Способ фазовой селекции сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в приемных устройствах. Технический результат – увеличение числа селектируемых сигналов и повышение помехоустойчивости. Способ фазовой селекции сигналов основан на селекции (выделении) из входной смеси N сигналов, при этом селекция каждого из N сигналов осуществляется после компенсации во входной смеси других (N-1) сигналов, что исключает взаимное мешающее влияние селектируемых сигналов на процедуру селекции каждого из N сигналов и определяет повышение помехоустойчивости заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом и увеличение числа селектируемых сигналов. 5 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемных устройствах.

Известны способы фазовой селекции сигналов, основанные на применении фазовой автоподстройки на частоту сигнала, реализованные в устройствах, описанных в а.с. №1256226 А, Н 04 L 7/02, а также в монографии В.Липдсей "Системы синхронизации в связи и управлении", Москва "Сов. радио", 1978 г., стр.7, рис.1, недостатком которых является низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ фазовой селекции сигналов, реализованный в устройстве, описанном в монографии Р.К.Диксона, "Широкополосные системы", Москва "Связь", 1979 г., стр.144, рис.5.15.

Способ-прототип реализуется в устройстве, структурная схема которого представлена на фиг.1, где приведены следующие обозначения:

1 - фазовый детектор;

2 - фильтр нижних частот;

3 - перестраиваемый генератор.

Устройство, с помощью которого реализуется способ-прототип, содержит последовательно соединенные фазовый детектор 1, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, фильтр нижних частот 2 и перестраиваемый генератор 3, выход которого, соединенный со вторым опорным входом фазового детектора 1, является выходом устройства.

Устройство, с помощью которого реализуется способ-прототип, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный сигнал и (N-1) других сигналов, оказывающих мешающее влияние на процесс фазовой селекции данного (первого) сигнала, подается со входа устройства на первый сигнальный вход блока 1, на второй, опорный вход которого подается напряжение с выхода блока 3. Результат фазового детектирования входной смеси с выхода блока 1 поступает на вход блока 2, где он фильтруется. Низкочастотное напряжение, характеризующее степень расстройки частоты опорного сигнала относительно частоты входного (первого) сигнала, с выхода блока 2 поступает на управляющий вход блока 3, который изменяет частоту напряжения на своем выходе таким образом, чтобы обеспечивалась его настройка на частоту первого входного сигнала. Таким образом, на выходе блока 3 выделяется напряжение, совпадающее по частоте с первым входным сигналом, захваченным системой фазовой автоподстройки частоты, которое является оценкой первого селектируемого сигнала.

Укрупненная схема устройства, с помощью которого реализуется способ-прототип, приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - блок фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала.

Укрупненное устройство-прототип, с помощью которого реализуется способ-прототип, содержит блок фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 1, сигнальный вход которого является входом устройства, а сигнальный выход указанного блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 1 является выходом устройства.

Укрупненный прототип работает следующим образом.

Со входа устройства на сигнальный вход блока 1 поступает входная смесь, содержащая N сигналов, из которых один (первый) является полезным сигналом, а остальные (N-1) сигналов являются мешающими. В блоке 1 осуществляется фазовая автоподстройка на частоту одного (первого) селектируемого сигнала и формирование его оценки. Оценка первого селектируемого сигнала с сигнального выхода блока 1 подается на выход устройства.

Способ фазовой селекции сигналов, реализованный в устройстве-прототипе, основан на фазовой автоподстройке на частоту одного (первого) селектируемого сигнала и формировании оценки первого селектируемого сигнала.

Недостатком способа-прототипа является малое число селектируемых сигналов и его низкая помехоустойчивость.

