УСТРОЙСТВО ПОИСКА ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства двухэтапного поиска, в которых на первом этапе поиска происходит накопление сегмента последовательности с помощью согласованного фильтра, а накопление всей последовательности осуществляется в том случае, если превышен порог по результату накопления сегмента (см. например, "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б.Пестрякова, М.: Сов. радио, 1973). Недостатком таких устройств является низкая помехоустойчивость, обусловленная малым временем накопления на первом этапе поиска.

Известны устройства поиска, обеспечивающие высокую помехоустойчивость, например по авт. св. СССР № 293304, № 464981, однако это достигается при большом времени поиска.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Устройство поиска шумоподобных сигналов" по авт. св. СССР № 1840127.

Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - блок корреляторов,

2 - генератор копий сигналов,

3, 14 - генераторы ПСП,

4 - коррелятор,

5 - решающая схема,

6 - устройство управления,

7 - схема сравнения,

8 - формирователь порога,

9 - коммутатор,

10 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),

11 - блок оперативной памяти (ОЗУ),

12 - перемножитель,

13 - фильтр.

Входной сигнал поступает на объединенные входы блока корреляторов 1, коррелятора 4 и формирователя порога 8, выход которого соединен с входом устройства управления 6 через схему сравнения 7. Выход коррелятора 4 соединен со вторым входом схемы сравнения 7. Блок корреляторов 1 через последовательно соединенные коммутатор 9, АЦП 10, ОЗУ 11, перемножитель 12, фильтр 13, решающую схему 5 соединен со вторым входом устройства управления 6, один выход которого через генератор копий сигналов 2 соединен с входами блока корреляторов 1, второй через ГПСП 3 с коррелятором 4, третий - с коммутатором 9, четвертый - через ГПСП 14 с перемножителем 12.

Работает прототип следующим образом:

На передающей стороне формируется четырехфазный сигнал. При этом передаются одновременно пилот-сигнал в виде составной псевдослучайной последовательности ПСПс и информационная последовательность ПСПи. Период ПСПи выбирается равным периоду составной ПСП. При этом ПСПс представляет собой псевдослучайную последовательность ПСП1 с базой Б₁, дополнительно манипулируемую последовательностью ПСП2 с базой Б₂ = Б₀/В₁, Б₀=КБ₁ (где ).

Тактовая частота ПСП2

где f₀ - тактовая частота ПСП1.

В приемном устройстве входной сигнал поступает на входы двух параллельных каналов обработки - синхроканала и информационного. В блоке корреляторов 1 происходит корреляционная обработка входного сигнала с № копиями ПСП1, генерируемыми генератором копий 2 и отличающимися между собой сдвигом по фазе. Результаты перемножения входного ШПС с № копиями ПСП1 поступают на коммутатор 9, который подключает их поочередно к АЦП10. С выхода АЦП10 сигнал в цифровой форме записывается в ячейки ОЗУ11. Содержимое ячеек ОЗУ11 считывается и перемножается в перемножителе 12 в сжатом масштабе времени со всеми циклическими сдвигами ПСП2 (генерируемыми ГПСП14 в сжатом масштабе времени). За время длительности входной реализации (период ПСП1) ГПСП14 должен выработать все циклические сдвиги ПСП2. Преобразованный таким образом сигнал с выхода перемножителя 12 поступает в фильтр 13. После фильтрации сигнал поступает на вход решающей схемы 5, где осуществляется сравнение накопленного сигнала с порогом на каждом этапе поиска. Команда о превышении порога с выхода блока 5 подается на вход устройства управления 6, по которой устройство управления 6 осуществляет запуск ГПСП3 и фиксацию фазы генератора копий 2. ГПСП3 формирует информационную ПСП (ПСПи). Так как период ПСПи равен ПСПс, то ПСПи формируемая ГПСП3, оказывается синхронной с приходящим сигналом.

Результат корреляционной обработки с выхода коррелятора 4 поступает на схему сравнения с порогом 7. Сигнал о превышении или непревышении порога с выхода блока 7 поступает на устройство управления 6. При превышении порога поиск прекращается, при непревышении - режим поиска возобновляется, т.е. возобновляется сканирование по фазе генератора копий 2.

