УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 H04L7/00 

Изобретение относится к области широкополосных систем радиосвязи с шумоподобными сигналами и преимущественно может быть использовано в спутниковых системах связи.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов, например, описанные в авторских свидетельствах: №425367, МКИ Н 04 L 1/10, "Устройство поиска широкополосных сигналов"; №439928, МКИ Н 04 В 1/06, "Следящий приемник шумоподобных сигналов с многоканальным устройством поиска"; №495773, МКИ Н 04 В 1/10, "Устройство поиска шумоподобных сигналов". В этих устройствах сокращение времени поиска достигается за счет такого построения схемы, при котором оптимальным образом используются многоканальные корреляторы. Однако общим недостатком указанных устройств является ограниченность их функциональных возможностей в реальной линии связи.

Это объясняется тем, что время поиска шумоподобных сигналов при наличии помех и при их отсутствии в вышеприведенных устройствах одинаково и, как правило, выбирается с учетом наихудшей помеховой обстановки в линии связи.

В настоящее время известны устройства, которые позволяют сократить время поиска при малом соотношении шум/сигнал, например, описанные в следующих авторских свидетельствах: №311415, МКИ Н 04 L 7/04, "Устройство для циклического поиска широкополосных шумоподобных сигналов по задержке"; №264489 21 а 460, МКИ Н 04 В, "Устройство для обеспечения случайного поиска псевдошумовых сигналов по задержке".

В этих устройствах поиска шумоподобных сигналов сокращение времени поиска достигается за счет такого построения схемы, при котором используются данные целеуказания, или исходные априорные данные, вводимые в генератор образцовой псевдошумовой М-последовательности. Однако в большинстве случаев радиосвязи, когда абоненты связи случайным образом размещаются по территории (связь с подвижными объектами), указанные устройства становятся малоэффективными из-за невозможности получения данных целеуказаний, в особенности в условиях преднамеренных помех противника.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать "Устройство поиска шумоподобного сигнала".

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

1 - регистр сдвига,

2 - перемножитель,

3 - интегратор,

4 - амплитудный детектор,

5 - сдвигающий триггер, 6Л, 6Ц, 6П - схемы выбора максимальных значений сигналов,

7 - схема сравнения на четыре входа,

8 - ключ,

9 - формирователь порога,

10 - сумматор,

11 - схема сравнения на два входа,

12 - управляемый делитель точной дискретной ФАП,

13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП,

14 - устройство управления,

15 - генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности,

16 - схема управления по задержке,

17 - опорный генератор,

18 - схема принятия решения,

19 - устройство фазирования по задержке,

20 - генератор информационной псевдослучайной последовательности,

21 - дополнительный регистр сдвига,

22 - дополнительная схема сравнения на два входа,

23 - дополнительный сдвигающий триггер.

Для облегчения понимания физической сути предлагаемого устройства авторы укрупнили некоторые функциональные узлы прототипа (фиг.1).

1. Последовательно соединенные перемножители 2, генераторы 5, амплитудные детекторы 4 в группе выполняют функцию вычисления взаимной корреляции между принимаемым и опорными сигналами.

Эта операция может осуществляться различными техническими средствами, например: с помощью коррелятора с использованием рециркулятора, цифровых методов обработки, кинематических фильтров и т.д.

Поэтому вышеуказанные соединения элементов объединены в узел - группа узкополосных корреляторов.

2. Генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности 15, резистор сдвига 1, сдвигающий триггер 5 объединены в узел-генератор синхронизирующей последовательности (СП).

3. Генератор информационной псевдослучайной последовательности 20, дополнительный регистр сдвига 21, дополнительный сдвигающий триггер 25, устройство фазирования по задержке 19 объединены в узел - управляемый генератор информационной последовательности (ИП).

4. Схемы выбора максимальных сигналов 6Л, Ц, П, схема сравнения на четыре входа 7, ключи 8, сумматор 10, схема сравнения на два входа 22, схема принятия решений 18 объединены в узел - решающая схема.

5. Управляемый делитель точной дискретной ФАП 12, управляемый делитель грубой дискретной ФАП 13, устройство управления 14, схема управления по задержке объединены в узел-устройство управления по задержке.

Укрупненная блок-схема "Устройство поиска шумоподобного сигнала" (прототипа) представлена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор синхронизирующей последовательности (СП);

2 - группа узкополосных корреляторов;

3 - формирователь порога;

4 - решающая схема;

5 - управляемый генератор информационной последовательности;

6 - опорный генератор;

7 - устройство управления по задержке.

Устройство (прототип) осуществляет параллельно-последовательный поиск и обнаружение сигнала синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП) тремя группами узкополосных корреляторов: первой и второй, каждая из которых состоит из n каналов, и центральной группой, состоящей из трех каналов: левого, центрального и правого, и последовательный поиск и обнаружение сигнала информационной псевдослучайной последовательности узкополосным коррелятором ИП.

Зона поиска входного шумоподобного сигнала синхронизирующей последовательности, равная периоду его следования, разбивается на N временных интервалов возможного нахождения сигнала. Длительность каждого интервала равна 2(n+1)τ_о, где τ_o - длительность элементарного импульса псевдослучайных последовательностей СП и ИП.

