Устройство тактовой синхронизации дискретного согласованного фильтра

 

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и систем передачи дискретной информации, использующих сложные сигналы на основе псевдослучайных последовательностей с фазовой (0, π) модуляцией и осуществляющих методы дискретной обработки сигналов. Технический результат заключается в повышении отношения сигнал/помеха на выходе устройства. Устройство содержит перемножители (1, 7, 8), первое и второе решающие устройства (2, 16), регистр сдвига (3), сумматор-дешифратор (4), генератор тактовых импульсов (ГТИ) (5), квадраторы (6, 13, 14), фазовращатель на π/2 (9), два интегратора (10, 11), цифровой вычислитель (12), сумматор (15), ключ (17). Устройство осуществляет обнаружение сложного сигнала с известной тактовой частотой, измеряет фазу обнаруженного колебания тактовой частоты, что позволяет сформировать кольцо фазовой автоподстройки ГТИ и повысить отношение сигнал/помеха в среднем на 2,1 дБ. 1 ил.

Изобретение относится к области радионавигации, радиолокации и систем передачи дискретной информации, применяющих сложные сигналы на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП) с двоичной фазовой (0, π) манипуляцией, использующих методы дискретной обработки сигналов.

Наиболее близким по техническим признакам к настоящему устройству является дискретный согласованный фильтр [1, с.299], который содержит перемножитель (1), первое решающее устройство РУ1 (2), регистр сдвига PC (3), сумматор-дешифратор С-Д (4) и генератор тактовых импульсов ГТИ (5).

Недостатком прототипа является то, что отказ от фазовой синхронизации по тактовой частоте приводит к дополнительным энергетическим потерям в отношении сигнал/помеха. Суть дискретной обработки заключается в том, что сначала производится отождествление принятой смеси сигнала и помехи с одним из возможных элементов сигнала, а поскольку каждому элементу сигнала соответствует свой элемент модулирующей псевдослучайной последовательности, то при этом происходит также и отождествление смеси сигнала и помехами с одним из символов кода ПСП. Эта операция осуществляется в первом решающем устройстве РУ1 (1). Решение о приеме сложного сигнала при дискретной обработке осуществляется на основе анализа случайной последовательности решений на выходе решающего устройства РУ1, а не непосредственно анализа реализации смеси сигнала и помехи, как это имеет место в оптимальных линейных схемах. Тактовые импульсы (моменты принятия решения) должны совпадать с моментами окончания элементов сигнала. Это требует синхронизации генератора тактовых импульсов, что может быть достигнуто только после устранения неопределенности по задержке, как в корреляционных схемах. Для сохранения преимуществ дискретных согласованных фильтров необходимо обеспечить такую их работу, при которой генератор тактовых импульсов может действовать и синхронизации не требуется. В прототипе это достигается тем, что за время длительности элемента сигнала берется несколько Кр отсчетов или решений, при этом длина регистра сдвига становится равной Кр*Бs. Исследования, проведенные в [1], показали, что использование более чем двух отсчетов является нецелесообразным, поскольку при этом наблюдается значительное усложнение устройства, а выигрыш по сравнению с устройством с двумя отсчетами оказывается незначительным. При этом средние потери энергии сигнала в устройстве дискретной обработки с двумя отсчетами по сравнению с дискретным согласованным фильтром составляет 2,1 дБ [1, с. 303] . Таким образом, отказ от синхронизации приводит к дополнительным потерям.

Для устранения отмеченных недостатков в дискретный согласованный фильтр, включающий перемножитель (1), первое решающее устройство (2), регистр сдвига (3), сумматор-дешифратор (4) и генератор тактовых импульсов (5) дополнительно вводится система синхронизации генератора тактовых импульсов.

Заявленная дополнительная введенная система синхронизации содержит квадратор (6), перемножители (7) и (8), фазовращатель на π/2 (9), интеграторы (10) и (11), цифровой вычислитель (12), квадраторы (13) и (14), сумматор (15), второе решающее устройство (16) и ключ (17).

Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежом, где представлена общая структурная схема устройства тактовой синхронизации дискретного согласованного фильтра.

Устройство работает следующим образом.

