Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала

 

Использование: в радиосвязи. Сущность изобретения: автокорреляционный измеритель содержит блоки умножения, элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, фильтры нижних частот, генератор скорости перестройки, измерители частот, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылок, арифметический блок, блок регистрации, фазовращатели, квадраторы, сумматоры, блок извлечения корня, пороговый блок, ключи, детекторы огибающей, дифференциальные цепи, триггеры, вентили, элементы И, счетчики импульсов, генератор счетных импульсов, делитель, умножитель, усилитель, ограничитель. Измеритель позволяет определить знак скорости изменения частоты. 2 ил.

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться как устройство обработки фазоманипулированных (ФМ) сигналов в системах передачи дискретной информации, в совмещенных системах связи и в радиолокации, где широко применяются псевдослучайные ФМ-сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Известен автокорреляционный измеритель, содержащий последовательно соединенные блок умножения, к входу которого подключен выход элемента задержки, и полосовой фильтр, а также фильтр нижних частот.

Однако, данный измеритель обладает недостаточной точностью измерения.

Известен также автокорреляционный измеритель, содержащий генератор сигналов меандровой частоты, входной перестраиваемый блок задержки и последовательно соединенные входной перемножитель и полосовой фильтр, причем входы входного перемножителя и входного перестраиваемого блока задержки соединены между собой.

Однако, при работе с известным измерителем необходимо знание пределов возможных значений тактовой частоты.

Наиболее близким техническим решением (базовым объектом) является автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного ФМ-сигнала, содержащий первый блок умножения, элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, первый фильтр нижних частот, генератор скорости перестройки, второй фильтр нижних частот, первый и второй измерители частоты, второй блок умножения, третий фильтр нижних частот, первый вентиль, первый счетчик импульсов, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылок, арифметический блок, блок регистрации, первый и второй фазовращатели, третий блок умножения, четвертый фильтр нижних частот, квадраторы, сумматор, блок извлечения квадратного корня, пороговый блок, первый ключ, первый детектор огибающей, первую дифференциальную цепь, второй вентиль, триггер, элемент И, генератор счетных импульсов, второй счетчик импульсов, делитель, умножитель, второй ключ, второй детектор огибающей, вторую дифференциальную цепь и третий вентиль.

Измеритель работает следующим образом.

При наличии в принимаемом сигнале линейной частотной модуляции результатом перемножения в блоке умножения незадержанного и задержанного в элементе сигналов появляются биения с высокочастотным заполнением, которые проходят через полосовой фильтр и нелинейный элемент. Ширина спектра биений в М = Δ F_c˙T_д (Δ F_c - девиация частоты) уже спектра принимаемого сигнала, а положение спектра на оси частот определяется средней частотой f_ср, равной величине произведения скорости γ = изменения частоты сигнала на величину задержки τ_з в элементе сигналов, т. е.

f_cp= γ·τ_з= · τ_з (1) Согласно (1) при изменении времени задержки τ_з в элементе сигналов с помощью генератора скорости перестройки по линейному закону меняется значение средней частоты f_ср. Измеряя значение средней частоты f_срспектра сигнала с помощью измерителя частоты и зная величину задержки τ_з , определяют скорость изменения частоты γ .

Для измерения величины задержки τ_з , соответствующей f_ср, при появлении напряжения на выходе фильтра нижних частот пороговый блок вырабатывает управляющий импульс, поступающий на входы ключей и открывает их. В исходном состоянии ключи всегда закрыты. Незадержанный и задержанный сигналы детектируются в детекторах огибающей и дифференцируются с помощью дифференциальных цепей. В результате дифференцирования образуется положительные и отрицательные импульсы, соответствующие началу и концу сигнала. На выходах однополярных вентилей остаются только положительные импульсы, первым из которых триггер запускается, а вторым возвращается в исходное состояние через интервал времени τ_з . Выходным импульсом длительности τ_з триггера управляется элемент И. За время длительности импульса счетные импульсы с выхода генератора поступают в счетчик. Информация о величине τ_з в двоичном коде с выхода счетчика поступает на один вход делителя, на другой вход которого поступает в двоичном коде информация о величине f_ср с выхода измерителя частоты. В делителе вычисляется величина скорости изменения частоты γ = , которая регистрируется в блоке и поступает на вход умножителя. На другой вход умножителя поступает в двоичном коде с выхода измерителя информация о величине длительности элементарных посылок Т_д. В умножителе вычисляется величина девиации частоты ΔF_c = gamma ˙Т_д в двоичном коде, которая регистрируется в блоке. В блоке также регистрируется длительность элементарных посылок Т_д, база N и длительность Т_с сигнала.

Однако, данный измеритель позволяет измерять только величину γ скорости изменения частоты и не позволяет определять ее знак.

Цель изобретения - определение знака скорости изменения частоты сигнала.

