Устройство для ввода в синхронизм системы связи с шумоподобными сигналами

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи при передаче дискретной информации шумоподобными сигналами с большой базой. Техническим результатом является сокращение времени поиска. Для достижения технического результата устройство, содержащее объединенные по сигнальному входу блок корреляторов синхроканала, блок информационных корреляторов и решающий блок, блок фазовой автоподстройки, генератор псевдослучайной последовательности, генератор информационной псевдослучайной последовательности, блок фазирования по задержке, опорный блок корреляторов синхроканала и блок информации поиска, снабжено формирователем управляющих сигналов, коммутатором обратных связей и передатчиком обратного канала. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи при передаче дискретной информации шумоподобными сигналами с большой базой.

В начале работы системы с шумоподобными сигналами неопределенность по задержке неизбежна и не может быть устранена улучшением аппаратуры (Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. В.Б.Пестрякова. - М.: Сов. радио, 1973, с.153).

В системах связи, где используются сигналы с большими базами, требуется значительное время на устранение неопределенности по задержке. В настоящее время широко исследуются пути сокращения времени ввода системы в синхронизм.

Известны устройства для ускоренного вхождения в синхронизм, описанные в авторских свидетельствах

№315298 от 22.05.69, МКИ Н 04 К 1/06, "Способ вхождения в синхронизм",

№347941 от 25.12.70, МКИ Н 04 L 7/02, "Устройство синхронизации с М-последовательностью",

№566377 от 25.07.77, МКИ Н 04 L 7/02, "Устройство синхронизации с М-последовательностью".

В упомянутых устройствах используется последовательный двухэтапный поиск шумоподобного сигнала. Причем на первом этапе осуществляется ускоренный поиск сегмента М-последовательности, а на втором - проверка синхронизации в течение достаточно большого отрезка времени. Этот метод характеризуется сравнительно невысокой помехоустойчивостью, поскольку предварительное решение о наличии сигнала выносится по анализу сегмента, а не полного периода М-последовательности (Сикарев А.А. Устройства формирования и демодуляции сложных сигналов. - Ленинград, 1979, c.31).

Известен другой способ, используемый в серийно выпускаемой аппаратуре "Кулон", который заключается в передаче сигнала, составленного из двух М-последовательностей кратного периода. На первом этапе приемник проводит поиск короткой последовательности, причем решение об обнаружении или необнаружении сигнала выносится после накопления нескольких полных периодов первой М-последовательности, а на втором этапе - поиск второй последовательности с шагом, равным периоду короткой последовательности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство поиска шумоподобного сигнала.

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

1 - регистр сдвига синхропоследовательности (СП),

2 - перемножитель,

3 - интегратор,

4 - амплитудный детектор,

5 - сдвигающий триггер синхропоследовательности,

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

7 - схема сравнения на четыре входа,

8 - ключ,

9 - формирователь порога,

10 - сумматор,

11 - схема сравнения центральных каналов на два входа,

12 - управляемый делитель точной дискретной системы фазовой автоподстройки (ФАП),

13 - управляемый делитель грубой дискретной ФАП,

14 - устройство управления работой точной и грубой систем ФАП,

15 - генератор синхронизирующей псевдослучайной последовательности импульсов (ГСП),

16 - схема управления по задержке,

17 - опорный генератор,

18 - схема принятия решений,

19 - устройство фазирования по задержке,

20 - генератор информационной псевдослучайной последовательности (ГИП),

21 - регистр сдвига информационной последовательности (ИП),

22 - схема сравнения информационного канала на два входа,

23 - сдвигающий триггер ИП.

Для облегчения понимания физической сути предлагаемого устройства авторы укрупнили некоторые функциональные узлы прототипа (фиг.1).

Регистр сдвига СП (1), сдвигающий триггер (5), три группы корреляторов, каждый из которых состоит из перемножителя (2), интегратора (3) и амплитудного детектора (4), схемы выбора максимальных значений (6Л), (6Ц) и (6П) объединены в блок 1 - блок корреляторов синхроканала.

В блок 6 - блок фазовой автоподстройки входят управляемые делители точной и грубой дискретной системы ФАП (12) и (13) соответственно, устройство управления работой точной и грубой систем ФАП (14), схема управления по задержке (16) и опорный генератор (17).

В блок 5 - блок информационного коррелятора входят регистр сдвига ИП (21), сдвигающий триггер (23), перемножитель (2), интегратор (3) и амплитудный детектор (4).

