Способ определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала и устройство для его реализации
Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат заключается в повышении точности определения задержки первого луча при приеме многолучевого сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что по N реализациям корреляционных функций многолучевого и однолучевого сигналов определяют N временных задержек первого луча. Оценку временной задержки первого луча принимают равной среднему значению временной задержки первого луча. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам и устройствам временной синхронизации для систем связи с широкополосными сигналами, и может быть использовано в сотовых системах радиосвязи при определении местоположения мобильных станций.
Система слежения за временной задержкой сигнала используется в любой цифровой системе связи. Осуществление постоянной временной подстройки приемника необходимо в силу не идеальности часов приемника и передатчика. Кроме того, в системах подвижной связи расстояние между приемником и передатчиком, а следовательно, задержка сигнала изменяется в силу перемещения мобильной станции.
В ряде задач обработки сигналов в многолучевых нестационарных каналах необходимо определять задержку прямого луча.
Так для определения местоположения подвижного объекта широко применяются методы, основанные на измерении расстояния между точками излучения и приема сигнала путем определения задержки его распространения между ними. Такие методы описаны, например, в работах [1. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. Москва, "Радио и связь", 1992], [2. James Caffery, Gordon L. Stuber, Subscriber Location in CDMA Cellular Networks, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 47, pp. 406-415, May, 1998].
Оценку задержки сигнала могут выполнять устройства слежения за задержкой на основе временных дискриминаторов, описанные в упомянутых выше работах [1. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. Москва, "Радио и связь", 1992], [2. James Caffery, Gordon L. Stuber, Subscriber Location in CDMA Cellular Networks, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 47, pp. 406-415, May, 1998].
Если все компоненты многолучевого сигнала разрешимы (сдвинуты относительно друг друга более чем на полтора чипа расширяющей ПСП), то дисперсия оценки временной задержки сигнала определяется отношением энергии сигнала к спектральной мощности шума [3. В.И.Тихонов Оптимальный прием сигналов. Москва, "Радио и связь", 1983].
При наличии неразрешимых компонент (сигналы сдвинуты относительно друг друга менее чем на полтора чипа расширяющей ПСП) возникает ошибка многолучевости и оценка временной задержки первой компоненты многолучевого сигнала смещается [2. James Caffery, Gordon L. Stuber, Subscriber Location in CDMA Cellular Networks, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 47, pp. 406-415, May, 1998].
Чип ПСП - это длительность одного элементарного временного интервала псевдослучайной последовательности.
Согласно рекомендациям ITU-R для IMT-2000 [4. Recommendation ITU-R M.1225 Guidelines for evaluation of radio transmission technologies for IMT-2000] лучи могут находиться на нескольких смежных временных позициях области неопределенности.
Корреляционная функция многолучевого сигнала является суммой корреляционных функций сигналов лучей. При фединге амплитуды и фазы компонент многолучевого сигнала меняются и, следовательно, меняется форма суммарной корреляционной функции.
Приближенно корреляционную функцию принятого сигнала (сигнал ограничен по полосе) можно описать следующей формулой [5. Andrew J. Viterbi. CDMA Principles of Spread Spectrum Communication. Addison - Wesly Publishing Company, 1995, стр. 43]:
где К(τ) - корреляционная функция принятого сигнала, ТC - длительность чипа ПСП.
На фиг.1 показаны модули корреляционных функций двух сигналов (К1, К2) и их суммарная корреляционная функция (К). 3а нулевую точку отсчета принят максимум первого луча. Временной сдвиг нормирован к периоду дискретизации сигнала. Максимальные значения нормированных корреляционных функций компонент многолучевого сигнала равны 1 и 0,8. Относительный сдвиг компонент многолучевого сигнала равен 7/8 чипа ПСП.
Для определения местоположения подвижного объекта необходимо определить временную задержку прямого луча сигнала. Как видно из фиг.1, максимум суммарный корреляционной функции сдвинут на 3/8 чипа относительно максимума первого сигнала. Устройство слежения за задержкой настроится на максимум корреляционной функции и ошибка многолучевости в этом случае составит 3/8 чипа.
Рассмотрим пример. В соответствии с рекомендациям ITU-R для IMT-2000 [4. Recommendation ITU-R M.1225 Guidelines for evaluation of radio transmission technologies for IMT-2000] примем, что сдвиг между первыми двумя лучами равен 300 наносекундам. Следовательно, ошибка многолучевости может превысить 150 наносекунд. В этом случае ошибка определения расстояния между точками излучения и приема сигнала может превысить 45 метров.
