Устройство для обработки многолучевого широкополосного сигнала Советский патент 1982 года по МПК H04B1/10 G01S13/20 

(5) УСТРОЙСТВО для ОБРАБОТКИ МНОГОШЧЕВОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА

1

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для когерентного сложения полезных эффектов от каждой из множества однолучевых компонент принимаемого импульсного сигнала, который в процессе распространения приобрел многолучевой характер.

Известно устройство-конвольвер, содержащее линию задержки, на противоположные выводы которой подаются соответственно входной сигнал и опорное колебание, встречные волны которых перемножаются в каждой точке за счет нелинейности ее погонных параметров, а также из распределенного вдоль линии интегрирующего внешнего электрода, нагруженного на резонансный контур СИ.

Недостатками устройства являются усложняющее конструкцию наличие распределенного вдоль всей линии интегрирующего электрода и функциональная применимость лишь для обработки или одного из лучей

пришедшего сигнала, или такой компактной их группы, время многолучевого растяжения которой достаточно мало по сравнению с периодом несущего колебания и поэтому еще не приводит к взаимному интерференционному гашению компонент группы при интегрировании вдоль линии посредством ее электрода.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при сигнале с неразрешимой за время его растяжения многолучевостью.

. Для этого в устройстве для обработки многолучевого широкополое- . ного сигнала, содержащем линию задержки, первый вход которой соединен с источником опорного сигнала, а второй вывод с противоположной стороны ее является входом для входного сигнала, и резонансную нагрузку, к .третьему выводу линии задержки со стороны второго ее ввода под.ключена резонансная нагрузка. 390 На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для обработки многолучевого широкополосного сигнала; на фиг. 2 - частотные спектры колебаний. Устройство содержит линию 1 задержки, с одной стороны которой имеется вывод 2 для подключения принимаемого и подлежащего корреляционной обработке сигнала, а с другой - вывод для колебаний местного опорного источника 3. Кроме того, со стороны вывода 2 имеется также вы вод, предназначенный для подключения к устройству резонансной нагрузки k. Устройство работает следующим образом. Поступивший с радиотрассы многолучевой сигнал, однолучевую компонен ту которого запоздавшую на время t относительно ожидаемого момента прихода, обозначим выражением SU- Т) bCt-c)cob oJsU-t), имеет несущую частоту и) и модулирован по амплитуде в соответствии с известными также и на приеме адресными (не содержащими информации) признаками S(t), чему в его спектре соответствует наличие двух симметрич ных боковых полос. Этот сигнал подается на вывод 2 линии 1 задержки, в которой указанная компонента образует бегущую волну $U-C-4-) S(t-t-:)cOSCUsU-C-|-), где t - продольная координата произвольной точки длинной линии;V - скорость распространения в ней волновых процессов в отсутствие дисперсии (послед нее усилие равнозначно линей ности фазовой характеристики линии). С противоположной стороны на лини 1 задержки от источника 3 подают местное опорное колебание, в котором содержатся все известные заранее адресные параметры ожидаемого сигнал Это колебание получают в результате амплитудной балансной модуляции имеющейся на приеме копией сигнала местных гармонических колебаний более высокой (по сравнению с сигналом опорной частоты uJa- Этому процессу соответствует спектр из двух боковых олос (уже без упомянутой опорной астоты, т.е. без несущей) со средими поднесущими частотами cJa-OJ а/я+(, имеющими, в свою очередь, о две боковые полосы, обусловленые упомянутой адресной модуляцией. В линию 1 задержки такое опорное олебание образует встречную по отошению к сигналу волну а U f) А ( +: ) cos (u)a- u)s)(t |) + cos luJa+u))j. Нелинейность погонных параметров распределенной системы приводит квозникновению в каждой ее точке олебаний, которые пропорциональны роизведению выражений (1) и (2), озведенному в общем случае в некоорую степень ()albf)-sa-c-ff где показатель степени может принимать значения ,1,2 ..., значение связано с появлением в линии 1 задержки постоянной составляющей тока (нулевая частота) и соответст- вует детекторному эффекту,что не представляет в данном случае интереса. Случай соответствует простому перемножению, в котором интерес могли бы представлять лишь колебания со средней частотой tJoi , образование которых иллюстрируется (фиг.2) двумя сплошными наклонными стрелкамиf A()-; Hsi , s(t-t-4-) ) COS uJaCt -f). Колебания этой частоты и). являются суммарной частотой по отношению к нижней поднесущей и частоте сигнала, но разностной по отношению к верхней поднесущей и частоте сигнала. Они образуют волну, бегущую совместно с волной опорного колебания навстречу волне сигнала, не зависимо от значения отклонения от среднего значения момента времени прихода рассматриваемой однолучевой его компоненты (обозначенного буквой f , не вошедшей поэтому в аргумент косинуса, возникающий в устройстве ; волны этого BbicoR64acTOTHoro колебания cJci ). Действие