Устройство поиска по задержке сигналов со скачкообразным изменением частоты

 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи со скачкообразным изменением частоты. Достигаемый технический результат - снижение вероятности ложной синхронизации при воздействии узкополосных помех. Устройство содержит два канала, каждый из которых состоит из смесителя, полосового фильтра, блока режекции, ограничителя, амплитудного детектора, накопителя, решающего блока. В устройство также входят элемент "И", инвертор и ключ, перестраиваемый синтезатор частот и управляемый генератор тактовой частоты. 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи со скачкообразным изменением частоты.

Известны устройства поиска по задержке сигналов со скачкообразным изменением частоты (сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты), описанные в монографии Р. К. Диксона "Широкополосные системы". М.: Связь, 1979, с. 191-192, рис. 6.9, в монографии Борисова В.И. и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты". М.: Радио и связь, 2000, с. 219.

Недостатком устройств является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство поиска сложных сигналов по задержке, описанные в монографии Тузова Г.И. "Статистическая теория приема сложных сигналов", Москва, "Сов. радио", 1977г., стр. 326, рис. 7.2б, представленное на фиг.1, где обозначено: 1 - смеситель (перемножитель); 2 - полосовой фильтр; 3 - амплитудный детектор; 4 - решающий блок; 5 - управляемый генератор тактовой частоты; 6 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода).

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные смеситель 1, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3, решающий блок 4, управляемый генератор тактовой частоты 5 и перестраиваемый синтезатор частот 6, выход которого соединен с вторым, опорным входом смесителя 1.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В устройстве поиск по задержке осуществляется способом переменной тактовой частоты. В режиме поиска тактовую частоту блока 5 (f_Т1) устанавливают в соответствии с соотношением f_Т1=f_Т±ΔF, ΔF<, (где f_Т - тактовая частота блока 5 в режиме синхронизации с входным сигналом), при этом кодовая последовательность, формируемая блоком 6 (сигнал со скачкообразным изменением частоты), отстоит или опережает во времени кодовую последовательность передатчика (входной сигнал со скачкообразным изменением частоты).

В блоке 1 входной сигнал со скачкообразным изменением частоты перемножается с опорным сигналом, фазоманипулируемым блоком 6. Опорный сигнал отличается от входного сигнала сдвигом каждой из N частот программы перестройки на величину f_пр, где f_пр - промежуточная частота приемника, равная частоте настройки блока 2. Результат перемножения входного и опорного сигналов на разностной (промежуточной) частоте фильтруется в блоке 2, детектируется блоком 3, выделенная огибающая напряжения сравнивается с порогом в блоке 4. При превышении порога блок 4 формирует команду "1", подаваемую на блок 5, который по этой команде формирует тактовую частоту f_Т, равную тактовой частоте передатчика, при этом обеспечивается синхронность входного и опорного сигналов.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам (прицельным и заградительным).

Указанный недостаток устраняется за счет того, что в устройство поиска по задержке сигналов со скачкообразным изменением частоты, содержащее первый канал, состоящий из последовательно соединенных первого смесителя, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, и полосового фильтра, а также первого амплитудного детектора, первого решающего блока и последовательно соединенных управляемого генератора тактовой частоты и перестраиваемого синтезатора частот, выход которого соединен с вторым, опорным входом первого смесителя, в первый канал введены последовательно соединенные первый блок режекции и первый ограничитель, а также первый накопитель; введен второй канал, состоящий из последовательно соединенных второго смесителя, второго полосового фильтра, второго блока режекции, второго ограничителя, второго амплитудного детектора, второго накопителя и второго решающего блока. Введены элемент задержки, ключ и последовательно соединенные элемент "И" и инвертор. Выход второго решающего блока соединен с вторым входом элемента "И", первый вход которого соединен с выходом первого решающего блока и с первым, сигнальным входом ключа, второй, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора, а выход ключа соединен с входом управляемого генератора тактовой частоты. При этом выход перестраиваемого синтезатора частот через элемент задержки соединен с вторым, опорным входом второго смесителя, первый, сигнальный вход которого соединен с входом устройства. Кроме того, выход первого полосового фильтра соединен с входом первого блока режекции, выход первого ограничителя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого через первый накопитель соединен с входом первого решающего блока.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено: 1 и 9 - первый и второй смесители; 2 и 10 - первый и второй полосовые фильтры; 3 и 13 - первый и второй амплитудные детекторы;
4 и 14 - первый и второй накопители;
5 и 15 - первый и второй решающие блоки;
6 - управляемый генератор тактовой частоты;
7 - перестраиваемый синтезатор частот;
8 и 12 - первый и второй ограничители;
11 и 20 - первый и второй блоки режекции;
16 - элемент "И";
17 - инвертор;
18 - ключ;
19 - элемент задержки.