Входной шумоподобный сигнал поступает на радиочастотные входы узкополосных корреляторов устройства. На видеочастотные входы узкополосных корреляторов первой, второй групп, левого и правого каналов центральной группы подаются опорные сигналы синхронизирующей последовательности с генератора СП, сдвинутые относительно друг друга на τ_о, опорный сигнал синхронизирующей последовательности, поступающий на узкополосный коррелятор центрального канала сдвинут относительно опорных сигналов левого и правого каналов на ±τ_o/2. На видеочастотный вход узкополосного коррелятора ИП поступает опорный сигнал информационной последовательности, сфазированный с сигналом синхропоследовательности, с выхода управляемого генератора ИП.

В узкополосных корреляторах первой, второй и центральной групп вычисляется взаимная корреляция между входным шумоподобным сигналом и опорными сигналами синхронизирующей последовательности (СП).

В решающей схеме выбирается максимальный сигнал каждой группы, который сравнивается с выходным сигналом формирователя порога.

Если в процессе поиска сигнала синхронизирующей псевдослучайной последовательности 2(n+1) корреляционными каналами, в i-м временном интервале сигнал не обнаружен (максимальные сигналы групп меньше сигнала порога), решающая схема (4) выдает команду по выходу "0" в устройство управления по задержке, по которой осуществляется задержка тактовых импульсов ТИ на 2(n+1) тактов, при этом в генераторе СП происходит задержка опорных сигналов СП на время 2(n+1)τ_о и устройство начинает поиск в следующем (i+1)-м временном интервале.

При обнаружении входного сигнала СП в одном из N временных интервалов левой или правой группой узкополосных корреляторов (максимальный сигнал группы превысит порог), решающая схема запрещает задержку импульсов ТИ на время 2(n+1)τ_o и разрешает грубую подстройку фазы тактовых импульсов по команде "Г" на ±τ_o до тех пор, пока входной сигнал не будет обнаружен центральной группой узкополосных корреляторов, после чего решающая схема запрещает грубую подстройку фазы тактовых импульсов, поступающих на генератор СП и управляемый генератор ИП, и разрешает точную подстройку тактовых импульсов ТИ по команде "Т" с шагом ±τ_о/L, где L - любое целое число, определяемое заданной точностью слежения. Точная подстройка фазы тактовых импульсов осуществляется по выходным сигналам "В" и "С" левого и правого каналов центральной группы.

После обнаружения сигнала СП центральной группой корреляторов решающая схема принимает решение о начале поиска сигнала информационной псевдослучайной последовательности (ИП). Узкополосным коррелятором ИП просматривается "m" возможных временных позиций сигнала ИП относительно сигнала СП.

При обнаружении сигнала ИП решающая схема, при условии совпадения подряд r стробирующих импульсов и обнаруженных сигналов СП и ИП, принимает решение об обнаружении входного сигнала, состоящего из сигналов СП и ИП. Если число совладений сигналов меньше r и равно p и после р-го совпадения не произойдет подряд j-совпадений, решающая схема выдает команду в устройство управления по задержке на возобновление поиска входного шумоподобного сигнала. В генераторе СП можно изменить временную задержку между сигналами СП и ИП, тем самым, увеличивая ансамбль кодов.

Основным недостатком "Устройства поиска шумоподобного сигнала" (прототипа) является то, что для обеспечения высокой помехозащищенности устройства требуется большое время поиска, соизмеримое со временем постановки противником преднамеренных имитационных помех.

В качестве примера рассмотрим реальную линию связи с шумоподобными сигналами, в которой за счет эффекта Доплера и нестабильности частот опорных генераторов существует область неопределенности несущей частоты шумоподобного сигнала порядка Δf=30 кГц. Помехоустойчивость устройства определяется следующей формулой:

где q_вх - отношение сигнал/шум на входе устройства поиска,

q_вых - отношение сигнал/шум на выходе устройства,

τ_о - длительность элементарного импульса псевдослучайных последовательностей СП и ИП,

Т_н - время накопления входного сигнала,

К - коэффициент потерь в устройстве,

К=0,2÷0,3

Для обеспечения помехоустойчивости устройства 40 дБ при значении τ_о=0,5 мкс необходимое время накопления составит около 10 мс при полосе корреляторов порядка ΔF=100 Гц. Время поиска сигнала СП по задержке определяется как

где B_сп - база сигнала СП,

n - число корреляторов в одной группе.

Из-за неопределенности несущей частоты входного шумоподобного сигнала необходимо осуществлять поиск сигнала СП по задержке в каждой из частотных зон, поэтому общее время поиска составляет

Т поиска

При значениях В_сп=2047, n=5 это время приблизительно равно 750 секундам.

Такое большое время поиска не позволяет проводить эффективно борьбу с имитационными помехами, так как противник может успеть обнаружить сигнал, расшифровать его структуру, сформировать имитационную помеху (структура и фаза которой совпадают с принимаемым сигналом) и ввести устройство поиска в ложный синхронизм.

Предлагаемое "Устройство для поиска шумоподобного сигнала" свободно от вышеуказанного недостатка и позволяет уменьшить время поиска сигнала, сохраняя при этом высокую помехозащищенность.

Это достигается за счет использования в устройстве двух функционально связанных, одновременно работающих устройств поиска шумоподобного сигнала, одно из которых осуществляет ускоренный поиск сигнала, второе обеспечивает обнаружение сигнала при высоком уровне помех. При этом время поиска шумоподобного сигнала зависит от соотношения шум/сигнал по входу устройства и при отношениях шум/сигнала меньших некоторого уровня, определяемого заданной помехоустойчивостью первого устройства поиска, оно очень мало.

