Способ измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЗАДЕРЖЕК СИГНАЛА В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ , основанный на спектральном анализе принятого полосового сигнала , измерений частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудночастотного спектра и определении величины временной задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения величины временной задержки сигнала, по результатам спектрального анализа формируют фазочастотный спектр принятого полосового сигнала и уточняют значение частоты интерференционных максимумов по положениям на оси Частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

«ю сю

3(59 64 10 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3456514/18-21 (22) 16.06. 82 (46) 30.09.83. Бюл. у 36 (7.2) А.В. Алексеев, Н.М. Халикова и Ю.И. Шавельский (53) 621.317.342(088.8) (56) 1. Хассаб Ю.С. Определение временных задержек гидроакустических .сигналов, отраженных поверхностью океана. IAÁÀ, ч.35, 1963, 9 4, р.р. 489-501.

2. Акустический журнал. Т.XI

1965, с. 42-51. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ BPENEHHhlX

ЗАДЕРЖЕК СИГНАЛА В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ, основанный на спектральном анализе принятого полосового сигнала, измерений частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудночастотного спектра и определении величины временной задержки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения величины временной задержки сигнала, по результатам спектрального анализа формируют фаэочастотный спектр принятого полосового сигнала и уточняют значение частоты интерференционных максимумов по положениям на оси частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.

1045133

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и гидроакус- тйческой (r/à) связи и применяется преимущественно в области г/а изме-. реиий (например, оценка дальности до излучателя, когерентное сложение сиг- 5 налов, формирование характеристик направленности и т.п.) и определения параметров, г/а каналов связи и передачи телеметрической информации и условиях многолучевого распространения сигналов.

Известен автокорреляционный способ измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале, основанный на пространственной селекции отдельных лучей и измерении времени запаздывания сигналов, пришедших по соответствующим лучам j1) .

Однако указанный способ при больших. дальностях и малых глубинах моря не обеспечивает достаточно точное измерение временных задержек, если они равны или соизмеримы с временным

Интервалом корреляции принимаемого м сигнала. Это обусловлено принципиально тем, что при измерении частоты максимума функции корреляции используются только энергетические характеристики многолучевого сигнала и не учитываются его фаэовые характеристики.

Известен также спектральный спо- ЗО соб измерения временных задержек полосовых сигналов в многолучевом канале, основанный на спектральном анализе принимаемого широкополосного сигнала, измерении, частотного интервала 1 f между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудно-частотного спектра и вы .числении величины временной задержки по формуле 4О а .= 1/ ь -." (2), Недостатком известного способа является низкая точность измерений, являющаяся следствием нестационарности по амплитуде принимаемых р е ал ь. ных полосовых г/а сигналов и низкой точности измерения астоты интерференционных максимумов.

Цель изобретения — повышение точности измерения величины временной

5Î задержки сигнала, Поставленная цель достигается тем, что,согласно способу измерения ьременйых задержек сигнала в многолучевом канале, основанном на спектральном анализе принятого полосового сигнала, измерении частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитуд-. но частотного спектра и определении 60 величины временной задержки по фор1 муле p > = 1/й, где a q — величины временной задержки и Ь Г - частотный интервал между соседними интерференционными максимумами амплитудно- 65 частотного спектра, по результатам спектрального анализа формируют фаэочастотный спектр принятого полосоного сигнала и уточняют значение частоты интерференционных максимумов по положениям на оси частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.

В основу предлагаемого способа положено так. называемое явление скачков фазы в фаэочастотном спектре (ФЧС);интерферирующего г/а сигнала, соответствующих точному значению частоты узкополосных составляющих, выделенных в амплитудно-частотном спектре (АЧС) того же сигнала.

На фиг. 1 представлены амплитудночастотный и фазочастотный спектры дискретных составляющих сигнала; на фиг. 2 — блок-схема устройства,реализующего предлагаемый способ.