Заявляемое устройство состоит из двух каналов, первый из которых содержит последовательно соединенные первый смеситель 1, первый полосовой фильтр 2, первый блок режекции 11, первый ограничитель 8, первый амплитудный детектор 3, первый накопитель 4 и первый решающий блок 5, выход которого соединен с первым входом элемента "И" и первым, сигнальным входом ключа 18, выход которого через последовательно соединенные управляемый генератор тактовой частоты 6 и перестраиваемый синтезатор частот 7 соединен с вторым, опорным входом первого смесителя 1 и входом элемента задержки 19; второй канал содержит последовательно соединенные второй смеситель 9, второй полосовой фильтр 10, второй блок режекции 20, второй ограничитель 12, второй амплитудный детектор 13, второй накопитель 14 и второй решающий блок 15, выход которого соединен с вторым входом элемента "И", выход которого через инвертор 17 соединен с вторым, управляющим входом ключа 18; кроме того, выход элемента задержки 19 соединен с вторым, опорным входом второго смесителя 9, первый, сигнальный вход которого соединен с первым, сигнальным входом первого смесителя 1 и является входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На сигнальный вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает входная смесь, содержащая узкополосные помехи и периодический сигнал со скачкообразным изменением рабочей частоты, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ_o, частоты заполнения которых меняются в соответствии с заданной программой перестройкой (псевдослучайным кодом). Частоты узкополосных помех совпадают с частотами входного сигнала со скачкообразным изменением рабочей частоты, при этом мощные помехи могут быть прицельными помехами, а помехи (гребенка помех), соизмеримые с уровнем полезного сигнала или незначительно его превышающие, являются заградительными.

На второй, опорный вход блока 1 подается опорный сигнал со скачкообразным изменением частоты, отличающийся от входного сигнала сдвигом всех частот программы перестройки на величину, равную промежуточной частоте приемника f_пр (частота настройки блока 2).

В исходном режиме работы, когда устройство не вошло в синхронизм, на выходе блока 5 формируется команда "0", свидетельствуя об отсутствии превышения порога в блоке 5, которая подается на первые входы блоков 16 и 18. В этом случае при любом значении команды на втором входе блока 16 ("0" или "1") формируется команда "0", которая, инвертируюсь в блоке 17, превращается в команду "1", открывающую ключ 18. Поэтому команда "0" с выхода блока 5 через открытый ключ 18 поступает на блок 6. В этом случае тактовая частота, формируемая блоком 6, устанавливается равной f_Т1=f_Т±Δf_Т; Δf_Т<, где f_Т - тактовая частота, используемая при формировании сигнала со скачкообразным изменением частоты на передающем конце радиолинии. За счет введения различия в тактовые частоты входного и опорного сигналов опорный сигнал, формируемый блоком 7, скользит относительно входного сигнала, при этом происходит периодическое их совпадение по времени и расхождение. В блоке 1 входная смесь перемножается со скользящим опорным сигналом блока 7, результат перемножения фильтруется на разностной промежуточной (f_пр) частоте в блоке 2, полоса пропускания которого выбирается равной ΔF≥1/τ_o.
При совпадении по времени (задержке) входного и опорного сигналов на входах блока 1 на его выходе выделяется последовательность из N радиоимпульсов, длительностью τ_o, частота заполнения которых равна f_пр. Узкополосные помехи, частоты которых совпадают с частотами входного сигнала со скачкообразным изменением частоты, также превращаются в радиоимпульсы длительностью τ_o с частотой запоминания, равной f_пр. Мощные радиоимпульсы, образовавшиеся из мощных узкополосных помех в блоке 1, режектируются (стираются) в блоке 11 за счет запирания приемника на время, равное τ_o при их обнаружении. Смесь, состоящая из радиоимпульсов сигнала и нестертых в блоке 11 радиоимпульсов помех, нормируется по амплитуде в блоке 8 за счет ее амплитудного ограничения, после чего подается на блок 3, где осуществляется ее амплитудное детектирование. С выхода блока 3 видеоимпульсы подаются на блок 4, где осуществляется накопление N видеоимпульсов, длительностью τ_o. Накопленное в блоке 4 напряжение сравнивается с порогом в блоке 5. Команда о превышении порога ("1") с выхода блока 5 через блок 18 подается на блок 6, в котором устанавливается тактовая частота, равная f_Т, при этом в устройстве устанавливается синхронизация.

