Устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. В заявляемом устройстве обеспечивается значительное увеличение длительности стояния опорного сигнала на каждой из частот его программы перестройки по сравнению с длительностью излучения на каждой из N частот входного сигнала, за счет этого обеспечивается возможность обнаружения импульсов на выходе смесителя от узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами входного сигнала, и их эффективное подавление практически без искажения импульсов полезного сигнала, что обеспечивает снижение вероятностей пропуска сигнала и ложных тревог и что является достигаемым техническим результатом. 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Известны устройства поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, описанные в монографии Р.К. Диксона "Широкополосные системы", Москва, "Связь", 1979 г., с. 191-192, а также в монографии В.И. Борисова и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты", Москва, "Радио и связь", 2000 г., с. 319, недостатком которых является большая вероятность ложных тревог при воздействии узкополосных помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, приведенное в монографии Г.И. Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов", Москва, "Сов. радио", 1977 г., стр. 326.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено: 1 - перемножитель (смеситель); 2 - полосовой фильтр; 3 - амплитудный детектор; 4 - решающий блок; 5 - генератор тактовых частот; 6 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода).

Известная схема содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3, решающий блок 4, генератор тактовой частоты 5, перестраиваемый синтезатор частот (генератор кодовой последовательности) 6, выходом соединенный с вторым, опорным входом смесителя 1.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты перемножается с опорным сигналом, формируемым блоком 6. На блок 6 подаются тактовые импульсы от блока 5, поступление которых обеспечивает последовательную перестройку блока 6 по N частотам в соответствии с программой (кодом) его перестройки. В тактовую частоту блока 5 f_т1 вводится небольшое отличие от тактовой частоты f_то, используемой при формировании входного сигнала. За счет этого длительность стояния опорного сигнала τ₁ на каждой из N частот его программы перестройки незначительно отличается от длительности излучения τ₀ на каждой из N частот входного сигнала: f_т1 = f_т1±Δf_т, Δf_т≪f_то,
,
τ₁ = τ₀±Δτ,
Δτ≪τ₀.

За счет введения различия в программы перестройки входного и опорного сигналов обеспечивается их взаимное скольжение и периодическое совпадение по времени (фазе).

Результат перемножения входного и опорного сигналов фильтруется в блоке 2, детектируется по амплитуде в блоке 3, выделенная огибающая напряжения сравнивается с порогом в блоке 4. При превышении порога по команде блока 4, подаваемой на управляющий вход блока 5, в блоке 5 устанавливается f_т1=f_то, τ₁ = τ₀.

Недостатком устройства-прототипа является большая вероятность ложных тревог при воздействии узкополосных помех.

Для устранения указанного недостатка в устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее последовательно соединенные перемножитель, вход которого является входом устройства, и полосовой фильтр, а также амплитудный детектор, решающий блок, генератор тактовой частоты и перестраиваемый синтезатор частот, выход которого присоединен к второму, опорному входу перемножителя, введены последовательно соединенные первый коммутатор, блок прямого преобразования Фурье, ограничитель и блок обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а также согласованный фильтр, второй коммутатор и делитель тактовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты и первым, сигнальным входом второго коммутатора, второй, управляющий вход которого соединен с выходом решающего блока и вторым, управляющим входом первого коммутатора, первый, сигнальный вход которого соединен с выходом полосового фильтра. При этом, выход амплитудного детектора через согласованный фильтр соединен с входом решающего блока. Выход второго коммутатора соединен с входом перестраиваемого синтезатора частот, а третий, сигнальный вход второго коммутатора соединен с выходом делителя тактовой частоты и с вторыми, опорными входами блока прямого преобразования Фурье и обратного преобразования Фурье. Кроме того, второй выход первого коммутатора является выходом устройства.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - перемножитель (смеситель);
2 - полосовой фильтр;
3, 12 - первый и второй коммутаторы;
4 - блок прямого преобразования Фурье;
5 - ограничитель;
6 - блок обратного преобразования Фурье;
7 - амплитудной детектор;
8 - согласованный фильтр;
9 - решающий блок;
10 - генератор тактовой частоты;
11 - делитель тактовой частоты;
13 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода).

