Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала

 

Использование: обработка фазоманипулированных сигналов в системах передачи данных, средствах связи. Сущность изобретения: измеритель содержит пять блоков умножения, элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, четыре фильтра нижних частот, генератор скорости перестройки , два измерителя частоты, пять вентилей, три счетчика импульсов, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылки, арифметический блок, блок регистрации, фазовращатель, два квадратора, три сумматора, блок извлечения квадратного корня, пороговый блок, два ключа, два детектора огибающей, четыре дифференцирующих цепи, шесть триггеров, генератор счетных импульсов, пять делителей импульсов, восемь элементов И, усилитель, ограничитель, два регистра и элемент НЕ. Измеритель обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет определения закона скорости изменения частоты в импульсе. 2 ил.

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться как устройство обработки фазоманипулированных (ФМ) сигналов в системах передачи дискретной информации, в совмещенных системах связи.

Известен автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного ФМ сигнала, содержащий блок умножения , элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, первый фильтр нижних частот генератор скорости перестройки, второй фильтр нижних частот, первый и второй измерители частот, дополнительный блок умножения, третий фильтр нижних частот, вентиль, счетчик импульсов, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылок, арифметический блок, блок регистрации, фазовращатель, второй дополнительный блок умножения, четвертый фильтр нижних частот, первый и второй квадраторы, сумматор, блок извлечения квадратного корня, пороговый блок, первый ключ, первый детектор огибающей, первую дифференцирующую цепь, первый дополнительный вентиль, первый триггер, первый элемент И, генератор счетных импульсов, дополнительный счетчик импульсов, первый делитель, третий дополнительный блок умножения, второй делитель, второй и третий триггеры, второй элемент И, четвертый триггер, второй ключ, второй детектор огибающей, вторую дифференцирующую цепь и второй дополнительный вентиль.

При этом вход автокорреляционного измерителя соединен с входами первого блока умножения, фазовращателя и второго ключа; выход блока умножения соединен с первым входом блока регистрации через последовательно включенные полосовой фильтр, нелинейный элемент, второй фильтр низкой частоты и измеритель частоты; второй выход нелинейного элемента соединен с третьим входом блока регистрации через последовательно включенные фильтр низкой частоты, измеритель частоты, измеритель длительности посылки и арифметический блок; второй выход измерителя длительности посылок соединен с вторым входом блока регистрации и вторым входом блока умножения, второй выход первого фильтра нижних частот соединен с восьмым входом блока регистрации через второй триггер и вторым входом элемента И; первый выход элемента задержек соединен с вторым входом блока умножения и с пятым входом блока регистрации через последовательно включенные первый ключ, первый детектор огибающей, первую дифференцирующую цепь, второй вентиль, первый триггер, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, второй счетчик импульсов и первый делитель; второй выход элемента задержки соединен с вторыми входами второго и третьего блоков умножения; выход второго блока умножения соединен с входами арифметического блока и второго делителя частоты, а также с четвертым входом блока регистрации через последовательно включенные третий фильтр низкой частоты, второй квадратор, сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый вентиль, первый счетчик импульсов и измеритель базы сигнала; выход фазовращателя соединен с вторым входом сумматора через последовательно включенные третий блок умножения, четвертый фильтр нижних частот и первый квадратор; выход генератора 6 соединен с вторыми входами элемента задержки и измерителей частоты; выход второго фильтра низкой частоты соединен с входом порогового блока, выход которого соединен с вторыми входами первого 26 и второго ключей, а также с входом второго элемента И и первым входом триггера; второй вход триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого триггеров, а также с выходом второго вентиля; выход триггера соединен с девятым входом блока регистрации, а десятый его вход соединен с выходом четвертого триггера, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход второго ключа соединен с вторым входом первого триггера через последовательно включенные второй детектор огибающей 42, вторую дифференцирующую цепь и третий вентиль; шестой вход блока регистрации соединен с выходом четвертого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого делителя.

Однако известный измеритель не позволяет определять закон скорости изменения мгновенной частоты. Это необходимо для выявления радиоэлектронных средств, использующих частотно-модулированные сигналы, так как закон скорости изменения частоты является одним из самых информативных признаков.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя за счет определения закона скорости изменения мгновенной частоты импульсного сигнала.

