Устройство для распознавания информационных сигналов
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование для визуального анализа амплитудного спектра сигналов и определения вида их модуляции позволяет повысить точность распознавания сигнала. Устройство содержит блок 26 приема и усиления сигнала, источник 8 излучения, коллиматор 9, модулятор 10 излучения, объектив 14 и фотоприемник 18. Поставленная цель достигается благодаря введению удвоителей 5-7 фазы сигнала, модуляторов 11-13 излучения, объективов 15-17 и фотоприемников 19-21.4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (s!)s G 06 К 9/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4872899/24 (22) 09,10.90 (46) 23,01.93. Бюл. М 3 (72) А.В. Воронин, В.И, Дикарев, Б.В. Койнаш и С.Г. Смоленцев (56) Авторское свидетельство СССР
М 1013987, кл. G 06 К 9/00, 1981.
Авторское свидетельство СССР
N. 983727, кл. G 06 К 9/00, 1980.. Ж, „1789996 А1 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование для визуального анализа амплитудного спектра сигналов и определения вида их модуляции позволяет повысить точность распознавания сигнала. Устройство содержит блок 26 приема и усиления сигнала, источник 8 излучения, коллиматор 9, модулятор 10 излучения, объектив 14 и фотоприемник 18. Поставленная цель достигается благодаря введению удвоителей 5 — 7 фазы сигнала, модуляторов 11 — 13 излучения, объ15 17 ф 19 21.4ил.
17g 9996
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для визуального анализа амплитудного спектра информационных. сигналов и определения вида их модуляции. 5, Известные устройства распознавания информационных сигналов основаны; на преобразованиии принимаемого сигнала в цифровой код и использовании ковариационной матрицы; íà иСпольэовании в качестве признака распоэнаван4я айергетического спектра на трансформации с*ггМра принимаемого сигнала; йа испбльэовМТИ5Гь качестве признака распознавания широкополосной функции неопределенности, на частотном и амплитудном детектировании принимаемого сигнала с последующим сравнением результатов детектирования между собой на определении формы изменения принимаемого сигнала на дискретном интервале вре- 20 мени.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее способ распознавания информационных сигналов. В указанном уст- 25 ройстве в качестве признака распознавания информационных сигналов с большой базой используется широкополосная функция неопределенности.
Однако широкополосные функции неоп- 30 ределенности некоторых информационных сигналов с большой базой незначительно отличаются друг от друга. Поэтому указанное устро ICTBO не обеспечивает достоверного распознавания информационных сигналов с 35 большой базой, Кроме того, оно не позволяет оценить основные параметры распознаваемого информационного сигнала, Целью изобретения является повышение точности распознавания сигнала, По- 40 ставленная цепь достигается тем, что в 9 устройство введены последовательно соединенные первый †трет удвоители фазы сигнала, а также второй-четвертый модуляторы излучения, второй*четвертый объекти- "5 вы, и второй — четверть,й фотоприемники, вход первого удвоителя фазы подключен к выходу блска приема и усиления сигнала, коллиматор, i-ый модулятор излучения (12,...,4), 1-й объектив и i-й фотоприемники по- 50 следовательно оптически связаны, причем вход i-го модулятора излучения подключен к выходу (И)-ro удвоителя фазы сигнала, а выход i-ro фотоприемника является 1-м информационным выходом устройства.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг, 1; вид возможных осциллограмм показан на фиг, 2; взаимное расположение символьных частот сигналов с многократной частотной манипуляцией показано на фиг. 3; закон изменения фазы ЧМН сигнала изображен на фиг. 4.
Устройство распознавания информационных сигналов содержит последовательно включенные антенну 1, смеситель 3, второй вход которого соединен с выходом гетеродинэ 2, усилитель 4 промежуточной частоты, умножитель 5 фазы на два, умножитель 6 фазы на два и умножитель 7 фазы на два. На пути распространения оптического сигнала источника 8, сколлимированного коллиматором 9, последовательно установлены модуляторы излучения 10 — 13. На пути каждого дифрагированного пучка света установлена линза 14 (15, 16, 17), в фокальной плоскости которой размещен фотоприемник
18 (19, 20, 21), Антенна 1, гетеродин 2, смеситель 3 и усилитель промежуточной частоты образуют блок 26 приема и усиления сигнала.
В качестве источника излучения 8 используется лазер, В качестве модуляторов 10-13 излучения используются ячейки Брэгга.
