Приемное устройство фазоманипулированных сигналов в условиях интерференции

 

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи. Предлагаемое устройство содержит смеситель 1, усилитель промежуточной частоты 2, коррелятор 3, демодулятор 4, получатель информации 5, гетеродин 6, генератор опорных сигналов 7 и синхронизатор 8. В таком приемном устройстве при наличии интерференции резко падает помехоустойчивость принимаемого сигнала. Введение функционального преобразователя 9, осуществляющего операцию f(х)=1/(1-х), позволило в значительной степени повысить помехоустойчивость принимаемого сигнала. 5 ил.

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи.

Известны беспоисковые приемные устройства, построенные на базе согласованных фильтров или многоканальных корреляторов. Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности.

Однако реализовать на практике такие приемные устройства при больших базах сигнала - задача весьма сложная (см. Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И. Теория и применение псевдослучайных сигналов. - М.: Наука, 1969).

Известно также приемное устройство широкополосных сигналов по а.с. 1109915, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, блок выбора и запоминания на такт, ФНЧ, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор и решающий блок.

Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к принимаемому полезному сигналу, а при достаточно большом уровне этой помехи наступает срыв связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является приемное устройство с фазоманипулированным шумоподобным сигналом, приведенное в книге Варакина Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с. 18, рис. 1.9 б, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения: 1 - смеситель; 2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 3 - коррелятор; 4 - демодулятор; 5 - получатель информации; 6 - гетеродин; 7 - генератор опорных сигналов; 8 - синхронизатор; 9 - приемная антенна.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные смеситель 1, первый, сигнальный вход которого соединен с приемной антенной 10, усилитель промежуточной частоты 2, коррелятор 3, демодулятор 4 и получатель информации 5; выход коррелятора 3 также соединен с входом синхронизатора 8, первый выход которого через гетеродин 6 соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя 1, второй выход синхронизатора 8 соединен с синхронизирующим входом генератора опорных сигналов 7, выход которого соединен со вторым, опорным входом коррелятора 3, третий, синхронизирующий вход которого соединен с вторым, синхронизирующим входом демодулятора 4 и третьим выходом синхронизатора 8.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Принятый сигнал поступает на первый, сигнальный вход смесителя 1, на второй, опорный вход которого подается сигнал с гетеродина 6. На выходе смесителя 1, таким образом, образуется сигнал на промежуточной частоте, и после усиления до необходимой величины в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) 2 сигнал поступает на коррелятор 3. В корреляторе 3, который состоит из перемножителя и интегратора, производится оптимальная обработка сигнала, обеспечивающая высокую помехоустойчивость приема информации. На второй, опорный вход коррелятора 3 подается опорный сигнал с генератора опорных сигналов 7 в виде ФМ ШПС. Напряжение с выхода коррелятора 3 поступает на синхронизатор 8 и демодулятор 4.

Синхронизатор 8 осуществляет поиск фазоманипулированного сигнала по частоте, для чего перестраивает частоту гетеродина 6 и управляет работой генератора опорных сигналов 7 для поиска сигнала по времени. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе коррелятора 3 будет напряжение телефонного сообщения в виде ШИМ сигнала (широтно-импульсная модуляция), который подается на первый вход демодулятора 4. С выхода демодулятора 4 информационный сигнал - телефонное сообщение - передается получателю информации 5. Синхронизатор 8, кроме указанных выше гетеродина 6 и генератора опорных сигналов 7, синхронизирует работу коррелятора 3 и демодулятора 4.

Но данное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что при наличии интерференции информационного сигнала может быть неустойчивая синхронизация, а это приведет к сбоям принимаемого сигнала, что, в свою очередь, приводит к снижению достоверности принимаемой информации.

Для устранения указанного недостатка в приемное устройство фазоманипулированных сигналов в условиях интерференции, содержащее последовательно соединенные смеситель, первый, сигнальный вход которого соединен с передающей антенной, усилитель промежуточной частоты и коррелятор; последовательно соединенные демодулятор и получатель информации; последовательно соединенные синхронизатор и гетеродин, выход которого соединен со вторым, опорным входом смесителя; кроме того, второй выход синхронизатора соединен с синхронизирующим входом генератора опорных сигналов, выход которого соединен со вторым, опорным входом коррелятора, третий, синхронизирующий вход которого соединен с вторым, синхронизирующим входом демодулятора и третьим выходом синхронизатора, вход которого соединен с первым, сигнальным входом демодулятора, введен функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом коррелятора, а выход функционального преобразователя соединен с входом синхронизатора.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - смеситель;
2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
3 - коррелятор;
4 - демодулятор;
5 - получатель информации;
6 - гетеродин;
7 - генератор опорных сигналов;
8 - синхронизатор;
9 - функциональный преобразователь;
10 - передающая антенна.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные смеситель 1, первый, сигнальный вход которого соединен с передающей антенной 10, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 2, коррелятор 3, функциональный преобразователь 9. демодулятор 4 и получатель информации 5; последовательно соединенные синхронизатор 8 и гетеродин 6, выход которого соединен с вторым, гетеродинным входом смесителя 1; при этом второй выход синхронизатора 8 соединен с синхронизирующим входом генератора опорных сигналов 7, выход которого присоединен к второму, опорному входу коррелятора 3, третий, синхронизирующий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 8 и с вторым, синхронизирующим входом демодулятора 4, а вход синхронизатора 8 соединен с первым, сигнальным входом демодулятора 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Принятый сигнал поступает на первый, сигнальный вход смесителя 1, на второй вход которого подается сигнал с гетеродина 6. На выходе смесителя 1, таким образом, образуется сигнал на промежуточной частоте. После усиления до необходимой величины в усилителе промежуточной частоты 2 - этот сигнал поступает на первый вход коррелятора 3, который состоит из перемножителя и интегратора, производится оптимальная обработка сигнала, обеспечивающая высокую помехоустойчивость приема информации. На второй вход коррелятора 3 подается опорный сигнал с генератора опорных сигналов 7 в виде фазоманипулированного широкополосного сигнала (ФМ ШПС). Напряжение с выхода коррелятора 3 поступает на вход функционального преобразователя 9.

