УСТРОЙСТВО ПОИСКА И СЛЕЖЕНИЯ ЗА ШИРОКОПОЛОСНЫМ СИГНАЛОМ Советский патент 2007 года по МПК H04B1/10 H04L7/00 

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

В системах приема широкополосного сигнала используются два сигнала: синхро- и информационный, несущие колебания которых сдвинуты друг относительно друга на Информационный и синхросигналы промодулированы по фазе различными ПСП на [0, II], что обеспечивает постоянство амплитуды на выходе передающего устройства, причем, мощности синхро- и информационного сигналов, как правило, равны.

В случае воздействия имитационной помехи, имеющей структуру ПСП полезного синхросигнала и частоту тактовых импульсов, близкую к частоте тактовых импульсов полезного сигнала, данные устройства поиска не работоспособны. Это происходит из-за того, что под воздействием имитационной помехи, превышающей уровень полезного сигнала, система синхронизации по синхросигналу в данных системах перестраивается под имитационную помеху.

Существует устройство, в котором предусмотрена защита от имитационной помехи, но данное устройство имеет недостаток, который заключается в потере информации на время присутствия имитационной помехи в группе каналов синхронизации. В том случае, когда имитационная помеха повторяет синхросигнал, устройство уводится с канала связи имитационной помехой. При этом анализируется степень рассогласования с полезным сигналом и при достижении определенного уровня синхронизация скачком переводится с имитационной помехи на полезный сигнал. Таким образом, синхронизация восстанавливается без перехода в режим поиска, но в это время прием информации не ведется.

В устройствах поиска широкополосного сигнала при воздействии помех необходимо сохранение синхронизации без потери информации.

Блок-схема устройства-прототипа показана на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1 - регистр сдвига,

2 - перемножители,

3 - интеграторы,

4 - амплитудные детекторы,

5 - сдвигающий триггер,

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

7 - схема сравнения на четыре входа,

8 - 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 - схема управления делителями грубой и точной ФАП,

15 - генератор синхронизирующей ПСП,

16 - схема управления по задержке,

17 - опорный генератор,

18 - схема принятия решений,

19 - устройство фазирования по задержке,

20 - генератор информационной ПСП,

21 - дополнительный регистр сдвига,

22 - дополнительная схема сравнения на два входа,

23 - дополнительный сдвигающий триггер.

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

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

Вход устройства соединен со входами схем сравнения 7 и 22 через формирователь порога 9 и входами перемножителей 2 непосредственно, другие входы перемножителей 2 соединены с выходами регистра сдвига 1, причем, один из перемножителей 2 центральной группы корреляционных каналов соединен с выходом регистра сдвига I через сдвигающий триггер 5.

Выходы перемножителей 2 соединены со входами схем выбора максимального сигнала 6Л, 6Ц, 6П через последовательно соединенные интегратор 3 и амплитудный детектор 4. Выходы схем 6Л и 6П соединены со входами схем сравнения 7 через ключи 8, а выход схемы 6Ц непосредственно соединен со входом схемы 7, выходы которой соединены со входами сумматора 10, кроме того, выходы Л и П соединены со входами блока 13, а выход Ц со входами схемы 14 и 18. Выходы В и С амплитудных детекторов 4 центральной группы корреляционных каналов соединены со входами схемы 11, входы схемы 12 соединены с выходами схем 11, 14 и генератора 17. Входы блока 13 соединены с выходами блоков 12 и 14, входы блока 16 соединены с выходами блоков 13, 10 и 19, выход блока 16 соединен с входами регистра сдвига 1, блока 21, устройства 19, генераторов 15 и 20. Выходы генератора 15 подключены ко входам регистра сдвига 1, одного перемножителя 2 правой группы корреляционных каналов и блока 19, другие входы которого соединены с выходами схемы 18, блока 22, выход блока 19 соединен со входами блоков 14, 18, 20. Выход блока 20 подключен ко входу блока 21, выход которого соединен с блоком 23. выход которого через информационный канал, состоящий из последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4, подключен к блоку 22, выход, которого соединен со входом схемы 16, выход которой подключен к ключам 8. Выходы сдвигающих триггеров 5 и 23 и схемы 13 объединены.