Анализ амплитудных и фазовых характеристик спектров используемых сигналов показывает, что после нелинейных преобразований фазоманипулированного (0, π) двоичными псевдослучайными последовательностями сигнала, ограниченного главным лепестком его спектра, например возведением в квадрат, в спектре преобразованного сигнала присутствует гармоника с тактовой частотой. Амплитуда и фаза гармоники с тактовой частотой может быть вычислена с помощью преобразования Фурье по алгоритму где Ω = 2π/T; Т - период сигнала; n - память последовательности; nΩ - тактовая частота.

Квадрат амплитуды гармоники с тактовой частотой равен A² = a(τ)²+b(τ)², а ее фаза равна Φ = arctg(b(τ)/a(τ)).

Если представить принимаемый сигнал в виде s(t) = Ad(i)sin(ω_ot), где А - амплитуда сигнала на входе дискретного согласованного фильтра, d(i) - элементы ПСП, принимающие значения (1, -1),
i=1,N, N - количество элементов ПСП,
ω_o - несущая частота,
то согласно расчету амплитуда гармоники с тактовой частотой будет равна А(τ)=0,278*А.

Принимаемый сигнал со входа приемника через квадратор (6) поступает на входы перемножителей (7) и (8). На другой вход перемножителя (7) поступает напряжение с выхода управляемого генератора тактовых импульсов (5), а на вход перемножителя (8) - через фазовращатель на π/2 (9). С выходов перемножителей (7) и (8) сигналы поступают на входы интеграторов (10) и (11). На выходах интеграторов формируются косинусное и синусное преобразования Фурье, которые после возведения в квадрат в квадраторах (13) и (14) и суммирования в сумматоре (15), образуют квадрат амплитуды гармоники с тактовой частотой. Сигнал с выхода сумматора (15) поступает на один из входов второго решающего устройства (16), на другой вход которого подается опорный сигнал Хп. В случае превышения квадрата амплитуды A(τ) порогового уровня Хп принимается решение об обнаружении сигнала с тактовой частотой ω(τ). С выходов интеграторов (10) и (11) сигналы поступают также на два входа цифрового вычислителя (12), где формируется оценка фазы гармоники с тактовой частотой ψ^*. В случае обнаружения сигнала с тактовой частотой оценка фазы подается на вход управляемого генератора тактовых импульсов (5). Таким образом замыкается цепь управления генератора тактовых импульсов и осуществляется слежение за фазой колебания тактовой частоты принимаемого сигнала.

Таким образом, совокупность введенных устройств и их связей позволяет получить текущую оценку фазы тактовой частоты принимаемого сигнала и осуществить слежение за ней, что не использовалось в прототипе. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизны". Кроме того, так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая в известной патентной и научно-технической литературе не обнаружена на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Источники информации
1. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. проф. Пестрякова В.Б. - М.: Сов. радио, 1973, с. 424.

2. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. - М.: Радио и связь, 1986, с. 240.

Формула изобретения

Устройство тактовой синхронизации дискретного согласованного фильтра, состоящее из перемножителя, первого решающего устройства, регистра сдвига, сумматора-дешифратора и генератора тактовых импульсов, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены квадратор, два перемножителя, фазовращатель на π/2, два интегратора, два квадратора, цифровой вычислитель, сумматор, второе решающее устройство и ключ, причем квадратор подключен ко входу устройства, выход квадратора подключен к первым входам двух перемножителей, на другой вход одного перемножителя подключен выход генератора тактовых импульсов, а к другому входу второго перемножителя генератор тактовых импульсов подключен через фазовращатель на π/2, выходы обоих перемножителей подключены ко входам двух интеграторов, выходы которых подключены через два квадратора к двум входам сумматора, выходы двух интеграторов подключены также к двум входам цифрового вычислителя, где формируется оценка фазы гармоники с тактовой частотой, выход сумматора подключен к одному из входов второго решающего устройства, на другой вход которого подается пороговый уровень, выход цифрового вычислителя подключен к одному входу ключа, а выход второго решающего устройства подключен к другому входу ключа, выход ключа подключен к управляемому входу генератора тактовых импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1