УСТРОЙСТВО ПОИСКА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 H04L7/04 

Предлагаемое изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в системах передачи информации широкоплосными фазоманипулированными сигналами.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов, описанные, например, в книгах "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. Пестрякова В.Б., М.: Сов. радио, 1973, с.154; "Статистическая теория приема сложных сигналов", Тузов Г.И., М.: Сов. радио, 1977, с.127, с.326; "Радиосистемы передачи информации" под ред. Теплякова И.М., М.: Радио и связь, 1982; авторском свидетельстве "Устройство поиска широкоплосных сигналов".

Перечисленные выше устройства обладают существенным недостатком - низкой помехозащищенностью при воздействии структурных и сосредоточенных по спектру помех.

Известны и другие устройства поиска широкополосных сигналов, описанные, например, в авторских свидетельствах "Адаптивная система широкополосной радиосвязи через ретранслятор", "Устройство передачи и приема для широкополосной радиосвязи", "Приемное устройство широкоплосных сигналов", обладающие повышенной помехозащищенностью к помехам, сосредоточенным по спектру.

Однако и эти устройства имеют низкую помехозащищенность в условиях воздействия мощных структурных помех.

Существуют приемные устройства, в которых за счет использования цепочки из вспомогательного демодулятора, режекторного фильтра и модулятора осуществляется подавление просачивающегося сигнала из передатчика, территориально расположенного рядом ("Псевдошумовая система наведения с режекцией сигналов, просачивающихся из передатчика. Патент США № 4012737, МКИ G 01 S 9/02). Однако в таких устройствах требуется знание фазы мешающего сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является "Адаптивное устройство поиска широкоплосного сигнала", авт. св. № 964987, М. Кл³ Н 04 B 1/10, H 04 L 7/04, 18.03.1981 г.

Блок-схема указанного устройства представлена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - блок защиты от сосредоточенных помех,

2 - полосовой фильтр,

3 - детектор,

4 - ключ,

5 - пороговый элемент,

6 - общий сумматор,

7 - блок дешифраторов

8, 9 - дешифратор,

10 - блок корреляторов,

11 - блок выбора максимального сигнала,

12 - пороговый блок,

13 - блок сканирования,

14, 15 - делитель частоты с переменным коэффициентом деления,

16 - генератор копии,

17 - регистр сдвига.

Для облегчения понимания сути предлагаемого изобретения блоки 2-9 устройства поиска широкополосного сигнала, выполняющие функцию поиска и обнаружения широкоплосного сигнала, объединены в блок обнаружения сигнала.

Блок-схема устройства-прототипа изображена на фиг.2. Она содержит последовательно соединенные блок защиты от сосредоточенных помех 1 и блок обнаружения сигнала 2.

Суть работы устройства-прототипа заключается в следующем. На вход блока защиты 1 поступает адаптивная смесь полезного широкополосного сигнала, сосредоточенных по спектру помех, широкополосных помех типа белого нормального шума и структурных помех, т.е. таких помех, которые как и полезный сигнал принадлежат к определенному ансамблю сложных фазоманипулированных сигналов, но имеют другой закон формирования манипулирующей псевдослучайной последовательности (ПСП).

В блоке защиты 1 осуществляется режекция участков спектра, пораженных сосредоточенными (узкополосными) помехами, в результате чего влияние сосредоточенных помех значительно ослабляется и смесь полезного сигнала, структурных помех и белого шума поступает на вход блока обнаружения 2, где в соответствии с заданным алгоритмом осуществляется поиск и обнаружение полезного широкополосного сигнала.

Устройство-прототип обладает повышенной помехозащищенностью обнаружения по отношению к помехам типа белого шума и сосредоточенным по спектру помехам, что определяется базой широкополосного сигнала. К сожалению, этого оказывается недостаточно для преодоления трудностей, связанных с поиском сигналов в условиях воздействий мощных структурных помех, например при организации связи между станциями, расстояние между которыми изменяется в широких пределах.

