Устройство поиска широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение при построении систем радиосвязи, радионавигации, управления, использующих широкополосные сигналы. Технический результат - повышение помехоустойчивости при воздействии структурных помех. В устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее линейную часть и согласованный фильтр, состоящий из предварительного фильтра, линии задержки, n аттенюаторов, n фазовращателей и сумматор, а также детектор и блок сравнения с порогом, введены второй сумматор, второй детектор, второй блок сравнения с порогом, первый,..., n/2 инверторы, блок управления переключением каналов, элемент И, элемент НЕ и генератор тактовых импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение при построении систем радиосвязи, радионавигации, управления, использующих широкополосные сигналы.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов (см. а.с. 1003372, Н 04 L 7/02, 1981 г.; 809619, Н 04 L 7/02, 1979 г.), которым присущ общий недостаток, заключающийся в низкой помехоустойчивости поиска широкополосных сигналов (ШПС) по задержке, а именно в большой вероятности синхронизации устройств поиска на структурные помехи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, описанное в книге "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под редакцией Пестрякова В. Б. М.: Сов. радио, 1973 г., стр.66-70, 195-199, 234-240, принятое за прототип.

На фиг. 1 изображена блок-схема прототипа, где приведены следующие обозначения: 1 - линейная часть, 2 - согласованный фильтр, 3 - предварительный фильтр, 4 - линия задержки, 5₁-5_n - первый, второй, третий,..., n-ый аттенюаторы, 6₁-6_n - первый, второй, третий,..., n-ый фазовращатели, 7 - сумматор, 8 - детектор, 9 - блок сравнения с порогом.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные линейную часть 1, вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр 2, состоящий из последовательно соединенных предварительного фильтра 3 и линии задержки 4, n выходов которой соединены с входами со второго по n-ый аттенюаторов 5₂-5_n, выходы которых соединены с входами со второго по n-ый фазовращателей 6₂-6_n, выходы которых соединены с n-1 входами сумматора 7 соответственно, при этом вход линии задержки 4 соединен с входом первого аттенюатора 5₁, выход которого через первый фазовращатель 6₁ соединен с первым входом сумматора 7, выход которого является также выходом согласованного фильтра 2, который через последовательно соединенные детектор 8 и блок сравнения с порогом 9 является выходом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Сигнал с выхода линейной части 1 поступает на вход согласованного фильтра 2, где через предварительный фильтр 3 поступает на вход линии задержки 4. С входа линии задержки 4 и с ее n выходов сигнал через соответствующие последовательно соединенные с первого по n-ый аттенюаторы 5₁-5_n и с первого по n-ый фазовращатели 6₁-6_n поступает на соответствующие n входов сумматора 7. При этом параметры линии задержки 4, с первого по n-ый аттенюаторов 5₁-5_n и с первого по n-ый фазовращателей 6₁-6_n выбираются таким образом, что на выходе сумматора 7, являющемся выходом согласованного фильтра 2 и входом детектора 8, элементы сигнала складываются в фазе и дают значение автокорреляционной функции полезного сигнала, а на выходе детектора 8 будет значение огибающей функции автокорреляции полезного сигнала. Поскольку на вход линейной части 1 устройства могут поступать и структурные помехи, то на выходе детектора 8 в этом случае будет значение огибающей функции взаимной корреляции для структурной помехи.

Таким образом, если на вход линейной части 1 устройства поиска приходит только полезный сигнал, то превышение порога в блоке сравнения с порогом 9 приводит к правильному решению о наличии полезного сигнала и поиск прекращается. Если же на входе линейной части 1 устройства поиска присутствует структурная помеха, то превышение порога в блоке 9 приведет к ошибочному решению о прекращении поиска сигнала. Далее схема слежения за задержкой засинхронизируется на структурную помеху.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость при воздействии структурных помех.

Для устранения указанного недостатка в устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные линейную часть, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр, состоящий из последовательно соединенных предварительного фильтра и линии задержки, n-1 выходов которой соединены с входами n-1 аттенюаторов соответственно, выходы которых через n-1 фазовращателей соединены с n-1 входами первого сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными первым детектором и первым блоком сравнения с порогом, а также вход линии задержки соединен с входом первого аттенюатора, выход которого через первый фазовращатель соединен с первым входом первого сумматора, введены последовательно соединенные второй сумматор, второй детектор, второй блок сравнения с порогом и элемент НЕ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения с порогом; введены n/2 инверторов, блок управления переключением каналов и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым, синхронизирующим входом блока управления переключением каналов, первый, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, являющимся выходом устройства, а выход блока управления переключением каналов соединен со вторым, управляющим входом линейной части. Кроме того, первая группа n/2 входов первого сумматора соединена с входами n/2 инверторов, выходы которых соединены с первой группой n/2 входов второго сумматора, а вторая группа n/2 входов первого сумматора соединена со второй группой n/2 входов второго сумматора соответственно.