Одновременно входная смесь подается на первый, сигнальный вход блока 9, на второй, опорный вход которого подается опорный сигнал с блока 7 через блок 19, обеспечивающий задержку τ₃ опорного сигнала блока 7 на время, равное или большее τ_o. Результат перемножения входного и опорного сигналов с выхода блока 9 подается на блок 10, где он фильтруется в полосе пропускания ΔF≥1/τ_o, аналогичной полосе пропускания блока 2. С выхода блока 10 напряжение подается на блок 20, где производится стирание (режекция) радиоимпульсов, амплитуда которых превысила допускаемое значение, при этом стирание импульсов осуществляется за счет запирания блока 20 на время τ_o. Блоки 20 и 11 аналогичны по своей структуре, при этом порог, при превышении которого осуществляется стирание радиоимпульса, выбирается одинаковым в блоках 20 и 11.

Радиоимпульсы, прошедшие через блок 20, нормируются в блоке 12 за счет их амплитудного ограничения, после чего они детектируются в блоке 13, с выхода которого они подаются на блок 14, где осуществляется накопление N радиоимпульсов длительностью τ_o.
Накопленное напряжение сравнивается с порогом в блоке 15. Команда о превышении (непревышении) порога с выхода блока 15 подается на второй вход блока 16, на первый вход которого подается команда о превышении (непревышении) порога с выхода блока 5. На выходе блока 16 формируется команда "1" только в том случае, если на выходах блоков 15 и 5 одновременно вырабатываются команды "1". Команда "1" с выхода блока 16 подается на вход блока 17, где она инвертируется в команду "0", которая подается на блок 18, запирая его. В этом случае на управляющий вход блока 6 подается команда "0", поэтому он переводит устройство в режим поиска за счет формирования тактовой частоты f_Т±Δf_Т, Δf_Т≤f_Т, обеспечивающей взаимное скольжение входного и опорного сигналов.

Таким образом, только в том случае, если порог в блоке 5 превышен, а в блоке 15 не превышен, в блоке 6 устанавливается тактовая частота f_Т, равная тактовой частоте входного сигнала, которая подается на блок 7, где с ее использованием формируется опорный сигнал со скачкообразным изменением частоты, синхронный с входным сигналом. Введенная задержка блока 19, равная или кратная длительности элемента сигнала τ_o, исключает возможность одновременно синхронизации по полезному сигналу в двух каналах. В связи с тем что при сдвиге опорного сигнала на величину τ₃≥τ_o входной и опорный сигналы становятся квазиортогональными, то есть результат их перемножения с последующей фильтрацией должен быть значительно ниже порога. Поэтому одновременное превышение порогов в блоках 15 и 16 может иметь место только при воздействии большого числа помех, то есть, превышение порога в первом канале в данном случае свидетельствует о ложной синхронизации. Таким образом, введение второго канала позволяет обнаружить ложную синхронизацию в первом канале и перевести устройство в режим возобновления поиска по задержке.

Структурная схема блока 6 приведена на фиг.3, где обозначено:
61 - генератор тактовой частоты f_Т;
62 - генератор тактовой частоты f_Т±Δf_Т, Δf_Т≤f_Т;
63 и 64 - первый и второй ключи;
65 - инвертор;
66 - сумматор.

Блок 6 содержит генератор тактовой частоты 61, тактовая частота которого f_Т равна тактовой частоте входного сигнала со скачкообразным изменением частоты, генератор тактовой частоты 62, тактовая частота которого равна f_Т±Δf_Т, Δf_Т≤f_Т. Содержит первый ключ 63, второй ключ 64, инвертор 65 и сумматор 66, при этом блок 61 через блок 63 соединен с первым входом блока 66, блок 62 через блок 64 соединен со вторым входом блока 66, выход которого является выходом блока 6. Управляющий вход блока 6 соединен с управляющим входом блока 63 непосредственно, а с управляющим входом блока 64 - через блок 65.

Блок 6 работает следующим образом.

Команда "1" или "0" от блока 18 подается на управляющий вход блока 63 непосредственно, а на управляющий вход блока 64 - через блок 65. При наличии на управляющем входе блока 6 команды "0" ключ 63 закрыт, а ключ 64 открыт, так как на его управляющий вход поступает "1" с выхода блока 65. В этом случае через открытый ключ 64 тактовая частота (f_Т±Δf_Т) блока 62 через блок 66 поступает на выход блока 6, обеспечивая в устройстве режим поиска по задержке способом переменной тактовой частоты. При появлении на управляющем входе блока "6" команды "1" ключ 63 отпирается, а ключ 64 запирается, в этом случае на выход блока 6 поступают тактовые импульсы от блока 61 через блоки 63 и 66, при этом устройство работает в режиме синхронизма с входным сигналом.