В качестве примера можно рассмотреть систему связи, состоящую из двух передатчиков и приемников, описанную в книге Диксона Р.Л. "Широкополосные системы", М.: Связь, 1979 г., с. 50-51, где показано, что только за счет получения выигрыша при обработке сигналов не удается достаточно эффективно решить проблему обнаружения сигналов с большим динамическим диапазоном. Там же делается вывод о том, что возможно единственным жизнеспособным решением проблемы обеспечения связи в таких системах является частотно-временное кодирование. Однако существуют системы связи, где частотное и временное разнесение работающих радиосредств не всегда возможно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности в условиях воздействия структурных помех.

Для достижения поставленной цели в устройство поиска широкополосных сигналов (в прототип), содержащее блок защиты от сосредоточенных помех и блок обнаружения сигнала, введены n каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных блока коммутации, первого перемножителя, режекторного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого через элемент задержки соединен с другим входом первого перемножителя и выходом блока обнаружения структурной помехи, вход которого объединен с первым входом первого перемножителя, а также (n+1)-й блок коммутации и решающий блок.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.3 со следующими обозначениями:

1 - блок защиты от сосредоточенных помех,

2 - блок коммутации,

3, 7 - перемножитель,

4 - блок обнаружения структурной помехи,

5 - блок обнаружения сигнала,

6 - режекторный фильтр,

8 - элемент задержки,

9 - решающий блок.

Устройство имеет следующие функциональные связи.

Устройство поиска широкополосных сигналов содержит n параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных блока коммутация 2, первого перемножителя 3, режекторного фильтра 6, второго перемножителя 7, видеочастотный вход которого через элемент задержки 8 соединен с видеочастотным входом первого перемножителя 3 и выходом блока обнаружения структурной помехи 4, вход которого объединен с радиочастотным входом первого перемножителя 3, а также блок защиты от сосредоточенных помех, (n+1)-й блок коммутации 2, блок обнаружения сигнала 5, решающий блок 9, при этом в каждом канале два выхода блока обнаружения структурной помехи 4 соединены с соответствующими входами решающего блока 9, адресные выходы которого соединены с объединенными адресными входами всех блоков коммутации 2, входы управления которых подключены к соответствующим выходам решающего блока 9, первые информационные входы соединены с выходом блока защиты от сосредоточенных помех 1, n других информационных входов соединены с выходами соответствующих вторых перемножителей 7, выход (n+1)-го блока коммутации 2 соединен с входом блока обнаружения сигнала 5, три дополнительных выхода которого подключены к соответствующим входам решающего блока.

Работа предлагаемого устройства поиска широкополосных сигналов в условиях воздействия любого числа структурных помех (ограниченного сверху лишь возможностями технической реализации) основывается на включения перед входом блока обнаружения сигнала 5 каналов компенсация структурных помех, соединяемых последовательно в порядке убывания уровней приходящих на вход устройства поиска помех.

Предполагается, что структурные помехи принадлежат к ансамблю фазоманипулированных широкополосных сигналов, перекрывающихся с полезным сигналом по частоте, сдвинутых случайным образом по времени и имеющих известный закон формирования.

На фиг.4 представлена структурная схема, которая иллюстрирует работу предлагаемого устройства в условиях воздействия четырех структурных помех. Для этой схема введены следующие обозначения:

1 - блок защиты от сосредоточенных помех,

2÷5 - канал компенсации структурной помехи,

6 - блок обнаружения сигнала.

Стрелками показаны возможные направления прохождения сигнала.

Принимаемый сигнал в смеси с помехами с выхода блока защиты от сосредоточенных помех 1 поступает на входы всех каналов компенсации структурных помех 2÷5 и блока обнаружения сигнала 6. После окончания процесса обнаружения в каждом из них и сравнения между собой значений корреляционных откликов порядок соединения каналов компенсации 2÷5 с блоком обнаружения 6 может быть различным, что и показано на фиг.4.

Рассмотрим наиболее типичные случаи.