Указанная цель достигается тем, что в известный измеритель дополнительно введены усилитель сигнала, ограничитель, третья дифференцирующая цепь, четвертый и пятый вентили, третий элемент И, пятый триггер, четвертая дифференцирующая цепь, шестой триггер, четвертый элемент И, третий счетчик импульсов, пятый элемент И, первый регистр, шестой элемент И, второй регистр, седьмой элемент И, восьмой элемент И, третий и четвертый делители импульсов, второй сумматор, элемент НЕ, третий сумматор, пятый делитель и пятый блок умножения.

При этом выход второго ключа подключен дополнительно к одиннадцатому входу блока регистрации через введенные последовательно соединенные усилитель, ограничитель, третью дифференцирующую цепь, пятый вентиль, третий элемент И, пятый триггер, четвертую дифференцирующую цепь, шестой триггер, четвертый и седьмой элементы И, второй сумматор, пятый делитель и пятый блок умножения, выход пятого вентиля подключен к второму входу четвертого элемента И и к второму входу пятого блока умножения через последовательно соединенные третий счетчик импульсов, пятый элемент И, второй регистр, восьмой элемент И, четвертый и третий сумматор; выход третьей дифференцирующей цепи подключен к второму входу седьмого элемента И через последовательно соединенные четвертый вентиль, шестой элемент И и первый регистр; второй выход второго регистра подключен к второму входу шестого элемента И, выход пятого вентиля соединен с вторым входом пятого элемента И, второй выход шестого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход седьмого элемента И через последовательно соединенные третий делитель и элемент НЕ подключен к второму входу третьего сумматора.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Предлагаемый измеритель содержит первый блок 7 умножения, элемент 2 задержки, полосовой фильтр 3, нелинейный элемент 4, первый фильтр 5 нижних частот, генератор 6 скорости перестройки, второй фильтр 7 нижних частот, первый 8 и второй 9 измерители частоты, второй блок 10 умножения, третий фильтр 11 нижних частот, первый вентиль 12, первый счетчик 13 импульсов, измеритель 14 базы сигнала, измеритель 15 длительности посылки, арифметический блок 16, блок 17 регистрации, фазовращатель 18, третий блок 19 умножения, четвертый фильтр 20 нижних частот, первый 21 и второй 22 квадраторы, первый сумматор 23, блок 24 извлечения квадратного корня, пороговый блок 25, первый ключ 26, первый детектор 27 огибающей, первую дифференцирующую цепь 28, второй вентиль 29, первый триггер 30, первый элемент И 31, генератор 32 счетных импульсов, второй счетчик 33 импульсов, первый делитель 34, четвертый перемножитель 35, второй делитель 36, второй 37 и третий 38 триггеры, второй элемент И 39, четвертый триггер 40, второй ключ 41, второй детектор 42 огибающей, вторую дифференцирующую цепь 43, третий вентиль 44, усилитель 45, ограничитель 46, третью дифференцирующщую цепь 47, четвертый 48 и пятый 49 вентили, третий элемент И 50, пятый триггер 51, четвертую дифференцирующую цепь 52, шестой триггер 53, четвертый элемент И 54, третий счетчик 55 импульсов, пятый элемент И 56, первый регистр 57, шестой элемент И 58, второй регистр 59, седьмой 60 и восьмой 61 элементы И, третий 62 и четвертый 63 делители импульсов, второй сумматор 64, элемент НЕ 65, третий сумматор 66, пятый делитель 67 импульсов и пятый блок 68 умножения.

При этом выход второго ключа подключен дополнительно к одиннадцатому входу блока регистрации через введенные последовательно соединенные усилитель, ограничитель, третью дифференцирующую цепь, пятый вентиль, третий элемент И, пятый триггер, четвертую дифференцирующую цепь, шестой триггер, четвертый и седьмой элементы И, второй сумматор, пятый делитель и пятый блок умножения, выход пятого вентиля подключен к второму входу четвертого элемента И и к второму входу пятого блока умножения через последовательно соединенные третий счетчик импульсов, пятый элемент И, второй регистр, восьмой элемент И, четвертый делитель и третий сумматор; выход третьей дифференцирующей цепи подключен к второму входу седьмого элемента И через последовательно соединенные четвертый вентиль, шестой элемент И и первый регистр; второй выход второго регистра подключен к второму входу шестого элемента И, выход пятого вентиля соединен с вторым входом пятого элемента И, второй выход шестого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход седьмого элемента И через последовательно соединенные третий делитель и элемент НЕ подключен к второму входу третьего сумматора; выход второго ключа подключен дополнительно к одиннадцатому входу блока регистрации через введенные последовательно соединенные усилитель, ограничитель, третью дифференцирующую цепь, пятый вентиль, третий элемент И, пятый триггер, четвертую дифференцирующую цепь, шестой триггер, четвертый и седьмой элементы И, второй сумматор, пятый делитель, пятый блок умножения; выход пятого вентиля подключен к второму входу четвертого элемента И и второму входу пятого блока умножения через последовательно соединенные третий счетчик импульсов, пятый элемент И, второй регистр, восьмой элемент И, четвертый делитель и третий сумматор; выход третьей дифференцирующей цепи подключен к второму входу седьмого элемента И через последовательно соединенные четвертый вентиль, шестой элемент И и первый регистр; второй выход второго регистра подключен к второму входу шестого элемента И, выход пятого вентиля соединен с вторым входом пятого элемента И, второй выход шестого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход седьмого элемента И через последовательно соединенные третий делитель и элемент НЕ подключен к второму входу третьего сумматора, выход генератора счетчика импульсов соединен с вторым входом третьего счетчика импульсов.