Блоки 11 и 20 могут быть выполнены так, как это представлено в монографии "Системы подвижной радиосвязи" под ред. Пышкина И.М. М.: Радио и связь, 1986, с. 190, рис. 4.34.

Блоки 5 и 15 могут быть выполнены, например, в виде схемы сравнения с порогом (фиксированным).

Блоки 4 и 14 могут быть выполнены в виде согласованных фильтров на пачку из N видеоимпульсов, реализованных на линии задержки, содержащих N отводов, задержка между которыми равна τ_o, отводы линии задержки объединены в сумматоры, выходы которых являются выходами блоков 4 и 14.

Структурная схема блока 7, представленная с учетом монографии Тузова Г. И. "Статистическая теория приема сложных сигналов". М.: Сов. радио, 1977, с. 67-68, рис. 2.8, приведена на фиг.4, где обозначено:
71 - генератор сетки частот;
72 - цифровой коммутатор;
73 - генератор числовой последовательности.

Блок 7 содержит генератор сетки частот 71, цифровой коммутатор 72, генератор числовой последовательности 73, при этом входы блоков 71 и 73 объединены и являются входом блока 7, выходы блока 71 соединены с сигнальными входами блока 72, выход которого является выходом блока 7, управляющий вход которого соединен с выходом блока 73.

Блок 7 работает следующим образом.

На вход блока 7 поступает тактовая частота, формируемая блоком 6. С входа блока 7 она подается на блок 73, где она определяет частоту тактов блока 73, который может быть выполнен на основе регистра сдвига с обратной связью, состояние которого на каждом такте характеризуется двоичным числом, определяемым триггерами регистра сдвига. Регистр сдвига обеспечивает получение чисел от 1 до N. Блок 71 вырабатывает сетку гармонических сигналов, которые поступают на сигнальные входы блока 72, на управляющий вход которого подается цифровой код с выхода блока 73. Блок 72 ставит в соответствие каждому кодовому числу заранее определенный сигнал сетки частот и только этот сигнал пропускает на выход блока 7.

В прототипе действие одной мощной узкополосной помехи или нескольких узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами входного сигнала, уровни которых соизмеримы с уровнем сигнала или незначительно его превышают, приводит к ложной синхронизации.

В заявляемом устройстве воздействие мощных узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами программы перестройки полезного сигнала, устраняется за счет их стирания (режекции), а влияние помех, соизмеримых с уровнем полезного сигнала или незначительно его превышающих, ослабляется за счет нормирования уровня входной смеси на каждой частотной позиции.

Вместе с тем наличие большого числа узкополосных помех даже при применении указанных мер может привести к ложной синхронизации приемника при достаточно большом их числе. Для исключения ложной синхронизации по помехам в заявляемом устройстве вводится второй канал обработки, в который опорный сигнал подается с задержкой τ₃≥τ_o, при этом одновременное превышение порогов в двух каналах, первом и втором, свидетельствует о полной синхронизации в первом канале. То есть, введение дополнительных блоков в первый канал и введение второго канала в заявляемое устройство обеспечивает снижение вероятности ложной синхронизации как при воздействии мощных одиночных узкополосных помех, так и при воздействии большого числа узкополосных помех, соизмеримых с уровнем полезного сигнала и совпадающих по частоте с частотами его программы перестройки.

Формула изобретения

Устройство поиска по задержке сигналов со скачкообразным изменением частоты, содержащее первый канал, состоящий из последовательно соединенных первого смесителя, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, и полосового фильтра, а также первого амплитудного детектора, первого решающего блока и последовательно соединенных управляемого генератора тактовой частоты и перестраиваемого синтезатора частот, выход которого соединен с вторым, опорным входом первого смесителя, отличающееся тем, что в первый канал введены последовательно соединенные первый блок режекции и первый ограничитель, а также первый накопитель; введен второй канал, состоящий из последовательно соединенных второго смесителя, второго полосового фильтра, второго блока режекции, второго ограничителя, второго амплитудного детектора, второго накопителя и второго решающего блока; введены элемент задержки, ключ и последовательно соединенные элемент И и инвертор, выход второго решающего блока соединен с вторым входом элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого решающего блока и с первым, сигнальным входом ключа, второй, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора, а выход ключа соединен с входом управляемого генератора тактовой частоты; при этом выход перестраиваемого синтезатора частот через элемент задержки соединен с вторым, опорным входом второго смесителя, первый, сигнальный вход которого соединен с входом устройства; кроме того, выход первого полосового фильтра соединен с входом первого блока режекции, выход первого ограничителя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого через первый накопитель соединен с входом первого решающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4