Известны различные способы определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала и устройства для их реализации, например, способ, описанный в [6. патент США №5414729 Pseudorandom noise ranging receiver which compensates for multipath distortion by making use of multiple correlator time delay spacing, Fenton; Patrick, 1995].
В этом способе измеряют корреляционную функцию принимаемого многолучевого и опорного сигналов. На основе полученных значений корреляционной функции многолучевого сигнала составляется система линейных уравнений, в которой неизвестными величинами являются параметры многолучевого сигнала. Решения системы уравнений определяют задержки компонент многолучевого сигнала.
Устройство, реализующее рассмотренный способ, состоит из корреляторов со сдвинутыми менее чем на чип относительно друг друга опорными сигналами. Начальный сдвиг опорных сигналов корреляторов выбирается таким образом, чтобы корреляционный пик перекрывался выходными значениями корреляторов. Полученные выходные значения корреляторов поступают на вход устройства оценки параметров многолучевости. В этом устройстве посредством решения системы уравнений определяются задержки компонент многолучевого сигнала.
Недостатком этого решения является то, что для его применения необходимо знать число компонент многолучевого сигнала. На практике, число компонент многолучевого сигнала часто неизвестно. Оно зависит от среды распространения сигнала и меняется при движении объекта. Поэтому применение рассматриваемого способа и устройства при неизвестном числе компонент многолучевого сигнала малоэффективно.
Известен другой способ, описанный в патенте [7. патенте USN 5854815. Lennen, Gary R. Code phase signal multipath compensation, 1998].
В способе, приведенном в патенте [7. USN 5854815. Lennen, Gary R. Code phase signal multipath compensation, 1998], измеряют корреляционную функцию многолучевого и опорного сигналов, которая затем сравнивается с корреляционной функцией однолучевого сигнала. Начала обеих корреляционных функций совмещают. По взаимному смещению этих функций определяют ошибку многолучевости. Вид функции, определяющей ошибку многолучевости по величинам сдвигов между измеренной и опорной корреляционными функциями, определяют экспериментально. Оценка задержки первого луча равна разности оценки задержки многолучевого сигнала (максимума корреляционной функции многолучевого сигнала) и ошибки многолучевости.
Недостатком этого способа является то, что оценку временного положения начала корреляционной функции в реальных многолучевых каналах можно выполнить только с большой ошибкой.
Ошибка в определении временного положения начала корреляционной функции приводит к ошибке оценки задержки первого луча.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является изобретение по патенту US №5815539 [8. патент US №5815539. Lennen, Gary R. Signal timing synchronizer, 1998].
В способе, описанном в патенте US №5815539, измеряют корреляционную функцию многолучевого и опорного сигналов. Затем в трех точках определяются сдвиги между измеренной корреляционной функцией и опорной корреляционной функцией однолучевого сигнала, полученного экспериментально. При этом начала обеих корреляционных функций совмещают. Первая и третья точки симметричны (противоположны) относительно максимума корреляционной функции многолучевого сигнала и находятся на уровне 0,6 от уровня максимума этой функции. Третий сдвиг определяется сдвигом максимумов этих функций. Ошибка многолучевости определяется экспериментально полученной функцией от вычисленных сдвигов. Оценка задержки первого луча равна разности оценки задержки многолучевого сигнала (максимума корреляционной функции многолучевого сигнала) и ошибки многолучевости.
Способ прототип можно описать следующим образом.
- Определяют корреляционную функцию между принимаемым многолучевым сигналом и опорным сигналами.
- Определяют корреляционную функцию между однолучевым сигналом и опорным сигналами.
- Определяют сдвиги (в трех точках) между корреляционной функцией многолучевого сигнала и корреляционной функцией однолучевого сигнала.
- Определяют ошибку многолучевости, используя сдвиги между корреляционной функцией многолучевого сигнала и корреляционной функцией однолучевого сигнала.
- Величину временной задержки первого луча многолучевого сигнала принимают равной разности оценки задержки многолучевого сигнала (максимума корреляционной функции многолучевого и опорного сигналов) и ошибки многолучевости.
Для реализации способа прототипа используется устройство, блок-схема которого показана на фиг.2.