Указанный недостаток устраняется за счет того, что в способе фазовой селекции сигналов, основанном на фазовой автоподстройке на частоту первого селектируемого сигнала и формировании оценки первого селектируемого сигнала, выполняют фазовую автоподстройку на частоту второго, третьего, ... , i-го, ... , N-го селектируемых сигналов, формирование оценок второго, третьего, ... , i-го, ... , N-го селектируемых сигналов, обнаружение с первого по N-ый селектируемый сигнал, поочередное вычитание из входной смеси обнаруженных оценок с первого по (N-1)-ый селектируемых сигналов, при этом фазовую автоподстройку на частоту первого селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных второго, третьего, ... , i-го, ... , N-го селектируемых сигналов; фазовую автоподстройку на частоту второго селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценки обнаруженного первого селектируемого сигнала и оценок обнаруженных селектируемых сигналов с третьего по N-й; фазовую автоподстройку на частоту i-го селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (i-1)-ый и с (i+1)-гo по N-ый; фазовую автоподстройку на частоту N-го селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (N-1)-ый.

Предлагаемый способ основан на том, что осуществляют фазовую автоподстройку на частоту каждого из N селектируемых сигналов, выполняют процедуру обнаружения каждого из N селектируемых сигналов, формирование оценок каждого из N селектируемых сигналов и выделение оценок обнаруженных селектируемых сигналов. Оценки обнаруженных с первого по (N-1)-ый обнаруженных селектируемых сигналов вычитают из входной смеси.

Фазовую автоподстройку на частоту первого селектируемого сигнала, обнаружение первого селектируемого сигнала, формирование его оценки и его выделение выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов со второго по N-ый.

Фазовую автоподстройку на частоту второго селектируемого сигнала, его обнаружение, формирование его оценки и его выделение выполняют после вычитания из входной смеси оценки обнаруженного первого селектируемого сигнала и оценок обнаруженных селектируемых сигналов с третьего по N-ый.

Фазовую автоподстройку на частоту i-го селектируемого сигнала, процедуру его обнаружения, формирование его оценки и его выделение выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (i-1)-ый и с (i+1)-го по N-ый.

Фазовую автоподстройку на частоту N-го селектируемого сигнала, процедуру обнаружения N-го селектируемого сигнала, формирование его оценки и его выделение выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (N-1)-ый.

Структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ для N=4, где N - количество каналов, изображена на фиг.3, где приведены следующие обозначения:

1₁, 1₂, 1₃ - первый, второй и третий вычитатели;

1_1.1, 1_1.2, 1_1.3 - первый, второй и третий дополнительные вычитатели первого канала;

1_2.1, 1_2.2 - первый и второй дополнительные вычитатели второго канала;

1_3.1 - дополнительный вычитатель третьего канала;

2₁, 2₂, 2₃, 2₄ - первый, второй, третий и четвертый блоки фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала;

3₁, 3₂, 3₃, 3₄ - первый, второй, третий и четвертый блоки обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала.

Устройство, реализующее заявляемый способ для N=4, где N - количество каналов, содержит следующие функциональные связи.

Устройство состоит из четырех каналов. Вход первого канала является входом устройства, выход четвертого канала является четвертым выходом устройства.

Первый канал содержит первый вычитатель 1₁, первый вход которого, являющийся входом первого канала, присоединен к последовательно соединенным первому дополнительному вычитателю первого канала 1_1.1, второму дополнительному вычитателю первого канала 1_1.2, третьему дополнительному вычитателю первого канала 1_1.3 и первому блоку фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁, первый и второй сигнальные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами первого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁, выход которого, являющийся первым выходом устройства, соединен со вторым входом первого вычитателя 1₁, выход которого, являющийся выходом первого канала, соединен со входом второго канала.

Второй канал содержит второй вычитатель 1₂, первый вход которого, являющийся входом второго канала, присоединен к последовательно соединенным первому дополнительному вычитателю второго канала 1_2.1, второму дополнительному вычитателю второго канала 1_2.2 и второму блоку фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₂, первый и второй сигнальные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами второго блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₂, выход которого, являющийся вторым выходом устройства, соединен со вторым входом второго вычитателя 1₂, выход которого, являющийся выходом второго канала, соединен со входом третьего канала.

Третий канал содержит третий вычитатель 1₃, первый вход которого, являющийся входом третьего канала, присоединен к первому входу дополнительного вычитателя третьего канала 1_3.1 выход которого соединен со входом третьего блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₃, первый и второй сигнальные выходы которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами третьего блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₃, выход которого, являющийся третьим выходом устройства, соединен со вторым входом третьего вычитателя 1₃, выход которого, являющийся выходом третьего канала, соединен со входом четвертого канала.