Функциональный преобразователь 9 может быть выполнен так, как это представлено на фиг.5, где приведены следующие обозначения:
91 - инвертор;
92 - сумматор;
93 - логарифмический усилитель;
94 - дифференцирующая цепочка.

Функциональный преобразователь 9 содержит: последовательно соединенные инвертор 91, вход которого является входом функционального преобразователя 9, сумматор 92, логарифмический усилитель 93 и дифференцирующую цепочку 94, выход которой является выходом функционального преобразователя 9; причем первый вход сумматора 92 является входом постоянного напряжения U₀.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Сигнал S(+) поступает на вход инвертора 91, с выхода которого сигнал -8(+) поступает на второй вход сумматора 92, на первый вход которого подается постоянное напряжение ₀. С выхода сумматора 92 сигнал U₀-S(+) поступает на вход логарифмического усилителя 93, с выхода которого In [U₀-S(+)] поступает на вход дифференцирующей цепочки 94, выход которой является выходом функционального преобразователя 9, формирующего сигнал 1/[U₀-S(+)].

При наличии интерференции на входе коррелятора 3 центральный "пик" корреляционной функции раздваивается (фиг.3). Поэтому синхронизация может произойти не за "пик" корреляционной функции, а за "провал", что приводит к резкому ухудшению помехоустойчивости принимаемого сигнала, тем более, что величина этого "провала" все время будет изменяться в процессе работы (будет "дышать").

Для того чтобы синхронизация всегда была по "пику" корреляционной функции, предлагается после коррелятора использовать функциональный преобразователь, осуществляющий операцию f(x)=1/(1-x). Такое преобразование позволяет разделить слабо выраженные "пики" автокорреляции (Марпл мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. - М.: Мир, 1990, с.34-36).

На фиг.3 изображена автокорреляционная функция на выходе корреляционного преобразователя 9.

Напряжение с выхода функционального преобразователя 9 поступает на вход синхронизатора 8 и на первый, сигнальный вход демодулятора 4.

Синхронизатор 8 осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте, для чего перестраивает частоту гетеродина 6 и управляет работой генератора опорных сигналов 7 для поиска по времени.

После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе коррелятора 3 будет напряжение телефонного сообщения в виде ШИМ сигнала (фиг.3), который подается на вход функционального преобразователя 9, в котором происходит разделение слабовыраженных "пиков" автокорреляции (фиг.4).

С выхода демодулятора 4 информационный сигнал - телефонное сообщение - подается получателю информации 5.

Синхронизатор 8, кроме указанных выше гетеродина и генератора опорных сигналов 7 синхронизирует работу коррелятора 3 и демодулятора 4. Таким образом, при интерференции в устройстве-прототипе на выходе коррелятора 3 центральный "пик" корреляционной функции (свертка) раздваивается, что может привести к синхронизации за "провал" этой функции, а это, в свою очередь, приведет к значительным потерям по помехоустойчивости.

Предлагаемое устройство устраняет этот недостаток. Реализация функционального преобразователя может быть осуществлена в виде цифрового или аналогового устройства.

Остальные узлы и блоки общеизвестны и широко освещены в технической литературе.

Формула изобретения

Приемное устройство фазоманипулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные смеситель, первый сигнальный вход которого соединен с антенной, усилитель промежуточной частоты и коррелятор, последовательно соединенные демодулятор и получатель информации, последовательно соединенные синхронизатор и гетеродин, выход которого соединен со вторым опорным входом смесителя, второй выход синхронизатора соединен с синхронизирующим входом опорных сигналов, выход которого соединен со вторым опорным входом коррелятора, третий синхронизирующий вход которого соединен со вторым синхронизирующим входом демодулятора и третьим выходом синхронизатора, вход которого соединен с первым сигнальным входом демодулятора, отличающееся тем, что введен функциональный преобразователь, осуществляющий операцию f(х)=1/(1-х), вход которого соединен с выходом коррелятора, а выход функционального преобразователя соединен с входом синхронизатора.

РИСУНКИ

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