Измеритель работает следующим образом.

При наличии в линейном сигнале частотной модуляции в результате перемножения в блоке 1 умножения незадержанного и задержанного в элементе 2 задержки сигналов появляются биения с высокочастотным заполнением, которые проходят через полосовой фильтр 3 и нелинейный элемент 4. Ширина спектра сигнала биения уже спектра принимаемого сигнала, а положение спектра на оси частот определяется средней частотой, равной величине произведения скорости изменения частоты сигнала на величину задержки. При этом величина задержки, образующаяся в элементе 2 (на первом отводе), изменяется по линейному закону с помощью генератора 6, вырабатывающего периодическое пилообразное напряжение управления. С помощью измерителя 8 определяется значение тактовой частоты фазоманипулированного сигнала, а в измерителе 9 определяется значение несущей частоты.

В результате умножения сигналов в блоках 10 и 19, причем на блок 19 входной сигнал поступает через фазовращатель 18, и выделения низкочастотных напряжений фильтрами 11 и 20 образуются колебания, которые через квадраторы 21 и 22 поступают в сумматор 23, на выходе которого образуется напряжение, поступающее на вход блока 24 извлечения квадратного корня. На выходе последнего образуется напряжение, которое представляет собой произведение двух одинаковых функций, сдвинутых во времени на величину задержки на втором выходе элемента 2.

Выделенные вентилем 12 однополярные импульсы, соответствующие скачкам фазы, подсчитываются счетчиком 13 и подаются на вход измерителя 14, где определяется база сигнала, на которой по данным измерителя 15 определяется в арифметическом блоке 16 длительность принимаемого фазоманипулированного сигнала.

При наличии во входном сигнале линейной частотной модуляции (ЛЧМ) величина сигнала на входе фильтра 7 нижних частот превышает уровень сигнала при ее отсутствии. В результате пороговый блок 25 вырабатывает управляющий импульс, поступающий на входы ключей 26 и 41, и открывает их. В исходном состоянии ключи 26 и 41 всегда закрыты. Незадержанный и задержанный сигналы детектируются в детекторах 27 и 42 огибающей и дифференцируются с помощью дифференцирующих цепей 28 и 43. В результате дифференцирования образуются положительные и отрицательные импульсы, соответствующие началу и концу сигнала. На выходах однополярных дополнительных вентилей 29 и 44 остаются только положительные импульсы, первыми из которых триггер 30 запускается, а вторым возвращается в исходное состояние через время задержки. Выходным импульсом триггера 30 управляется элемент И 31. За время длительности импульса счетные импульсы с выхода генератора 32 поступают в счетчик 33. Информация о величине задержки в двоичном коде с выхода счетчика 33 поступает на один вход делителя 34, на другой вход которого поступает в двоичном коде информация о величине средней частоты с выхода измерителя 9 частоты. В делителе 34 вычисляется величина скорости изменения частоты, которая регистрируется в блоке 17 и поступает на вход блока 35 умножения.

На другой вход блока 35 умножения подается в двоичном коде информация о величине длительности элементарной посылки с выхода измерителя 15. В блоке 35 умножения вычисляется в двоичном коде величина девиации частоты, которая регистрируется в блоке 17.

Искомая скорость манипуляции фазы принимаемого сигнала определяется в делителе 36 по отношению базы сигнала, которая определяется в измерителе 14, к длительности сигнала, измеряемой блоком 16.