Это достигается тем, что в устройство введены шесть триггеров, четыре дифференциальных цепи, два вентиля, четыре элемента И, два счетчика импульсов, второй сумматор, ограничитель и усилитель, выход которого через последовательно соединенные ограничитель и третью дифференциальную цепочку подключен к входу четвертого вентиля, выход которого соединен с первыми входами второго и четвертого элемента И, выходы которых подключены к входам соответственно второго и шестого триггеров, выходы которых соединены с входами соответственно четвертой и шестой дифференциальных цепей, выходы которых соединены с входами соответственно третьего и седьмого триггеров, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого элементов И, при этом выход первого триггера через последовательно соединенные пятую дифференциальную цепочку, пятый вентиль и пятый триггер соединен с третьим входом четвертого элемента И, выход второго ключа подключен к входу усилителя, выход генератора счетных импульсов соединен с первым входом третьего и пятого элементов И, выходы которых через соответственно третий и четвертый счетчики импульсов подключены к входам второго сумматора, выход которого через четвертый триггер подключен к седьмому входу блока регистрации, а выходы второго и шестого триггеров соединены с вторыми входами соответственно третьего и пятого элементов И.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются триггеры, элементы И, вентили, дифференциальные цепи, счетчики, усилитель, ограничитель, сумматор и связи между ними.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - график, поясняющий его работу.

Измеритель содержит блоки 1, 10 и 20 умножения, элемент 2 задержки, полосовой 3 фильтр, нелинейный элемент 4, фильтры 5, 6 11 и 21 нижних частот, генератор 6 скорости перестройки, измерители 8 и 9 частоты, вентили 12, 30, 40, 44 и 54, счетчики 13, 34, 50 и 61 импульсов, измеритель 14 базы сигнала, измеритель 15 длительности посылок, арифметический блок 16, блок 17 регистрации, фазовращатели 18 и 19, квадраторы 22 и 23, сумматоры 24 и 51, блок 25 извлечения квадратного корня, пороговый блок 26, ключи 27 и 37, детекторы 28 и 38 огибающей, дифференциальные цепи 29, 39, 43, 47, 53 и 58, триггеры 31, 46, 48, 52, 55, 57 и 59, элементы И 32, 45, 49, 56 и 60, генератор 33 счетных импульсов, делитель 35, умножитель, усилитель 41, ограничитель 42.

Устройство работает следующим образом.

Определение знака скорости изменения частоты в ЛЧМ-сигнала осуществляется путем измерения и сравнения периодов Т₁ и Т₂высокочастотных колебаний в начале и конце сигнала. Если Т₁ > Т₂, то знак скорости γ изменения частоты положительный, т. е. частота возрастает, если Т₁ < Т₂, то знак отрицательный и частота в ЛЧМ-сигнале убывает.

Для измерения периода Т₁ высокочастотных колебаний ЛЧМ-сигнал (фиг. 2, а) с выхода ключа 37 поступает на усилитель 41 и ограничитель 42. С выхода ограничителя 42 сигнал (фиг. 2, б) поступает на дифференциальную цепь 43. В результате дифференцирования образуются положительные и отрицательные импульсы (фиг. 2, в), соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сигнала. На выходе однополярного вентиля 44 образуются только положительные импульсы (фиг. 2, г), период следования которых равен периоду высокочастотного сигнала. Первым положительным импульсом, проходящим через элемент И 45, триггер 46 устанавливается в единичное состояние (фиг. 2, д). Исходное состояние всех триггеров нулевое. Разрешающее напряжение на элемент И 45 поступает с нулевого выхода триггера 48 (фиг. 2, ж). Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 (фиг. 2, д) разрешает прохождение счетных импульсов через элемент И 49 с выхода генератора 33 на вход счетчика 50 (фиг. 2, з). Второй положительный импульс (фиг. 2, г), который следует через интервал времени Т₁, с выхода элемента И 45 возвращает триггер 46 в исходное нулевое состояние (фиг. 2, д), а отрицательным импульсом с выхода дифференциальной цепи 47 (фиг. 2, е) триггер 48 устанавливается в единичное состояние (фиг. 2, ж), нулевой выход которого запрещает прохождение положительных импульсов (фиг. 2, г) через элемент И 45. Низкий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 запрещает прохождение счетных импульсов генератора 33 через элемент И 49 (фиг. 2, з). Информация о величине Т₁ в двоичном коде с выхода счетчика 50 поступает на сумматор 51, на другой вход которого для выполнения операции вычитания поступает обратный код величины Т₂ со счетчика 61.