1. На входе устройства поиска присутствует максимально возможное число структурных помех (в системе связи одновременно работают все радиопередатчики). Уровни всех помех различны и превышают уровень полезного сигнала.

В этом случае в зависимости от соотношения между уровнями структурных помех возможны Р_n соединений друг с другом каналов компенсации 2÷5. Здесь через P_n обозначены перестановки из n элементов, число которых, как известно, равно

P_n=n!

Для рассмотренного выше примера из четырех мешающих передатчиков Р₄=4!=24. Это могут быть, например, такие соединения

2→3→4→5→6, 3→5→4→2→6, 4→3→5→6

Последнее соединение представлено на фиг.5

2. Уровня всех помех различны, а уровень полезного сигнала может превышать некоторые из них.

В этом случае перед входом блока обнаружения сигнала 6 включаются только те каналы компенсации, в которых подавляются структурные помехи с уровнем, превышающим уровень полезного сигнала, а число соединений их между собой равно P_m=m!, где m - число структурных помех с большим, чем у полезного сигнала, уровней.

3. Присутствует часть структурных помех с разными уровнями.

Этот случай сводится к случаю 2, так как можно положить, что отсутствующие структурные помехи имеют нулевой уровень, превышаемый уровнем полезного сигнала.

Рассмотрим подробнее работу предлагаемого устройства поиска.

Принимаемый сигнал в смеси с помехами типа белого шума, сосредоточенными по спектру, и структурными помехами поступает на вход блока защиты 1 (фиг.3), где происходит подавление сосредоточенных по спектру помех.

С выхода блока защиты 1 сигнал подается на радиочастотные входы блоков коммутации 2, на адресные входы которых в начальный момент поиска с выхода решающего блока 9 подается адресный код, в соответствии с которым сигнал с выхода блока защиты 1 коммутируется на вход блока обнаружения сигнала 5 и на входы каналов компенсации, каждый из которых состоит из блока обнаружения соответствующей структурной помехи 4, элемента задержки 8 и цепочки из первого перемножителя 3, режекторного фильтра 6 и второго перемножителя 7.

Блоки обнаружения 4 и 5 осуществляют поиск соответственно структурных помех и сигнала. После окончания цикла поиска полезного сигнала блоком 5 решающий блок 9 осуществляет выбор максимального значения корреляционного отклика, после чего на блок коммутации 2 канала с максимальным корреляционным откликом подается команда, по которой запоминается текущий адресный код и блокируется прохождение последующих адресных кодов, т.е. происходит фиксация состояния блока коммутации 2.

В каналах, где произошло обнаружение структурной помехи, последняя подавляется. Осуществляется это следующим образом. Смесь сигнала и помех поступает на радиочастотный вход первого перемножителя 3, на видеочастотный вход которого с выхода блока обнаружения 4 подается опорная ПСП, синхронизированная со структурной помехой, при формировании которой использовалась аналогичная последовательность.

В результате перемножения происходит сжатие структурной помехи по спектру, а затем подавление ее в режекторном фильтре 6, полоса задержания которого выбирается равной ширине спектра информационного сообщения, передаваемого структурной помехой.

Восстановление полезного сигнала (и остальных структурных помех) осуществляется во втором перемножителе 7, на видеочастотный вход которого через элемент задержки 8 подается та же опорная ПСП. Время задержки выбирается о учетом задержки сигналов в режекторном фильтре 6.

Таким образом, на выходах вторых перемножителей 7 структурные помехи значительно подавлены. Степень подавления зависит от избирательности режекторных фильтров 6 и может составлять более 50 дБ.

После выбора канала компенсации с максимальным корреляционным откликом решающий блок 9 вырабатывает адресный код, по которому выход второго перемножителя 7 этого канала через соответствующие блоки коммутации 2 подается на радиочастотные входы блока 5 и блоков 4 незаблокированных каналов компенсации. Поиск продолжается до тех пор, пока не будет обнаружен полезный сигнал блоком 5.

