Устройство для приема стартстопных сообщений

 

Устройство для приема стартстопных сообщений относится к электро- и радиосвязи и может найти применение в проводных, радио-, радиорелейных и метеорных линиях связи с обратным или без обратного канала. Достигаемый технический результат - снижение вероятности ложных срабатываний. Устройство содержит приемник (1), частотный дискриминатор (2), содержащий два согласованных фильтра (3, 5), два амплитудных детектора (4, 6), вычитающий блок (7), два нелинейных элемента (18, 19) с характеристикой вида y=x^k, где х и у входной и выходной сигналы, k=3,4..., а также блок выборки сигнала и синхронизации (8), генератор тактовых импульсов (9), решающий блок (10), два ключа (11, 13), запоминающий блок (12), квадратор (14), накопитель (15), стробирующий пороговый блок (16). 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электро- и радиосвязи и может использоваться в проводных, радио-, радиорелейных и метеорных линиях связи с обратным или без обратного канала.

Известно устройство для приема стартстопных сообщений (I). Оно содержит последовательно соединенные приемник, частотный дискриминатор, согласованный фильтр, пороговое устройство, дифференцирующий каскад, формирователь импульсов, стробирующее устройство, схему выбора максимального сигнала, генератор тактовых импульсов, решающее устройство, первый ключ, запоминающее устройство, второй ключ и датчик интервала наблюдения, причем второй вход стробирующего устройства соединен с выходом согласованного фильтра, управляющий вход первого ключа подключен к выходу схемы выбора максимального сигнала, сигнальный вход решающего устройства соединен с выходом частотного дискриминатора, выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу запоминающего устройства, а его второй вход соединен с выходом датчика интервала наблюдения, соединенного с вторым входом схемы выбора максимального сигнала и управляющим входом второго ключа, выход которого является выходом устройства. Однако данное устройство имеет большую вероятность ложных срабатываний.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для приема стартстопных сообщений по патенту на изобретение 2157053, кл. Н 04 L 25/38. Его функциональная схема приведена на фиг.1, где обозначено: 1 - приемник; 2 - частотный дискриминатор; 3, 5 - первый и второй согласованные фильтры; 4, 6 - первый и второй амплитудные детекторы; 7 - вычитающий блок; 8 - блок выборки сигнала и синхронизации; 9 - генератор тактовых импульсов (ГТИ); 10 - решающий блок; 11, 13 - первый и второй ключи;
12 - запоминающий блок;
14 - квадратор;
15 - накопитель;
16 - стробируемый пороговый блок;
17 - счетчик импульсов.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные приемник 1, частотный дискриминатор 2, блок выборки сигнала и синхронизации 8, ГТИ 9, решающий блок 10, первый ключ 11, запоминающий блок 12, второй ключ 13, выход которого является выходом устройства. Кроме того, содержит последовательно соединенные квадратор 14, накопитель 15 и стробируемый пороговый блок 16, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 13, а также счетчик импульсов 17. При этом выход частотного дискриминатора 2 соединен со вторым входом решающего блока 10, второй выход блока выборки сигнала и синхронизации 8 соединен со вторым входом накопителя 15; выход первого ключа 11 соединен со входом квадратора 14, выход ГТИ 9 соединен со вторым входом запоминающего блока 12 и входом счетчика импульсов 17, выход которого соединен со вторыми входами ГТИ 9 и стробируемого порогового блока 16 и управляющим входом накопителя 15. Причем частотный дискриминатор 2 содержит последовательно соединенные первые согласованный фильтр 3 и амплитудный детектор 4, выход которого соединен с первым входом вычитающего блока 7, последовательно соединенные вторые согласованный фильтр 5 и амплитудный детектор 6, выход которого соединен со вторым входом вычитающего блока 7, выход которого является выходом частотного дискриминатора 2. Входы первого 3 и второго 5 согласованных фильтров соединены и являются входом частотного дискриминатора 2. По отношению к схеме прототипа схема, изображенная на фиг.1, укрупнена, в ней в блоке 8 объединены фильтр, пороговое устройство, дифференцирующий каскад, формирователь импульсов и стробирующее устройство.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Принимаемый сигнал, состоящий из синхросигнала длительности Т_S, манипулированного по частоте S-элементным кодом Баркера (S=7, 9, 11, 13) с длительностью каждого элемента Т, и n (n=1•10³) информационных чаcтотно-манипулированных элементов той же длительности, после общей фильтрации в приемнике 1 и частотной демодуляции в блоке 2 поступает на вход устройства 8 выборки сигнала и синхронизации, на втором выходе которого формируется отсчет максимального уровня синхросигнала после его когерентного накопления, а на первом - короткий синхроимпульс длительности τ, соответствующий по времени этому отсчету (при отсутствии помех - в момент окончания синхросигнала). Затем значение отсчета запоминается в накопителе 15, а на выходе блока 9 с задержкой на интервал времени Т относительно переднего фронта синхроимпульса формируются n коротких импульсов с периодом, равным Т. При этом в блоке 10 выносятся решения по n информационным символам и его выходные сигналы той или иной полярности запоминаются в тактируемом импульсами блока 9 блоке 12. Эти же сигналы после квадратичного преобразования в квадраторе 14 последовательно во времени суммируются по напряжению в блоке 15 и складываются с уже существующим там напряжением (отсчета) с второго выхода блока 8. Если суммарный сигнал накопителя 15 в момент окончания последнего n-го импульса генератора 9 превышает порог блока 16, то на выходе последнего формируется импульс длительности n•T+τ, который открывает второй ключ 13, а на выходе генератора 9 создаются n тактовых импульсов, считывающих информационные символы из запоминающего блока 12 через ключ 13 на выход устройства. Этот момент времени определяется импульсом, действующим на выходе счетчика 17.