Это позволяет обнаружить сигнал прежде, чем противник успеет поставить имитационную помеху.

Действительно, для того чтобы сформировать ее, противник должен обнаружить передаваемый сигнал и расшифровать его структуру. Все это он может сделать, как правило, при отсутствии помех или их малом уровне. Поэтому в течение этого времени и времени распространения сигнала от источника помех до приемного устройства, которое составляет, например, в спутниковых линиях связи около 0,5 секунды, уровень помех на входе устройства поиска также мал и позволяет предлагаемому устройству обнаружить за это время входной сигнал.

Возможность быстрого обнаружения входного шумоподобного сигнала также важна в условиях обычной эксплуатации систем связи с шумоподобными сигналами, так как уровень помех, как правило, не очень высок и нет необходимости тратить большое время на поиск сигнала.

С другой стороны, если противник применяет энергетические помехи, нарушающие работу первого устройства ускоренного поиска сигнала, второе устройство поиска в предлагаемом устройстве обеспечивает помехозащищенное обнаружение входного сигнала.

для достижения вышесказанной цели в "Устройство поиска шумоподобного сигнала" (прототип), содержащее генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП), управляемый генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП) группы узкополосных корреляторов, решающую схему, опорный генератор, причем один выход генератора СП соединен со входом управляемого генератора ИП, остальные 2(n2+1) выхода генератора СП и выход управляемого генератора ИП соединены с видеочастотными входами узкополосных корреляторов третьей и четвертой групп, и узкополосного коррелятора ИП, выходы которых соединены со входами решающей схемы, три входа которой соединены с выходами центральной группы узкополосных корреляторов, введены: генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности, выполненный с управлением (управляемый генератор СП), дополнительный генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности (дополнительный генератор СП), группы узкополосных корреляторов выполненных со сбросом, две группы корреляторов со сбросом, предназначенные для быстрого обнаружения входного сигнала синхронизирующей последовательности, коммутатор последовательностей, подключающий видеочастотные входы узкополосных корреляторов центральной группы к выходам дополнительного генератора СП, работающего в режиме быстрого обнаружения входного шумоподобного сигнала, решающая схема выполненная с памятью, дополнительная решающая схема, управляемый синтезатор частот и блок смесителей, осуществляющие сдвиг спектра входного шумоподобного сигнала, коммутатор и устройство управления, осуществляющее заданный алгоритм работы устройства, причем видеочастотные входы узкополосных корреляторов центральной группы через коммутатор последовательностей соединены с тремя выходами управляемого генератора СП, видеочастотные входы корреляторов первой и второй групп соединены с 2n1 выходами дополнительного генератора СП, (2·h1+1)-й выход которого соединен с управляемым генератором СП, а (2n1+2)-ой выход с управляемым генератором ИП, выходы корреляторов первой и второй групп соединены со входами дополнительной решающей схемы, выходы которой соединены с тремя входами устройства управления, семь других входов которого соединены с выходами решающей схемы с памятью, один из входов которой соединен с выходом частотного дискриминатора корреляторов центральной группы, одиннадцатый вход устройства управления соединен с опорным генератором, первый и второй выходы устройства управления соединены с управляемым генератором ИП, третий соединен с дополнительным генератором СП, управляемым генератором СП к управляемым генератором ИП, четвертый с управляемым генераторы СП и управляемым генератором ИП, пятый выход соединен с управляемым генератором СП, шестой соединен с четвертым входом коммутатора последовательностей, пятый, шестой, седьмой входы которого соединены с выходами n1, Л, П дополнительного генератора СП, седьмой выход устройства управления соединен с коммутатором, восьмой и девятый со входами сброса корреляторов и узкополосных корреляторов, десятый выход устройства управления соединен с решающей схемой с памятью, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый соединены с управляемым синтезатором частот, три выхода которого соединены с блоком смесителей, на четвертый вход которого поступает входной сигнал, первый выход блока смесителей соединен с радиочастотными входами корреляторов первой и второй групп, второй выход соединен с радиочастотными входами узкополосных корреляторов третьей и четвертой группы и входом коммутатора, второй вход которого соединен с третьим выходом блока смесителей, выход коммутатора соединен с радиочастотными входами узкополосных корреляторов центральной группы и узкополосного коррелятора ИП.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.3, для которой введены следующие обозначения:

1 - управляемый генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП),

2 - группа узкополосных корреляторов со сбросом,

4 - решающая схема с памятью,

5 - управляемый генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП),

6 - опорный генератор,

8 - коммутатор,

9 - блок смесителей,

10 - управляемый синтезатор частот,

11 - дополнительный генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности,

12 - группа корреляторов со сбросом,

13 - дополнительная решающая схема,

14 - устройство управления,

15 - коммутатор последовательностей.

Предлагаемое устройство содержит два взаимосвязанных, одновременно работающих устройства поиска входного сигнала СП. Первое устройство представляет собой устройство ускоренного поиска сигнала СП. Оно состоит из дополнительного генератора СП 11, первой и второй групп корреляторов 12 и дополнительной решающей схемы 13, и осуществляет быстрый поиск сигнала СП по задержке в заданной полосе возможного положения частоты несущей входного шумоподобного сигнала.