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

1. Регистр сдвига 1, сдвигающий триггер 5, генератор синхро ПСП 15 объединены в блок формирования копий сигналов СП, выполняющий функцию формирования копий синхросигнала, сдвинутых относительно друг друга по времени на величину длительности элементарного импульса τ₀ или на величину nτ₀ (где n - любое целое число) и две копии, сдвинутые относительно центральной на

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

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

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

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

возможны случаи, когда:

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

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

Устройство поиска может быть выполнено и другим.

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

1 - блок формирования копий СП,

2 - перемножители,

3 - интеграторы,

4 - амплитудные детекторы,

5 - устройство поиска,

6 - формирователь порога,

7 - схема сравнения,

8 - устройство поиска по задержке,

9 - блок формирования копий ИП,

10 - схема сравнения,

11 - схема принятия решений.

Укрупненная схема прототипа имеет следующие функциональные связи.

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

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

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

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

Опорные СП, поступающие на соответствующие входы устройства поиска 5, сдвинулись на время 2(n+1)τ₀ относительно опорных СП, поступающих на входы устройства поиска 5 до подачи команды на продолжение поиска.

Таким образом, вначале осуществляется параллельный поиск широкополосного сигнала в i интервале (2n+3) корреляционными каналами устройства поиска 5 и группы слежения.

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

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

Устройство поиска 5 подает сигнал управления на блок 1 такой, что происходит укорочение или удлинение периода опорных СП на длительность τ₀ до тех пор, пока не появится сигнал на выходе Ц устройства поиска 5.

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

Таким образом, осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП.

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

Устройство поиска 5 осуществляете перестройку блоков 1 и 9 с шагом τ₀/L, (где L - любое число, определяемое заданной точностью удержания по времени обнаруженного сигнала).

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

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

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

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

В случае воздействия имитационной помехи устройство-прототип оказывается неработоспособным, т.к. происходит сбой синхронизации и потеря полезного сигнала.

Таким образом, недостатком устройства прототипа является отсутствие возможности борьбы с имитационными помехами. При появлении на входе устройства-прототипа имитационной помехи с уровнем превышающим уровень полезного сигнала, временная подстройка начинает осуществляться по помехе, что приведет к сбою синхронизации и потере полезного сигнала.

Целью предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности приема широкополосных сигналов при воздействии имитационных помех.

Поставленная цель достигается за счет введения дополнительных цепей выделения сигнала формирования дискриминационной характеристики по информационному сигналу и коммутации сигналов рассогласования па время действия имитационной помехи.

При отсутствии имитационной помехи временная подстройка осуществляется по сигналу рассогласования с временного дискриминатора синхроканала с появлением имитационной помехи вырабатывается команда на его замену сигналом рассогласования с временного дискриминатора по информационному сигналу.

Блок-схема предлагаемого устройства показана на фиг.3, где введены следующие обозначения:

1 - блок формирования копий СП,

2 - корреляторы,

3 - устройство поиска,

4 - формирователь порога,

5 - первое вычитающее устройство,

6 - устройство фазирования по задержке,

7 - блок формирования копий информационного сигнала,

8 - первая схема сравнения,

9 - устройство принятия решений,

10 - формирователь команд,

11 - первый ключ,

12 - вторая схема сравнения,

13 - устройство управления ключами,

14 - второе вычитающее устройство,

15 - второй ключ.

Предлагаемое устройство, изображенное на фиг.3, имеет следующие функциональные связи:

Вход устройства соединен со входами корреляторов 2, устройства поиска 3 и формирователя порога 4, выходы которого соединены со входами устройства поиска 3 и первой схемы сравнения 8.

Выходы блока формирования копий СП 1 соединены с соответствующими входами устройства поиска 3, устройства 6 и корреляторов 2 группы слежения, выхода В и С которых соединены со входами устройства поиска 3 и первого вычитающего устройства 5, выход которого через первый ключ 11, подключен к формирователю команд 10, выход которого соединен со входом устройства поиска 3. Выход центрального коррелятора 2 группы слежения соединен со входами устройства поиска 3 и второй схемы сравнения 12, выход которой соединен со входом устройства управления ключами 13, выходы которого соединены со входами первого и второго ключей 11 и 15. Выходы блока формирования копий ИП 7, соединены со входами корреляторов 2 информационной группы, выходы Л и П корреляторов 2 подключены ко входам второго вычитающего устройства 14, выход которого через второй ключ 15 соединен со входом формирователя команд 10. Выход центрального коррелятора 2 информационной группы соединен со входами первой и второй схем сравнения 12 и 8. Выходы первой схемы сравнения 8 соединены со входами устройства фазирования по задержке 6 и устройства принятия решений - 9, выходы которого соединены со входами устройства управления ключами 13, устройства поиска 3 и устройства фазирования по задержке 6, выход СИ которого соединен со входами блока формирования копий ИП 7, устройства принятия решений 9 и устройства поиска 3, выход Ц которого соединен со входом устройства принятия решений 9, а выход ТК соединен со входами блоков формирования копий СП и ИП 1 и 8 и устройства физирования по задержке 6.