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные перемножитель 1, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, первый коммутатор 3, блок прямого преобразования Фурье 4, ограничитель 5, блок обратного преобразования Фурье 6, амплитудный детектор 7, согласованный фильтр 8 и решающий блок 9, выход которого соединен с вторыми, управляющими входами первого 3 и второго 12 коммутаторов; последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 10, второй коммутатор 12 и перестраиваемый синтезатор 13, выход которого соединен с вторым, опорным входом перемножителя 1, а также делитель тактовой частоты 11, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 10, а выход делителя тактовой частоты 11 соединен с третьим, сигнальным входом второго коммутатора 12 и с вторыми, опорными входами блока прямого преобразования Фурье и блока обратного преобразования Фурье; кроме того, второй выход первого коммутатора 8 является выходом устройства.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На первый, сигнальный вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает входная смесь, содержащая узкополосную помеху и периодический сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ₀, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной программой перестройки (псевдослучайным кодом), одинаковой для приемника и передатчика.

На второй, опорный вход блока 1 подается опорный сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, отличающийся от входного сигнала сдвигом всех частот программы перестройки на величину f_пр, равную промежуточной частоте приемника.

В исходном режиме работы, когда устройство не вошло в синхронизм с входным сигналом, на выходе блока 9 формируется команда "0". По этой команде, поступающей на вторые, управляющие входы блоков 3 и 12, выход блока 2 через блок 3 соединяется с первым, сигнальным, входом блока 4, а к входу блока 13 через блок 12 подключается выход блока 11. При этом на блок 13 подаются тактовые импульсы, тактовая частота которых f_т1 в (N+1) раз ниже тактовой частоты f_то, формируемой блоком 10, что достигается за счет деления в блоке 11 тактовой частоты блока 10, в (N+1) раз.

За счет подачи на блок 13 тактовой частоты где f_то - тактовая частота блока 10, равная тактовой частоте f_т, используемой при формировании входного сигнала, обеспечивается режим сканирования по задержке, при котором блок 13 стоит на каждой из N частот программы перестройки в течение времени τ₁ = (N+1)τ₀.
За время τ₁ передатчик успевает перестроиться по всем N частотам программы перестройки, поэтому на выходе блока 1 в результате перемножения входного и опорного сигналов на каждом из N временных интервалов длительностью τ₁ обязательно выделяется импульс совпадения программ перестройки длительностью τ₀, занимающий одинаковое временное положение относительно момента смены (скачка) частоты на всех N временных позициях длительностью τ₁. Временной интервал между импульсами совпадения, выделяемыми на соседних временных интервалах длительностью τ₁, равен τ₁ = (N+1)τ₀, а временное положение импульса совпадения на интервале τ₁ относительно момента скачка частоты несет информацию о начальной фазе (задержке) входного сигнала относительно опорного.

Сказанное поясняется фиг. 3, где на фиг.3а показан входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (входная кодовая последовательность), при этом цифрами обозначены порядковые номера частот в программе перестройки входного сигнала. С целью наглядности на фиг.3 принято N=5.

На фиг.3б показана программа перестройки опорного сигнала, формируемого блоком 13, с длительностью стояния на каждой частоте, равной τ₁ = (N+1)τ₀, при этом цифрами обозначены порядковые номера частот опорного сигнала.

На фиг.3в показаны импульсы совпадения на выходе блока 1 программ перестройки входного и опорного сигналов длительностью τ₀ (штриховка с наклоном вправо) и импульс длительностью τ₁ = (N+1)τ₀ на выходе блока 1 от узкополосной помехи, действующей на входе устройства (штриховка с наклоном влево), частота которой совпадает с частотой программы перестройки опорного сигнала, имеющей третий порядковый номер.

На фиг.3г показано, что временное положение импульса совпадения входного и опорного сигналов длительностью τ₀ на временном интервале τ₁ = (N+1)τ₀ на всех N временных позициях определяет начальную фазу (задержку) входного сигнала относительно опорного.

Результат перемножения входного и опорного сигналов с выхода блока 1 поступает на блок 2, где осуществляется его фильтрация в полосе частот, согласованной с длительностью выделенного радиоимпульса полезного сигнала.