Второе устройство подставляет собой устройство помехозащищенного поиска входного сигнала СП и состоит из управляемого генератора СП 1, третьей, четвертой и центральной групп узкополосных корреляторов 2 и решающей схемы с памятью 4. Оба устройства работают взаимосвязано и управление их работой осуществляется устройством управления 14.

В процессе поиска сигнала СП могут сложиться следующие ситуации:

1. Сигнал СП будет обнаружен первым устройством поиска.

2. Сигнал СП будет обнаружен вторым устройством поиска.

3. Сигнал СП будет обнаружен обоими устройствами одновременно.

В первом случае по команде "О", прекращается задержка опорных сигналов в дополнительном генераторе СП 11 и по команде "Г1" будет происходить грубая подстройка фазы этих сигналов на ±τ_о,

где τ_о - длительность элементарного импульса входного шумоподобного сигнала.

Как только сигнал СП обнаружится в n1-ом корреляционном канале, по команде "Ц1" произойдет подключение опорных сигналов с выходов n1, Л, П дополнительного генератора СП к центральной группе узкополосных корреляторов 2.

При этом второе устройство, не прекращая поиска сигнала СП третьей и четвертой группами узкополосных корреляторов 2, осуществляет проверку правильности обнаружения сигнала СП помехозащищенными корреляторами центральной группы. Если существует область неопределенности несущей частоты входного сигнала, вызванная нестабильностями опорных генератора, эффектов Доплера и т.д., такая проверка осуществляется на всех возможных частотных позициях несущей внутри полосы корреляторов первого устройства.

В случае необнаружения сигнала СП центральной группой узкополосных корреляторов, по команде "W" первое устройство продолжит поиск сигнала СП, а к видеочастотным входам центральной группы подключатся опорные сигналы с управляемого генератора СП 1.

При обнаружении сигнала СП выдается команда "W", по которой начинается точная подстройка по фазе опорных сигналов дополнительного генератора СП, проводящаяся по сигналу "Т1", и точная подстройка частоты несущей входного сигнала по команде "Т2". Кроме того, по команде "W" предлагаемое устройство производит поиск сигнала ИП1 с помощью управляемого генератора ИП (5), узкополосного коррелятора ИП 2 и решающей схемы с памятью (4).

С этой целью управляемый генератор ИП фазируется с дополнительным генератором СП и узкополосным коррелятором ИП, просматриваются все возможные позиции сигнала ИП относительно сигнала СП. Если сигнал ИП будет обнаружен и рядом совместных проверок подтверждена правильность обнаружения входного шумоподобного сигнала, по команде "И" устройство переходит к приему информации. При этом второе устройство поиска прекращает поиск сигнала СП и управляемый генератор СП фазируется с дополнительным генератором СП. Опорные сигналы дополнительного генератора СП отключаются от центральной группы и дальнейшие подстройки проводятся по опорным сигналам управляемого генератора СП.

Во второй ситуации, когда сигнал СП будет обнаружен вторым устройством поиска, выдается сигнал обнаружения "02" и по команде "Г2" осуществляется грубая подстройка опорных сигналов в управляемом генераторе СП на ±τ_о до тех пор, пока сигнал не обнаружится в центральной группе узкополосных корреляторов. В этой случае выдается команда "Ц2", по которой начинается точная подстройка по фазе опорных сигналов в управляемом генераторе СП, проводимая по сигналу "T1" и точная подстройка частоты несущей входного сигнала по команде "T2". Параллельно проводится поиск сигнала ИП. Для этого управляемый генератор ИП фазируется с управляемым генератором СП и дальнейшие операции выполняются также как в предыдущем случае.

В третьей ситуации, когда сигнал СП обнаружен обоими устройствами поиска одновременно, приоритет отдается второму помехозащищенному устройству поиска. Это значит, что все подстройки и поиск сигнала ИП ведутся по опорным сигналам управляемого генератора СП. Опорные сигналы с дополнительного генератора СП отключены от центральной группы узкополосных корреляторов и первое устройство поиска находится в режиме грубой подстройки найденного им сигнала СП до тех пор, пока по каналу "И" не выдастся команда об обнаружении или необнаружении входного шумоподобного сигнала. В случае необнаружения дальнейшая работа осуществляется также как в первой ситуации. Если входной сигнал будет обнаружен, устройство переходит в режим приема информации.

Для обеспечения поиска входного шумоподобного сигнала по частоте, в предлагаемое устройство введены управляемый синтезатор частот 10, блок смесителей 9 и коммутатор (8), которые осуществляют сдвиг спектра сигналов, подаваемых на радиочастотные входы первого и второго устройства поиска. При этом эти устройства просматривают всю зону неопределенности частоты несущей входного шумоподобного сигнала.