Четвертый канал содержит четвертый блок фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₄, вход которого является входом четвертого канала, и четвертый блок обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₄, при этом первый и второй сигнальные выходы четвертого блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₄ соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами четвертого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₄, выход которого является четвертым выходом устройства.

Кроме того, выход второго блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₂ соединен со вторым входом первого дополнительного вычитателя первого канала 1_1.1, выход третьего блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₃ соединен со вторым входом первого дополнительного вычитателя второго канала 1_2.1 и вторым входом второго дополнительного вычитателя первого канала 1_1.2, выход четвертого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₄ соединен со вторым входом дополнительного вычитателя третьего канала 1_3.1 вторым входом второго дополнительного вычитателя второго канала 1_2.2 и вторым входом третьего дополнительного вычитателя первого канала 1_1.3.

Устройство, реализующее заявляемый способ для N=4, где N - количество каналов, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая четыре сигнала (частотно-модулированных), несущие частоты которых лежат в полосе захвата систем фазовой синхронизации блоков 2₁...2₄, со входа первого канала поступает на первый вход блока 1₁, на второй вход которого поступает оценка первого селектируемого сигнала, которая формируется в первом канале следующим образом.

Со входа первого канала входная смесь через последовательно соединенные блоки 1_1.1, 1_1.2 и 1_1.3 поступает на вход блока 2₁, где осуществляется фазовая автоподстройка на частоту первого селектируемого сигнала и формирование оценки первого селектируемого сигнала, которая с первого сигнального выхода блока 2₁ подается на первый сигнальный вход блока 3₁. Одновременно напряжение, характеризующее уровень первого селектируемого сигнала, со второго сигнального выхода блока 2₁ подается на второй сигнальный вход блока 3₁, где оно сравнивается с порогом. В случае превышения порога (фиксации факта обнаружения первого селектируемого сигнала) в блоке 3₁ осуществляется коммутация оценки первого селектируемого сигнала на выход блока 3₁, откуда она подается на первый выход устройства, а также на второй вход блока 1₁, где она компенсирует соответствующую ей первую оценку селектируемого сигнала во входной смеси.

Входная смесь, в которой скомпенсирован первый селектируемый сигнал, с выхода блока 1₁ подается на вход второго канала, где она поступает на первый вход блока 1₂, на второй вход которого подается оценка второго селектируемого сигнала, формируемая следующим образом.

Входная смесь, в которой скомпенсирован первый селектируемый сигнал, с входа второго канала через последовательно соединенные блоки 1_2.1 и 1_2.2 поступает на вход блока 2₂, где осуществляется фазовая автоподстройка на частоту второго селектируемого сигнала и формирование оценки второго селектируемого сигнала, которая с первого сигнального выхода блока 2₂ поступает на первый сигнальный вход блока 3₂. Одновременно напряжение, характеризующее уровень второго селектируемого сигнала, со второго сигнального выхода блока 2₂ подается на второй сигнальный вход блока 3₂, где оно сравнивается с порогом. В случае превышения порога (фиксации обнаружения второго селектируемого сигнала) блок 3₂ коммутирует оценку второго селектируемого сигнала на свой выход, откуда она подается на второй выход устройства, а также на второй вход блока 1₂, где она компенсирует соответствующий ей второй селектируемый сигнал во входной смеси.

Входная смесь, в которой скомпенсированы первый и второй селектируемые сигналы, с выхода блока 1₂ подается на вход третьего канала, где она поступает на первый вход блока 1₃, на второй вход которого подается оценка третьего селектируемого сигнала, формируемая следующим образом.