Недостатком устройства прототипа является большое время поиска.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение времени поиска.

Эта цель достигается за счет введения в известное устройство устройств ввода и вывода, блока спиновых тел, детектора фильтра, решающего блока, блока управления, схемы объединения.

При дополнительном поиске, проведенном авторами согласно п.52 Э3-1-74, не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части. Учитывая это, авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Блок-схема заявляемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено:

1 - блок корреляторов,

2 - генератор копий сигнала,

3, 14 - генераторы ПСП,

4 - коррелятор,

5 - решающая схема,

6 - устройство управления,

7 - схема сравнения,

8 - формирователь порога,

9 - устройство вывода,

10 - АЦП,

11 - ОЗУ.

12 - перемножитель,

13 - фильтр,

15 - блок управления,

16 - устройство ввода,

17 - блок спиновых тел,

18 - детектор,

19 - фильтр,

20 - схема сравнения с порогом,

21 - схема ИЛИ.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок корреляторов 1, АЦП10, ОЗУ11, перемножитель 12, фильтр 13, решающую схему 5, устройство управления 6, один выход которой через ГПСП14 соединен со вторым входом перемножителя 12, а другой - через ГПСП3 с коррелятором 4. Первый вход коррелятора 4 объединен с входами блока корреляторов 1, формирователя порога 8, устройством ввода 16. Выход коррелятора 4 соединен через схему сравнения 7 с устройством управления 6. Выход формирователя порога 8 соединен со вторым входом схемы сравнения 7 и со вторым входом решающей схемы 20. Выход блока корреляторов 1 соединен со входом генератора копий 2, второй вход которого соединен со схемой ИЛИ 21 и со вторым входом устройства ввода 16, n входов которого соединены с выходами блока управления 15, вход которого соединен с устройством управления 6, а дополнительный выход блока управления 15 соединен с устройством вывода 9. Кроме того, заявляемое устройство содержит последовательно соединенные устройство ввода 16, устройство вывода 9, детектор 18, фильтр 19, схему сравнения с порогом 20 и схему ИЛИ 21, второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом устройства управления 6. Выходы устройства ввода 16 соединены также со входами блока спиновых тел 17.

Работает устройство следующим образом.

Входной сигнал поступает одновременно на устройство ввода 16, коррелятор 1 и коррелятор 4. В качестве опорных сигналов в блоках 16 и 1 используется ПСП1, формируемая в генераторе копий сигналов 2, а в корреляторе 4 - ПСПи, формируемая ГПСП3. Входной сигнал через устройство ввода 16, управляемое устройством управления 6 через блок управления 15, поступает в блок спиновых тел 17, где осуществляется свертка входного сигнала с опорной ПСП1, формируемой в генераторе копий 2

Результат взаимодействия входного и опорного сигналов через устройство вывода 9 поступает на детектор 18, где происходит выделение его огибающей, накапливается фильтром 19, полученный таким образом сигнал сравнивается в блоке 20 с пороговым напряжением от формирователя 8.

В случае превышения этого напряжения на выходе блока 20 формируется сигнал, поступающий через схему ИЛИ 21 на вход генератора копий 2, по которому генератор копий 2 прекращает сканирование (изменение задержки). Это означает, что в спиновом теле 17 произошла свертка входного сигнала и опорного (от генератора 2), т.е. произошла синхронизация по ПСП1.

Одновременно входной сигнал, проходя через коррелятор (где снимается манипуляция по ПСП1), АЦП10 и ОЗУ11 поступает на вход перемножителя 12, где осуществляется перемножение преобразованного таким образом входного сигнала со всеми циклическими сдвигами ПСП2.

Результат перемножения фильтруется в блоке 13 и сравнивается с порогом в решающей схеме 5.

