подключен к выходу информационного канала, а выход схемы 10 соединен с соответствующими входами схемы принятия решений 11 и устройства фазирования по задержке 8. Три других входа устройства 8 соединены с выходом ТИ устройства поиска 5, с выходами блока формирования копий СП 1 и схемы принятия решений 11. Выход СИ устройства 8 соединен с соответствующими входами устройства поиска 5, блока формирования копии ИП 9 и схемы принятия решений 11, третий вход которой соединен с выходом Ц устройства поиска 5, а второй выход ее подключен ко входу устройства поиска 5. Второй вход перемножителя 2 информационного канала соединен с выходом блока формирования копии ИП 9. Выходы блока формирований копий СП 1 соединены с соответствующими входами перемножителя 2 корреляционных каналов группы слежения и устройства поиска 5. Выходы корреляционных каналов группы слежения соединены со входами устройства поиска 5 и, кроме того, выходы В и С соединены со схемой сравнения 7, выходы которой подключены к устройству поиска 5. Выход ТИ устройства поиска подключен еще и ко входам блоков 1 и 9. Входы блоков 1, 9 и устройства поиска 5 объединены.

Устройство-прототип, показанное на фиг.2, работает следующим образом.

В устройстве поиска 5 вычисляется функция взаимной корреляции между входным сигналом и опорными сигналами СП, затем выбирается максимальный сигнал и сравнивается с пороговым сигналом, поступающим с формирователя порога 6. При этом возможны следующие случаи.

Максимальное значение сигнала меньше порогового. Схема принятия решений 11 находится в исходном состоянии и не выдает сигнала на устройство поиска 5 и устройство фазирования по задержке 8. При этом продолжается поиск и в устройстве поиска 5 происходит "выкусывание" 2(n+1) тактовых импульсов, поступающих на блоки 1 и 9, где n - число корреляционных каналов устройства поиска.

Опорные СП, поступающие на соответствующие входы устройства поиска 5, сдвинулись на время 2(n+1)τ_о относительно опорных СП, поступающих на входы устройства 5 до подачи команды на продолжение поиска. Таким образом, вначале осуществляется параллельный поиск широкополосного сигнала в i-м интервале (2n+3) корреляционными каналами устройства поиска 5 и группы слежения.

Если сигнал не обнаружен ни в одном из корреляционных каналов, то поиск осуществляется в (i+1) интервале и т.д., то есть при отсутствии сигнала осуществляется последовательный поиск за N циклов в интервале поиска СП (Тсп).

2. Максимальное значение сигнала больше порогового. Сигнал на выходе Ц устройства поиска 5 отсутствует и схема 11 находится в исходном состоянии, описанном в пункте 1.

Устройство поиска 5 подает сигнал управления на блок 1 такой, что происходит укорочение или удлинение периода опорных СП на длительность τ_о до тех пор, пока не появится сигнал на выходе Ц устройства поиска 5.

При появлении сигнала на выходе Ц устройства поиска 5 включается схема принятия решений 11, на другой вход которой поступают стробимпульсы с выхода СИ устройства фазирования по задержке 8. С выхода схемы 11 подается команда на вход устройства 8 о продолжении поиска ИП.

Таким образом, осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП.

Дальше начинается последовательный поиск широкополосного информационного сигнала, база которого больше базы СП, одним информационным корреляционным каналом.

Устройство поиска 5 осуществляет перестройку блоков 1 и 9 с шагом τ_o/α (где α - любое целое число, определяемое заданной точностью удержания по времени обнаруженного сигнала).

Сигнал ошибки рассогласования для устройства поиска 5 вырабатывается схемой сравнения 7 с выходов В и С корреляционных каналов группы слежения.

При появлении сигнала на выходе схемы сравнения 10 вырабатывается команда в устройство фазирования по задержке 8 на прекращение поиска ИП, т.е. период строб-импульсов с устройства 8 становится равным периоду следования ИП (Т И П).

Одновременно с появлением сигнала на выходе схемы сравнения 10, схема принятия решений 11, при условии совпадения подряд r строб-импульсов (r - любое целое число) с сигналом выхода Ц устройства поиска 5, принимает решение об обнаружении широкополосного сигнала, состоящего из сигналов СП и ИП, отключает устройство поиска 5.