Для измерения величины периода Т₂ выходной импульс с триггера 31 (фиг. 2, и), задержанный на τ_з , дифференцируется с помощью дифференциальной цепи 53. В результате дифференцирования образуются положительный и отрицательный импульсы (фиг. 2, к), которые поступают на вход однополярного вентиля 54. На выходе вентиля 54 образуется только отрицательный импульс (фиг. 2, л), который устанавливает триггер 55 в единичное состояние (фиг. 2, м). Высоким уровнем сигналов с единичного выхода триггера 55 (фиг. 2, м) и нулевого выхода триггера 59 (фиг. 2, п) открывается элемент И 56, на который поступают положительные импульсы с выхода однополярного вентиля 44 (фиг. 2, г). Первым положительным импульсом, прошедшим через элемент И 56, триггер 57 устанавливается в единичное состояние, а вторым импульсом через промежуток времени Т₂триггер 57 устанавливается в исходное нулевое состояние (фиг. 2, н). Отрицательным импульсом с выхода дифференциальной цепи 58 (фиг. 2, о) триггер 59 устанавливается в единичное состояние. Сигнал с нулевого выхода триггера 59 запрещает дальнейшее прохождение положительных импульсов через элемент И 56. Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 57 (фиг. 2, н) на время длительности Т₂ разрешает прохождение через элемент И 60 счетных импульсов генератора 33 на вход счетчика 61 (фиг. 2, р). Информация о величине Т₂ с инверсных выходов счетчика 61 (обратный код) поступает на сумматор 51, на другой вход которого подается информация в двоичном коде о величине Т₁ с выхода счетчика 50.

В результате в сумматоре 51 реализуется операция вычитания двоичных кодов Т₁ и Т₂. В зависимости от соотношения величины Т₁ и Т₂ сумма будет положительной или отрицательной. Знак суммы фиксируется триггером 52 знака (фиг. 2, с), сигнал с выхода которого поступает на блок 17 регистрации. Если знак суммы положительный (Т₁ > Т₂), то триггер 52 устанавливается в единичное состояние, формируя в блоке 17 признак приема ЛЧМ-сигнала с возрастающей частотой. Если знак суммы отрицательный (Т₁ < Т₂), то триггер 52 устанавливается в нулевое состояние, формируя в блоке 17 признак приема ЛЧМ-сигнала с убывающей частотой (фиг. 2, с).

Таким образом, в предлагаемом измерителе по сравнению с базовым объектом имеется возможность не только измерять величинуγ скорости изменения частоты, но и ее знак.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1518890, кл. Н 04 В 3/46, 1987.

Формула изобретения

АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОГО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА, содержащий генератор скорости перестройки, выход которого соединен с первым входом элемента задержки, первый выход которого соединен с первым входом первого блока умножения и с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к выходу порогового блока и к первому входу второго ключа, второй вход которого соединен с вторым входом элемента задержки, с вторым входом первого блока умножения, с первым входом второго блока умножения и с входом первого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, вход которого соединен с вторым выходом элемента задержки и вторым входом второго блока умножения, выход которого через последовательно соединенные третий фильтр нижних частот и первый квадратор подключен к первому входу первого сумматора, выход которого через последовательно соединенные блок извлечения квадратного корня, первый вентиль, первый счетчик импульсов, и измеритель базы сигнала подключен к первому входу блока регистрации и к первому входу арифметического блока, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, третий вход которого соединен с вторым входом арифметического блока, с первым входом умножителя и с выходом измерителя длительности посылок, вход которого подключен к выходу первого измерителя частоты, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, вход которого подключен к выходу нелинейного элемента и входу второго фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом порогового блока и второго измерителя частоты, выход которого соединен с четвертым входом блока регистрации и с первым входом делителя, второй вход которого подключен к выходу второго счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход третьего блока умножения через последовательно соединенные четвертый фильтр нижних частот и второй квадратор соединен с вторым входом первого сумматора, выход первого блока умножения через полосовой фильтр соединен с входом нелинейного элемента, выход первого ключа через последовательно соединенные первый детектор огибающей, первую дифференциальную цепочку, второй вентиль и первый триггер подключен к второму входу элемента И, выход второго ключа через последовательно соединенные второй детектор огибающей, вторую дифференциальную цепочку и третий вентиль соединен с вторым входом первого триггера, выход делителя соединен с пятым входом блока регистрации и с вторым входом умножителя, выход которого подключен к шестому входу блока регистрации, отличающийся тем, что, с целью определения знака скорости изменения частоты, введены шесть триггеров, четыре дифференциальные цепи, два вентиля, четыре элемента И, два счетчика импульсов, второй сумматор, ограничитель и усилитель, выход которого через последовательно соединенные ограничитель и третью дифференциальную цепочку подключен к входу четвертого вентиля, выход которого соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно второго и шестого триггеров, выходы которых соединены с входами соответственно четвертой и шестой дифференциальных цепей, выходы которых соединены с входами соответственно третьего и седьмого триггеров, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого элементов И, при этом выход первого триггера через последовательно соединенные пятую дифференциальную цепочку, пятый вентиль и пятый триггер соединен с третьим входом четвертого элемента И, выход второго ключа подключен к входу усилителя, выход генератора счетных импульсов соединен с первым входом третьего и пятого элементов И, выходы которых через соответственно третий и четвертый счетчики импульсов подключены к входам второго сумматора, выход которого через четвертый триггер подключен к седьмому входу блока регистрации, а выходы второго и шестого триггеров соединены с вторыми входами соответственно третьего и пятого элементов И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2