На фиг.2 устройство содержит корреляционный приемник 1, генератор тактовых импульсов 9, генератор ПСП 10, сканирующие корреляторы 11. В состав корреляционного приемника 1 входят линейный тракт приемника 2 с антенной, формирователь квадратурного сигнала 3, опорный генератор 4, первый генератор тактовых импульсов 6, генератор ПСП 7, корреляторы 5 и микропроцессор 8. Выход линейного тракта приемника 2 соединен с первым (сигнальным) входом формирователя квадратурного сигнала 3, второй вход которого является опорным и соединен с выходом опорного генератора 4. Первый и второй выходы формирователя квадратурного сигнала 3, которые являются соответственно выходами синфазного и квадратурного сигналов, соединены с соответствующими первым и вторым входами корреляторов 5, а также являются соответственно первым и вторым выходами приемника 1 и соединены с первым и вторым входами сканирующих корреляторов 11. Третий вход корреляторов 5 соединен с опорным выходом генератора ПСП 7. Третий вход сканирующих корреляторов 11 соединен с опорным выходом генератора ПСП 10. Выход корреляторов 5, на котором формируются значения корреляционной функции между принимаемым сигналом и опорным сигналом, соединен с первым входом микропроцессора 8. Выход сканирующих корреляторов 11, на котором формируются значения корреляционной функции между принимаемым многолучевым сигналом и опорным сигналом, соединен со вторым входом микропроцессора 8. Второй вход опорного генератора 4, который является входом управления состояния, соединен с первым выходом микропроцессора 8. Опорный выход опорного генератора 4 соединен также с опорными входом первого генератора тактовых импульсов 6, является третьим выходом приемника 1 и соединен с опорным входом генератора тактовых импульсов 9. Второй вход первого генератора тактовых импульсов 6, который является входом управления, соединен со вторым выходом микропроцессора 8. Второй вход второго генератора тактовых импульсов 9, который является входом управления, соединен с четвертым выходом микропроцессора 8, который является четвертым выходом приемника 1. Выход генератора тактовых импульсов 6 соединен с тактовым входом генератора ПСП 7, третий (управляющий) вход которого соединен с третьим выходом микропроцессора 8. Выход генератора тактовых импульсов 9 соединен с тактовым входом генератора ПСП 10, второй (управляющий) вход которого соединен с пятым выходом микропроцессора 8, который является пятым выходом приемника 1. Шестой выход микропроцессора 8 является выходом скорректированной оценки задержки многолучевого сигнала и выходом устройства.
Работает устройство следующим образом. Сигнал из антенны через линейный тракт приемника 2 поступает на формирователь квадратурного сигнала 3, на опорный вход которого поступает сигнал с опорного генератора 4. Формирователь квадратурного сигнала 3 формирует на видеочастоте синфазную и квадратурную составляющие сигнала. Сформированные синфазная и квадратурная составляющие сигнала поступают на входы корреляторов 5. Корреляторы вычисляют значения корреляционной функции между принимаемым сигналом и опорным сигналом, поступающим с генератора ПСП 7. В приемнике микропроцессор 8 синхронизирует работу опорного генератора 4, первого генератора тактовых импульсов 6 и первого генератора ПСП 7, формирует оценку задержки сигнала.
Синфазная и квадратурная составляющие сигнала с выходов формирователя квадратурного сигнала 3 поступают также на входы сканирующих корреляторов 11. Сканирующие корреляторы 11 вычисляют значения корреляционной функции между принимаемым многолучевым сигналом и опорным сигналами, поступающим с генератора ПСП 10.
Микропроцессор 8 также управляет работой второго генератора тактовых импульсов 9 и второго генератора ПСП 10. При сканировании выполняется сдвиг опорного сигнала генератора ПСП 10. Выходные значения сканирующих корреляторов поступают на микропроцессор 8.
Микропроцессор 8 в трех точках определяет сдвиги между измеренной корреляционной функцией и опорной корреляционной функцией однолучевого, полученного экспериментально, сигнала. При этом начала обеих корреляционных функций совмещают. Первая и третья точки симметричны (противоположны) относительно максимума корреляционной функции многолучевого сигнала и находятся на уровне 0,6 уровня максимума этой функции. Третий сдвиг определяется сдвигом максимумов этих функций. Ошибка многолучевости определяется экспериментально полученной функцией от вычисленных сдвигов.
Микропроцессор 8 вычитает ошибку многолучевости из оценки задержки многолучевого сигнала. Скорректированная оценка задержки первого луча с выхода микропроцессора поступает на выход приемника 1.
Недостатком этого способа является то, что оценку временного положения начала корреляционной функции в реальных многолучевых каналах можно выполнить только с большой ошибкой.
Ошибка в определении временного положения начала корреляционной функции приводит к ошибке оценки задержки первого луча.
Задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности определения задержки первого луча при приеме многолучевого сигнала.
