Устройство поиска широкополосных фазоманипулированных сигналов по задержке

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в приемниках широкополосных сигналов. Технический результат - обеспечение поиска по задержке сигнала с неизвестной структурой при неизвестной области его неопределенности по частоте и распознавание структуры сигнала. Входной широкополосный сигнал, структура, несущая частота, область неопределенности по частоте которой неизвестны, поступает на все устройство. В результате вычитания из входного периодического сигнала и того же задержанного сигнала на выходе вычитателя выделяется одиночный импульс, поступающий в каждый из N идентичных каналов, в каждом из которых осуществляется прямое преобразование Фурье. На выход блока прямого преобразования выделяется напряжение, характеризующее спектр анализируемого сигнала, который подвергается амплитудному детектированию, в результате чего на выходе блока амплитудного детектирования появляется напряжение, характеризующее огибающую спектра входного сигнала, затем определяется канал с максимальным значением огибающей спектра. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в приемниках широкополосных сигналов.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов по задержке, описанные в патенте РФ N 2020762, H 04 B 1/10, в монографии Г.И. Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов". Москва, "Сов. радио", 1977 г. , стр. 326, в монографии Р.К. Диксона "Широкополосные системы", Москва, "Связь", 1979 г., стр. 192, рис. 6.9, недостатком которых является невозможность их использования для поиска по задержке сигналов неизвестной структуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальная схема поиска по задержке, описанная в монографии И.М. Теплякова и др. "Радиосистемы передачи информации", Москва, "Радио и связь", 1982 г., стр. 123, рис. 88, структурная схема которого приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения: 1 - перемножитель; 2 - полосовой фильтр; 3 - блок амплитудного детектирования; 4 - решающий блок; 5 - генератор псевдослучайной последовательности, состоящий из генератора тактовых импульсов 5₁ и регистра с обратными связями 5₂.

Устройство-прототип содержит n линеек, каждая из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 1 и m каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр 2 и блок амплитудного детектирования 3, содержит решающий блок 4, N входов которого соединены с соответствующими N выходами блоков 3, выход которого является выходом устройства, содержит генератор псевдослучайной последовательности 5, состоящий из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов 5₁ и регистра с обратными связями 5₂, N выходов которого соединены каждый с соответствующим опорным входом одного из M перемножителей, объединенные сигнальные входы которых являются входом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал поступает одновременно на входы M линеек, каждый из которых содержит перемножитель 1 и N идентичных каналов. В каждом из M блоков 1 осуществляется перемножение входного сигнала с опорной псевдослучайной последовательностью, формируемой блоком 5. Опорные сигналы, подаваемые на блоки 1₁ + 1_N, отличаются между собой задержкой на τ₀ , где τ₀ - длительность элементарного импульса опорной псевдослучайной последовательности длительностью N• τ₀ . Результат перемножения в каждой линейке обрабатывается в N каналах, при этом в каждом канале результат перемножения входного и опорного сигналов фильтруется в блоке 2 и детектируется в блоке 3. Результат амплитудного детектирования с выходов N•M каналов подается на входы блока 4. Частоты настройки фильтров 2 в N каналах и полосы их пропускания выбираются таким образом, чтобы в каждом из каналов перекрывалась априорно известная область неопределенности по частоте. В блоке 4 фиксируется номер канала, напряжение которого превысило порог.

Недостатком прототипа являются его ограниченные функциональные возможности, что определяется его неработоспособностью при решении задачи поиска по задержке сигнала с неизвестной структурой при неизвестной области его неопределенности по частоте.