Решающая схема (7) объединяет в себе следующие блоки: схемы сравнения (7), (11) и (22), ключи (8), формирователь порога (9), сумматор (10) и схему принятия решений (18).

Укрупненная блок-схема устройства поиска шумоподобного сигнала (прототипа) представлена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

1 - блок корреляторов синхроканала,

2 - генератор псевдослучайной синхропоследовательности,

3 - устройство фазирования по задержке,

4 - генератор информационной псевдослучайной последовательности,

5 - блок информационного коррелятора,

6 - блок фазовой автоподстройки,

7 - решающая схема.

Для данного приемного устройства передающее устройство может быть построено любым из известных способов.

На фиг.2 представлена блок-схема передатчика для формирования сигнала, составленного из двух М-последовательностей. Такой передатчик описан в авторском свидетельстве №300946 от 07.04.71, МКИ Н 03 С 3/40, ″Аппаратура для передачи дискретной информации″.

Передатчик содержит следующие блоки:

8 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ),

9 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

10 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),

11 - устройство фазирования,

12, 13 - перемножители,

14 - фазовращатель на 90°,

15 - фазовый манипулятор,

16 - схема сложения.

Передатчик имеет следующие функциональные связи.

Выход тактовой частоты ГНТЧ (8) соединен со входами ФОПП (9) и ГПП (10), вторые входы которых соединены с выходами устройства фазирования (11), а выходы ФОПП (9) и ГПП (10) соединены с видеочастотными входами перемножителей (12) и (13), выходы которых соединены со входами схемы сложения (16).

Выход колебаний несущей частоты ГНТЧ (8) соединен со входами фазовращателя на 90° (14) и фазового манипулятора (15), выходы которых соединены с радиочастотными входами перемножителей (12) и (13) соответственно, причем вход информации соединен со вторым входом фазового манипулятора (15).

Укрупненная схема приемника прототипа (фиг.2) имеет следующие функциональные связи.

Первый вход блока корреляторов синхроканала (1) соединен со входом устройства, со входом блока информационного коррелятора (5) и первым входом решающей схемы (7), два других входа которой соединены с выходами блоков корреляторов (1) и (5), а выход решающей схемы (7) соединен со входом блока ФАП (6), подключенного к тактовым входам генераторов ПСП (2), (4) и устройства фазирования по задержке (3), выходы которого соединены со вторыми входами генераторов ПСП (2) и (4), причем выход генератора ПСП (2) подключен к блоку корреляторов синхроканала (1), a выход генератора информационной ПСП (4) подключен к блоку информационного коррелятора (5).

В передатчике ГНТЧ (8) формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП (9) и ГПП (10) и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ (8) поступает на вход ФОПП (9) и ГПП (10), которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности.

Устройство фазирования (11) устанавливает ФОПП (9) и ГПП (10) в начальное состояние, что обеспечивает связь на фазе их псевдослучайных последовательностей.

Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП (9) поступает на перемножитель (12). На второй вход перемножителя (12) через фазовращатель на 90° (14) с выхода ГНТЧ (8) поступает колебание несущей частоты. В результате на выходе перемножителя (12) образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты о постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП (10) поступает на перемножитель (13), на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ (8) поступает колебание несущей частоты. На выходе перемножителя (13) образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности. В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор (15) осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе перемножителя (13) относительно несущей частоты сигнала на выходе перемножителя (15) на 0 или 180°. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов перемножителей (12) и (13) сигналы поступают на схему сложения (16), которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением знаков элементов двоичных псевдослучайных последовательностей ФОПП (9) и ГПП (10) и передаваемой информацией. Со схемы сложения (16) сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир.

Приемник-прототип осуществляет параллельно-последовательный двухэтапный поиск шумоподобного сигнала, формируемого описанным выше передатчиком. На первом этапе (поиска) осуществляется параллельно-последовательный поиск и обнаружение синхронизирующей псевдослучайной последовательности (СП), а на втором этапе производится поиск и обнаружение информационной псевдослучайной последовательности (ИП). После обнаружения сигнала ИП осуществляется проверка синхронизации и устройство переходит в режим приема информации.

Работа укрупненной блок-схемы приемника-прототипа происходит следующим образом.

Входной шумоподобный сигнал подается на блоки корреляторов (1) и (5) и на пороговый вход решающей схемы (7). На второй вход блока корреляторов (1) подается псевдослучайная синхронизирующая последовательность импульсов из генератора ПСП (2). В блоке корреляторов (1) происходит вычисление функции взаимной корреляции (ФВК) входного сигнала и синхропоследовательности для N временных сдвигов СП одновременно, где N - число корреляторов в блоке (1).

