УСТРОЙСТВО ПРИЕМА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА С ПРЫГАЮЩЕЙ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТОТОЙ Советский патент 2006 года по МПК H04L7/02 

Предлагаемое устройство передачи и приема шумоподобного сигнала относится к области широкополосных систем радиосвязи, в которых используется шумоподобный сигнал.

Известны устройства передачи и приема шумоподобных сигналов, описанные в книгах:

Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973 г. Под редакцией В.Б.Пестрякова.

Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Советское радио, 1977 г.

Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979 г.

В авторских свидетельствах:

"Устройство для циклического поиска широкополосных шумоподобных сигналов по задержке", авторское свидетельство №311411, МКИ Н 04 L 7/04;

"Устройство для обеспечения случайного поиска псевдошумовых сигналов по задержке",

авторское свидетельство №264489, класс 21а⁴, 60, МПК Н04В;

"Устройство поиска шумоподобных сигналов",

авторское свидетельство №495773, МКИ Н 04 L 1/20;

"Устройство поиска шумоподобных сигналов",

авторское свидетельство №425361, МКИ H 04 L 1/10;

"Устройство поиска шумоподобных сигналов",

авторское свидетельство №331430, МКИ Н 04 В 1/10;

″Устройство синхронизации псевдослучайных сигналов по задержке″,

авторское свидетельство №520716, H 04 L 7/02;

"Устройство для поиска псевдослучайных сигналов",

авторское свидетельство №532968, H 04 L 7/02;

"Аппаратура для передачи дискретной информации",

Авторское свидетельство №300946, МПК Н 03 С 3/40.

Кроме того, известны преимущества приемопередающих устройств шумоподобных сигналов с прыгающей центральной частотой шумоподобного сигнала по псевдослучайному закону, описанные во II главе книги Р.К.Диксона "Широкополосные системы".

В устройствах подобного типа затрудняется постановка преднамеренной помехи, так как требуется создать мешающий передатчик в широком диапазоне частот и большой мощности.

Однако преимущество таких устройств снижается при определении закона изменения центральной частоты сигнала поставщиком помех, так как позволяет легко изменять помеховую обстановку синхронно с изменением центральной частоты шумоподобного сигнала.

При использовании ПСП с большими базами затрудняет распознавание закона изменения центральной частоты шумоподобного сигнала, но с другой стороны увеличивает время вхождения в синхронизм.

Предлагается устройство приема и передачи шумоподобного сигнала с прыгающей центральной частотой, не имеющее указанных выше недостатков.

Из известных устройств передачи и приема шумоподобного сигнала наиболее близким по технической сущности (прототипом) является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по авторскому свидетельству №300946 с приоритетом 03.10.68 г.

Блок-схема устройства передачи дискретной информации (прототипа) приведена на фиг.1.

Передающий узел состоит из следующих функциональных устройств:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ),

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),

4 - устройство фазирования,

5, 6 - умножители,

7 - фазовращателъ на 90°,

8 - фазовый манипулятор,

9 - схема сложения.

Приемный узел состоит из следующих функциональных устройств:

10, 11 - умножители,

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП),

14 - устройство фазирования,

15 - устройство синхронизации,

16, 17 - полосовые фильтры,

18 - фазовый детектор.

В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую центральную частоту шумоподобного сигнала.

Тактовая частота с выхода ГНТЧ 1 поступает на вход ФОПП 2 И ГПГ 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты.

Законы образования псевдослучайных последовательностей выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхосигналов в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5.

На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которые в умножителе 5 умножаются на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0° или 180°.

Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.

С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей (центральной) частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением знаков элементов двоичных псевдослучайных последовательностей ФОПП 2 И ГПП 3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотную часть передающего узла и излучается в эфир.

Принимаемый сигнал с выхода высокочастотной части приемного узла поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передающего узла. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика.

Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебания несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передающего узла.

Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выдает манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала.

Устройство фазирования 14, аналогичное устройству 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передающего узла.

Двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генератором в приемном узле, синхронизуются с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15.

В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемного узла с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов. Как известно, при использовании широкополосных сигналов может быть обеспечено подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Колебание несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступает на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

Учитывая вышеизложенное в части поиска шумоподобного сигнала по частоте на фиг.2 и 3, предлагается устройство передачи и приема шумоподобного сигнала, не имеющее вышеперечисленных недостатков.

Для повышения помехозащищенности передаваемой информации используется известный метод повторения информационной кодограммы с различными комбинациями изменения центральной частоты шумоподобного сигнала при повторе кодограммы.

Блок-схема устройства передачи шумоподобного сигнала приведена на фиг.2, которая состоит из следующих функциональных узлов:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ),

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),

4 - устройство фазирования,

5, 6 - умножители,

7 - фазовращатель на 90°,

8 - фазовый манипулятор,

9 - схема сложения,

19 - узел управления,

20 - наборное устройство информационной кодограммы,

21 - коммутатор центральной частоты шумоподобного сигнала,

22 - смеситель,

23 - дискретный синтезатор частот,

24 - усилитель мощности (УМ).

В передатчике генератор колебаний несущей и тактовой частот ГНТЧ 1 формирует тактовую частоту для выработки двоичной псевдослучайной последовательности и центральной несущей частоты шумоподобного сигнала f.