С выхода блока 2 напряжение через блок 3 поступает на первый, сигнальный, вход блока 4. В блоке 4 на каждом из временных интервалов длительностью τ₁ = (N+1)τ₀ выполняется процедура прямого преобразования Фурье с использованием тактовых импульсов, поступающих на второй, опорный, вход блока 4 от блока 11. Результат прямого преобразования Фурье, представляющий собой напряжение, характеризующее спектры сигнала и узкополосной помехи (в случае ее наличия), подается на блок 5, где он ограничивается по амплитуде, после чего с выхода блока 5 поступает на блок 6, в котором выполняется процедура обратного преобразования Фурье, переводящая процесс во временную область. Применение блоков 4, 5, 6 обеспечивает подавление узкополосных помех, частоты которых совпадают с частотами программы перестройки входного и опорного сигналов. Сказанное поясняется фиг.3в, д, ж, з, при этом на фиг.3в, д показано, что узкополосная помеха, частота которой совпадает с третьей частотой программы перестройки входного и опорного сигналов, на выходе блока 2 представляет собой радиоимпульс длительностью τ₁ = (N+1)τ₀, что в (N+1) раз больше длительности импульса совпадения входного и опорного сигналов, равной τ₀.

На фиг.3е показано напряжение на выходе блока 4, где помеха превращается в узкий высокий радиоимпульс, а полезный сигнал - в широкий и низкий радиоимпульс в соответствии с их спектрами на входе блока 4.

На фиг.3ж показано напряжение на выходе блока 5, где за счет ограничения происходит нормирование уровня помехи.

На фиг. 3з показано напряжение на выходе блока 6, где видно, что помеха на выходе блока 6 имеет такую же длительность τ₁ = (N+1)τ₀, как и на выходе блока 2, однако амплитуда ее значительно уменьшилась.

С выхода блока 6 напряжение подается на блок 7, где за счет амплитудного детектирования выделяются огибающие радиоимпульсов сигнала и подавленной помехи, которые с выхода блока 7 подаются на блок 8, выполняющий согласованную фильтрацию периодических видеоимпульсов полезного сигнала, следующих через временной интервал τ₁ = (N+1)τ₀. Накопленное напряжение с выхода блока 8 подается на вход блока 9, где сравнивается с порогом. В случае превышения порога на выходе блока 9 формируется команда "1", которая подается на вторые, управляющие входы блоков 12 и 3. При поступлении этой команды происходит отключение от входа блока 13 выхода блока 11 и подключение к входу блока 13 через блок 12 выхода блока 10, при этом устройство переходит в режим работы с тактовой частотой f_то, синхронной с тактовой частотой входного сигнала f_т (фиг.3г).

Одновременно выход блока 2 через блок 3 подключается к выходу устройства. На этом процедура поиска сигнала по задержке заканчивается. С этого момента на опорный вход блока 1 от блока 13 поступает опорный сигнал, синхронный с входным сигналом. Результат перемножения входного и опорного сигналов фильтруется блоком 2 и через блок 3 подается на выход устройства поиска по задержке. Даже этот сигнал используется в режиме приема информации при демодуляции.

Блок 13 может быть выполнен так, как это представлено на фиг.6, где обозначено:
131 - генератор сетки частот;
132 - цифровой коммутатор;
133 - генератор числовой последовательности.

Блок 13 содержит генератор сетки частот 131, цифровой коммутатор 132 и генератор числовой последовательности 133, при этом входы блоков 131 и 133 объединены и являются входом блока 13, N выходов блока 131 соединены с N соответствующими сигнальными входами блока 132, выход которого является выходом блока 13. Выход блока 133 соединен с управляющим входом блока 132.

Блок 13 работает следующим образом.

Тактовая частота с входа блока 13 подается одновременно на блоки 131 и 133.

В блоке 131 с ее использованием формируются N сигналов сетки частот, которые одновременно подаются на N соответствующих входов блока 132. В блоке 133 формируется числовая последовательность. Блок 133 может быть выполнен в виде регистра сдвига с обратной связью, состояние которого на каждом такте характеризуется двоичным числом, определяемым всеми триггерами регистра сдвига. Сигналы сетки частот с выходов блока 131 поступают на входы блока 132. Блок 132 ставит в соответствие каждому числу, поступающему от блока 133, определенный сигнал сетки частот и только его пропускает на выход блока 13.

Структурная схема блока 3 приведена на фиг.4, где обозначено:
31, 32 - первый и второй ключи;
33 - инвертор.

Блок 3 содержит первый ключ 31, второй ключ 32 и инвертор 33, при этом, объединенные первые, сигнальные, входы ключей 31 и 32 являются сигнальным входом блока 3, выход ключа 31 является первым сигнальным выходом блока 3, а выход ключа 32 является вторым сигнальным выходом блока 3.

Управляющий вход блока 3 соединен с вторым, управляющим входом ключа 32 непосредственно, а с управляющим входом ключа 31 через инвертор 33.

Блок 3 работает следующим образом.

