Устройство синхронизации псевдослучайных сигналов Советский патент 1982 года по МПК H04L7/04 

(St) УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ

Изобретение относится к подвижным системам радиосвязи, радиолокации и радиоуправления различного назначения, псевдошумовой сигнал которых представляет собой гармоническое колебание, манипулированное по фазе двоичной кодовой последо.вательностыо и может быть использо1вано в системах синхронизации при действии на входе многолучевост с малой задержкой между лучами.

Известно устройство синхронизации псевдослучайных сигналов, содержащее генератор.псевдослучайной последовательности (ПСП), выходы которого подключены к входам сумматора и дискриминатора, выход которого подключен к первому входу решающего блока, к второму входу которого подключен выход коррелятора, а выход решающего блока через управляющий блок подключен к входу генератора ПСПГ1. СИГНАЛОВ

Однако устройство обладает низкой точностью синхронизации и низкой помехоустойчивостью.

Цель изобретения - повышение точности синхронизации и помахоустойчи вости.

Для достижения поставленной цели в устройство синхронизации псевдослучайных сигналов, содержащее гене-. ратор псевдослучайной последовательности (ПСП), выходы которого подключены к входам сумматора и дискриминатора, выход которого подключен к первому входу решающего блока, к

JS второму входу которого подключен выход коррелятора, а выход решающего блока через управляющий блок подключён ко входу генератора ПСП, введены первый, второй, третий, четвертый,