Однако данное устройство имеет большую вероятность ложных срабатываний.

Изобретение направлено на снижение вероятности ложных срабатываний.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные приемник, частотный дискриминатор, блок выборки сигнала и синхронизации, генератор тактовых импульсов, решающий блок, первый ключ, запоминающий блок и второй ключ, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные квадратор, накопитель и стробируемый пороговый блок, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, а также счетчик импульсов, причем второй выход блока выборки сигнала и синхронизации соединен со вторым входом накопителя, выход частотного дискриминатора соединен со вторым входом решающего блока, при этом частотный дискриминатор содержит последовательно соединенные первые согласованный фильтр и амплитудный детектор, последовательно соединенные вторые согласованный фильтр и амплитудный детектор, а также вычитающий блок, выход которого является выходом частотного дискриминатора, кроме того, входы первого и второго согласованных фильтров соединены и являются входом частотного дискриминатора, введены первый и второй нелинейные элементы. При этом вход первого нелинейного элемента соединен с выходом первого амплитудного детектора. Вход второго нелинейного элемента соединен с выходом второго амплитудного детектора. Выходы первого и второго нелинейных элементов соединены с первым и вторым входами вычитающего блока соответственно.

На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1÷17 - те же, что и у прототипа;
18, 19 - первый и второй нелинейные элементы.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные приемник 1, частотный дискриминатор 2, блок выборки сигнала и синхронизации 8, ГТИ 9, решающий блок 10, первый ключ 11, запоминающий блок 12, второй ключ 13, выход которого является выходом устройства. Кроме того, содержит последовательно соединенные квадратор 14, накопитель 15 и стробируемый пороговый блок 16, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 13, а также счетчик импульсов 17. При этом выход частотного дискриминатора 2 соединен со вторым входом решающего блока 10, второй выход блока выборки сигнала и синхронизации 8 соединен со вторым входом накопителя 15; выход первого ключа 11 соединен с входом квадратора 14, выход ГТИ 9 соединен со вторым входом запоминающего блока 12 и входом счетчика импульсов 17, выход которого соединен со вторыми входами ГТИ 9 и стробируемого порогового блока 16 и управляющим входом накопителя 15. Причем частотный дискриминатор 2 содержит последовательно соединенные первые согласованный фильтр 3, амплитудный детектор 4 и нелинейный элемент 18, выход которого соединен с первым входом вычитающего блока 7, последовательно соединенные вторые согласованный фильтр 5, амплитудный детектор 6 и нелинейный элемент 19, выход которого соединен со вторым входом вычитающего блока 7, выход которого является выходом частотного дискриминатора 2. Входы первого 3 и второго 5 согласованных фильтров соединены и являются входом частотного дискриминатора 2.

Устройство для приема стартстопных сообщений работает следующим образом. Принимаемый сигнал, состоящий из синхросигнала длительности Т_S, манипулированного по частоте S-элементным кодом Баркера (S=7, 9, 11, 13) с длительностью каждого элемента Т, и n (n=1•10³) информационных частотно-манипулированных элементов той же длительности, после общей фильтрации в приемнике 1 и частотной демодуляции в блоке 2, содержащем одинаковые нелинейные элементы 18 и 19 с характеристикой вида у=x^к(где x и y - входной и выходной сигналы, к= 3,4...), поступает на вход блока 8, на втором выходе которого формируется отсчет максимального уровня синхросигнала после его когерентного накопления, а на первом - короткий синхроимпульс длительности τ, соответствующий по времени этому отсчету (при отсутствии помех - в момент окончания синхросигнала). Затем значение отсчета запоминается в накопителе 15, а на выходе блока 9 с задержкой на интервал времени Т относительно переднего фронта синхроимпульса формируются n коротких импульсов с периодом, равным Т.