Более подробно работа устройства осуществляется следующим образом. В первом устройстве поиска вся зона поиска по задержке входного сигнала синхронизирующей последовательности разбивается на N1 интервалов длительностью 2n₁τ_o, где τ_о - длительность элементарного импульса псевдослучайных последовательностей, n₁-количество корреляционных каналов в первой и второй группах корреляторов. В каждом i-ом цикле обработки входной сигнал через блок смесителей поступает на радиочастотные входы корреляторов со сбросом первой и второй групп, на видеочастотные входы которых поступают опорные сигналы синхронизирующей последовательности с дополнительного генератора СП, сдвинутые относительно друг друга на время τ_о. Каждая группа корреляторов состоит из n₁ корреляционных каналов, представляющих собой устройства квазиоптимальной фильтрации для входного сигнала синхронизирующей последовательности с задержкой, определяемой опорными сигналами СП. Время обработки входного сигнала в корреляционных каналах Тн1 выбирается с учетом заданной помехоустойчивости и устройства при быстром обнаружении сигнала и периодам следования входного сигнала синхронизирующей последовательности (СП). По выходным сигналам корреляционных каналов первой и второй групп в этом цикле обработки и р1 предыдущих циклах обработки (Р1=0,1,2...) в дополнительной решающей схеме формируется пороговый сигнал, с которым сравниваются сигналы каждого корреляционного канала. В случае необнаружения входного сигнала СП (выходные сигналы корреляционных каналов меньше порогового сигнала) дополнительная решающая схема выдает команду по каналу "01", по которой устройство управления сдвигает опорные последовательности СП в генераторе СП на время 2n1τ_о. В конце i-го цикла обработки входного сигнала и принятия решения устройство управления устанавливает корреляторы в исходное состояние. Первое устройство переходит в (i+1)-й цикл быстрого поиска входного сигнала СП.

В случае необходимости поиска входного сигнала по частоте, после каждых N₁ циклов поиска и необнаружения сигнала СП происходит сдвиг несущей входного сигнала, таким образом, чтобы первое устройство просматривало все возможные положения частоты несущей входного сигнала.

Сдвиг спектра входного сигнала S3 осуществляется в блоке смесителей изменением частоты одного из выходных сигналов управляемого синтезатора частот по команде устройства управления. Если в одном из N1 циклов обработки входной сигнал СП обнаружен (хотя бы один из сигналов первой или второй групп корреляторов превысил порог), дополнительная решающая схема выдает команду обнаружения по каналу "01", по которой устройство управления начинает грубую подстройку опорных сигналов СП в дополнительном генераторе СП на ±τ_о. При обнаружении сигнала в первой группе корреляторов дополнительная решающая схема выдает, команду по каналу "Г1" на сдвиг опорных последовательностей СП на +τ_о до тех пор, пока сигнал не обнаружится в n1-ом корреляционном канале. Если сигнал обнаружен второй группой корреляторов, решающая схема выдает сигнал по каналу "Г1" на сдвиг опорных последовательностей на -τ_о до тех пор, пока сигнал не обнаружится в n₁-ом корреляционном канале. При обнаружении сигнала в n 1-ом корреляционном канале дополнительная решающая схема выдает команду по выходу "Ц1", по которой устройство переходит в режим проверки сигнала СП, обнаруженного первым блоком корреляторов, центральной группой узкополосных корреляторов.

При этом устройство управления в момент сброса корреляторов третьей, четвертой и центральной групп выдает команды:

- на коммутатор последовательностей, который подключает к видеочастотным входам узкополосных корреляторов центральной группы опорные сигналы СП n1-го корреляционного канала первого блока корреляторов и сигналы с выходов "Л" и "П" дополнительного генератора СП, сдвинутые относительно него на +τ_o/2 и -τ_о/2,

- на коммутатор, который подключает к радиочастотным входам корреляционных каналов центральной группы и узкополосного коррелятора ИП сигнал S1 с выхода блока смесителей,

- на управляемый синтезатор частот, по которой начинается поиск сигнала СП центральной группой узкополосных корреляторов в m1 частотных зонах, охватывающих область возможных положений частоты несущей входного, шумоподобного сигнала внутри полосы корреляторов первого устройства поиска:

где Δf - ширина области изменений частоты несущей,

ΔF - величина частотной зоны, определяемая полосой узкополосных корреляторов,

ΔФ - полоса корреляторов первого устройства поиска.

Сдвиг спектра входного шумоподобного сигнала S1, подаваемого на радиочастотные входы узкополосных корреляторов центральной группы и коррелятора ИП, на величину частотной зоны ΔF осуществляется в блоке смесителей изменением частоты одного из выходных сигналов управляемого синтезатора частот по закону управляющего сигнала с устройства управления.

Одновременно с поиском сигнала СП по частоте осуществляется грубая подстройка опорных сигналов СП в дополнительном генераторе СП на ±τ_о по сигналам "Ц1" и "Г1" дополнительной решающей схемы в момент перехода в следующую частотную зону поиска. В каждом цикле поиска по частоте центральной группой узкополосных корреляторов, состоящей из трех корреляционных каналов, осуществляется квазиоптимальная обработка входного сигнала СП за время накопления Тн2. Решающая схема с памятью сравнивает выходные сигналы корреляционных каналов с сигналом порога. Если во всех частотных зонах сигналы меньше порога, устройство управления по сигналу "W" с решающей схемы с памятью прекращает поиск сигнала СП по частоте и переводит первый блок корреляторов в режим поиска входного сигнала СП по времени. С этой целью устройство управления выдает следующие команды:

- на коммутатор последовательностей, по которой к видеочастотным входам центральной группы корреляторов подключаются опорные сигналы СП с управляемого генератора СП,

- на коммутатор, который подключает к радиочастотным входам центральной группы корреляторов и коррелятору ИП сигнал S2 с блока смесителей. Циклы поиска входного сигнала СП в первом устройстве поиска возобновляется.