В решающей схеме (7) происходит сравнение сигнала ФВК с порогом. Если порог не превышен, то по команде из решающей схемы (7) блок ФАП (6) прекращает выдачу тактовых импульсов в генераторы ПСП (2) и (4) и устройство фазирования по задержке (13) на время t=Nτ₀, где N - число корреляторов в блоке (1), τ₀ - длительность элемента ПСП.

В результате происходит сдвиг СП относительно входного сигнала на время t=Nτ₀.

Если порог превышен, то по команде из решающей схемы (7) блок ФАП (6) переходит в режим подстройки с шагом t=τ₀.

После обнаружения синхропоследовательности в центральном канале блока корреляторов (1) устройство начинает последовательный поиск информационной псевдослучайной последовательности ИП.

Период информационной последовательности Т₂ кратен периоду синхропоследовательности Т₁.

Т₂=кТ₁,

где к - постоянное целое число.

В режиме поиска информационной последовательности на вход генератора ИП (4) из устройства фазирования (3) поступают импульсы фазирования с периодом

Т=(к+1)Т₁.

Таким образом, после каждого цикла вычисления ФВК происходит сдвиг ИП на время, равное периоду СП.

Как только величина ФВК, вычисленная в блоке информационного коррелятора (5), превысит пороговое значение, решающая схема (7) выдает в блок ФАП (6) команду на прекращение поиска ИП. При этом период импульсов фазирования становится равным периоду ИП.

Т₂=кТ₁ .

После проверки синхронизации устройство переходит в режим приема информации.

Основным недостатком устройства поиска шумоподобного сигнала (прототипа) является то, что при больших базах сигналов требуется большое время поиска.

В качестве примера рассмотрим реальную линию связи с шумоподобными сигналами, в которой за счет эффекта Допплера и нестабильности частот опорных генераторов существует зона неопределенности несущей частоты входного сигнала порядка δf=30 кГц. Для обеспечения помехоустойчивости порядка 40 дБ при значении τ₀=0,5 мкс время накопления входного сигнала, определяемое из формулы

где П - помехоустойчивость обнаружения сигнала (П=100),

q_вых - отношение сигнал/шум на выходе коррелятора,

q_вх - отношение сигнал/шум на входе устройства,

Т_н - время накопления входного сигнала,

К - коэффициент потерь в устройстве (К=0,2÷0,3),

составит около 10 мс при полосе корреляторов порядка δF=100 кГц.

Время поиска входного сигнала синхропоследовательности определяется из формулы

где В_СП - база сигнала СП,

N - число корреляторов в блоке (1).

При В_СП=2047, N=8 общее время поиска сигнала СП составит ≈750 с.

Несмотря на то что шумоподобный сигнал обеспечивает высокую имитостойкость, время ≈750 сек оказывается достаточным для расшифровки сигнала противником и постановки преднамеренных помех, по структуре и фазе совпадающих с полезным сигналом.

Таким образом, устройство-прототип обладает низкой имитостойкостью.

Целью настоящего изобретения является сокращение времени поиска и повышение имитостойкости.

Эта цель достигается тем, что в устройство поиска шумоподобного сигнала по прототипу вводится программное устройство, вместо генераторов псевдослучайных последовательностей - блоки управляемых генераторов ПСП с коммутаторами обратных связей, вместо устройства фазирования по задержке - управляемое устройство фазирования, вместо одноканального блока информационного коррелятора - многоканальный блок корреляторов, а также вводится передатчик обратного канала, состоящий из генератора несущей и тактовой частот, двух блоков управляемых генераторов ПСП с коммутаторами обратных связей и управляемым устройством фазирования, двух перемножителей, фазовращателя на 90°, фазового манипулятора и схемы сложения.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.3, для которой введены следующие обозначения:

1, 1' - блок корреляторов прямого и обратного каналов,

2, 2' - управляемый блок генераторов псевдослучайных последовательностей (ПСП) прямого и обратного каналов,

3, 3' - управляемое устройство фазирования прямого и обратного каналов,

4, 4' - управляемый блок генераторов ПСП прямого и обратного каналов,

5, 5' - блок корреляторов прямого и обратного каналов,

6, 6' - блок фазовой автоподстройки прямого и обратного каналов,

7, 7' - решающая схема прямого и обратного каналов,

8, 8' - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ) прямого и обратного каналов,

9, 9', 10, 10' - управляемые блоки генераторов ПСП прямого и обратного каналов,

11, 11' - управляемое устройство фазирования прямого и обратного каналов,

12, 12', 13, 13' - перемножители прямого и обратного каналов,

14, 14' - фазовращатель на 90° прямого и обратного каналов,

15, 15' - фазовый манипулятор прямого и обратного каналов,

16, 16' - схема сложения прямого и обратного каналов,

17, 17' - программное устройство прямого и обратного каналов,

18-21, 18'-21' - коммутаторы обратных связей прямого и обратного каналов.