На фиг. 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства поиска широкополосного сигнала, где приведены следующие обозначения: 1 - линейная часть, 2 - согласованный фильтр, 3 - предварительный фильтр, 4 - линия задержки, 5₁-5_n - первый, второй, третий,..., n-ый аттенюаторы, 6₁-6_n - первый, второй, третий,..., n-ый фазовращатели, 7 и 13 - первый и второй сумматоры, 8 и 15 - первый и второй детекторы, 9 и 16 - первый и второй блоки сравнения порогом, 10₁-10_n/2 - первый, второй, третий,..., n/2-ый инверторы, 11 - блок управления переключением каналов, 12 - элемент И, 14 - элемент НЕ, 17 - генератор тактовых импульсов.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные линейная часть 1, первый, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр 2, состоящий из последовательно соединенных предварительного фильтра 3 и линии задержки 4, n-1 выходов которой соединены с входами со второго по n-ый аттенюаторов 5₂-5_n, выходы которых соединены с входами со второго по n-ый фазовращателей 6₂-6_n, выходы которых соединены со второго по n-ый входами сумматора 7 соответственно, при этом вход линии задержки 4 соединен с входом первого аттенюатора 5₁, выход которого через первый фазовращатель 6₁ соединен с первым входом сумматора 7, выход которого является также выходом согласованного фильтра 2, выход которого присоединен к последовательно соединенным первому детектору 8 и первому блоку сравнения с порогом 9, выход которого соединен со вторым входом элемента И 12, выход которого является выходом устройства; последовательно соединенные второй детектор 15, второй блок сравнения с порогом 16 и элемент НЕ 14, выход которого соединен с первым входом элемента И 12; выход второго сумматора 13 соединен с входом второго детектора 15; выходы с первого по n/2-ый инверторов 10₁-10_n/2 соединены соответственно с первой группой n/2 входов второго сумматора 13, при этом входы с первого по n/2-ый инверторов 10₁-10_n/2 соединены соответственно с n/2 входами первой группы первого сумматора 7; а также n/2 входов второй группы второго сумматора 13 соединены соответственно с n/2 входами второй группы первого сумматора 7; кроме того, выход устройства присоединен к первому, управляющему входу блока управления переключением каналов 11, второй, синхронизирующий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 17, а выход блока управления переключением каналов 11 соединен с первым, управляющим входом линейной части 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На второй, сигнальный вход блока 1, являющийся входом устройства, поступает сигнал, структурная помеха или их смесь. С выхода блока 1 сигнал поступает на вход блока 2, где через блок 3 поступает на вход блока 4. С входа блока 4 и с ее n-1 выходов через соответствующие последовательно соединенные с первого по n-ый блоки 5₁-5_n и с первого по n-ый блоки 6₁-6_n сигнал поступает на соответствующие входы первого блока 7. Параметры блока 4, с первого по n-ый блоков 5₁-5_n и с первого по n-ый блоков 6₁-6_n выбираются таким образом, чтобы на выходе блока 7, являющeмся также и выходом блока 2, и на входе блока 8 элементы сигнала складывались в фазе и давали значение функции автокорреляции полезного сигнала, а на выходе блока 8 будет значение огибающей функции автокорреляции полезного сигнала. Превышение порога в блоке 9 приводит к тому, что на второй вход блока 12 поступит логическая единица.

Одновременно с n входов блока 7 сигнал поступает на соответствующие n входов блока 13, причем n/2 входов первой группы блока 7 через n/2 блоков 10₁-10_n/2 соединены с первой группой n/2 соответствующих входов блока 13. Это приводит к тому, что в момент времени, когда на выходе блока 7 все n элементов сигнала сложатся синфазно, на выходе блока 13 n/2 элементов сложатся синфазно, а n/2 остальных элементов сигнала сложатся с противоположной фазой, т. е. значение автокорреляционной функции сигнала на выходе блока 13 будет близко к нулю. Соответственно, не будет превышен порог в блоке 16 и с выхода блока 14 на первый вход блока 12 поступит логическая единица. Следовательно, с выхода блока 12 выйдет логическая единица и поступит на первый, управляющий вход блока 11, что приведет к фиксации данного канала, так как выход логической единицы с выхода блока 12 означает, что сигнал найден и поиск закончен.

Если на второй, сигнальный вход блока 1 поступит смесь полезного сигнала и мощной структурной помехи, то, как и в случае только с полезным сигналом, превышение порога суммой огибающих функций автокорреляции сигнала и функции взаимной корреляции помехи в блоке 9 приведет к поступлению на второй вход блока 12 логической единицы. Вероятность того, что в этот же момент значение функции взаимной корреляции не превысит порог в блоке 16, достаточно мала. То есть с выхода блока 14 на первый вход блока 12 поступает логический нуль. Следовательно, с выхода блока 12 на первый, управляющий вход блока 11 поступит логический нуль, означающий, что сигнал не найден, переключение каналов может быть продолжено, поиск полезного сигнала будет продолжен.