С помощью тактовой частоты формируется ортогональная псевдослучайная последовательность ФОПП и псевдослучайная последовательность ГПП 1 устройствами 2 и 3 соответственно, а устройство фазирования 4 обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе.

Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель 7 на 90° с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты f, которая в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность.

В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты f с постоянной амплитудой, манипулированной по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

В зависимости от знака передаваемой информационной кодограммы фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала f на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0° или 180°.

Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.

С выходов умножителей 5 и 6 сигнал поступает на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал, представляющий собой шумоподобный сигнал с центральной частотой f и постоянной амплитудой, манипулированной по фазе несущей частоты на 0°, 90°, 180° и 270°.

Таким образом, на выходе схемы сложения 9 сформирован шумоподобный сигнал, который затем поступает на вход смесителя 22. На второй вход смесителя поступают синусоидальные сигналы на частотах f₁, f₂... f_n от синтезатора частот 23, причем последовательность включения этих частот определяется коммутатором 21. Сформированные на выходе смесителя 22 сигналы поступают на вход усилителя мощности 25.

Узел управления 19 обеспечивает включение кодограммы и обеспечивает повторение кодограммы с различными комбинациями изменения центральной частоты шумоподобного сигнала при повторении информационной кодограммы.

Блок-схема приемного узла устройства шумоподобного сигнала приведена на фиг.3, которая состоит из следующих функциональных устройств:

10, 11 - умножители,

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП),

14 - устройство синхронизации по задержке,

15₁...15_n - корреляционные устройства синхронизации по задержке для каждой центральной частоты, которые могут быть многоканальными,

16, 17 - полосовые фильтры,

18 - фазовый детектор,

25 - входное устройство,

26 - синтезатор частот,

27₁...27_n - смесители,

28 - коммутатор сигналов,

29 - устройство выбора максимального сигнала,

30 - решающее устройство,

31 - формирователь опорной кодограммы.

Сигнал, поступающий на вход приемного узла, усиливается входным устройством 25 и поступает на входы смесителей 27₁...27_n. Синтезатор частот 26 работает в непрерывном режиме, и сигналы на n-частотах одновременно поступают на вторые входы смесителей 27₁...27_n. В этом случае приемник производит поиск сигнала только по "задержке" устройством 15.

Устройство синхронизации по задержке 14 с помощью корреляторов 15₁...15_n обеспечивает поиск шумоподобных сигналов по задержке на всех частотах одновременно, при этом должны учитываться в каждом канале задержки сигнала, обусловленные элементами схем таким образом, чтобы не нарушалась синхронизация при обнаружении.

С выхода смесителей 27₁...27_n сигнал поступает на соответствующие входы корреляционных устройств синхронизации 15₁...15_n, а устройство 29 обеспечивает выбор максимального сигнала и подключение с помощью устройства 28 перемножителей 10 и 11 к выходу только одного смесителя, в котором на выходе в данный момент существует передаваемый сигнал.

В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты f.

В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передатчика.

Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала f.

Колебание несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступает на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

С выхода фазового детектора принятая информационная кодограмма поступает на решающее устройство 30, на второй вход которого подается сигнал с формирователя опорной кодограммы 31.

После сравнения принятой кодограммы с копией (хранящейся в памяти) выдается команда на исполнительное устройство.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи с шумоподобными сигналами. Техническим результатом является сокращение времени поиска шумоподобного сигнала с изменяющейся частотой. Для достижения технического результата устройство, содержащее входной усилитель, смеситель, синтезатор частот, коррелятор, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности, два перемножителя, блок синхронизации по задержке, полосовые фильтры, фазовый детектор, решающий блок и формирователь опорной кодограммы, снабжено (n-1) дополнительных корреляторов, блоком выбора максимального сигнала, блоком синхронизации по задержке и коммутором. 3 ил.

Устройство приема шумоподобного сигнала с прыгающей центральной частотой, содержащее входной усилитель, соединенный с одним входом смесителя, синтезатор частот, соединенный с другим входом смесителя, выход которого подключен к коррелятору, другие входы которого соединены с выходами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ОПП) и генератора опорной псевдослучайной последовательности (ОПП), другие выходы формирователя ОПП и генератора ОПП соединены с входами первого и второго перемножителей соответственно, а входы - с выходами блока синхронизации по задержке, выходы перемножителей через полосовые фильтры подключены к входам фазового детектора, выход которого соединен со входом решающего блока, другой вход которого подключен к выходу формирователя опорной кодограммы, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени поиска шумоподобного сигнала с изменяющейся центральной частотой, введены (n-1) дополнительных смесителей, коммутатор, блок выбора максимального сигнала и (n-1) дополнительных корреляторов, выходы которых и коррелятора через блок выбора максимального сигнала подключены к входу блока синхронизации по задержке и первому входу коммутатора, другие n входов которого подключены соответственно к n выходам смесителя и дополнительных смесителей, подключенных к первым входам соответствующих корреляторов, а выход коммутатора соединен с объединенным входом двух перемножителей, другие входы (n-1) дополнительных корреляторов соединены с соответствующими входами коррелятора, подключенными соответственно к выходам формирователя ОПП и генератора ОПП.