Для устранения указанного недостатка в устройстве, содержащее решающий блок, генератор тактовых импульсов и N каналов, каждый из которых содержит блок амплитудного детектирования, выход которого соединен с соответствующим одним из N входов решающего блока, введены (N+1) блок прямого преобразования Фурье, (N+1) элемент задержки, вычитатель, коммутатор и анализатор. При этом первый вход вычитателя и входы N-го (N+1)-го элементов задержки объединены и являются входом устройства, выход N-го элемента задержки соединен со вторым входом вычитателя, вход которого соединен с объединенными входами N блоков прямого преобразования Фурье, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего одного из N блока амплитудного детектирования. Выход решающего блока соединен с управляющим входом коммутатора, выход (N+1)-го элемента задержки через (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье соединен со входом анализатора, выход коммутатора соединен со вторыми входами (N+1)-го блока прямого преобразователя Фурье и анализатора. Выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом коммутатора. Входы (N-1) элементов задержки объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов. Выход каждого из (N-1) элементов задержки соединен с одним из N входов коммутатора со 2-го по N-й входы соответственно.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения: 1₁, 1₂, . ..1_N-1, 10, 11 - первый, второй, ..., (N-1)-й, N-ный, (N+1)-й элементы задержки; 2 - вычитатель; 3₁, 3₂, ... 3_N, 7 - первый, второй, ..., N-й, (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье; 4₁,4₂,...,4_N - первый, второй,... N-й блок амплитудного детектирования;
5 - решающий блок;
6 - коммутатор;
8 - анализатор;
9 - генератор тактовых импульсов.

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные (N)-й элемент задержки 10, вычитатель 2, N идентичных параллельных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок прямого преобразования Фурье 3 и блок амплитудного детектирования 4, решающий блок 5, N входов которого соединен с N выходами соответствующих блоков амплитудного детектирования, содержит последовательно соединенные (N+1)-й элемент задержки 11, блок прямого преобразования Фурье 7, анализатор 8, содержит генератор тактовых импульсов 9 и (N-1)-й элемент задержки (1₁,1₂,1₃,...1_N-1), содержит коммутатор 6, при этом выход генератора тактовых импульсов 9 соединен с первым входом коммутатора 6 и вторым входом блока прямого преобразования 3₁ непосредственно, со вторым входом коммутатора 6 и вторым входом блока прямого преобразователя Фурье 3₂ - через первый элемент задержки 1₁, с третьим входом коммутатора 6 и третьим блоком прямого преобразования Фурье 3₃ - через второй элемент задержки 1₂ и т.д. с N-м входом коммутатора 6 и с N-м входом блока преобразования Фурье - через (N-1)-й элемент задержки 1_N-1, управляющий выход решающего блока 5, соединен с управляющим входом коммутатора 6, выход которого соединен со вторыми входами блока прямого преобразования Фурье и анализатора, при этом вход N-го элемента задержки 10 соединенный со вторым входом вычитателя 2 и входом (N+1)-го элемента задержки 11, является входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал поступает на первый вход блока 2 непосредственно, а на второй его вход - через блок 10, значение задержки которого выбирается равной известному периоду Т анализируемого периодического сигнала, структура, несущая частота, область неопределенности по частоте которого неизвестны. На выходе блока 2 за счет вычитания из входного периодического сигнала того же периодического сигнала, но задержанного на величину τ = Т, выделяется одиночный импульс сигнала, равный по длительному одному периоду анализируемого сигнала. Выделенный на выходе блока 2 одиночный импульс сигнала длительностью Т поступает одновременно на входы N идентичных каналов, в каждом из которых в блоке 3 выполняется процедура прямого преобразования Фурье, за счет чего на выходе блока 3 выделяется напряжение, характеризующее спектр анализируемого сигнала. Это напряжение поступает на блок 4, где выполняется процедура амплитудного детектирования, за счет чего на его выходе выделяется напряжение, характеризующее огибающую спектра входного
Сгибающие спектра сигнала, выделенные в N каналах, подаются на блок 5, где определяется канал с максимальным значением огибающей спектра. Тактовые импульсы, формируемые блоком 9, используемые для реализации процедуры прямого преобразования Фурье, подаются на блок 3₁ с выхода блока 9 непосредственно, а на блок 3₂ - с задержкой обеспечиваемой блоком 1₁, на блок 3₃ - с задержкой τ₃= 2τ₀, обеспечиваемой блоком 1₂ и т.д., на блок 3_N - с задержкой τ_N=(N-1)τ₀, обеспечиваемой блоком 1_N-1.