Предполагаемое устройство работает следующим образом.

Поиск осуществляется также, как и в прототипе до тех пор, пока сигнал не появится на выходе Ц устройства поиска 3.

При появлении сигнала на выходе Ц устройство поиска 3 включается схема принятия решений 9, на другой вход которой поступают стробимпульсы с выхода СИ устройства фазирования по задержке 6. С выхода схемы 2 подается команда на устройства 6 на продолжение поиска ИП.

Таким образом, на первом этапе осуществляется параллельно-последовательный поиск сигнала СП.

Далее начинается последовательный поиск шумоподобного информационного сигнала, база которого больше базы СП в n раз, одним информационным корреляционным каналом, а также слежении за СП.

Поиск ИП заканчивается при превышении напряжением коррелятора порогового напряжения в первой схеме сравнения 8, с выхода которой команда передается в блок 9, по команде с которого подключается ключ 11 или ключ 15. Затем устройство переходит в режим слежения, который осуществляется либо по синхросигналу группой корреляционных каналов слежения, либо по информационному каналу в зависимости от того отсутствует или присутствует имитационная помеха.

В том случае, когда помеха отсутствует, слежение осуществляется по синхросигналу группой слежения. В случае действия имитационной помехи слежение осуществляется из информационному сигналу.

В режиме слежения выходное напряжение центральных корреляторов 2 группы слежения и информационной группы превышают напряжение порога, что свидетельствует о наличии синхро- и информационного сигнала.

Сигнал рассогласования по информационной ПСП образуется путем перемножения принятого сигнала на видео ПСП, сдвинутые на ±τ₀/2 относительно центра информационной ПСП, начало которой на приемном и передающем концах жестко связана с началом синхро-ПСП.

Сигнал рассогласования по информационной ПСП образуется во втором вычитающем устройстве 14,сигнал рассогласования по синхро-ПСП образуется в первом вычитающем устройстве 5.

Сигналы рассогласования с выходов вычитающих устройств 5 и 14 подаются через ключи 11 и 15 на вход формирователя команд 10. формирователь команд 10 выдает команды на устройство поиска 3 для осуществления слежения по времени.

Здесь возможны следующие случая:

Когда выходной сигнал любого из вычитающих устройств 5 и 14 больше нуля, то формирователем 10 вырабатывается команда в устройство поиска 3 на сдвиг влево.

В том случае, когда выходной сигнал вычитающих устройств 5 и 14 меньше нуля, то формирователем 10 вырабатывается команда в устройство поиска 3 на сдвиг вправо.

Защита от имитационной помехи осуществляется в режиме слежения и приема информации. В режиме поиска информационного сигнала отсутствует команда со схемы сравнения 8 и поэтому с устройства принятия решений 9 не выдается команда на устройство управления ключами 13.

При этом с устройства 13 выдаются команды на ключи 11 и 15 такими, что ключ 11 открыт, а ключ 15 закрыт. Это значит, что слежение осуществляется по синхросигналу.

При наличии информационного сигнала по команде с устройства принятия решений 9 управление ключами 11 и 15 осуществляется со схемы сравнения 12.

В случае присутствия имитационной помехи с уровнем, превышающим уровень полезного сигнала, сигнал на входе схемы сравнения 12 с центрального коррелятора 2 группы слежения за синхро-ПСП будет превышать сигнал на втором входе схемы сравнения 12, поступающего с центрального коррелятора информационной группы. При этом на устройство 13 со схемы сравнения 12 поступит команда, по которой ключ 11 закроется, а ключ 15 откроется и временная подстройка будет осуществляться по информационному сигналу до тех пор, пока имитационная помеха не выйдет из группы слежения за синхро-ПСП.