Поскольку предлагаемое устройство ввода в синхронизм предназначено для дуплексной связи, на фиг.3 представлены прямой и обратный каналы, при этом обратный канал полностью идентичен прямому.

При описании блок-схемы устройства ввода в синхронизм будем предполагать, что передающая станция изображена на фиг.3 слева, а станция - получатель информации - справа.

Блоки, помеченные цифрами без штрихов, образуют прямой канал связи. Блоки, помеченные штрихами, образуют обратный канал.

Предлагаемое устройство ввода в синхронизм (фиг.3) имеет следующие функциональные связи.

Вход устройства соединен с радиочастотными входами блоков корреляторов (1) и (5), подключенных к решающей схеме (7) и с пороговым входом решающей схемы (7), выход которой подключен к программному устройству (17) и через блок ФАП (6) к управляемым блокам генераторов ПСП (2), (4) и к управляемому устройству фазирования (3), выходы которого соединены с управляемыми блоками генераторов ПСП (2) и (4), подключенными к коммутаторам обратных связей (18), (19), а вход устройства фазирования (3) соединен со входами коммутаторов обратных связей (18), (19) и выходом программного устройства (17), второй выход которого подключен к коммутаторам обратных связей (20'), (21') и управляемому устройству фазирования (11'), соединенному с блоками генераторов ПСП (9) и (10), выходы которых подключены к перемножителям (12'), (13'), а тактовые входы блоков генераторов (9'), (10') соединены с выходом генератора несущей и тактовой частот (8'), второй выход которого соединен через фазовращатель на 90° (14') и фазовый манипулятор (15') с радиочастотными входами перемножителей (12') и (13') соответственно, а выходы перемножителей (12') и (13') соединены со входами схемы сложения (16').

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. В начале работы одновременно излучаются 2 синхропоследовательности, назовем их СП1 и СП2, кратной длительности T₂=К ₁T₁, при этом, также как и в прототипе, осуществляется поиск сначала СП1 с шагом, равным Nτ₀, где τ₀ - длительность элемента ПСП, N - число корреляторов в блоке 1, а потом - СП2 с шагом, равным длительности СП1. После получения подтверждения об обнаружении СП2 осуществляется автоматическая замена СП1 на СП3, длительность которой Т₃>Т ₂ и определяется соотношением T₃=K₂ T₂. После получения подтверждения об обнаружении СП ₃ осуществляется автоматическая замена опорной и излучаемой СП₂ на СП₄ (Т₄=K₃ T₃) и т.д. Процесс повторяется до достижения требуемых величин длительностей СП_n-1 и СП_n. Для передачи команд на смену СП используется обратный канал, при этом решение о смене структуры выносится не по результатам приема кодограмм, а по результатам накопления и последовательного обнаружения двух очередных СП, что обеспечивает высокую помехоустойчивость режима поиска.

В исходном состоянии передатчик прямого канала излучает первую пару синхропоследовательностей СП1 и СП2. Приемник прямого канала устанавливается в режим поиска СП1 и СП2. Для этого по команде из программного устройства (17) коммутаторы обратных связей (18) и (19) подключают необходимые разряды управляемых блоков генераторов ПСП (2) и (4) и устройства фазирования (3). Псевдослучайная последовательность СП1 из блока (2) подается в блок корреляторов (1), а последовательность СП2 из блока (4) в блок корреляторов (5).

В блоке корреляторов (1) происходит вычисление ФВК входного сигнала и СП1 для N временных позиций синхропоследовательности. Как и в устройстве-прототипе, решающая схема (7) сравнивает значение ФВК с порогом. Если порог не превышен, то по команде с решающей схемы (7) с помощью блока ФАП (6) осуществляется задержка последовательности СП1, вырабатываемой блоком (2) на Nτ₀ и происходит очередной цикл вычисления ФВК. Если порог превышен, блок корреляторов (5) начинает поиск последовательности СП2 с шагом, равным длительности СП1.