Если число совпадений подряд меньше r и равно Р и после Р-го совпадения не произойдет подряд j совпадений (j - любое целое число) строб-импульсов с сигналом на выходе Ц устройства поиска 5 и с сигналом на выходе схемы сравнения 10, то схема 11 принимает решение о возобновлении поиска широкополосного сигнала. Режим поиска повторяется.

Дискриминационная характеристика (Uвых d) временного дискриминатора является функцией от величины расстройки копий сигнала Δτр (см. фиг.3). Причем в области -τ_o/2<Δτ_p<τ_o/2 эта зависимость линейная. В устройстве-прототипе сказанное верно при одном уровне сигнала, так как увеличение (уменьшение) приводит тоже к линейному изменению Uвых d. Поэтому для управления используется только знак отклонения от точки τ_о. Такое управление имеет ошибку Δτ (где Δτ - шаг подстройки). Величина Δτ выбирается из условия компенсации наибольшего ухода за время накопления сигнала Δτ_pmax, что приводит к соотношению Δτ=(1,5÷2) Δτ_pmax.

При равенстве Δτ и Δτ_pmax из-за наличия помех копенсация ухода из n Δτ_p на n шагов невозможна, так как ряд решений будет неверен. Таким образом, необходима значительная перекомпенсация Δτ_p.

При малых отклонениях Δτ_p шаг Δτ шаг Δτ приводит к потерям в соотношении сигнал/шум на выходе центрального корреляционного канала группы слежения, равным Δτ/τ_о.

Если Δτ=τ_о/8, то Δτ/τ_о=1 дБ,

Δτ=τ_о/4, то Δτ/τ_о=2 дБ.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехозащищенность из-за того, что управление не зависит от амплитуды сигнала, то есть схема реагирует одинаково как на малые ошибки, так и на большие, возникающие из-за отклонений от точки = 0.

Целью предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности приема широкополосного сигнала.

Поставленная цель достигается за счет введения схемы нормировки, вычитающего устройства и формирователя команд.

Предлагаемая схема использует информацию об уровне сигнала, т.е. позволяет вычислять не только знак отклонения, но и величину отклонения.

Блок схема предлагаемого устройства изображена на фиг.4, где введены следующие обозначения:

1 - блок формирования копий СП,

2 - перемножители,

3 - интеграторы,

4 - амплитудные детекторы,

5 - устройство поиска,

6 - формирователь порога,

7 - вычитающее устройство,

8 - устройство фазирования по задержке,

9 - блок формирования копии ИП,

10 - схема сравнения,

11 - схема принятия решений,

12 - схема нормировки,

13 - формирователь команд.

Устройство, показанное на фиг.4, имеет следующие функциональные связи.

Вход устройства соединен со входами устройства поиска 5, перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения и информационного корреляционного канала, формирователя порога 6, выход которого соединен со входами устройства поиска 5 и схемы сравнения 10, выход которой соединен со входами схемы принятия решений 11 и устройства фазирования по задержке 8, другие входы которого соединены с блоком 1 и схемой 11, выход СИ устройства 8 соединен со входами устройства поиска 5, блока 9 и схемы принятия решений 11, второй выход которой подключен к устройству поиска 5, выход Ц которого соединен с соответствующим входом схемы 11.

Выходы блока формирования копий СП 1 соединены со входами устройства поиска 5, перемножителей 2 корреляционных каналов группы слежения.

Выходы корреляционных каналов группы слежения соединены со входами устройства поиска 5, выходы В и С со входами вычитающего устройства 7, а выход Л со схемой нормировки 12, другой вход которого соединен с выходом устройства 7. Выход схемы 12 соединен через формирователь команд 13 с устройством поиска 5, выход ТИ которого подключен к блокам 1 и 9, устройству 8. Выход блока формирования копии ИП соединен со входом перемножителя 2 информационного корреляционного канала, состоящего из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4.

Выход информационного корреляционного канала соединен со входом схемы сравнения 10. Входы блоков 1 и 9 и устройства поиска 5 объединены.