20 пятый,шестой,седьмой и вбсьмой ключи, первый и второй инверторы,блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), блок определения полярности напряжения. СОСТОЯЩИЙ из фильтра низких частот, выход которого через инвертор и непосредсувенно подключен к управляющим входам первого и второго KOMnat раторов соответственно, регулируемая линия задержки, состоящая из формирователя опорного напряжения, выходы которого подключены к опорным входам компараторов, выходы которых подключены к первым входам элементов совпадения, к вторым входам которых подключены выходы разрядов регистра сдвига, а выходы эле ментов совпадения подключены к входам элемента ИЛИ, а также объединен ные по входу перемножитель, синхронный детектор и блок измерения ин тенсивности многолучевости, состоящий из полосового фильтра, выход ко торого через последовательно соединенные частотный детектор и первый фильр низких частот, а также через последовательно соединенные амплитуд ный детектор и второй фильтр низких частот подключен к первому и второму входам перемножителя, выход кото рого подключен к входу третьего фил ра низких .частот, выход которого по ключен к управляющим входам компараторов регулируемой линии задержки, соответствующий выход формирова теля опорного напряжения которой подключен к опорным входам первого и второго компараторов блока определения полярности напряжения, к входу фильтра низких частот которого, объединенному с входами первого и шестого ключей, и входом дискриминатора, через последовательно сое диненные перемножитель, блок ФАПЧ и синхронный детектор подключен выход генератора ПСП, при этом выход сумматора подключен к входу восьмого ключа и входу второго .ключа, к управляющему входу которого, а также к управляющим входам четвертого и седьмого ключей непосредственно и через второй инвертор к управляющему входу восьмого ключа подсоединен выход первого компаратора блока определения полярности напряжения, выход второго компаратора которого подключен к управляющим входам первого, тр -ьего и пятого ключей непосредственно и через первый инвертор управляющему входу шестого ключа, .в ход которого, объединенный с выходо пятого ключа, подсоединен к первому входу коррелятора, к второму входу которого подключены выходы седьмого и восьмого ключей, при этом выходы первого и второго ключей подсоединены к входу регистра сдвига регулируемой линии задержки, к входу регистра сдвига регулируемой линии задержки подключен второй выход управляющего блока, а выход элемента ИЛИ регулируемой линии задержки подключен к входам третьего и четвертого ключей, выходы-которых подключены соответственно к входам пятого и седьмого ключей. На фиг. Т представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений на выходе дискриминатора. Устройство синхронизации псевдослучайных сигналов содержит перемножитель 1, синхронный детектор 2, блок 3 ФАПЧ, дискриминатор , генератор 5 ПСП, управляющий блок 6, решающий блок 7, сумматор 8, коррелятор 9, регулируемая линия 1.0 задержки, содержащая регистр 11 сдвига. элементы 12 совпадения, .элемент ИЛИ 13, компараторы 1 А, формирователь 15 опорного напряжения, первый и второй ключи 1б и 17, блок 18 измерения интенсивности многолучевости, содержащий полосовой фильтр 19, амплитудный детектор 20, частотный детектор 21, первый и второй фильтры 22 и 23 низких частот, перемножитель , третий фильтр 25 низких частот, третий, четвертый, пятый и шестой ключи 26-29, первый инвертор 30, седьмой и восьмой ключи 31 и 32, второй инвертор 33, блок 3 определения полярности напряжения, содержащий фильтр 35 низких частот, инвертор 36, первый и второй компараторы 37 и 36. Устройство работает следующим образом. При отсутствии многолучевости на один из входов дискриминатора Ц, первый вход коррелятора 9 через шестой ключ 29 с выхода синхронного детектора 2 поступает сигнальная ПСП, которую необходимо синхронизировать с опорной поп , вырабатываемой генератором 5 ПСП. На два других входа дискриминатора k подаются две опорные ПСП с двуХсоседних выходов генератора 5 ПСП. Сигнал на выходе дискриминатора в каждый момент времени соответствует виду дискриминационной характеристики и воздействует на первый вход решающего бло.ка 7. В это же время на второй вход коррелятора 9 через восьмой ключ 32 подается сумма определенного числа опорных ПСП с дополнительных выходов генератора 5 ПС;П через сумматор 8, на выходе которого получаются значения взаимнокорреляционной функ ции сигнальной ПСП, поступающей с выхода синхронного детектора 2 чере пятый ключ 28 на первый вход коррелятора Э и сумкы определенного чи ла опорных ПСП. В зависимости от величины напряж ний на выходах дискриминатора Ц и коррелятора 9 решающий блок 7 при нимает решение о шаге перестройки генератора 5 ПСП и выдает команду науправляющий блок 6, который пере страивает генератор 5 ПСП. Если значение взаимнокорреляцион ной функции на выходе коррелятора 9 не превышает заданного порога в решающем блоке 7, опорная ПСП сдвигае ся на время, не превышающее длитель ности выброса взаимнокорреляционной функции на выходе коррелятора 9. Перестройка генератора 5 ПСП происходит до тех пор, пока значение вза -имнокорреляционной функции на выходе коррелятора 9 не превысит уста иовленного порога в решающем бпо На этом заканчивается первый этап синхронизации системы. Второй этап синхронизации состои в пшске нуля дискрими-национной характеристики f ДХ дискриминатора Ц на основании анализа значений кор реляционной функции сигнальной ПСП и одной опорной ПСП со зн1ачениями корреляционной функции сигнальнс 1 ПСП и второй опорной ПСП, сдвинутой относительно первой, на один элементарный импульс. Когда значения разности этих корреляционных функций малы по сравнению с установленным порогом, решающий блок 7 выдает команду на перестройку генератора 5 ПСП в ту же сторону, что и в первом этапе, на время, меньшее длительности элементарного импульса ftCiifr. Таким образом, синхронизм межд принимаемым сигналом и опорной ПСП устанавливаёт соответствии с н лем ДХ дискриминатора . При наличии многолучевости синхронизации сигнальной ПСП и опорной ПСП происходит также. как описан выше при отсутствии мно голучеёости, но в этомслучае нуль ДХ дискриминатора k не соответствует точному взаимному положению на временной оси. сигнальной ПСП и опорной. ПСП. Его сдвиг от истинного значения определяется величиной мнЬголучевости и задержками запаздывающих лучей по отношению к первому. Наибольший сдвиг нуля ДХ дискриминатора t происходит при наличии двухлучевости, сильного второго луча, задержанного по отношению к первому лучу на время в пределах длительности элементарного импульса ПСП. На фиг. 2 представлены эпюры нормированных напряжений на выходе дискриминатора k при наличии на входе устройства |ДвухлучеЬЬсти,1 т.е. первого луча и запаздывающего по отношению к первому второго луча. Эпюры напряжений на фиг. 2а соответствуют случаю, когда на входе устройства имеется первый луч, который обеспечивает на выходе да1скриминатора 4 амплитуду Ацр (кривая 1) и запаздывающий второй луч, который на выходе дискриминатора 4 обеспечивает амплитуду Аа. При этом принято « 2 и - cosw,T.70, .Т;е. пряжение на,выходе синхронного дет эктора 2 для несущей частоты WQ и дадержки запаздывающего луча t 0,5 положительно. В этом случае нуль дискриминационной характеристики (О ДХ) дискриминатора it смещается влево, происходит смещение сигнальНОЙ ПСП (ПСПс) и опорной ПСП (ПСПоп) на время I/, что обуславливает неточную синхронизацию ПСПс и ПСПоп и со- , ответствующее ухудшение помех устойчивости. Эпюры нормированных напряжений .на фиг. 25 .соответствуют слу-i чаю, когда , т.е. напряжение на выходе синхронного детектора 2 отрицательно, а -. 2. и В этом .случае Смещение О ДХ происходит вправо. ПСПс и ПСПоп синхронизируются неточно, что приводит также к ухудшению помехоустойчивости приема псевдослучайных сигналов. Для увеличения точности синхронизации и помехоустойчивости приема псевдослучайных сигналов в первом случае, который соответствует фиг. 2а, необходимо заде()жать ПСПс на величину : , а во втором случае, который соответствует фиг. 2f, небходимо задержать ПСПоп на величину

t. При этом требуется знать интенсивность многолучевости и знак coswpti Для измерения интенсивности многолучевости служит блок 18 измерения интенсивности многолучевости, а для определения знака служит блок 34 определения полярности напряжения, которые управляют величиной задержки ПСПс или ПСПоп.