Команда о превышении порога с выхода блока 5 подается на вход устройства управления 6, По ее получении устройство управления 6 формирует команду на фиксацию фазы генератора копий 2, которая подается на него через схему ИЛИ 21. Одновременно устройство управления 6 запускает ГПСП3, который формирует ПСПи синхронную с ПСПс. Опорная ПСП, формируемая ГПСП3 в корреляторе 4 перемножается со входным сигналом, результат корреляционной обработки в схеме сравнения с порогом 7 сравнивается с порогом, формируемым в формирователе порога 8. Команда о превышении (непревышении) порога подается на вход устройства управления 6. Превышение порога свидетельствует об окончании процедуры поиска.

Докажем достижение поставленной цели.

Для прототипа максимальное время поиска Тп1 (без учета действия помех) определяется выражением

τ_н - время накопления на каждом этапе поиска,

Б₁ - база ПСП1,

Первое слагаемое характеризует время поиска синхросигнала с помощью № корреляционных каналов, второе слагаемое - время поиска информационной последовательности.

В заявляемом устройстве на первом этапе осуществляется поиск ПСП1 с помощью блока спинового тела. Известно (см. Левин Ю.К. Устройства функциональной электроники на основе спинового эха, Электронная промышленность № 8, 1983, стр. 25), что корреляционные устройства, основанные на использовании спинового эха, обеспечивают поиск ПСП за время равное ее периоду. В устройстве применяется дополнительно последетекторное накопление К периодов ПСП1. Поэтому время поиска на первом этапе составляет К·Т₁, где T₁ - период ПСП1. На втором этапе осуществляется поиск составной ПСПс за время равное ее периоду Т_с.

На третьем этапе поиска осуществляется синхронизация информационной ПСПи за время равное ее периоду Т_и.

Таким образом, максимальное время поиска Т_п2 для заявляемого устройства (без учета действия помех) составляет

Т_п2=К·Т₁+Т_с+Т_и

Учитывая выбранные соотношения между T₁, Т_с и Т_и

Т_с=Б₂·Т₁, Т_и=Т_с=Б₂·Т₁ и

полагая К=Б₂, τ_н=T₁ получаем

Полагая Б₁=6000, Б₂=32, N=6 получаем

Таким образом, для рассматриваемого примера время поиска в заявляемом устройстве сокращается более чем в 10 раз.

Рассмотрим аппаратурную реализацию блоков, входящих в устройство.

Блоки 1-8, 10-14 могут быть выполнены любым известным способом, например как в прототипе. Схема 21 представляет собой логический элемент ИЛИ. Остальные элементы блока являются типовыми элементами радиотехнических схем, описаны в различной литературе, дополнительных пояснений не требует. Схема сравнения с порогом 20 предназначена для определения момента свертки (появления спинового эха) в блоке 17, может быть выполнена также как схема сравнения 7.

Блок спиновых тел 17 предназначен для спиновой обработки аналоговых сигналов, широко описан в литературе и в простейшем случае представляет собой ферритовое кольцо или пакет ферромагнитных пленок с намотанной на них катушкой съема - записи сигналов (см. Левин Ю.К. Устройства функциональной электроники на основе спинового эха, Электронная промышленность, № 8, 1983, стр.25). При этом, используя метод трехимпульсного взаимодействия для непрерывной обработки аналогового сигнала, необходимо четыре таких ферритовых кольца с катушками, опорный сигнал входной подается на эти катушки последовательно во времени. Блок управления 15 предназначен для формирования сигналов управления необходимых для записи и съема информации со спиновых тел 17. Блок-схема его приведена на фиг.3, где обозначено:

31 - генератор тактовых импульсов,

32 - счетчик,

33, 34, 35, 36 - дешифраторы,

37 - усилитель.