Рассмотренные выше блоки коммутации 2, решающий блок 9 могут быть реализованы различным способом. В частности, они могут быть выполнены так, как описано ниже.

На фиг.6 представлена структурная электрическая схема блока коммутации 2, где введены следующие обозначения:

21 - многоканальный коммутатор,

22 - регистр.

Многоканальный коммутатор 21 имеет n+1 информационных входов, на один из которых подается сигнал с выхода блока защиты от сосредоточенных помех 1, а на n других - выходы вторых перемножителей 7 соответствующих каналов компенсации, количество которых выбирается равным максимально возможному числу структурных помех. Управление коммутатором 21 осуществляется выходными сигналами регистра 22, в который асинхронно записывается адресный код, формируемый в решающем блоке 9. При поступлении с решающего блока 9 команды на блокирование адресного кода (в случае, если структурная помеха в канале имеет максимальный уровень), в регистре 22 происходит запоминание текущего адресного кода и отключение адресных входов от решающего блока 9.

Как многоканальный коммутатор 21, так и регистр 22 технически реализуемы и могут быть выполнены на стандартных микросхемах, выпускаемых отечественной промышленностью, например, в качестве регистра 22 может использоваться микросхема 564ИР6, в качестве многоканальных коммутаторов - микросхемы 564КП1, 564КП2, 590КН6, 591KН2 и др.

На фиг.7 представлена структурная электрическая схема решающего блока 9 со следующими обозначениями:

91 - устройство выборки и хранения (УВХ),

92 - триггер,

93 - ключ,

94 - блок выбора максимального корелляционного отклика,

95 - операционный усилитель,

96 - стробируемый компаратор,

97 - шифратор,

98 - аттенюатор.

На сигнальные и управляющие входы устройств выборки и хранения 91 с выходов блоков обнаружения структурных помех 4 каждого канала компенсации и блока обнаружения сигнала 5 подаются соответственно значения корреляционных откликов и сигналы превышения порога. При этом корреляционный отклик с выхода блока обнаружения сигнала 5 подается на УВХ 91 через аттенюатор, ослабление которого выбирается с учетом количества действующих в системе связи структурных помех и требуемого качества выделения информации при приеме. Действительно, за счет введения аттенюатора поиск полезного сигнала продолжается до тех пор, пока не выполнится требуемое соотношение между максимальным корреляционным откликом помех и корреляционным откликом полезного сигнала.

В случае превышения порога в одном или нескольких каналах компенсации в соответствующие УВХ 91 записываются значения корреляционных откликов, которые через открытые ключи 93 подаются на блок выбора максимального корреляционного отклика 94, представляющий собой известную схему из соединенных определенным образом (как показано на фиг.7) операционных усилителей и диодов. В такой схеме высокий потенциал присутствует только на выходе операционного усилителя, на вход которого поступает максимальный корреляционный отклик.

После окончания цикла поиска полезного сигнала блок обнаружения сигнала 5 вырабатывает стробирующий импульс, который подается на входы компараторов 96, служащих для согласования выходных сигналов операционных усилителей 95 с цифровыми схемами. Возникающий при этом положительный перепад напряжения на выходе одного из компараторов 96 переводит триггер 92 с защелкой в единичное состояние. Этот сигнал используется для запирания ключа 93 и блокирования адресного кода в блоке коммутации 2.

Номер же канала с максимальным уровнем структурной помехи преобразуется в шифраторе 97 в адресный код управления блоками коммутации 2, в соответствии с которым выход второго перемножителя 7 этого канала подключается к радиочастотным входам блока обнаружения сигнала 5 и остальных блоков обнаружения структурных помех (незаблокированных).

Все блоки, на которых построен решающий блок, технически реализуемы и описаны в литературе. Например, устройство выборки и хранения 91 и операционные усилители 95 подробно описаны в следующих книгах:

А.Г.Алексенко, Е.А.Коломбет, Г.И.Стародуб. Применение презиционных аналоговых схем. - М.: Сов. радио, 1980 г.

Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1984 г.