Распознавание информационных сигналов с большой базой основано на получении и анализе их амплитудных спектров.
Причем в качестве признаков распознавания используются деформации амплитудного спектра принимаемого информационного сигнала при умножении его фазы на два, четыре и восемь.
Устройство работает следующим образом, Если на вход устройства поступает информационный сигнал с фазовой манипуляцией ФМн, то его аналитически можно записать следующим образом;
Uc(t)=Uc cos(2 xfct+ pк(1)+ pc). 0 t <Тс где U<, fc, pc, Tc — амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала; р (т) — манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем p< (t)= const npu
И о< <(К+1) % и может изменяться скачком при t=ktu, т.е, на границах между элементарными посылками (К=1, 2, ..., N-1);
t<, N — длительность и количество элементарных посылок, иэ которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc=N tu), Если на одной несущей частоте дискретная информация передается от одного источника сообщения, то целесообразно использовать однократную (бинарную) фазовую манипуляцию (ФМн-2,p< (t) = 0и), Для передачи сообщений от двух источников используется двухкратная фаэовая манипуляция (ФМн-4, p< (t) = 2,л; st), 3
Причем от одного источника фаза манипулируется по закону 0- л, а от другого — no
17 9996 закону — т Для передачи сообщений .тг 3 от четырех источников используется трехкратная фазовая манипуляция (ФМн-8, гтгЗ 5 3 7
Р< (1} — О, д, g, д л, л, д х, 2 7t, Д л).
В общем случае на одной несущей частоте одновременно можно передавать сообщения от п источников, используя для этого и-кратную фазовую манипуляцию. Однако целесообразными являются одно-, двух- и трехкратная фазовые манипуляции, которые и нашли широкое применение на практике. Дальнейшее повышение кратности фаэовой манипуляции ограничивается тем, что уменьшается расстояние между элемен- тарными сигналами и в существенной мере с нижается помехоустойчивость канала связи.
Принимаемый ФМн-2 сигнал с выхода антенны поступает на первый вход смесителя 3, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 2:
Ugt)=-Ur .cos (2ztfr т + р-), rqe Ur. fr, pr — амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.
На выходе смесителя 3 образуются напряжения комбинационных частот, Усилителем 4 выделяется напряжение только промежуточной (разностной) частоты
Unp(l)=Unp СОэ(2Л fnpt+ P< (l)+ Pnp), 0 t <Т,, где Unp= 2 К Uc, Ur, p< (t)= Oл, 1
К вЂ” коэффициент передачи смесителя;
fnp=fc.— fr — промежуточная частота;
r/ np = pc — pr — промежуточная начальная фаза, которое последовательно поступает на входы умножителей 5, 6 и 7 фазы на два. На
eü õoäàx последних образуются напряжения
Unp1(t)=Unp сов(4 л fnpt+2 Pnp), Unp2(t)=Unp соэ(8л fnpt+4P пр), Олрз{т)=Бар соз(16 Kfnpt+8 рпр), 0 t Tc
Так как 2 p< (t)-- О, 2 л ; 4 p< (t) = О, 4л;
8 p, (t)= 0,8 лг, ro в указанных колебаниях фазовая манипуляция уже отсутствует.
Оптический сигнал формиру тся с помощью лазера 8 и коллиматора 9. Пространственная модуляция оптического сигнала
ИНфОРМаЦИОННЫМ СИГНаЛОМ Ur;p(l) И ЕГО ГаРМОНИКаМИ Unp1(l), Unp2(l) Unp3(t) ОСУЩЕСтВЛЯется с помощью ячеек Брэгга 10 — 13 соответственно. Каждая ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины (пьезоэлектрического преобразователя), выполненной из кристалла ниобата лития соответственно X и У-35 среза, Это обеспе5
55 чивает автоматическую подстройку по углу
Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.