После ухода имитационной помехи из группы слежения за синхро-ПСП уровни сигналов на входах схемы сравнения 12 становятся равными, с выхода схемы 12 выдается команда, по которой устройством 13 ключ 11 открывается, а ключ 15 закрывается, слежение снова осуществляется по синхросигналу.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить помехозащищенность передачи широкополосного сигнала при воздействии имитационной помехи - за счет сохранения синхронизации. Отсутствие сбоев no синхронизации позволяет сократить время передачи необходимого количества информации, повысить надежность канала связи.

Временная подстройка синхросигнала осуществляется по τ₀/8 с периодом Тп, длина синхросигнала составляет 1023 элемента. В устройстве-прототипе сбой синхронизации произойдет через время t≤8 Тп. 1023 с момента постановки имитационной помехи.

При Тп≈20 мс t≤160 с.

В предлагаемом устройстве при длине информационной последовательности в 50 раз большей, чем длина синхропоследовательности, сбои при приеме будут наблюдаться 1 раз за 160 с × 50=8000 с ≈ 3 ч, что в 50-60 раз реже, чем в устройстве-прототипе.

Значит, за время передачи 3÷4 мин в устройстве-прототипе произойдет 1÷2 сбоя синхронизации, а в заявляемом устройстве сбой будет 1 раз в 3 ч.

Значит, помехозащищенность заявляемого устройства значительно выше, чем в устройстве-прототипе.

Изобретение относится к технике передачи информации по каналам радиосвязи и предназначено для использования в широкополосных системах связи, преимущественно в помехозащищенных относительно воздействия преднамеренных и напреднамеренных помех радиосвязи. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности при воздействии имитационных помех. Устройство содержит блоки формирования копий синхро- и информационных сигналов, устройство поиска, формирователь порога, устройство фазирования по задержке, схему сравнения, устройство принятия решений, корреляторы группы слежения и информационный коррелятор. Согласно изобретению в него введены два вычитающих устройства, два ключа с устройством управления ими, схема сравнения, два информационных коррелятора, формирователь команд с соответствующими функциональными связями. В устройстве отсутствует сбой синхронизации при постановке имитационной помехи за счет того, что временная подстройка без помехи осуществляется по сигналу рассогласования с временным дискриминатором синхроканала. А с появлением имитационной помехи вырабатывается команда на его замену сигналом рассогласования с временного дискриминатора по информационному сигналу. 3 ил.

Устройство поиска и слежения за широкополосным сигналом, содержащее объединенные по входу корреляторы слежения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока поиска, коррелятор информационного сигнала, блок поиска и формирователь порога, выход которого подключен к соответствующему входу решающего блока через блок поиска и к первому входу блока сравнения, ко второму входу которого подключен выход коррелятора информационного сигнала, к другому входу которого подключен выход формирователя копий информационных сигналов, а выход блока сравнения подключен непосредственно и через решающий блок ко входам блока фазирования по задержке, выход которого подключен к соответствующим входам решающего блока, блока поиска и формирователя копий информационных сигналов, выходы формирователя копий синхросигналов подключены к соответствующим входам блока поиска, корреляторов слежения и блока фазирования по задержке, другой выход решающего блока подключен к соответствующему входу блока поиска, выход тактовых импульсов которого подключен к соответствующим входам формирователей копий синхросигналов и информационных сигналов и блока фазирования по задержке, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности при воздействии имитационных помех, введены дополнительные корреляторы информационного сигнала, последовательно соединенные первый блок вычитания, коммутатор, к управляющему входу которого подключен выход дополнительного блока сравнения через переключатель режимов слежения и формирователь сигналов управления, причем к другому входу коммутатора подключены выход второго блока вычитания, при этом ко входам первого блока вычитания подключены выходы дополнительных корреляторов информационного сигнала, один из входов которых объединен с соответствующим входом коррелятора информационного сигнала, а другие входы которых подключены к соответствующим входам формирователя копий информационных сигналов, ко входам второго блока вычитания подключены выходы двух корреляторов слежения, а выход третьего коррелятора слежения подключен к одному из входов дополнительного блока сравнения, к другому входу которого подключен выход коррелятора информационного сигнала, к управляющему входу переключателя режимов слежения подключен соответствующий выход решающего блока, а выход формирователя сигналов управления подключен к управляющему входу блока поиска.