При наличии команды "0" на управляющем входе блока 3 ключ 32 закрыт, а ключ 31 открыт, так как на него подается команда "1", сформированная из команды "0" за счет ее инверсии в блоке 33. В этом случае сигнальный вход блока 3 соединен с его первым сигнальным выходом. Аналогично, при наличии команды "1" на управляющем входе блока 3 его сигнальный вход через ключ 32 соединяется с вторым сигнальным выходом блока 3, ключ 31 в этом режиме закрыт.

Структурная схема блока 12 приведена на фиг.5, где обозначено:
121, 122 - первый и второй ключи;
123 - инвертор.

Блок 12 содержит первый ключ 121, второй ключ 122, а также инвертор 123, при этом, первый сигнальный вход блока 12 соединен с сигнальным входом блока 121, а второй сигнальный вход блока 12 соединен с сигнальным входом блока 122, выход которого, объединенный с выходом блока 121, является выходом блока 12, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока 122 непосредственно, а с управляющим входом блока 121 - через инвертор 123.

Блок 12 работает следующим образом.

При наличии команды "0" на управляющем входе блока 12 ключ 121 открыт, а ключ 122 закрыт, при этом к сигнальному выходу блока 12 подключается его первый сигнальный вход. При наличии на входе блока 12 команды "1" ключ 121 запирается, а ключ 122 отпирается, при этом к сигнальному выходу блока 12 подключается его второй сигнальный вход.

В блоках 4 и 6 реализуются процедуры прямого и обратного преобразования Фурье на временных интервалах длительностью τ₁ = (N+1)τ₀, определяемых тактовыми импульсами, поступающими от блока 11 на их вторые входы.

Процедуры прямого и обратного преобразования Фурье могут быть выполнены любым известным способом, описанным, например, в монографии А.И. Водяхо и др. "Системы обработки данных". Москва, "Высшая школа", 1977 г., стр. 60-66, а также в монографии Я.Д. Ширмана, В.Н. Манжоса "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех". Москва, "Сов. радио", с. 152-155.

Устройство-прототип основано на использовании в режиме поиска по задержке тактовой частоты f_т1 = f_т±Δf_т, Δf_т≪f_т, где f_т - тактовая частота, используемая при формировании входного сигнала, при этом, длительность стояния опорного сигнала на каждой из N частот программы перестройки равна τ₁ = τ₀±Δτ, Δτ≪τ₀, τ₀ = 1/f_т.

Поэтому длительность импульсов от узкополосных помех, выделяющихся на выходе смесителя с перестраиваемым по частоте опорным сигналом, практически не отличается от импульсов полезного сигнала длительностью τ₀.

В этом случае невозможно эффективное различение импульсов от узкополосных помех от импульсов полезного сигнала и их эффективное подавление без потери импульсов сигнала, что приводит к большим значениям вероятности ложных тревог.

Заявляемое устройство основано на использовании в режиме сканирования по задержке длительности стояния опорного сигнала на каждой из N частот программы его перестройки, равной τ₁ = (N+1)τ₀. За счет этого длительность импульсов от узкополосных помех на выходе смесителя в (N+1) раз больше длительности импульсов полезного сигнала. Это различие обеспечивает возможность режекции импульсов от узкополосных помех с использованием процедур прямого и обратного преобразования Фурье практически без искажения импульсов полезного сигнала, что исключает возможность ложной синхронизации устройства, обусловленной воздействием узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами программы перестройки входного сигнала.

Формула изобретения

Устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее последовательно соединенные перемножитель, вход которого является входом устройства, и полосовой фильтр, а также амплитудный детектор, решающий блок, генератор тактовой частоты и перестраиваемый синтезатор частот, выход которого присоединен к второму, опорному входу перемножителя, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый коммутатор, блок прямого преобразования Фурье, ограничитель и блок обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, а также согласованный фильтр, второй коммутатор и делитель тактовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты и первым сигнальным входом второго коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с выходом решающего блока, и вторым управляющим входом первого коммутатора, первый сигнальный вход которого соединен с выходом полосового фильтра, при этом выход амплитудного детектора через согласованный фильтр соединен с входом решающего блока, выход второго коммутатора соединен с входом перестраиваемого синтезатора частот, а третий сигнальный вход второго коммутатора соединен с выходом делителя тактовой частоты и с вторыми опорными входами блока прямого преобразования Фурье и блока обратного преобразования Фурье, кроме того, второй выход первого коммутатора является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6