НаПРЯжЕНИЯ Unp(l), Опр1(т), Unp2(t) И
Unp3(t) с выхоДа УсилителЯ 4 пРомежУточной частоты и умножителей 5, 6 и 7 фазы на два поступают на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 10-13, Ячейки Брэгга располагаются таким образом, чтобы сколлимированный оптический сигнал проходил через все ячейки Брэгга. Пьезоэлектрические преобразователи преобразуют информационный сигнал Unp(t) и его гармоники
Unp1(t), Unp2(t) и Unp3(t) в УльтРазвУковые колебания, Сколлимированный оптический сигнал, проходя ячейки Брэгга 10 — 13, дифрагирует на акустооптических колебаниях возбужденных сигналом Unp(t) и его гармоНИКаМИ Unp1(t), Unp2(t), Unp3(t), СЛЕДУЕТ ОТМЕтить, что дифрагирует только приблизительно 1/10 часть сколлимированного оптического сигнала. На пути распространения каждого дифрагированного пучка света установлена линза 14 (15, 16, 17), в фокальной плоскости которой размещен фотоприемник 18 (19, 20, 21) к выходу которого подключен индикатор 22 (23, 24, 25) в качестве которого может быть использован осциллографический индикатор.
Ширина спектра Afc ФМн-2 сигнала определяется длительностью т„его элементарных посылок (hfc=1/tn). Тогда как ширина спектра второй Ю2, четвертой hf4 и восьмой ЛГц гармоник сигнала определяется длительностью Т, сигнала (Ж2=Л f4=6
Ья=1/Т;), Следовательно, при умножений фазы на два, четыре и aoceMb спектр
ФМн-2 сигнала "сворачивается" в N раз (- —— —,г- - = - - = N) и трансформируется в одиночные спектральные составляющие.
3то обстоятельство и является прйзйаком распознавания ФМн-2 сигнала. Амплитудные спектры принимаемого ФМн-2 сигнала и его гармонических составляющих наблюдаются на экранах индикаторов 22 — 25 (фиг.
2а).
Если на вход устройства поступает информационный сигнал с двухкратной фазовой манипуляцией (ФМн-4, р, (t} =0, >,л, тг), то л 3 на выходе умножителя 5 фазы на два образуется ФМн-2 сигнал (р, (t) = О, л, 2 л; 3.1т), а на выходе умножителей 6 и 7 фазы на два образуются соответствующие гармонические колебания Unp2(t) и 0пр3(1). В этом случае на экранах индикаторов 22 и 23 наблюдаются амплитудные спектры ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экранах индикато17g9996 ров 24 и 25 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг. 2б).
Если на вход устройства поступает ФМн-8 к.тг 3 5 3 7 сигнал (p< (t) = О, д, у, д л, т, д л, р, д ф то на выходах умножителей 5 и 6 фазы на два образуются ФМн-4 и ФМн-2 сигналы, а на выходе умножителя 7 фазы на два образуется гармоническое колебание Unpre(t), В этом случае на экранах индикаторов 22, 23 и 24 наблюдаются амплитудные спектры ФМн8, ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экране индикатора 25 наблюдается одиночная . спектральная составляющая(фиг. 2в). Именно такая ситуация характерна для ФМн-8 сигнала.
Среди информационных сигналов с частотной манипуляцией (ЧМн) широкое распространение получили сигналы с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн-2), с дуобинарной частотной манипуляцией (ЧМн-3) и со скрученной частотной манипуляцией ЧМн-5 (фиг, 3).
Сложный ЧМн-2 сигнал аналитически описывается выражением
Uc(t) =
= Uc c0s(2 K fcp t + Д) (1) + 10с), 0 t Тс где р (с) — изменяющаяся во времени фазовая функция (фиг. 4);
f1+fZ
1ср= 2 — средняя частота сигнала;
11=1 р — 1/4 тп — частота сигнала, соответствующая символу "-1";
fz=fcp+1/4 t n — частота сигнала, соответствующая символу "+ 1".
Фазовая функция r/)(t) может быть представлена выражением
p (t) = 2 л h f $ ьk g (r — k r) d х, где bk — последовательность информационных символов 1-1, +1);
h- =— — индекс девиации частоты;
pm, t $ (О,t n)
g(t)=
О t I5 (О,r,).
Фазовая функция на каждом символьном интервале тп изменяется во времени линейно. За время одного символьного интервала набег фазы равен+ л/2.
Если на вход устройства поступает
ЧМн-2 сигнал, то на выходе умножителя 5 фазы на два образуется Ч Мн сигнал с индексом девиации частоты h=1. При этом его амплитудный спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2f1 и 2fZ, На выходах умножителей 6 и 7 фазы на два образуются две спектральные
Таким образом, на экранах индикаторов 22, 23 и 24 будут наблюдаться сплошные амплитудные спектры, а на экране индикатора
25 — пять сплошных лепестков (фиг. 2е).
30 Именно такая ситуация и является признаком распознавания ЧМн-5 сигнала.