Работа шифраторов, осуществляющих преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления, хорошо описана в книге Б.А.Калабекова, И.А.Мамзелева. Основы автоматики и вычислительной техники. - М.: Связь, 1980 г.

Триггер 92 с защелкой представляет собой стандартный Д-триггер, на информационный вход которого подана логическая единица.

Блоки обнаружения сигнала 5 и структурных помех 4 выполнены и работают так же, как и блок обнаружения сигнала 2 в устройстве-прототипе (см. фиг.2) и имеют по два дополнительных выхода: один (см. фиг.1) - из точки соединения выхода блока выбора максимального сигнала 6 и входа порогового блока 8, другой - из точки соединения выхода порогового блока 8 и входа блока сканирования 9.

Кроме того, для стробирования компараторов 96 решающего блока 9 (см. фиг.7) используется еще один дополнительный выход блока обнаружения сигнала 5 - с выхода блока сканирования 9 (см. фиг.1), который является неотъемлемой частью любого устройства поиска широкополосных сигналов, описан во многих авторских свидетельствах, монографиях (например, в широко известных книгах Тузова Г.И., Пестрякова В.Б. 1, 2), аппаратурно реализован в серийно выпускаемой аппаратуре "Кулон-ШМ" (ШИ2.001.99), описание которой приведено в техническом описании на аппаратуру "Кулон-ШМ" (Воронеж, 1977).

В качестве стробирующего импульса используется сигнал окончания цикла поиска, вырабатываемый блоком сканирования 9 после просмотра всей зоны неопределенности входного сигнала по задержке.

Предлагаемое устройство поиска позволяет значительно увеличить помехозащищенность поиска полезного широкополосного сигнала в условиях воздействия структурных помех, закон формирования которых известен.

Покажем это на конкретном примере. Пусть блок обнаружения сигнала 5 обеспечивает за счет выигрыша при обработке, зависящего от базы используемых широкополосных сигналов, помехозащищенность поиска полезного сигнала 30 дБ. Блоки обнаружения структурных помех обладают такой же помехозащищенностью. Пусть также режекторный фильтр 6, включаемый в каналах компенсации структурных помех, обеспечивает подавление в полосе задержания не менее 50 дБ, что соответствует такому же ослаблению структурной помехи. Тогда предлагаемое устройство позволяет обнаружить полезный сигнал при действии одной структурной помехи, уровень которой на 80 дБ превышает уровень полезного сигнала, или при действии до 25-30 структурных помех с уровнем, превышающем уровень полезного сигнала примерно на 50 дБ.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет высокую помехозащищенность поиска в условиях воздействия структурных помех.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах передачи информации широкополосными фазоманипулированными сигналами. Техническим результатом является повышение помехозащищенности в условиях воздействия структурных помех. В устройство поиска широкополосных сигналов введены блок коммутации и n параллельных каналов. Каждый канал содержит блок обнаружения структурной помехи, элемент задержки, коммутатор, два перемножителя, режекторный фильтр, соединенные между собой и с другими элементами устройства соответствующим образом. 7 ил.

Устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее блок защиты от сосредоточенных помех и последовательно соединенные блок обнаружения сигнала и решающий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности в условиях воздействия структурных помех, введены блок коммутации и n параллельных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок обнаружения структурной помехи и элемент задержки и последовательно соединенные коммутатор, первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, к другому входу которого подключен выход элемента задержки, а к другому входу первого перемножителя подключен выход блока обнаружения структурной помехи, вход которого объединен с соответствующим входом первого перемножителя, при этом выход блока защиты от сосредоточенных помех подключен к объединенным информационным входам коммутаторов n каналов и блока коммутации, к управляющим и адресным входам которых подключены соответствующие выходы решающего блока, ко входам которого подключены соответственно выходы блоков обнаружения структурной помехи n каналов, выходы вторых перемножителей которых подключены к соответствующим входам коммутаторов n каналов и к соответствующим входам блока коммутации, выход которого подключен к информационному входу блока обнаружения сигнала.