Амплитуды огибающих спектров на выходах блоков 3₁ - 3_N зависят от того, какая часть одиночного импульса сигнала, выделенного блоком 2, перекрывается с временным интервалом _ф=Т, где Т_ф - временной интервал, на котором выполняется преобразование Фурье. В блоке 5 определяется максимальная из N огибающих спектра, а тактовые импульсы, соответствующие максимальной огибающей, с помощью коммутатора 6 подаются на блок 7, на другой вход которого поступает со входа устройства через элемент задержки 11 входной сигнал.

В блоке 7 выполняется процедура прямого преобразования Фурье, при этом подаваемые на блок 7 такты синхронны со входным сигналом.

В блоке 8 выполняется распознавание принятого сигнала за счет сравнения его спектра, вычисленного в блоке 7, с ансамблем спектров сигналов, записанных в памяти блока 8.

Блоки 3₁ - 3_N и 7 идентичны и выполняют вычисление прямого преобразования Фурье с использованием тактов, поступающих: от блока 9 (для блока 3₁), от блока 9 через блок 1₁ (для блока 3₂) и т.д. от блока 9 через блок 1_N-1 (для блока 3_N), от блока 6 (для блока 7).

За счет задержки тактов, поступающих на блоки 3₁ - 3_N, осуществляется скольжение интервала Т_ф по времени относительно одиночного импульса входной последовательности, выделяемого на выходе блока 2.

Блок 5 в простейшем варианте может быть выполнен в виде N блоков сравнения с порогом, каждый из которых подключен к выходу блока 4 соответствующего канала.

Команды о превышении (непревышении) порога в каждом канале подаются на входы блока 6. Более сложно блок 5 может быть реализован в виде последовательно соединенных схемы выбора максимальной огибающей спектра и схемы сравнения максимального сигнала с порогом.

Блок 6 может быть выполнен в виде N ключей, на каждый из которых подается команда о превышении порога в соответствующем канале. При превышении порога через открытый ключ тактовые импульсы, соответствующие данному каналу, подаются на вход блока 7.

Реализации прямого преобразования Фурье в блоках 3₁ - 3_N может быть выполнена известным способом, например, с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (см. монографию Я.Д. Ширмана, В.К. Манжоса "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех". Москва. "Радио и связь". 1981 г., стр. 159-160).

В блоке 8 спектры сигналов, вычисленные в блоки 7, на каждом интервале Т_ф = Т поочередно сравниваются с записанными в памяти спектрами ансамбля априорно известных сигналов. При совпадении спектра принятого сигнала со спектром сигнала, записанного в памяти блока 8, происходит распознавание принятого сигнала (см. монографию Я.Д. Ширман "Разрежение и сжатие сигналов". Москва. Сов. радио. 1974 г. стр. 178, первый абзац снизу).

Устройство-прототип обеспечивает поиск по задержке широкополосного сигнала известной структуры при известной неопределенности по частоте.

В заявляемом устройстве выполняется поиск по задержке сигнала неизвестной структуры при неизвестной области неопределенности по частоте. Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает распознавание структуры сигнала, таким образом в заявляемом устройстве расширяются функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство поиска широкополосных фазоманипулированных сигналов по задержке, содержащее решающий блок, генератор тактовых импульсов и N каналов, каждый из которых содержит блок амплитудного детектирования, выход которого соединен с соответствующим одним из N входов решающего блока, отличающееся тем, что введены (N+1) блок прямого преобразования Фурье, (N+1) элемент задержки, вычитатель, коммутатор, анализатор, при этом первый вход вычитателя и входы N-го и (N+1)-го элементов задержки объединены и являются входом устройства, выход N-го элемента задержки соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен со входами N блоков прямого преобразования Фурье, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего блока амплитудного детектирования, управляющий выход решающего блока соединен с управляющим входом коммутатора, выход (N+1)-го элемента задержки через (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье соединен со входом анализатора, выход коммутатора соединен со вторыми входами (N+1)-го блока прямого преобразования Фурье и анализатора, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом коммутатора и вторым входом первого блока прямого преобразования Фурье непосредственно, а через (N-1) элементов задержки - со вторыми входами соответственно со второго по N блоков прямого преобразования Фурье и соответственно со второго по N вход коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2