При наличии многолучевости устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в режиме синхронизации. Многолучевый сигнал поступает на вход синхронного детектора 2 и на вход блока 18 измерения интенсивности многолучевости, на выходе которого устанавливается напряжение, пропорциональное двухлучевости. Это напряжение подается на управляющие входы компараторов Н на опорные входы которых подаются опорные напряжения от формирователя 1-5 опорного напряжения. Ряд опорных напряжений может быть любым. Напряжение с выхода компаратора 14 подает ся на управляющий вход соответствующего элемента 12 совпадения, подго.тавливая его для подключения выхода ячейки регистра 11 сдвига, который обеспечивает задержку ПСПс или ПСПо.п С выхода синхронного детектора 2 напряжение подается на вход блока 34 определения полярности напряжения и на входы дискриминатора k, первого ключа 16 и шестого ключа 29. Блок- 34 определения полярности на- пряжения при coswot 7/0 обеспечивает сигнал на выходе второго компаратора 38, а при cosw-T5L 0 - на выходе первого компаратора 37- Сигнал с выхода второго компаратора 38 подается на управляющий вход первого 16, третьего 26 и пятого 28 ключей и вход первого инвертора 30,а сигнал с выхода первого компаратора 37 подается н управляющий вход второго 17, четвертого 27 и седьмого 31 ключей и вход второго, инвертора 33.

Если coswQ2 7 О, то ПСПс через .первый ключ 16 поступает на вход регистра 11 сдвига, в котором она продвигается импульсами сдвига , подаваемыми с второго выхода управляющего блока 6, далее на вход соответствующег элемента 12 совпадения и через элемент ИЛИ 13, третьего и пятого ключей 26 и 28 на первый вход коррелятора 9. Пои этом.ПСПс задерживается на время IT, которое определяется интенсивностью многолучевоети, т.е. напряжением на управляющих входах компараторов 14. ПСПоп при . этом не задерживается и поступает с выхода сумматора 8 через открытый восьмой ключ 32 на второй вход коррелятора 9Если , то восьмой ключ 32 закрыт и ПСПоп с выхода сумматора 8 через открытый второй ключ 17, регистр 11 сдвига, соответствующий элемент 12 совпадения, элемент ИЛИ 13, четвертый 27 и седьмой 31 ключи поступает на второй вход коррелятора 9. При этом ПСПоп задерживается на время , соответствующее интесивности многолучевости. ПСПс при этом не задерживается и поступает с выхода синхронного детектора 2 через открытый шестой ключ 29 на первый вход коррелятора 9. В зависимости от знака ,, задерживается ПСПс или ПСПоп. Если многолучевоеть отсутствует, то ПСПс и ПСПоп через открытые шестой и восьмой ключи 29 и 32 подаются на входы коррелятора 9 без задержки. Таким образом устраняется задержка между ПСПс,и ПСПоп, вызванная сдвигом О ДХ дискриминатора 4, увеличивается -сочность синхронизации и улучшается помехоустойчивость приема псевдослучайных сигналов.

Блок 18 измерения интенсивности многолучевости работает следующим образом.

Сигнал с входа устройства поступает на полосовой фильтр 19, полоса которого выбирается из расчёта спектра частот огибающих амплитуды и частоты, обусловленных многолучевостью сигнала, а центральная частота равна частоте наиболее сильной спектральной составляющей первого луча сигнала. Далее сигнал детектируется одновременно амплитудным и частотным детекторами 20 и 21 и соответственно фильтруется первым и вторым фильтрами 22 и 23 низких частот, с выходов которых напряжени подаются на входы перамножителя 24.