Для решения этой задачи в способ определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала, заключающийся в том, что формируют корреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, дополнительно введены следующие операции: нормируют корреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, периодически с периодом Т определяют временную задержку первого максимума корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала, совмещают первый максимум нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и максимум опорной нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала, определяют на уровне h, где h<1, временной сдвиг между нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорной нормированной корреляционной функцией однолучевого сигнала, по величине сдвига определяют временную задержку первого луча, запоминают N определенных подряд временных задержек первого луча, по N временным задержкам первого луча определяют среднее значение временной задержки первого луча, оценку временной задержки первого луча принимают равной среднему значению временной задержки первого луча.
Для повышения точности определения задержки первого луча в устройство определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала, содержащее приемник, сканирующие корреляторы, генератор тактовых импульсов, генератор ПСП, первый и второй выходы приемника являются соответственно выходами синфазной и квадратурной составляющей входного сигнала и соединены с первым и вторыми входами сканирующих корреляторов, третий вход сканирующих корреляторов является входом опорного сигнала и соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, третий выход приемника, который является управляющим, соединен с первым входом генератора тактовых импульсов, второй вход которого является входом опорного сигнала, и соединен с четвертым выходом приемника, выход генератора тактовых импульсов соединен со входом тактовых импульсов генератора псевдослучайных последовательностей, управляющий вход которого соединен с пятым выходом приемника,
дополнительно введены:
первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок определения максимума корреляционной функции и его задержки, блок определения временного сдвига, блок управления, блок нормирования, блок формирования корреляционной функции однолучевого сигнала, блок определения временной задержки первого луча, блок определения среднего значения временной задержки первого луча, причем четвертый вход сканирующих корреляторов соединен с шестым выходом приемника, который является выходом сигнала управления, определяющим интервал накопления принимаемого сигнала, выход генератора тактовых импульсов соединен также со входом тактовых импульсов блока управления, второй вход которого соединен с седьмым выходом приемника, который является выходом управления, выход сканирующих корреляторов, который является выходом значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, соединен с первым входом первого оперативного запоминающего устройства, второй вход которого является входом управления считыванием, и соединен с первым выходом блока управления, выход первого оперативного запоминающего устройства соединен с первыми входами блока определения максимума корреляционной функции и его задержки и блока нормирования, которые являются входами значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, вторые входы блока определения максимума корреляционной функции и его задержки и блока нормирования являются входами управления и соединены соответственно с вторым и четвертым входами блока управления, осуществляющего синхронную работу устройства, первый выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки, который является выходом значений задержки максимума корреляционной функции, соединен с первым входом блока определения временного сдвига, второй выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки, который является выходом значений максимума корреляционной функции, соединен с третьим входом блока нормирования, выход блока нормирования, который является выходом нормированных значений корреляционной функции многолучевого сигнала, соединен со вторым входом блока определения временного сдвига, третий вход блока определения временного сдвига является входом управления и соединен с третьим выходом блока управления, четвертый вход блока определения временного сдвига является входом нормированных значений корреляционной функции однолучевого сигнала и соединен с выходом блока формирования корреляционной функции однолучевого сигнала, вход которого является входом управления и соединен с пятым выходом блока управления, выход блока определения временного сдвига соединен с первым входом блока определения временной задержки первого луча, который является входом значений временного сдвига, второй вход блока определения временной задержки первого луча является входом управления и соединен с восьмым выходом блока управления, выход блока определения временной задержки первого луча соединен с первым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй вход которого является входом управления и соединен с седьмым выходом блока управления, выход второго оперативного запоминающего устройства является выходом значений временной задержки первого луча и соединен с первым входом блока определения среднего значения временной задержки первого луча, второй вход которого является входом управления и соединен с шестым выходом блока управления, выход блока определения среднего значения временной задержки первого луча является выходом устройства.
Сопоставительный анализ способа определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа, так как позволяет повысить точность определения задержки первого луча при приеме многолучевого сигнала.
Сопоставительный анализ заявляемого способа с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения. Следовательно, заявляемый способ определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала отвечает критериям "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает не очевидностью решения.
Сопоставительный анализ устройства определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа, так как позволяет повысить точность определения задержки первого луча при приеме многолучевого сигнала.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения. Следовательно, заявляемое устройство определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала отвечает критериям "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает не очевидностью решения.
Графические материалы, поясняющие данное изобретение:
Фиг.1 - корреляционные функции двух компонент многолучевого сигнала и суммарная корреляционная функция.
Фиг.2 - блок схема устройства прототипа.