Каждый корреляционный канал группы слежения состоит из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Поиск СП осуществляется так же, как и в прототипе, до того момента, пока сигнал не появится на выходе Ц устройства поиска 5, т.e. до момента слежения.

Сигналы с выходов В и С поступают на вычитающее устройство 7, с выхода которого получаем дискриминационную характеристику (Uвых d), Uвых d поступает в схему нормировки 12. На схему 12, кроме того, подается сигнал с выхода Л центрального корреляционного канала группы слежения. Коэффициент передачи схемы нормировки 12 обратно пропорционален уровню сигнала центрального корреляционного канала группы слежения.

В схеме 12 производится нормировка Uвых d относительно величины сигнала с центрального корреляционного канала группы слежения.

Напряжение с выхода схемы 12 поступает на формирователь команд 13, который подает команду в устройство поиска 5 о прекращении поиска и начале слежения за СП.

Устройство поиска 5 вырабатывает Δτ, величина и знак которого меняются в соответствии с командами, поступающими с формирователя команд 13.

Поиск ИП производится одновременно со слежением за СП и осуществляется так же, как и в прототипе.

Таким образом, предлагаемое устройство при подстройке учитывает не только знак отклонения, но и его величину, что позволяет производить подстройку на величину Δτ, равную величине ухода Δτ_р, то есть работать оптимально. Это дает возможность избежать потерь Δτ/τ_o на 1-2 дБ, т.е. повысить помехозащищенность на 1-2 дБ.

На фиг.3 изображены:

1 - дискриминационная характеристика временного дискриминатора;

2 - характеристика сигнала;

3 - дискриминационная характеристика временного дискриминатора большой амплитуды;

4 - характеристика сигнала большей амплитуды.

Изобретение относится к технике передачи информации по каналам радиосвязи и предназначено для использования в широкополосных системах связи, преимущественно в помехозащищенных относительно воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех системах радиосвязи. Изобретение при подстройке учитывает не только знак отклонения, но и его величину, что позволяет работать оптимально. Таким образом, технический результат заключается в повышении помехозащищенности на (1-2) дБ. Устройство содержит блоки формирования копий синхронизирующей и информативной псевдослучайных последовательностей, группу корреляционных каналов слежения, информационный корреляционный канал, устройство поиска, формирователь порога, устройство фазирования по задержке, схему сравнения и схему принятия решений. Согласно изобретению введены вычитающее устройство, схема нормировки и формирователь команд. Выходы В и С корреляционных каналов группы слежения соединены со входами вычитающего устройства. Его выход подключен ко входу схемы нормировки, другой вход которой соединен с выходом Л центрального корреляционного канала группы слежения. Выход схемы нормировки соединен с формирователем команд, выходы которого подключены к устройству поиска. 4 ил.

Устройство поиска и слежения за широкополосным сигналом, содержащее объединенные по входу корреляторы слежения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока поиска, коррелятор информационного сигнала, блок поиска и формирователь порога, выход которого подключен к соответствующему входу решающего блока через блок поиска и к первому входу блока сравнения, к второму входу которого подключен выход коррелятора информационного сигнала, к другому входу которого подключен выход формирователя копий информационных сигналов, а выход блока сравнения подключен непосредственно и через решающий блок к входам блока фазирования по задержке, выход которого подключен к соответствующим входам решающего блока, блока поиска и формирователя копий информационных сигналов, выходы формирователя копий синхросигналов подключены к соответствующим входам блока поиска, корреляторов слежения и блока фазирования по задержке, другой выход решающего блока подключен к соответствующему входу блока поиска, выход тактовых импульсов которого подключен к соответствующим входам формирователей копий синхросигналов и информационных сигналов и блока фазирования по задержке, отличающееся тем, что, с целью помехозащищенности приема широкополосного сигнала, введены последовательно соединенные вычитающий блок, блок определения уровня сигнала расстройки и формирователь сигналов управления, при этом выходы боковых корреляторов слежения подключены к входам вычитающего блока, а выходы формирователя сигналов управления подключены к соответствующим входам блока поиска.