При этом в блоке 10 выносятся решения по n информационным символам и его выходные сигналы той или иной полярности запоминаются в тактируемом импульсами ГТИ 9 блоке 12. Эти же сигналы после квадратического преобразования в квадраторе 14 последовательно во времени суммируются по напряжению в блоке 15 и складываются с уже существующим там напряжением, поступившим с выхода блока 8. Если суммарный сигнал накопителя 15 в момент окончания последнего n-го импульса ГТИ 9 превышает порог блока 16, то на выходе последнего формируется импульс длительности n •T+τ, который открывает второй ключ 13, а на выходе ГТИ 9 создаются n тактовых импульсов, считывающих информационные символы из блока 12 через ключ 13 на выход устройства. Этот момент времени определяется импульсом, действующим на выходе счетчика 17. Таким образом, устройство позволяет уменьшить вероятность ложных срабатываний.

В том, что это действительно так, можно убедиться из следующего.

Известно, что для обнаружения пакета радиоимпульсов с одинаковыми частотами обнаружитель должен содержать накопитель видеоимпульсов амплитудного детектора (см. , например, с.52-54 и рис.3, 11 в книге под ред. Ю.М. Казаринова "Радиотехнические системы", М.: Высшая школа, 1990). Синхросигнал в наиболее близком устройстве состоит из радиоимпульсов с разными частотами, соответствующими элементам "1" и "0" кода Баркера, а видеосигналы элементов объединяются в вычитающем блоке. Так как в последнем происходит также объединение помех с выходов амплитудных детекторов, то обнаружение сигнала после накопления не дает оптимального результата. Для реализации оптимального обнаружителя можно было бы произвести раздельное накопление сигналов на выходах амплитудных детекторов, сложить полученные сигналы, а результат сравнить с порогом и т. д. Однако такой обнаружитель подучился бы весьма сложным. Оказывается, что этого можно достичь более простым путем, вводя после амплитудных детекторов нелинейности высокого порядка.

На фиг.3 приведены кривые зависимости вероятности пропуска синхросигнала Р от отношения с/ш h на выходе согласованных фильтров частотного дискриминатора, полученные численными методами для случая обнаружения одного радиоимпульса (с любой из двух частот), соответствующие вероятности ложной тревоги, равной 10^-5. Сплошная линия на фиг.3 соответствует оптимальному обнаружителю, крайняя справа - значению к=1 (нелинейных элементов нет, как в наиболее близком устройстве), а средняя - к=2. Как видно, увеличение степени нелинейности к приводит к уменьшению значения Р. При к=3,4... получаются оптимальные результаты. Расчеты показывают, что аналогичная ситуация имеет место и в случае, когда синхросигнал состоит из нескольких элементов с разными частотами. Если в предлагаемом устройстве увеличить вероятность Р до значений, получаемых при к=1 (это достигается увеличением порогов), то это приведет к уменьшению вероятности ложной тревоги. При реальных отношениях с/ш h оно составит два-три порядка.

Следует заметить, что введение нелинейностей в частотный дискриминатор (это эквивалентно изменению характеристик детектирования амплитудных детекторов) не приведет к изменению помехоустойчивости при приеме информационных элементов (см., например, с.466 в книге В.И. Тихонова "Статистическая радиотехника", М.: Сов.Радио, 1966).

Источник информации
1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.323-325, 281-287.

Формула изобретения

Устройство для приема стартстопных сообщений, содержащее последовательно соединенные приемник, частотный дискриминатор, блок выборки сигнала и синхронизации, генератор тактовых импульсов, решающий блок, первый ключ, запоминающий блок и второй ключ, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные квадратор, накопитель и стробирующий пороговый блок, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, а также счетчик импульсов, причем второй выход блока выборки сигнала и синхронизации, соединен со вторым входом накопителя, выход первого ключа соединен с входом квадратора, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом запоминающего блока и входом счетчика импульсов, выход которого соединен со вторыми входами генератора тактовых импульсов и стробируемого порогового блока, и управляющим входом накопителя, выход частотного дискриминатора соединен со вторым входом решающего блока, при этом частотный дискриминатор содержит последовательно соединенные первые согласованный фильтр и амплитудный детектор, последовательно соединенные вторые согласованный фильтр и амплитудный детектор, а также вычитающий блок, выход которого является выходом частотного дискриминатора, кроме того, входы первого и второго согласованных фильтров соединены и являются входом частотного дискриминатора, отличающееся тем, что введены первый и второй нелинейные элементы с характеристикой вида у=х^k, где х и у входной и выходной сигналы, k=3,4..., причем вход первого нелинейного элемента соединен с выходом первого амплитудного детектора, а вход второго нелинейного элемента соединен с выходом второго амплитудного детектора, выходы первого и второго нелинейных элементов соединены с первым и вторым входами вычитающего блока соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3