Фиг.3 - зависимость корреляционных функций двух компонент многолучевого сигнала, суммарной корреляционной функции и корреляционной функции однолучевого сигнала от временного сдвига.
Фиг.4 - блок схема предлагаемого устройства.
Фиг.5 - вариант выполнения блока определения максимума корреляционной функции и его задержки.
Фиг.6 - вариант выполнения блока определения временного сдвига.
Фиг.7 - вариант выполнения блока управления.
Последовательность операций предлагаемого способа определения задержки прямого луча при приме многолучевого сигнала следующая:
- Формируют опорную корреляционную функцию однолучевого сигнала и нормируют ее. Периодически с периодом Т
- Формируют корреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала и нормируют ее.
- Определяют временную задержку первого максимума нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала.
- Совмещают первый максимум нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и максимум нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала.
- Определяют на уровне h, где h<1, временной сдвиг между нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и нормированной корреляционной функцией однолучевого сигнала.
- По величине сдвига определяют временную задержку первого луча.
- Запоминают N определенных подряд временных задержек первого луча.
- По N временным задержкам первого сигнала определяют среднее значение временной задержки первого луча.
- Оценку временной задержки первого луча принимают равной среднему значению временной задержки первого луча.
На Фиг.3 приведены модули корреляционных функций двух сигналов (К1, К2), их суммарная корреляционная функция. (К) и корреляционная функция однолучевого сигнала (Кon). За нулевую точку отсчета принят максимум первого луча. Временной сдвиг нормирован к периоду дискретизации сигнала. Максимальные значения нормированных корреляционных функций компонент многолучевого сигнала равны 1 и 0,8. Относительный сдвиг компонент многолучевого сигнала равен 1,25 чипа ПСП.
Блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ, представлена на фиг.4. На фиг.4 устройство изображено в составе стандартного корреляционного приемника.
Устройство содержит приемник 1, выполненный так, как показано на фиг.3 (устройство прототип), сканирующие корреляторы 11, генератор тактовых импульсов 9, генератор ПСП (псевдослучайных последовательностей) 10, первое 12 и второе 19 ОЗУ (оперативные запоминающие устройства), блок определения максимума корреляционной функции и его задержки 13, блок определения временного сдвига 14, блок управления 15, блок нормирования 16, блок формирования корреляционной функции однолучевого сигнала 17, блок определения временной задержки первого луча, блок определения среднего значения временной задержки первого луча 20.
Первый и второй выходы приемника 1 являются соответственно выходами синфазной и квадратурной составляющей входного сигнала и соединены с первым и вторыми входами сканирующих корреляторов 11. Третий вход сканирующих корреляторов 11 является входом опорного сигнала и соединен с выходом генератора ПСП 10. Четвертый вход сканирующих корреляторов соединен с шестым выходом приемника 1, который является выходом сигнала управления (определяющим интервал накопления принимаемого сигнала). Третий выход приемника 1, который является управляющим, соединен с первым входом генератора тактовых импульсов 9, второй вход которого является входом опорного сигнала, и соединен с четвертым выходом приемника 1. Выход генератора тактовых импульсов 9 соединен со входом тактовых импульсов генератора ПСП 10 и со входом тактовых импульсов блока управления 15, второй вход которого соединен с седьмым выходом приемника 1, который является выходом управления. Второй (управляющий) вход генератора ПСП 10 соединен с пятым выходом приемника 1. Выход сканирующих корреляторов 11, который является выходом значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, соединен с первым входом первого ОЗУ 12, второй вход которого является входом управления считыванием, соединен с первым выходом блока управления 15. Выход ОЗУ 12 соединен с первыми входами блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13 и блока нормирования 16, которые являются входами значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала. Вторые входы блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13 и блока нормирования 16 являются входами управления и соединены соответственно с вторым и четвертым входами блока управления 15, осуществляющего синхронную работу устройства. Первый выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13, который является выходом значений задержки максимума корреляционной функции, соединен с первым входом блока определения временного сдвига 14. Второй выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13, который является выходом значений максимума корреляционной функции, соединен с третьим входом блока нормирования 16. Выход блока нормирования 16, который является выходом нормированных значений корреляционной функции, соединен со вторым входом блока определения временного сдвига 14. Третий вход блока определения временного сдвига 14 является входом управления и соединен с третьим выходом блока управления 15. Четвертый вход блока определения временного сдвига 14 является входом нормированных значений корреляционной функции однолучевого сигнала и соединен с выходом блока формирования корреляционной функции однолучевого сигнала 17, вход которого является входом управления и соединен с пятым выходом блока управления 15. Выход блока определения временного сдвига 14 соединен с первым входом блока определения временной задержки первого луча 18, который является входом значений временного сдвига, второй вход блока определения временной задержки первого луча 18 является входом управления и соединен с восьмым выходом блока управления 15. Выход блока определения временной задержки первого луча 18 соединен с первым входом второго ОЗУ 19, второй вход которого является входом управления и соединен с седьмым выходом блока управления 15. Выход ОЗУ 19 является выходом значений временной задержки первого луча и соединен с первым входом блока определения среднего значения временной задержки первого луча 20, второй вход которого является входом управления и соединен с шестым выходом блока управления 15. Выход блока определения среднего значения временной задержки первого луча 20 является выходом устройства.