Если в каких-то частотных зонах сигналы хотя бы одного из трех корреляционных каналов превысят порог, решающая схема с памятью по выбранному критерию принимает решение об обнаружении входного сигнала в одной из этих зон и выдает сигнал по каналу "W", по которому устройство управления устанавливает выходную частоту управляемого синтезатора частот в соответствии с номером этой зоны и начинает точную подстройку опорных сигналов СП с дополнительного генератора СП по задержке и по частоте. Грубая подстройка опорных сигналов в первом устройстве поиска при этом прекращается. Точная подстройка по задержке осуществляется следующим образом. В решающей схеме с памятью сравниваются выходные сигналы левого, правого и центральной корреляционных каналов центральной группы узкополосных корреляторов и в зависимости от соотношения между ними по заданному алгоритму вырабатывает сигнал "Т1", по которому устройство управления сдвигает опорные последовательности СП в дополнительном генераторе СП на +τ_о/L₁ или -τ_о/L₁. Точная подстройка по задержке осуществляется с целью базирования опорного сигнала СП центрального корреляционного канала относительно входного сигнала СП с заданной точностью, определяемой целым числом L₁. Одновременно происходит точная частотная подстройка с шагом ΔF/L₂, где L₂ - целое число, определяющее точность подстройки несущей частоты входного шумоподобного сигнала. С этой целью в центральном корреляционном канале введем частотный дискриминатор, по сигналам которого решающая схема с памятью выдает команду "Т2" на сдвиг частоты несущей входного шумоподобного сигнала на +ΔF/L₂ или -ΔF/L₂.

Кроме этого, по сигналу "W" - обнаружения сигнала СП в одной из частотных зон, начинается поиск входного сигнала информационной псевдослучайной последовательности (ИП). Устройство управления выдает команды на Фазирование управляемого генератора ИП дополнительным генератором СП и прохождение тактовых импульсов ТИ1 дополнительного генератора СП на управляемый генератор ИП. Так как длительность периода информационной последовательности Тип кратна длительности периода синхронизирующей последовательности Тсп (Тип=αТсп), для обнаружения сигнала ИП достаточно просмотреть α относительных положений опорных сигналов ИП и СП. Для повышения помехоустойчивости устройства вводится β-циклов повторения поиска ИП. Поиск входного сигнала ИП осуществляется следующим образом. Входной сигнал S₁, с выхода блока смесителей через коммутатор поступает на радиочастотный вход узкополосного коррелятора ИП, на видеочастотный вход которого поступает опорный сигнал ИП с выхода управляемого генератора ИП. После сигнала сброса с устройства управления, по которому коррелятор переходит в исходное состояние, начинается обработка входного сигнала ИП в течение времени Тn2. В конце обработки выходной сигнал коррелятора сравнивается в решающей схеме с памятью с сигналом порога. В случае необнаружения сигнала ИП (сигнал с коррелятора ИП меньше порога) решающая схема с памятью выдает команду по выходу И, по которой устройство управления сдвигает опорную последовательность ИП в управляемом генераторе ИП на время, равное длительности периода генерируемой синхропоследовательности Тсп. Поиск сигнала ИП продолжается.

Если за все αβ циклов поиска входного сигнала ИП, этот сигнал не обнаружен, устройство управления выдает следующие команды:

- на фазирование управляемого генератора ИП управляемым генератором СП,

- на прохождение тактовых импульсов ТИ2 управляемого генератора СП на управляемый генератор ИП,

- на коммутатор последовательностей, который подключает к центральной группе корреляторов опорные сигналы СП с управляемого генератора СП,

- на коммутатор, который подключает к радиочастотным входам центральной группы корреляторов и коррелятора ИП сигнала S2 с выхода блока смесителей.

Первое устройство возобновляет поиск сигнала СП.

При обнаружении сигнала ИП в одном из αβ циклов поиска, устройство управления прекращает сдвиг опорной последовательности ИП в управляемом генераторе ИП и за последующие r циклов обработки входного шумоподобного сигнала корреляторами центральной группы и коррелятором ИП решающая схема с памятью по оптимальному критерию подтверждает или не подтверждает правильность обнаружения входных сигналов ИП и СП.

В случае неподтверждения решающая схема с памятью выдает команду по выходу "И", по которой устройство управления завершает оставшиеся из αβ циклов поиска входного сигнала ИП.

Если в конце r циклов обработки входного шумоподобного сигнала решающая схема с памятью подтвердит наличие сигнала ИП и СП, устройство управления по сигналу "И" выдает команды на фазирование управляемого генератора СП дополнительным генератором СП, прохождение тактовых импульсов ТИ1 дополнительного генератора СП на управляемый генератор СП и на подключение опорных сигналов СП с управляемого генератора СП к видеочастотным входам центральной группы корреляторов. В дальнейшем осуществляется точная подстройка по времени опорных сигналов СП с управляемого генератора СП по входному сигналу синхронизирующей последовательности и прием информации.

