Устройство приема шумоподобного сигнала с прыгающей центральной частотой
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи с шумоподобными сигналами. Техническим результатом является сокращение времени поиска шумоподобного сигнала с изменяющейся частотой. Для достижения технического результата устройство, содержащее входной усилитель, смеситель, синтезатор частот, коррелятор, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности, два перемножителя, блок синхронизации по задержке, полосовые фильтры, фазовый детектор, решающий блок и формирователь опорной кодограммы, снабжено (n-1) дополнительных корреляторов, блоком выбора максимального сигнала, блоком синхронизации по задержке и коммутором. 3 ил. 
Предлагаемое устройство передачи и приема шумоподобного сигнала относится к области широкополосных систем радиосвязи, в которых используется шумоподобный сигнал.
Известны устройства передачи и приема шумоподобных сигналов, описанные в книгах:
Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. - М.: Советское радио, 1973 г. Под редакцией В.Б.Пестрякова.
Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Советское радио, 1977 г.
Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979 г.
В авторских свидетельствах:
"Устройство для циклического поиска широкополосных шумоподобных сигналов по задержке", авторское свидетельство №311411, МКИ Н 04 L 7/04;
"Устройство для обеспечения случайного поиска псевдошумовых сигналов по задержке",
авторское свидетельство №264489, класс 21а4, 60, МПК Н04В;
"Устройство поиска шумоподобных сигналов",
авторское свидетельство №495773, МКИ Н 04 L 1/20;
"Устройство поиска шумоподобных сигналов",
авторское свидетельство №425361, МКИ H 04 L 1/10;
"Устройство поиска шумоподобных сигналов",
авторское свидетельство №331430, МКИ Н 04 В 1/10;
Устройство синхронизации псевдослучайных сигналов по задержке,
авторское свидетельство №520716, H 04 L 7/02;
"Устройство для поиска псевдослучайных сигналов",
авторское свидетельство №532968, H 04 L 7/02;
"Аппаратура для передачи дискретной информации",
Авторское свидетельство №300946, МПК Н 03 С 3/40.
Кроме того, известны преимущества приемопередающих устройств шумоподобных сигналов с прыгающей центральной частотой шумоподобного сигнала по псевдослучайному закону, описанные во II главе книги Р.К.Диксона "Широкополосные системы".
В устройствах подобного типа затрудняется постановка преднамеренной помехи, так как требуется создать мешающий передатчик в широком диапазоне частот и большой мощности.
Однако преимущество таких устройств снижается при определении закона изменения центральной частоты сигнала поставщиком помех, так как позволяет легко изменять помеховую обстановку синхронно с изменением центральной частоты шумоподобного сигнала.
При использовании ПСП с большими базами затрудняет распознавание закона изменения центральной частоты шумоподобного сигнала, но с другой стороны увеличивает время вхождения в синхронизм.
Предлагается устройство приема и передачи шумоподобного сигнала с прыгающей центральной частотой, не имеющее указанных выше недостатков.
Из известных устройств передачи и приема шумоподобного сигнала наиболее близким по технической сущности (прототипом) является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по авторскому свидетельству №300946 с приоритетом 03.10.68 г.
Блок-схема устройства передачи дискретной информации (прототипа) приведена на фиг.1.
Передающий узел состоит из следующих функциональных устройств:
1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ),
2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),
3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),
4 - устройство фазирования,
5, 6 - умножители,
7 - фазовращателъ на 90°,
8 - фазовый манипулятор,
9 - схема сложения.
Приемный узел состоит из следующих функциональных устройств:
10, 11 - умножители,
12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),
13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП),
14 - устройство фазирования,
15 - устройство синхронизации,
16, 17 - полосовые фильтры,
18 - фазовый детектор.
В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую центральную частоту шумоподобного сигнала.
Тактовая частота с выхода ГНТЧ 1 поступает на вход ФОПП 2 И ГПГ 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты.
Законы образования псевдослучайных последовательностей выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхосигналов в приемнике.
Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5.
На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которые в умножителе 5 умножаются на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.
В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0° или 180°.
Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.
С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей (центральной) 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 2 И ГПП 3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотную часть передающего узла и излучается в эфир.
Принимаемый сигнал с выхода высокочастотной части приемного узла поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передающего узла. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика.
Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебания несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передающего узла.
Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выдает манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала.
Устройство фазирования 14, аналогичное устройству 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передающего узла.
Двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генератором в приемном узле, синхронизуются с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15.
В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемного узла с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов. Как известно, при использовании широкополосных сигналов может быть обеспечено подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.
Колебание несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступает на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.
Учитывая вышеизложенное в части поиска шумоподобного сигнала по частоте на фиг.2 и 3, предлагается устройство передачи и приема шумоподобного сигнала, не имеющее вышеперечисленных недостатков.
Для повышения помехозащищенности передаваемой информации используется известный метод повторения информационной кодограммы с различными комбинациями изменения центральной частоты шумоподобного сигнала при повторе кодограммы.