Работает устройство следующим образом.
Приемник 1 осуществляет прием многолучевого сигнала. С приемника 1 на сканирующие корреляторы 11 поступают синфазная и квадратурная составляющие принимаемого сигнала. Опорный сигнал для сканирующих корреляторов 11 формирует генератор ПСП 10, управляемый приемником 1. При сканировании выполняется сдвиг опорного сигнала генератора ПСП 10. Тактовые импульсы на генератор ПСП 10 поступают с генератора тактовых импульсов 9, который формирует эти импульсы из опорных тактовых импульсов, поступающих с приемника 1. Управление генератором тактовых импульсов 9 осуществляется также приемником 1.
С приемника 1 на сканирующие корреляторы 11 также поступает управляющий сигнал, который определяет интервал накопления принимаемого сигнала в сканирующих корреляторах 11.
Сканирующие корреляторы 11 представляют собой параллельные корреляторы с опорными сигналами, сдвинутыми относительно друг друга менее чем на чип ПСП (псевдослучайной последовательности).
В приемнике 1 сигналы управления генератором тактовых импульсов 9, генератором ПСП 10, сигнал определяющий интервал накопления принимаемого сигнала в сканирующих корреляторах 11, управляющий сигнал для блока управления 15 формируются микропроцессором 8. Все эти сигналы в совокупности обеспечивают формирование на выходе сканирующих корреляторов 11 значений корреляционной функции принимаемого и опорного сигналов. Микропроцессор 8 с описанными функциональными связями является типичным цифровым блоком и в качестве такого блока может быть использован любой из современных микропроцессоров цифровой
обработки сигналов (DSP), например, TMS 320Cxx, Motorola 56xxx, Intel и т.п.
С периодом Т сканирующие корреляторы 11 формируют значения корреляционной функции принимаемого многолучевого и опорного сигналов. Значения этой функции (выходные значения сканирующих корреляторов 11) записываются в ОЗУ 12 и затем по сигналу с блока управления 15 считываются на блок определения максимума корреляционной функции и его задержки 13. В этом блоке 13 определяют значение первого максимума корреляционной функции многолучевого сигнала и его временную задержку.
Блок определения максимума корреляционной функции и его задержки 13 (см. фиг.5) можно выполнить в виде трех регистров 21, 22, 23, элемента сравнения 24 и счетчика 25 тактовых импульсов (на фиг.4 тактовые импульсы не показаны). В первый регистр 21 в исходном состоянии, задаваемым блоком управления 15, записывается нулевое значение. Во второй регистр 22 записываются текущие значения корреляционной функции, считываемой из ОЗУ 12. Число, записанное в счетчике 25, равно числу значений корреляционной функции, считанных из ОЗУ 12. Элемент сравнения 24 сравнивает значения, записанные в регистры 21 и 22. Если текущее значение, записанное во второй регистр 22 больше, чем значение, записанное в первый 21, то значение корреляционной функции из второго регистра 22 перезаписывается в первый 21, а значение счетчика 25 записывается в третий регистр 23.
Период дискретизации корреляционной функции равен периоду дискретизации входного сигнала. Поэтому номер максимального отсчета корреляционной функции является нормированным к периоду дискретизации входного сигнала сдвигом максимума корреляционной функции.
Значения сдвига корреляционной функции с выхода третьего регистра 23 поступают на первый выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13, а значение максимума корреляционной функции с выхода первого регистра 21 поступает на второй выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13.
Значение задержки максимума корреляционной функции поступает на первый вход блока определения временного сдвига 14. Значение максимума корреляционной функции поступает на вход блока нормирования 16.
В блоке нормирования 16 выполняется нормирование значений корреляционной функции многолучевого сигнала, считываемых из ОЗУ 12.
Блок нормирования 16 может быть выполнен в виде делителя значений корреляционной функции, считываемой из ОЗУ 12, на максимальное значение этой функции, которое поступает из блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13.