В блоке 17 регистрируются средняя частота сигнала, девиация частоты, длительность элементарной посылки, база сигнала и его длительность, скорость изменения частоты и манипуляции фазы сигнала.

При наличии на входе устройства входного сигнала положительным импульсом сброса, который вырабатывается из входного сигнала в результате его детектирования, дифференцирования и ограничения сверху на нулевом уровне в элементах 27-29, триггеры 37 и 38 устанавливаются в исходное состояние "I", а триггер 40 - в состояние "0".

При наличии на входе автокорреляционного измерителя сигнала с ЛЧМ триггер 38 переводится в состояние "0" импульсом с выхода порогового блока 25, а вследствие того, что напряжение на выходе фильтра 5 нижних частот отсутствует, триггер 37 не меняет своего состояния, формируя в блоке 17 признак приема ЛЧМ-сигнала. В этом случае на восьмой вход блока 17 подается "1" в двоичном коде с выхода триггера 37. Аналогично при наличии на входе автокорреляционного измерителя сигнала с фазовой манипуляцией триггер 37 переводится в состояние "0" импульсом с выхода фильтра 5 нижних частот, а вследствие того, что напряжение на выходе порогового блока 25 отсутствует, триггер 38 не меняет своего состояния, формируя в блоке 17 признак приема ФМ-сигнала. В этом случае на десятый вход блока 17 подается "I" в двоичном коде с выхода триггера 38. При наличии на входе автокорреляционного измерителя ФМ-сигнала с ЛЧМ с выходов фильтра 5 нижних частот и порогового блока 25 одновременно поступают напряжения на входы второго элемента И 39 и на установку триггеров 37 и 38 в состояние "0". Сигналом с выхода второго элемента И 39 триггер 40 устанавливается в состояние "1", формируя в блоке 17 признак приема ФМ-сигнала с ЛЧМ. В этом случае на десятый вход блока подается "1" в двоичном коде с выхода триггера 40.

Определение закона скорости изменения мгновенной частоты в ЛЧМ-сигнале осуществляется путем последовательного измерения двух периодов T_i и T_i+1 высокочастотных колебаний сигнала и сравнения их. Скорость γопределяется из соотношения γ= = = Для измерения периода T_i высокочастотных колебаний ЛЧМ-сигнал (фиг. 2, а) с выхода ключа 41 поступает на усилитель 45 и ограничитель 46. С выхода ограничителя 46 сигнал (фиг. 2, б) поступает на дифференцирующую цепь 47. В результате дифференцирования образуются положительные и отрицательные импульсы (фиг. 2, в), соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сигнала. Положительные импульсы, проходя через вентиль 49 (фиг. 2, г), поступают на элементы И 50 и 54. Триггеры 51 и 53 и дифференцирующая цепь 52 обеспечивают формирование на выходе элемента И 54 последовательности положительных импульсов, начиная с третьего (фиг. 2, з). При этом первый положительный импульс, проходя через элемент И 50, который управляется нулевым выходом триггера 53 (фиг. 2, е), устанавливает триггер 51 в состояние "1". Второй положительный импульс сбрасывает триггер 51 в состояние "0", а импульс с выхода дифференцирующей цепи 52 устанавливает триггер 53 в состояние "1". В результате на элемент И 50 не поступает разрешающий потенциал с нулевого выхода триггера 53, а на элемент И 54 с единичного выхода этого триггера поступает разрешающий потенциал (фиг. 2, ж). Таким образом третий и последующие положительные импульсы с выхода вентиля 49 проходят через элемент И 54 и поступают на входы элементов И 60 и 61. Каждый положительный импульс с выхода вентиля 49 устанавливает счетчик 55 в состояние "0", считывая одновременно содержимое счетчика в регистр 59. Счетчик 55 осуществляет подсчет импульсов, поступающих с генератора 32 счетных импульсов, формируя двоичный код, пропорциональный длительности периода высокочастотных колебаний.

Вторым положительным импульсом с выхода вентиля 49 содержимое счетчика 55, соответствующее коду длительности первого периода высокочастотных колебаний, переписывается в регистр 59.