Блок-схема устройства передачи шумоподобного сигнала приведена на фиг.2, которая состоит из следующих функциональных узлов:
1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ),
2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),
3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),
4 - устройство фазирования,
5, 6 - умножители,
7 - фазовращатель на 90°,
8 - фазовый манипулятор,
9 - схема сложения,
19 - узел управления,
20 - наборное устройство информационной кодограммы,
21 - коммутатор центральной частоты шумоподобного сигнала,
22 - смеситель,
23 - дискретный синтезатор частот,
24 - усилитель мощности (УМ).
В передатчике генератор колебаний несущей и тактовой частот ГНТЧ 1 формирует тактовую частоту для выработки двоичной псевдослучайной последовательности и центральной несущей частоты шумоподобного сигнала f.
С помощью тактовой частоты формируется ортогональная псевдослучайная последовательность ФОПП и псевдослучайная последовательность ГПП 1 устройствами 2 и 3 соответственно, а устройство фазирования 4 обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе.
Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель 7 на 90° с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты f, которая в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность.
В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.
Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты f с постоянной амплитудой, манипулированной по фазе на 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.
В зависимости от знака передаваемой информационной кодограммы фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала f на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0° или 180°.
Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.
С выходов умножителей 5 и 6 сигнал поступает на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал, представляющий собой шумоподобный сигнал с центральной частотой f и постоянной амплитудой, манипулированной по фазе несущей частоты на 0°, 90°, 180° и 270°.
Таким образом, на выходе схемы сложения 9 сформирован шумоподобный сигнал, который затем поступает на вход смесителя 22. На второй вход смесителя поступают синусоидальные сигналы на частотах f 1, f2... fn от синтезатора частот 23, причем последовательность включения этих частот определяется коммутатором 21. Сформированные на выходе смесителя 22 сигналы поступают на вход усилителя мощности 25.
Узел управления 19 обеспечивает включение кодограммы и обеспечивает повторение кодограммы с различными комбинациями изменения центральной частоты шумоподобного сигнала при повторении информационной кодограммы.
Блок-схема приемного узла устройства шумоподобного сигнала приведена на фиг.3, которая состоит из следующих функциональных устройств:
10, 11 - умножители,
12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),
13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП),
14 - устройство синхронизации по задержке,
151 ...15n - корреляционные устройства синхронизации по задержке для каждой центральной частоты, которые могут быть многоканальными,
16, 17 - полосовые фильтры,
18 - фазовый детектор,
25 - входное устройство,
26 - синтезатор частот,
271...27n - смесители,
28 - коммутатор сигналов,
29 - устройство выбора максимального сигнала,
30 - решающее устройство,
31 - формирователь опорной кодограммы.
Сигнал, поступающий на вход приемного узла, усиливается входным устройством 25 и поступает на входы смесителей 271...27n. Синтезатор частот 26 работает в непрерывном режиме, и сигналы на n-частотах одновременно поступают на вторые входы смесителей 271...27n. В этом случае приемник производит поиск сигнала только по "задержке" устройством 15.
Устройство синхронизации по задержке 14 с помощью корреляторов 151...15n обеспечивает поиск шумоподобных сигналов по задержке на всех частотах одновременно, при этом должны учитываться в каждом канале задержки сигнала, обусловленные элементами схем таким образом, чтобы не нарушалась синхронизация при обнаружении.
С выхода смесителей 27 1...27n сигнал поступает на соответствующие входы корреляционных устройств синхронизации 151...15 n, а устройство 29 обеспечивает выбор максимального сигнала и подключение с помощью устройства 28 перемножителей 10 и 11 к выходу только одного смесителя, в котором на выходе в данный момент существует передаваемый сигнал.
В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты f.
В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передатчика.
Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала f.
Колебание несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступает на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.
С выхода фазового детектора принятая информационная кодограмма поступает на решающее устройство 30, на второй вход которого подается сигнал с формирователя опорной кодограммы 31.
После сравнения принятой кодограммы с копией (хранящейся в памяти) выдается команда на исполнительное устройство.
Формула изобретения
Устройство приема шумоподобного сигнала с прыгающей центральной частотой, содержащее входной усилитель, соединенный с одним входом смесителя, синтезатор частот, соединенный с другим входом смесителя, выход которого подключен к коррелятору, другие входы которого соединены с выходами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ОПП) и генератора опорной псевдослучайной последовательности (ОПП), другие выходы формирователя ОПП и генератора ОПП соединены с входами первого и второго перемножителей соответственно, а входы - с выходами блока синхронизации по задержке, выходы перемножителей через полосовые фильтры подключены к входам фазового детектора, выход которого соединен со входом решающего блока, другой вход которого подключен к выходу формирователя опорной кодограммы, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени поиска шумоподобного сигнала с изменяющейся центральной частотой, введены (n-1) дополнительных смесителей, коммутатор, блок выбора максимального сигнала и (n-1) дополнительных корреляторов, выходы которых и коррелятора через блок выбора максимального сигнала подключены к входу блока синхронизации по задержке и первому входу коммутатора, другие n входов которого подключены соответственно к n выходам смесителя и дополнительных смесителей, подключенных к первым входам соответствующих корреляторов, а выход коммутатора соединен с объединенным входом двух перемножителей, другие входы (n-1) дополнительных корреляторов соединены с соответствующими входами коррелятора, подключенными соответственно к выходам формирователя ОПП и генератора ОПП.
РИСУНКИ