Если на вход устройства поступает инфОРМаЦИОННЫй СИГHBll С ЛИНЕЙНОЙ h3< TOT ной модуляцией (ЛЧМ)
Uс,(т)=Ос соз(2 sf, т+лут2+pc), 0 « A f()) — скорость изменения частоты 40 Т внутри импульса, Л1д — девиация частоты; то преобразователем частоты он переносится на промежуточную частоту 45 Unp(t)= =Опр COS(2xfnp t +Л) t +(/)np), О < t «Те. Напряжение Unp(t) выделяется усилителем 4 промежуточной частоты и поступает на ячейку Брегга 10 и на вход умножителя 5 50 фазы на два, на выходе которого образуется ЛЧМ Unp1(t)==Опр cos(4 zr fnp t + 2 sr y t2 + 2 p) 0 <Г"=Тс 55 который поступает на ячейку Брегга 11. Так как длительнсть Тс ЛЧМ сигналов на основной и удвоенной промежуточных частотах одинакова, то увеличение у в 2 раза происходит за счет увеличения в 2 раза девиации 25 составляющие на частотах 4f1, 4fz и Bf1, Bfz соответственно (фиг. 2г). Если на вход устройства поступает ЧМн-3 сигнал, то на выходах умножителей 6 и 7 фазы на два образуются три спектральНЫЕ СОСтаВЛяЮщИЕ На ЧаСтстаХ 4f1, 4fcp, 4fZ и Bf1, 81ср, Bfz, т.е, сплошной спектР тРансформируется в три спектральные составляющие (фиг. 2д), На выходе умножителя 5 фазы на два амплитудный спектр ЧМн-3 сигнала трансформируется в другой сплошной спектр поскольку h<1. Таким образом, на экранах индикаторов 22 и 23 будут наблюдаться сплошные амплитудные спектры (фиг. 2д), Если на вход устройства поступает ЧМн-5 сигнал, то на выходе умножителя 7 фазы на два его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 811, Bfs, Bfcp, Bf4 и 812, На выходах умножителей 5 и 6 фазы на два сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в другие сплошные амплитудные.спектры, так как в этом случае h<1. 1739996 а. ИЬ-2 ЧФ-2 ЧЧн-5 4. жч,r.;; 3 частоты Л f3 . Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на удвоенной промежуточной частоте в 2 раза больше его ширине спектра на основной промежуточной частоте 6Хс (Л6 = 2 Ж) Аналогично на выходах умножителей 6 и 7 фазы на два ширина спектра ЛЧМ-сигнала увеличивается в 4 и 8 раз. Следовательно, на экране индикатора 22 визуально наблюдается и анализируется амплитудный спектр ЛЧМ-сигнала, а на экранах индикаторов 23, 24 и 25 наблюдаются амплитудные спектры ЛЧМ сигналов, ширина спектра которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра Формула изобретения Устройство для распознавания информационных сигналов, содержащее блок приема и усиления сигнала и последовательно оптически связанные источник излучения, коллиматор, первый модулятор излучения, управляющий вход которого соединен с выходом блока приема и усиления сигнала, первый объектив и первый фотоприемник, выход которого является первым, информационным выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности распознавания сигнала, в уст- х2 15 исходного ЛЧМ сигнала (hfz = 2 hf, hfq=4 Л f, ЬЬ=8 Ж) (фиг. 2ж). Это обстоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ сигнала. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности визуального распознавания и оценки принимаемого информационного сигнала с большой базой. Это достигается путем использования в качестве признаков распознавания амплитудного спектра и его деформаций при умножении фазы принимаемого сигнала на два, четыре и восемь. ройство введены последовательно соединенные первый-третий удвоители фазы сигнала, а также второй-четвертый модуляторы излучения, второй — четвертый объективы и второй — четвертый фотоприемники, вход первого удвоителя фазы подключен к выходу блока приема и усиления сигнала, коллиматор, t-й модулятор излучения (i=2,...,4), I-й объектив и i-й фотоприемник последовательно оптически связаны, причем вход i-го модулятора излучения подключен к выходу (I-1)-го удвоителя фазы cw нала, а выход i-ro фотоприемника являетф i-м информационным выходом устройства. х4 х8 Я Я 4й CB 99 88. ЯД Г ай а4 л 1799996 2% ь — % У Фиг. 4 Составитель Б.Дикарев Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор™. Шароши Редактор Л.Пигина Заказ 350 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 