Поиск сигнала СП во втором устройстве поиска представляет собой параллельно-последовательный поиск сигнала СП по задержке в каждой из m2 частотных зон, охватывающих возможное положение частоты несущей входного шумоподобного сигнала. Полоса каждой зоны, время накопления и полоса узкополосных корреляторов выбираются оптимальным образом из условий наихудшего соотношения помеха/сигнал по входу устройства. Сдвиг спектра входного шумоподобного сигнала осуществляется в блоке смесителей, изменением частоты сигнала с управляемого синтезатора частот по командам устройства управления. Поиск входного сигнала СП в каждой частотной зоне происходит следующим образом. Сдвинутый по частоте входной сигнал S2 поступает на радиочастотные входы узкополосных корреляторов третьей и четвертой корреляционных групп и через коммутатор на радиочастотные входы центральной группы и узкополосного коррелятора ИП. Третья и четвертая группы узкополосных корреляторов состоят из (n2+1) - корреляционных каналов, центральная из трех - левого центрального и правого. Опорные сигналы СП с управляемого генератора СП, сдвинутые на τ_о относительно друг друга, подаются на видеочастотные входы корреляционных каналов третьей и четвертой группы, и через коммутатор последовательностей на видеочастотные входы левого и правого каналов центральной группы. Опорный сигнал СП, сдвинутый на τ_о/2 относительно сигналов левого и правого каналов центральной группы, подается на видеочастотный вход центрального канала через коммутатор последовательностей. Опорные сигналы СП левого и правого каналов центральной группы непосредственно с управляемого генератора СП подаются на (n2+1)-ый и (n2+2)-ой корреляционные каналы третьей и четвертой групп. Это позволяет не прерывать помехозащищенный поиск сигнала СП во время проверки сигнала СП, обнаруженного первым устройством поиска, центральной группой узкополосных корреляторов. Независимо от состояния коммутатора последовательностей во втором блоке корреляторов осуществляется параллельный анализ 2(n2+1) возможных значений задержки входного сигнала СП. Таким образом, за N2 последовательных циклов обработки просматриваются все возможные временные позиции входного сигнала СП с величиной базы от 2(n2+1)(N2-1) до 2(n2+1)N2.

В каждом из N2 циклов в течение времени накопления Tn2 происходит обработка входного шумоподобного сигнала узкополосными корреляторами, представляющими собой устройства квазиоптимальной фильтрации для входного сигнала СП с задержкой, определяемой опорными канальными сигналами СП. В конце цикла обработки в решающей схеме с памятью происходит сравнение сигналов каждого корреляционного канала с сигналом порога, который формируется на основе анализа этих и сигналов в Р2 предыдущих циклах последовательного поиска по задержке (P2=0,1,2...), после чего устройство управления устанавливает корреляторы в исходное состояние. В случае необнаружения сигнала СП (выходные сигналы всех каналов меньше порога) решающая схема с памятью выдает команду по выходу "02", по которой устройство управления задерживает опорные сигналы СП в управляемом генераторе СП на время 2 (n2+1). Начинается следующий цикл поиска входного сигнала СП по задержке. Если за N2 циклов входной сигнал СП не обнаружится, устройство управления по заданной программе изменяет частоту выходного сигнала управляемого синтезатора частот. При этом второй блок корреляторов переходит к поиску сигнала СП в следующей частотной зоне.

Если в режиме помехозащищенного поиска входной сигнал СП будет обнаружен первым устройством поиска, устройство управления выдает команду в решающую схему с памятью, по которой решение об обнаружении или необнаружении сигнала СП принимается на основе анализа выходных сигналов только третьей и четвертой корреляционных групп. Это позволяет не превышать помехозащищенный поиск входного сигнала СП во время проверки правильности обнаружения входного шумоподобного сигнала первым устройством. Если во время этой проверки или до нее входной сигнал СП будет обнаружен вторым блоком корреляторов (хотя бы один из анализируемых сигналов корреляционных каналов превысит порог), решающая схема с памятью выдает команду по выходу "02", по которой прекращается проверка правильности обнаружения входного шумоподобного сигнала первым блоком корреляторов и начинается грубая подстройка опорных сигналов СП в управляемом генераторе СП с шагом ±τ_о.

По сигналу "02" устройство управления выдает команды:

- на отключение опорных сигналов СП с дополнительного генератора СП и подключение опорных сигналов СП с управляемого генератора СП к видеочастотным входам центральной группы узкополосных корреляторов,

- на фазирование управляемого генератора ИП управляемым генератором СП,

- на отключение тактовых импульсов ТИ1 дополнительного генератора СП от управляемого генератора ИП и подключение к нему тактовых импульсов ТИ2 управляемого генератора СП,

- на коммутатор, который отключает сигнал S1 и подключает сигнал S2 к радиочастотным входам центральной группы корреляторов и узкополосного коррелятора ИП,

- на решающую схему.

Грубая подстройка опорных сигналов СП управляемого генератора СП осуществляется следующим образом. При обнаружении сигнала в третьей или четвертой группах узкополосных корреляторов решающая схема с памятью выдает команду по каналу "Г2", по которой устройство управления сдвигает опорные сигналы управляемого генератора СП и управляемого генератора КП на +τ_о или -τ_o в каждом цикле обработки, до тех пор пока входной сигнал СП не будет обнаружен в центральной группе корреляторов. В этом случае решающая схема выдает команду по каналу "Ц2", по которой устройство переходит в режим точной подстройки по задержке и частоте и поиска входного сигнала ИП. Точная подстройка по задержке осуществляется устройством управления, которое сдвигает опорные сигналы в управляемом генераторе СП и управляемом генераторе ИП на ±τ_о/L₁ по сигналу T1 с решающей схемы с памятью. Точная подстройка по частоте осуществляется следующим образом.