Зададим закон изменения ч„(у,) в виде узкополосного колебания, что является наиболее реальным описанием сигналов, которые при выполнении спектральной обработки именуются дискретными составляющими (ДС). Они характеризуются тем, что основная энергия подобного колебания сосредоточена в узкой полосе частот д с центральной частотой 43;, что,в свою очередь, определяется коэффициентом узкополосности сигналами = . б 43

Амплитудно-частот ный спектр ДС (АЧС ДС) имеет вид уело ((d )

1+4 - )

Я, и фазочастотный спектр ДС (ФЧС ДС) имеет вид

p (Ы ) =агс1;д tQ(— — — )1 +2к У (2)

Обнаружитель ДС высокой точности порогового типа будет более эффективньж при использовании ФЧС ДС по сравнению с АЧС ДС, так как крутизна (влияющая на точность обнаружения ДС, характеристики обнаруживаемой ДС в ( этом случае на частоте И будет зна-. ,ительно больше. устройство, реализующее способ содержит приемную r/а антенну i, усилитель 2, диапаэонный фильтр 3, цифровой анализатор 4 спектра, блок 5 формирования амплитудно-частотного спектра, блок 6 формирования фазочастотного спектра, блок 7 выделения стробов пары соседних интерференцион-. ных максимумов, блок 8 измерения граничных частот строба интерференционного максимума, блок 9 определения минимума модуля ФЧС в стробе, блок

10 измерения частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС (скачка фазы), блок 11 запоминания частоты скачка фазы, соответствующего перво-, му интерференционному максимуму, блок

1045133

1d.

Х

12 вычисления частотного интервала между соседними интерференционными максимумами, блок 13 вычисления временной задержки сигнала В дисплей

14 оператора °

В предлагаемом устройстве антенна

1 подсоединена через последовательно соединенные усилитель 2, диапаэонный фильтр 3 и цифровой анализатор

4 спектра с блоками 5 и б, при этом блок 5 соединен с блоком 8 через блок 7 выделения стробов пары соседних интерференционных максимумов, который совместно с блоком б подсоединен к блоку 9, через блоки 10-12 соединенному с блоком 13 вычисления временной задержки сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, принятый r/а антенной 1, усиливается усилителем 2 и с выхода поддиапазонного фильтра 3 поступает в анализатор 4 спектра, откуда после выполнения вычислительных процедур, связанных с его преобразованием, выборки действительных и мнимых значений соответствующих коэффициентов разложения Фурье поступают в блок

5 формирования АЧС и в блок б формирования ФЧС. Выборки АЧС поступают в блок 7, где производитоя выделение пары стробов соседних интерференционных максимумов с использованием пороговой схемы стробирования, управляемой оператором через его дисплей

14, и результаты измерений последовательно поступают в блок 8 измерения граничных частот строба. В бло. ке 9 по значениям граничных частот соответствующего строба выделвется

5 участок ФЧС и определяется минимум модуля ФЧС на этом участке, а затем в блоке 10 производится измерение частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС в границах строба (час)Q тоты скачка фазы, соответствующей частоте данного интерференционного максимума), которая запоминается в блоке 11. После измерения частоты скачка фазы соседнего интерференционного максимума оба результата измерений поступают в блок 12, где изменяется частотный интервал межцу соседними интерференционными максимумами. Значение частотного интер вала поступает в блок 13 вычисле1ния временных задержек сигнала, кото.рые отображаются на дисплее 14 оператора.

Использование предлагаемого способа измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале обеспечивает повьыение точности измерения величины временной задержки сигнала за счет измерения частоты интерференционных максимумов в амплитудно о частотном спектре сигнала по значению частоты скачков фазы в фазочастотном спектре сигнала, соответствующих этим максимумам, l! П4 .- 133

Фиг. с

Составитель N. Катанова

Редактор А. Рласенко ТехредМ,Гергель Корректор A.Ференц

Заказ 7544/46 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 35, Москва, XX-35, Раушская наб., д. 4/5 е филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4