Нормированные значения корреляционной функции с выхода блока нормирования 16 поступают на второй вход блока определения временного сдвига 14. На третий вход блока определения временного сдвига 14 с блока формирования корреляционной функции однолучевого сигнала 17 поступают нормированные значения корреляционной функции однолучевого сигнала.
В блоке определения временного сдвига 14 определяют на уровне h=0,7 временной сдвиг нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала относительно первого максимума и временной сдвиг значения нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала относительно максимума этой функции. Затем из первого полученного значения вычитают второе. Разность, которая является временным сдвигом между нормированной корреляционной функцией принимаемого многолучевого сигнала и нормированной корреляционной функцией однолучевого сигнала, поступает на выход блока.
Блок определения временного сдвига 14 можно реализовать так, как показано на фиг.6.
Работает блок 14 следующим образом.
С блока 15 подается команда на установку в начальное состояние регистров 26, 29, 31, 35, 37, 39 и счетчиков 28, 33 блока определения временного сдвига 14. Затем с блока определения максимума корреляционной функции и его задержки 13 в регистр 26 записывается задержка максимума корреляционной функции многолучевого сигнала. С блока нормирования 16 на вход узла сравнения 27 поступают значения нормированной корреляционной функции многолучевого сигнала. Если значение корреляционной функции превысило величину h=0,7, узел сравнения 27 формирует сигнал, который записывает значение счетчика 28 в регистр 29. Значение счетчика является нормированным к периоду дискретизации временным сдвигом корреляционной функции на уровне h=0,7. Узел вычитания 30 вычитает из задержки максимума корреляционной функции многолучевого сигнала задержку временного сдвига корреляционной функции на уровне h=0,7. Полученный временной сдвиг по сигналу со счетчика 28 записывается в регистр 31.
Одновременно с подачей на вход узла сравнения 27 значений нормированной корреляционной функции многолучевого сигнала на вход узла сравнения 32 поступают значения нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала с блока 17. Если значение корреляционной функции превысило величину h=0,7, узел сравнения 32 формирует сигнал, который записывает значение счетчика 33 в регистр 35. Значение счетчика 33 является нормированным к периоду дискретизации временным сдвигом корреляционной функции на уровне h=0,7. С выхода регистра 35 сдвиг корреляционной функции поступает на первый вход узла вычитания 36. На второй вход узла вычитания 36 с узла определения временного положения максимума 34 поступает значение временного сдвига максимума корреляционной функции однолучевого сигнала. Узел вычитания 36 вычитает из задержки максимума корреляционной функции однолучевого сигнала задержку временного сдвига корреляционной функции на уровне h=0,7. Полученный временной сдвиг по сигналу со счетчика 33 записывается в регистр 37.
Узел вычитания 38 вычитает из временного сдвига нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала на уровне h=0,7 относительно первого максимума временной сдвиг значения нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала на уровне h=0,7 относительно максимума этой функции. Полученный временной сдвиг по сигналу со счетчика 33 записывается в регистр 39 поступает на выход блока 14.
Полученный временной сдвиг между нормированной корреляционной функцией принимаемого многолучевого сигнала и нормированной корреляционной функцией однолучевого сигнала поступает на блок определения временной задержки первого луча 18. В этом блоке по величине сдвига определяют временную задержку первого луча.
Блок определения временной задержки первого луча 18 можно выполнить в виде постоянного запоминающего устройства, в которое записана полученная расчетным путем на основе экспериментальных данных таблица соответствия между временными сдвигами корреляционных функций и временными задержками первого луча.
В ОЗУ 19 запоминают N определенных подряд временных задержек первого луча.
ОЗУ 19 последовательно подает N значений временных задержек первого луча на вход блока определения среднего значения временной задержки первого луча 20. В этом блоке определяют среднее значение временной задержки первого луча. Оценку временной задержки первого луча принимают равной среднему значению временной задержки первого луча.
Блок определения среднего значения временной задержки первого луча 20 можно выполнить в виде последовательно соединенных накопительного сумматора (цифрового интегратора) и делителя на N.
Пример выполнения блока управления 15 представлен на фиг.7. Работает блок управления следующим образом.