Решающая схема с памятью по сигналу с выхода частотного дискриминатора центральной группы корреляторов выдает команду по выходу "Т2", по которой устройство управления изменяет частоту выходного сигнала управляемого синтезатора частот на ±ΔF/L₂. Одновременно с подстройками ведется поиск входного сигнала ИП, состоящий из αβ циклов поиска относительного положения сигналов ИП и СП. С момента обнаружения сигнала СП вторым устройством поиска и до окончания поиска сигнала ИП первое устройство находится либо в режиме поиска сигнала СП, либо, если он был найден: в режиме грубой подстройки. При необнаружении сигнала ИП вторым устройством поиска, оно продолжает поиск сигнала СП и одновременно осуществляет те проверки сигнала СП, найденного первым устройством поиска, которые были описаны выше. Если в одном из циклов сигнал ИП обнаружен (выходной сигнал узкополосного коррелятора ИП превысил порог), решающая схема с памятью выдает сигнал по каналу "И", по которому устройство управления прекращает сдвиг опорного сигнала ИП в управляемом генераторе ИП в следующих r циклах обработки входного шумоподобного сигнала узкополосным коррелятором ИП и вторым блоком корреляторов осуществляется проверка правильности обнаружения сигналов СП и ИП. По окончанию этих r циклов решающая схема с памятью принимает решение о наличии или отсутствии входного шумоподобного сигнала. Если решающая схема с памятью по выходу "И" выдает сигнал не обнаружения, устройство управления завершает оставшиеся из αβ циклов поиска сигнала ИП. При обнаружении входного шумоподобного сигнала устройство переходит в режиме приема информации.

В управляемом генераторе ИП предусмотрено изменение положения опорного сигнала ИП относительно опорных сигналов СП, что позволяет расширить ансамбль возможных кодов.

Анализ работы предлагаемого устройства показывает, что время поиска входного шумоподобного сигнала зависит от соотношения сигнал/шум по входу устройства и при малом уровне помех меньше чем у устройства-прототипа. При этом помехоустойчивость и время поиска при наихудшем соотношении сигнал/шум такие же как у устройства-прототипа и определяются формулами

где q_вх - отношение сигнал/шум на входе устройства,

q_вых - отношение сигнал/шум на выходе узкополосных корреляторов,

К₂ - коэффициент потерь во втором устройстве поиска,

K₂=0,2÷0,3.

Рассматривая пример, приведенный в начале описания, в котором τ_о=0,5 мкс, Δf=30 кГц, ΔF=100 Гц, Tn2=10 мс, B_сп=2047, n2=3, получим что максимальное время поиска предлагаемым устройством составит около 750 с. при помехоустойчивости 40 дБ.

При соотношении сигнал/шум на входе устройства большем, чем

время поиска входного сигнала синхронизирующей последовательности определяется по формуле

где ΔФ - полоса корреляторов первого устройства,

- целая часть отношения

q_1вых - соотношение сигнал/шум на выходе корреляторов первого блока,

q_1вых=6÷10 дБ,

K1 - коэффициент потерь в первом устройстве поиска,

K1=0,2÷0,3

Подставляя конкретные значения ΔФ=32 кГц Тn1=1 мс, n₁=4 получим, что при уровне помех меньшем, чем 10 дБ время поиска сигнала СП составляет всего 0,25 с.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в спутниковых системах связи. Техническим результатом является сокращение времени поиска. Для достижения технического результата устройство, содержащее опорный генератор, генератор псевдослучайной последовательности, первую и вторую группы корреляторов, решающую схему и управляемый генератор информационной псевдослучайной последовательности, снабжено дополнительным генератором псевдослучайной последовательности, третьей и четвертой группой корреляторов, дополнительной решающей схемой, устройством управления, управляемым синтезатором частоты, блоком смесителей, коммутатором и коммутатором последовательностей. 4 ил.

Устройство для поиска шумоподобного сигнала, содержащее опорный генератор и последовательно включенные генератор псевдослучайной последовательности, первую группу корреляторов и решающую схему, а также управляемый генератор информационной псевдослучайной последовательности, первый вход которого соединен с одним входом, второй - с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход через коррелятор с вторым входом решающей схемы, причем к третьему входу решающей схемы подключена вторая группа корреляторов, отличающаяся тем, что с целью сокращения времени поиска введены дополнительный генератор псевдослучайной последовательности, третья и четвертая группы корреляторов, дополнительная решающая схема, устройство управления, управляемый синтезатор частоты, блок смесителей, коммутатор и коммутатор последовательностей, причем первый и второй выходы дополнительного генератора псевдослучайной последовательности соответственно через третью и четвертую группы корреляторов соединены с двумя входами дополнительной решающей схемы, выход которой подключен к входу устройства управления, другие входы которого соединены с решающей схемой и опорным генератором, а выходы - первый с решающей схемой, второй - с вторыми входами первой, второй группы корреляторов и коррелятором, третий - с вторыми входами третьей и четвертой групп корреляторов, четвертый - с одним входом коммутатора последовательностей, пятый - с первым входом генератора псевдослучайной последовательности и входом дополнительного генератора псевдослучайной последовательности, шестой через последовательно соединенные управляемый синтезатор частот, блок смесителей и коммутатор подключен к третьим входам второй группы корреляторов и коррелятора, причем второй и третий входы коммутатора последовательностей соединены соответственно с третьими выходами основного и дополнительного генераторов псевдослучайной последовательности, а выход с первым входом второй группы корреляторов, при этом второй вход коммутатора соединен с седьмым выходом устройства направления, к первому подсоединен третий вход первой группы корреляторов и выход блока смесителей, третий выход которого подключен к третьим входам третьей и четвертой групп корреляторов, а второй вход блока смесителей подсоединен к входу устройства.