Далее первым отрицательным импульсом с выхода вентиля 48 содержимое регистра 59 переписывается в регистр 57. Третий положительный импульс с выхода вентиля 49 считывает в регистр 59 со счетчика 55 длительность второго периода высокочастотного колебания. Этот же импульс, проходя через элемент И 54, обеспечивает считывание первого и второго периодов из регистров 57 и 59 через элементы И 60 и 61 в сумматор 64, где определяется сумма кодов T₁ и T₂. Одновременно коды периодов T₁ и T₂поступают на делители 62 и 63 и далее обратные величины и поступают на сумматор 66, где определяется сумма ₊ . С выходов сумматоров 64 и 66 результаты подаются на блок умножения 68, в котором определяется искомая величина γ- скорость изменения мгновенной частоты ЛЧМ-сигнала. Далее информация о γ поступает на одиннадцатый вход блока 17 регистрации. С приходом каждого положительного импульса с выхода вентиля 49 процедура расчета величины γ повторяется. Таким образом в процессе действия ЛЧМ-сигнала по каждому его периоду высокочастотных колебаний определяется скорость изменения мгновенной частоты. (56) Авторское свидетельство СССР N 1598185, кл. H 04 B 3/46, 1989.

Формула изобретения

АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОГО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА, содержащий последовательно соединенные генератор, элемент задержки, первый блок умножения, полосовой фильтр, нелинейный элемент, первый фильтр нижних частот, первый измеритель частоты, измеритель длительности посылки, выход которого подключен к соответствующему входу блока регистрации, арифметический блок и блок регистрации, соответствующий вход которого соединен с выходом второго измерителя частоты, первый вход которого соединен через второй фильтр нижних частот с выходом нелинейного элемента, а второй вход объединен с вторым входом первого измерителя частоты и соединен с выходом генератора, последовательно соединенные второй блок умножения, первый вход которого объединен с вторыми входами первого блока умножения элемента задержки и входом фазовращателя и является входом автокорреляционного измерителя, третий фильтр нижних частот, второй квадратор, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора, блок извлечения квадратного корня, первый вентиль, первый счетчик импульсов и измеритель базы сигнала, выход которого подключен к соответствующему входу блока регистрации и к второму входу арифметического блока, последовательно соединенные третий блок умножения, один вход которого соединен с выходом фазовращателя, другой - с вторым выходом элемента задержки и вторым входом второго блока умножения, четвертый фильтр нижних частот и первый квадратор, последовательно соединенные первый ключ, первый детектор огибающей, первую дифференцирующую цепь, второй вентиль, первый триггер, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, второй счетчик импульсов и первый делитель, первый выход элемента задержки подключен к первому входу первого ключа, выход первого делителя подключен к соответствующему входу блока регистрации, выход измерителя длительности посылок - к соответствующему входу блока регистрации через четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого делителя, выход измерителя базы сигнала подключен дополнительно к соответствующему входу блока регистрации через второй делитель, второй вход которого соединен с выходом арифметического блока, выход первого фильтра нижних частот подключен к соответствующему входу блока регистрации через второй триггер, выход второго фильтра нижних частот - к соответствующему входу блока регистрации через последовательно соединенные пороговый блок и третий триггер, выход первого фильтра нижних частот - к соответствующему входу блока регистрации через последовательно соединенные второй элемент и четвертый триггер, второй вход которого соединен с вторыми входами второго и третьего триггеров и с выходом второго вентиля, а вход измерителя соединен дополнительно с вторым входом первого триггера через последовательно соединенные второй ключ, второй вход которого соединен с вторыми входами первого ключа и второго элемента И и с выходом порогового блока, второй детектор огибающей, вторую дифференцирующую цепь и третий вентиль, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения закона скорости изменения мгновенной частоты, выход второго ключа подключен дополнительно к соответствующему входу блока регистрации через введенные последовательно соединенные усилитель, ограничитель, третью дифференцирующую цепь, пятый вентиль, третий элемент И, пятый триггер, четвертую дифференцирующую цепь, шестой триггер, четвертый и седьмой элементы И, второй сумматор, пятый делитель, пятый блок умножения, выход пятого вентиля подключен к второму входу четвертого элемента И и к второму входу пятого блока умножения через последовательно соединенные третий счетчик импульсов, пятый элемент И, второй регистр, восьмой элемент И, четвертый делитель и третий сумматор, выход третьей дифференцирующей цепи подключен к второму входу седьмого элемента И через последовательно соединенные четвертый вентиль, шестой элемент И и первый регистр, второй выход второго регистра подключен к второму входу шестого элемента И, выход пятого вентиля соединен с вторым входом пятого элемента И, второй выход шестого триггера подключен к второму входу третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход седьмого элемента И через последовательно соединенные третий делитель и элемент НЕ подключен к второму входу третьего сумматора, выход генератора счетных импульсов соединен с вторым входом третьего счетчика импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2