С генератора тактовых импульсов 9 на схему "И" 49 поступают тактовые импульсы, а с приемника 1 на триггер 50 команда начала обработки выходных сигналов сканирующих корреляторов 11. По этой команде триггер 50 устанавливается в "единичное" состояние и тактовые импульсы через схему "И" 49 поступают на счетчик 48. Из многоразрядного сигнала счетчика 48 восемь дешифраторов 40-47 формируют управляющие сигналы для блоков предлагаемого устройства. После окончания интервала цикла обработки со счетчика 48 на триггер 50 поступает сигнал, который устанавливает его в "нулевое" состояние и тактовые импульсы на счетчик 48 не поступают до следующей команды запуска цикла обработки.
Все блоки предлагаемого устройства выполнены в виде цифровых блоков и в качестве таких блоков могут быть использованы любые из современных микропроцессоров цифровой обработки сигналов.
Таким образом, предлагаемый способ определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники позволяет получить более точное значение задержки прямого луча.
1. Способ определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала, заключающийся в том, что формируют корреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, отличающийся тем, что нормируют корреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, периодически с периодом Т определяют временную задержку первого максимума нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала, совмещают первый максимум нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и максимум нормированной корреляционной функции однолучевого сигнала, определяют на уровне h, где h<1, временной сдвиг между нормированной корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и нормированной корреляционной функцией однолучевого сигнала, по величине сдвига определяют временную задержку первого луча, запоминают N определенных подряд временных задержек первого луча, по N временным задержкам первого луча определяют среднее значение временной задержки первого луча, оценку временной задержки первого луча принимают равной среднему значению временной задержки первого луча.
2. Устройство определения задержки прямого луча при приеме многолучевого сигнала, содержащее приемник, сканирующие корреляторы, генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных последовательностей, первый и второй выходы приемника являются соответственно выходами синфазной и квадратурной составляющей входного сигнала и соединены с первым и вторыми входами сканирующих корреляторов, третий вход сканирующих корреляторов является входом опорного сигнала и соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, третий выход приемника, который является управляющим, соединен с первым входом генератора тактовых импульсов, второй вход которого является входом опорного сигнала, и соединен с четвертым выходом приемника, выход генератора тактовых импульсов соединен со входом тактовых импульсов генератора псевдослучайных последовательностей, управляющий вход которого соединен с пятым выходом приемника, отличающееся тем, что дополнительно введены первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок определения максимума корреляционной функции и его задержки, блок определения временного сдвига, блок управления, блок нормирования, блок формирования корреляционной функции однолучевого сигнала, блок определения временной задержки первого луча, блок определения среднего значения временной задержки первого луча, причем четвертый вход сканирующих корреляторов соединен с шестым выходом приемника, который является выходом сигнала управления, определяющим интервал накопления принимаемого сигнала, выход генератора тактовых импульсов соединен также со входом тактовых импульсов блока управления, второй вход которого соединен с седьмым выходом приемника, который является выходом управления, выход сканирующих корреляторов, который является выходом значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, соединен с первым входом первого оперативного запоминающего устройства, второй вход которого является входом управления считыванием, и соединен с первым выходом блока управления, выход первого оперативного запоминающего устройства соединен с первыми входами блока определения максимума корреляционной функции и его задержки и блока нормирования, которые являются входами значений корреляционной функции принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, вторые входы блока определения максимума корреляционной функции и его задержки и блока нормирования являются входами управления и соединены соответственно с вторым и четвертым входами блока управления, осуществляющего синхронную работу устройства, первый выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки, который является выходом значений задержки максимума корреляционной функции, соединен с первым входом блока определения временного сдвига, второй выход блока определения максимума корреляционной функции и его задержки, который является выходом значений максимума корреляционной функции, соединен с третьим входом блока нормирования, выход блока нормирования, который является выходом нормированных значений максимума корреляционной функции, соединен со вторым входом блока определения временного сдвига, третий вход блока определения временного сдвига является входом управления и соединен с третьим выходом блока управления, четвертый вход блока определения временного сдвига является входом нормированных значений корреляционной функции однолучевого сигнала и соединен с выходом блока формирования корреляционной функции однолучевого сигнала, вход которого является входом управления и соединен с пятым выходом блока управления, выход блока определения временного сдвига соединен с первым входом блока определения временной задержки первого луча, который является входом значений временного сдвига, второй вход блока определения временной задержки первого луча является входом управления и соединен с восьмым выходом блока управления, выход блока определения временной задержки первого луча соединен с первым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй вход которого является входом управления и соединен с седьмым выходом блока управления, выход второго оперативного запоминающего устройства является выходом значений временной задержки первого луча и соединен с первым входом блока определения среднего значения временной задержки первого луча, второй вход которого является входом управления и соединен с шестым выходом блока управления, выход блока определения среднего значения временной задержки первого луча является выходом устройства.