Если на второй, сигнальный вход блока 1 поступит мощная структурная помеха, то вероятность того, что в момент отсчета будет превышен порог как в блоке 9, так и в блоке 16, достаточно велика. Это значит, что на первый вход блока 12 поступит логический нуль, а на второй вход блока 12 поступит логическая единица. С выхода блока 12 на первый, управляющий вход блока 11 поступит логический нуль и поиск сигнала будет продолжен на других каналах.

Структурная схема блока 11 приведена на фиг.3, где 111 - бинарный счетчик, 112 - счетчик фиксированных чисел, 113 - формирователь, 114 - канальный переключатель, 115 - перестраиваемый генератор, 116 - ключ.

Блок 11 содержит последовательно соединенные ключ 116, счетчик фиксированных чисел 112, формирователь 113, канальный переключатель 114 и перестраиваемый генератор 115, выход которого соединен с первым, управляющим входом линейной части 1; а также содержит бинарный счетчик 111, вход которого также является первым, управляющим входом блока 11, а выход бинарного счетчика 111 соединен со вторым, управляющим входом ключа 116, первый, синхронизирующий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 17.

Блок 11 работает следующим образом.

Сигналы с выхода блока 17 через первый, синхронизирующий вход блока 116 поступают на вход блока 112, который рассчитан на определенное число. Это число определяется временем, в течение которого устройство поиска будет производить обнаружение полезного сигнала на данном канале. Если сигнал за определенное время не был обнаружен, то на вход блока 113 поступит сигнал. Под действием этого сигнала с выхода блока 113 выйдет импульс, который поступит на блок 114, при этом с выхода блока 114 на вход блока 115 поступит сигнал, обеспечивающий переход на выбранный канал.

Если устройство поиска обнаружило полезный сигнал, то с выхода блока 12 на вход блока 111 поступит логическая единица и переведет его в другое состояние. С выхода блока 111 на второй, управляющий вход блока 116 поступит сигнал, который приведет к закрытию блока 116. Этим обеспечится прием на данном канале. Перед началом работы блок 111 обнуляется.

Структурные схемы блоков 114 и 115 и описание их работы приведено в заявке Великобритании 1473608.

Блоки 12, 16, 10₁-10_n/2 и 17 имеют широкое применение. Описание структуры и принципов построения подобных блок-схем можно найти, например, в книге М. Мэндла "200 избранных схем электроники", /пер. с англ. под редакцией Ицхоки Я.С., М.: Мир, 1980 г.: блоки 10₁-10_n/2 - стр.32-34, рис.1.13; блоки 12, 16 - стр.176-181, рис.8.3(б), 8.6(б).

Блок 17 может быть выполнен на основе различных типов генераторов, например на основе кварцевого генератора (Мэндл М. "200 избранных схем электроники", М. : Мир, 1980 г., стр.86-87, рис.4.5) либо на основе блокинг-генератора (там же, стр.94-96, рис.4.9).

В прототипе воздействие структурных помех приводит к высокой вероятности превышения порога огибающей функции взаимной корреляции помехи, что приведет к тому, что произойдет ложная синхронизация на помеху.

В заявляемом устройстве воздействие структурных помех может быть значительно уменьшено за счет большой вероятности превышения порогов в блоках 9 и 16 в момент отсчета, что приводит к продолжению поиска сигнала. То есть введение дополнительных блоков в заявленное устройство обеспечивает снижение вероятности ложной синхронизации по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство поиска широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные линейную часть, сигнальный вход которой является входом устройства, и согласованный фильтр, состоящий из последовательно соединенных предварительного фильтра и линии задержки, n-1 выходов которой соединены с входами n-1 аттенюаторов соответственно, выходы которых через n-1 фазовращателей соединены с n-1 входами первого сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными первым детектором и первым блоком сравнения с порогом, а также вход линии задержки соединен с входом первого аттенюатора, выход которого через первый фазовращатель соединен с первым входом первого сумматора, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные второй сумматор, второй детектор, второй блок сравнения с порогом и элемент НЕ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения с порогом; введены n/2 инверторов, блок управления переключением каналов и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым, синхронизирующим входом блока управления переключением каналов, первый, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, являющегося выходом устройства, а выход блока управления переключением каналов соединен со вторым, управляющим входом линейной части; кроме того, первая группа n/2 входов первого сумматора соединена с входами n/2 инверторов, выходы которых соединены с первой группой n/2 входов второго сумматора, а вторая группа n/2 входов первого сумматора соединена со второй группой n/2 входов второго сумматора соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3