После установления синхронизации по СП2 программное устройство (17) выдает в коммутатор обратных связей (18) команду, по которой замыкаются обратные связи управляемого блока генераторов ПСП (2), необходимые для формирования последовательности СП3. Управляемое устройство фазирования (3) по команде из блока (17) начинает выдавать в блок (2) импульсы фазирования с периодом, равным длительности СП3.

Т ₃=К₂Т₂.

Кроме того, программное устройство (17) выдает в передатчик обратного канала команду на излучение сигнала, составленного из последовательностей СП1 и СП2, аналогичных СП1 и СП2.

В приемном устройстве обратного канала осуществляется (описанным ранее способом) поиск сначала СП1', а затем СП2'.

После установления синхронизации в обратном канале по последовательностям СП₁' и СП₂' программное устройство обратного канала (17') выдает команду в передатчик прямого канала, по которой происходит замена структуры СП1 на СП₃.

В приемном устройстве прямого канала осуществляется поиск СП₃ с шагом, равным СП₂. Решение об окончании поиска выносится в блоке (7), который в этом случае выдает команду на блок (17), по получении которой блок (17) осуществляет следующие операции:

1) командами, подаваемыми на блоки (19) и (3), осуществляет замену СП2 на СП4, длительность которой определяется соотношением

Т₄=К₃Т₃, К>1;

2) командами, подаваемыми на блоки (11') и (21') осуществляет замену СП₁' на СП₃ ' в обратном канале.

В приемном устройстве обратного канала осуществляется поиск СП₃' с шагом, равным T₂', а по окончании поиска описанным ранее способом осуществляется замена излучаемой СП₂ на СП₄ и опорной СП₂' на СП₄' и так далее. Процесс многократно повторяется до достижения требуемых значений Т_n-1 и Т_n, определяемых из условия необходимой помехоустойчивости и имитостойкости.

Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется многоэтапная процедура поиска при одновременном излучении только двух синхропоследовательностей. В прототипе для реализации многоэтапного поиска необходимо было бы излучать одновременно n синхропоследовательностей, что привело бы к значительному энергетическому проигрышу. Указанное преимущество достигается за счет использования обратного канала, по которому передается команда на смену очередной СП. При этом в процессе поиска длинных СП осуществляется многократная смена излучаемых СП, которые в принципе могут отличаться не только длительностями, но и структурой. Из изложенного следует, что предлагаемое устройство обладает значительно более высокой имитостойкостью по сравнению с прототипом, в котором в режиме поиска излучаются постоянно две СП, а длительное излучение посылок одинаковой структуры облегчает противнику условия их обнаружения и создание имитационных помех.

Предлагаемое устройство позволяет значительно сократить время поиска длинных последовательностей по сравнению с прототипом.

Покажем это на примере.

Пусть требуемая величина базы (В) составляет В=10⁸. При этом в устройстве-прототипе используются две СП с базами В₁=10, B₂=10⁸

и периодами соответственно

Т₁=10τ₀, T₂=10⁸τ₀,

где τ₀ - длительность элементарного импульса последовательности.

Тогда время поиска Т_п составит

где Т_н - время накопления, определяемое из условий требуемой помехоустойчивости.

Пусть в предлагаемом устройстве используются СП с базами B₁=10, В₂ =100, В₃=10⁴, В₄=10⁸ .

Тогда

Таким образом, в рассмотренном примере предлагаемого устройства время поиска сократилось на три порядка.

Сокращение времени поиска также обуславливает повышение имитостойкости.

Формула изобретения

Устройство для ввода в синхронизм системы связи c шумоподобными сигналами, содержащее объединенные по сигнальному входу блок корреляторов синхроканала, блок информационных корреляторов и решающий блок, выход которого через блок фазовой автоподстройки подключен ко входам синхронизации генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), генератора информационной псевдослучайной последовательности (ИПСП) и блока фазирования по задержке, выходы которого через генератор ПСП и генератор ИПСП подключены соответственно к опорным входам блока корреляторов синхроканала и блока информационных корреляторов, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени поиска, введены формирователь управляющих сигналов, коммутаторы обратных связей и передатчик обратного канала, при этом выход решающего блока через формирователь управляющих сигналов подключен к управляющему входу блока фазирования по задержке и к управляющим входам первого и второго коммутаторов обратных связей, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам генератора ПСП и генератора ИПСП, а другой выход формирователем управляющих сигналов подключен ко входу передатчика обратного канала.

РИСУНКИ