Сигнал на выходе перемножителя 24 фильтруется третьим фильтром 25 низких частот и подается на управляющие входы компараторов 14 регулируе- мой линии задержки 10. Если на входе устройства имеется многолучевый сигнал, то имеет место изменение огибающей амплитуды и частоты сигнала. Эти изменения выделяются амплитудны 1ЫИ 20 и частотным 21 детекторами и через первый и второй фильтры 22 ч 23 низких частот подаются на перемно житель 24. Произведение сигналов на выходе первого фильтра 22 низких час тот и второго фильтра 23 низких час тот определяют интенсивность многолуцевости на входе устройства. Если на входе устройства отсутствует мног лучевость, то сигнал на выходе третьего фильтра 25, низких частот отсутствует, и управление регулируемо линией 10 задержки не происходит. Блок З определения полярности напряжения работает следующим обра эсм. . При налимий на входе устройства многолучевоети в псевдослучайной последовательности на выходе синхронного детектора 2 имеет место мед ленно изменяющаяся составляющая напряжения , которая определяется многолучевостыб. Напряжение имеет знак cosWpT; и подается через фильтр 35 низких частот, полоса которого значительно меньше спектра ПСПс, на управляющие входы первого и второго компараторов 37 и 38, на опорные входы которых подается пороговое напряжение одинаковой величины от формирователя 15 опорного напряжения. Величина порога устанавливается такой, чтобы компараторы 37 и 38 не срабатывали от постоянной составляющей напряжения, обусловленной флуктуационным шумом при наличии только первого луча на входе устройства. Ес ли на входе устройства имеется многолучевость и , то ср атывает второй компаратор 38 и напряжение с его выхода подается на управ ляющие входы первого, третьего и пяtoro ключей 16, 26, 28 и вход первого, инвертора 30, определяя этим самым необходимость задержки ПСПс с по мощью регулируемой задержки 10. Если cosw C-fO, то напряжение с выхода фильтра 35 низких частот поступает инвертора 36 и вызывает срабатывание первого компаратора 37 на пряжение с выхода которого подается на управляющие входы второго, четвертого и седьмого ключей 17 27, 31 и вход второго инвертора 33, определяя тем самым необходимость задержки ПСПоп также с помощью регулируемой линии 10 задержки. 110 , Предлагаемое устройство позволяет увеличить точность синхронизации и улучшить помехоустойчивость приема псевдослучайных сигналов в условиях многолучевого сигнала при малых задержках между лучами. При одинаковой помехоустойчивости системы радиосвязи, радиолокационной системы и т.д. устройство обеспечивает большую дальность-действия при меньшей мощности передающих устройств. Формула изобретения Устройство синхронизации псевдослучайных сигналов, содержащее генератор псевдослучайной последовательности, выходы которого подключены к входам сумматора и дискриминатора, выход которого подключен к первому входу решающего блока, к второму входу, ко торо го под ключе н выход коррелятора, а выход решакмце го блока через управляющий блок подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности синхронизации и помехоустойчивости, в него введены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой клю чи, перш||й и второй инверторы, блок фазовой автоподстрой ки частоты, блок определения полярно Ли напряжения, состоящий и фильтра низких . частот, выход которого через инвертор и непосредственно подключен к управляющим входам первого i второго компараторов соответственно, регулируемая, линия задержки, состояпая из формирователя опорного напряжения, выходы которого подключены к опорным входам компараторов, выходы которых подключены к первым входам элементов совпадения, к вторым входам которых подключены выходы раз рядов регистра сдвига, а выходы элементов совпадения подключены к входам элемента ИЛИ, а также объединенные по входу перемножитель, синхронный детектор и блок измерения интенсивности мнЬголучевости, состоящий из полосового фильтра, выход которого через последовательно соединенные частотный детектор и первый ильтр низких частот, а также через . последовательно соединенные амплитудный детектор и второй фильтр низких

частот подключен к первому и второму входам перемножителя, выход которого подключен к входу третьего фильтра низких частот, выход которого подключен к управляю«цим входам компараторов регулируемой линии задержки, соответствующий выход формирователя опорного напряжения которой подключен к опорным входам первого и второго компараторов блока определения полярности напряжения, к входу фильтра низких частот которого, объединенному с входами первого и шестого ключей, и входом дискриминатора через последовательно соединенные перемножитель, блок фазовой автоподстройки частоты и синхронный де тектор подключен выход генератора псевдослучайной последовательности, при этом выход сумматора подключен к входу восьмого, ключа и входу второго ключа, к упрайляющему входу которого, а также к управляющим входам четвертого и седьмого ключей непосредственно и через второй инвертор к управляющему входу восьмого ключа подсоединен выход первого компаратора блока определения полярности напряжения, выход второго компаратора которого подключен к управляющим входам первого, третьего и пятого ключей непосредственно и

через первый инвертор к управляющему входу шестого ключа, выход которого, объединенный с выходом пятого ключа, подсоединен к первому входу коррелятора, к второму входу которого подключены выходы седьмого и восьмого ключей, при этом выходы первого и второго ключей подсоединены к входу регистр.а сдвига регулируемой линии задержки, к входу регистра сдвига регулируемой линии задержки подключен второй выход управляющего блока, а выход элемента ИЛИ регулируемой линии задержки подключен к входам третьего и четвертого ключей, выходы которых подключены соответственно к входам пятого и седьмого ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № k23256, кл. Н OVL 7/04, 1972 (прототип).,