Генератор тактовых импульсов 31 вырабатывает тактовые импульсы с частотой f_o, счетчик 32 имеет коэффициент деления 4 Б₁ (для блока 17 состоящего из 4 спиновых тел). Дешифраторы 33, 34, 35, 36 вырабатывают соответственно сигнал управления на устройство вывода 9 строб окна приема, строб опорного сигнала и считывающий импульс (см. диаграмму на фиг.6а,б,в,г). Счетчик 32 можно выполнить любым известным способом, например, на основе двоичных счетчиков 564 серии интегральных микросхем (564 ИЕ10), дешифраторы 34, 33, 35, 36 - предназначены для выделения состояний счетчика 32, соответствующих длительности и временному положению строба окна приема, строба опорного сигнала, считывающего импульса (Левин Ю.К. О возможности построения спинового демодулятора сложных сигналов. Спец. техника средств связи, серия ТРС, 1981, № 2) и сигнал управления устройством вывода 9. Дешифраторы могут быть выполнены на основе комбинационных элементов 564ЛЕ5, 564ЛА7 и др.

Устройство ввода 16 предназначено для ввода в спиновые тела входного и опорного сигналов, а также считывающего импульса. Блок-схема его приведена на фиг. 4, где

41, 42, 43 - элементы задержки,

44, 45 - ключи.

При этом вход и выход устройства соединены с соответствующими управляющими входами ключа 44, информационные входы которого являются информационным входом устройства 16, вход элемента задержки 41 соединен с блоком управления 15 (дешифратором 34), другой информационный вход (опорный) устройства ввода 16 является информационными входами ключа 45, управляемые входы которого соединены с элементом задержки 42, выход которого соединен с дешифратором 35 (блока управления 15). Считывающий импульс от блока управления 15 (с выхода усилителя 37) поступает на входы элемента задержки 43 и одного из спиновых тел, входы других спиновых тел блока 17 соединены с параллельно соединенными соответствующими выходами ключей 44, 45 и элемента задержки 43. Элементы задержки - широко известные многоотводные линии задержки, при этом задержка между соседними отводами должна равняться длительности одной реализации входного сигнала (Б₁/f_о). Ключи 44 и 45 могут быть выполнены на основе м/с 590КИ2.

Устройство ввода работает следующим образом. Входной сигнал поступает последовательно через ключи 44 на спиновые тела блока 17, соответственно на них поступают опорный сигнал от генератора 2 и считывающий импульс от блока управления 15.

Устройство вывода 9 предназначено для снятия сигнала свертки (спинового эха) со спиновых тел блока 17. Его блок-схема приведена на фиг.5, где 51 - элемент задержки, 52 - ключ. При этом спиновые тела блока 17 соединены с информационными входами ключа 52, выходы которого соединены с детектором 18, а управляющие входы - с элементом задержки 51. По сигналу управления от блока 15 производится поочередное подключение спиновых тел к детектору 18 согласно диаграмме на фиг.6д. Элемент задержки 51 аналогичен элементам в устройстве ввода 16, ключ 52 - м/с 590 КИ2.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Сущность изобретения состоит в следующем. Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок корреляторов, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, перемножитель, фильтр, решающий узел, блок управления, первый генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), коррелятор, узел сравнения, а также формирователь порога и генератор копий сигнала. Согласно изобретению, в устройство введены последовательно соединенные блок обработки на основе спинового эха, детектор, фильтр, узел сравнения с порогом и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом генератора копий сигналов. При этом первый вход блока обработки на основе спинового эха соединен с входом устройства, второй вход - с выходом генератора копий, третий вход подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а второй вход узла сравнения с порогом соединен с выходом формирователя порога. Технический результат - повышение быстродействия устройства. 4 ил.

Устройство поиска широкополосного сигнала, содержащее последовательно соединенные блок корреляторов, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, перемножитель, фильтр, решающий узел, блок управления, первый генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), коррелятор, узел сравнения, выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого через второй генератор ПСП соединен со вторым входом перемножителя, а также формирователь порога, вход которого соединен со вторым входом коррелятора, первым входом блока корреляторов и генератор копий сигнала, выход которого соединен со вторым входом блока корреляторов, первый вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены последовательно соединенные блок обработки на основе спинового эха, детектор, фильтр, узел сравнения с порогом и элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом генератора копий сигналов, при этом первый вход блока обработки на основе спинового эха соединен со входом устройства, второй вход соединен с выходом генератора копий, третий вход подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, второй вход узла сравнения с порогом соединен с выходом формирователя порога.