данного устройства осн вано на использовании случая п 2 для реализации которого требуется наличие квадратичной зависимости, погонных реактивных параметров линии от напряжения распространяющих ся в ней волн, что обычно имеет место. Этот случай позволяет выделить из выражения (3) колебание частоты 2 и)1, численное значение которого может быть описано величиной, пропорциональной выражению )-s(t-t-4)f cos2a;a(t«-l.). Для волны этого колебания удвоен ной опорной частотой, место спектра которого (фиг. 2) показано дугообразной стрелкой, также характерна инвариантность по отношению к разбросу моментов прихода отдельных однолучевых компонент сигнала. Одна ко в отличии от предыдущего случая () фаза этого колебания при пере мещении вдоль линии не претерпевает скачкообразных перемен на 180, изменяясь только а соответствии с требуемым законом бегущей волны и совместно с бегущей волной опорного колебания. Благодаря этому, в устройстве возникает полезный процесс накопления когерентного суммирования эффек тов от каждой из множества корреляционно обработанных однолучевых компонент приходящего сигнала, начи нающегося обработкой наиболее ранне го луча вблизи входа источника 3 и кончающегося обработкой наиболе позднего луча, только поступившего сигнала на вывод 2 линии 1 задержки Окончательно обработка всей суммы результатов перемножения и возведения в квадрат встречных парциальных волн многолучевого сигнала и опорного колебания завершается в соответствии с требованиями корреляционной обработки, усреднением во вре мени (интегрированием), которая и осуществляется в резонансной нагрузке k настроением на частоту выде ляемых колебаний Su. Сумма как по всему множеству однолучевых компонент сигнала, хара 686 теризуемому. некоторой весомой функцией их распределения по pta36pocy моментов прихода jM(t), так и по всей длине L линии задержки, с учетом выполнения фазирования колебаний (5) по закону бегущей волны, при условном приведении начала отсчета фазы к средине линии задержки, может быть представлена выражением R{t).cos2a at, где весьма медленная функция времени Т г .rviou R(t)-| J Cj4(T).(t)-s(l-t-a|-) описывает амплитудное значение образующихся в устройстве полезных колебаний частоты 2aJct, оптимально суммируемым с весом. Максимально достижимое значение амплитуды (6) этих колебаний, селектируемых в резонансной нагрузке на частоте , зависит от выбора закона адресной амплитудной модуля.ции сигнала S(t), степени соответствия ему закона fk(t) местных опорных колебаний при заданном времени многолучевого растяжения сигнала на трассе, равной Выделение в резонансной нагрузке А описанных полезных колебаний часто ты затруднено тем, что в ней же имеют место относительно интенсивные колебания этой же частоты,. образующиеся как колебание на суммарной частоте обеих поднесущих Ctia- (u)) 2«)ci На фоно. этого колебания полезные колебания проявляются в виде неглубокой амплитудной модуляции при условии импульсного характера работы всей системы (связи, локации и т.д.). Для выделения этих полезных колебаний, проявляющихся в виде упомянутой огибающей, целесообразно использовать принцип синхронного детектирования, практическая реализация которого легко осуществима именно в предлагаемом устройстве ввиду наличия на приеме источника опорных колебаний частоты Ыа а значит и . Линия 1 задержки устройства является наиболее существенной его частью и Практически может быть выполнена на базе технически поверхностных акустических волн или же в виде полосковой.линии, например, с ди электрическим заполнением типа титаната бария, имеющего огромное значение диэлектрической проницаемости, а также в виде кабеля с заполнением любым материалом, намного замедляющим распространение в немволн.

Время задержки при этом должно соответствовать времени многолучевого растяжения сигнала на трассе, которая обычно составляет единицы или десятки микросекунд и должно учитывать также время взаимной корреляции огибающих сигнала для опорного колебания.

Отмеченное в связи с выражением (1) требование отсутствия в линии 1 задержки явления дисперсии должно выполняться во всём используемом диапазоне частот ота) и до 2cUct , что может соответствовать перекрытию в несколько октав.

Среднюю частоту опорных колебани CUai следует выбирать по возможности выше частоты сигнала (Jj из соображений обеспечения попутного полезного параметрического усиления в

распределенном варианте и при нетрадиционном использовании опорных коле- : баний для адресной накачки.

Формула изобретения

Устройство для обработки многолучевого широкополосного.сигнала, Содержащее линию задержки, первый вывод которой соединен с источником рпорного сигнала, а второй вывод с ИротивопЬложной стороны ее является выходом для входного сигнала , и резонансную нагрузку, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при сигнале с неразрешимой за время его растяжения многолучевостью к третьему выводу линии задержки со стороны второго ее вывода подключена резонансная нагрузка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1« Каринский С.С. Устройства обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М., Советское радио, 1975. с. 217. рис. 78.