Входная смесь, в которой скомпенсированы первый и второй селектируемые сигналы, с входа третьего канала подается через блок 1_3.1 на вход блока 2₃, в котором осуществляется фазовая автоподстройка на частоту третьего селектируемого сигнала, формирование оценки третьего селектируемого сигнала, которая с первого сигнального выхода блока 2₃ подается на первый сигнальный вход блока 3₃. Одновременно со второго сигнального выхода блока 2₃ на второй сигнальный вход блока 3₃ подается напряжение, характеризующее уровень третьего селектируемого сигнала, которое в блоке 3₃ сравнивается с порогом. В случае превышения порога (фиксации обнаружения третьего селектируемого сигнала) оценка третьего селектируемого сигнала коммутируется на выход блока 3₃, откуда она подается на третий выход устройства, а также на второй вход блока 1₃, где она компенсирует соответствующий ей третий селектируемый сигнал во входной смеси.

Входная смесь, в которой скомпенсированы первый, второй и третий селектируемые сигналы, с выхода блока 1₃ подается на вход четвертого канала, где она поступает на вход блока 2₄, в котором осуществляется фазовая автоподстройка на частоту четвертого селектируемого сигнала и формирование оценки четвертого селектируемого сигнала, которая с первого сигнального выхода блока 2₄ подается на первый сигнальный вход блока 3₄, на второй сигнальный вход которого со второго сигнального выхода блока 2₄ подается напряжение, характеризующее уровень четвертого селектируемого сигнала, которое в блоке 3₄ сравнивается с порогом. В случае превышения порога (фиксации обнаружения четвертого селектируемого сигнала), оценка четвертого селектируемого сигнала коммутируется на выход блока 3₄, откуда она подается на четвертый выход устройства.

Таким образом, оценка первого селектируемого сигнала с выхода блока 3₁ подается на первый выход устройства, оценка второго селектируемого сигнала с выхода блока 3₂ подается на второй выход устройства, оценка третьего селектируемого сигнала с выхода блока 3₃ подается на третий выход устройства, оценка четвертого селектируемого сигнала с выхода блока 3₄ подается на четвертый выход устройства.

Кроме того, оценка второго селектируемого сигнала с выхода блока 3₂ подается на второй вход блока 1_1.1, где она компенсирует соответствующий ей второй селектируемый сигнал во входной смеси, поступающей на первый вход блока 1_1.1.

Оценка третьего селектируемого сигнала с выхода блока 3₃ подается на вторые входы блоков 1_2.1 и 1_1.2, где она компенсирует соответствующий ей третий селектируемый сигнал во входных смесях, поступающих на первые входы блоков 1_2.1 и 1_1.2 соответственно.

Оценка четвертого селектируемого сигнала с выхода блока 3₄ поступает на вторые входы блоков 1_3.1 1_2.2 и 1_1.3, где она компенсирует соответствующий ей четвертый селектируемый сигнал во входных смесях, поступающих на первые входы блоков 1_3.1 1_2.2 и 1_1.3 соответственно.

Таким образом, на вход блока 2₁ поступает входная смесь, в которой скомпенсированы второй, третий и четвертый селектируемые сигналы.

На вход блока 2₂ поступает входная смесь, в которой скомпенсированы первый, третий и четвертый селектируемые сигналы.

На вход блока 2₃ поступает входная смесь, в которой скомпенсированы первый, второй и четвертый селектируемые сигналы.

На вход блока 2₄ поступает входная смесь, в которой скомпенсированы первый, второй и третий селектируемый сигналы.

Пример аппаратурной реализации одного из блоков, например, первого блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁, приведен на фиг.4, где обозначено:

21, 24 - первый и второй фазовые детекторы;

22, 25 - первый и второй фильтры нижних частот;

23 - перестраиваемый генератор;

26 - перемножитель;

27 - фазовращатель на 90° .

Первый блок фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁ содержит последовательно соединенные первый фазовый детектор 21, первый фильтр нижних частот 22, перестраиваемый генератор 23, фазовращатель на 90° 27 и перемножитель 26, выход которого является первым сигнальным выходом первого блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁; последовательно соединенные второй фазовый детектор 24 и второй фильтр нижних частот 25, выход которого является вторым сигнальным выходом первого блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁. При этом первые сигнальные входы первого 21 и второго 24 фазовых детекторов соединены между собой и являются входом первого блока фазовой автоподстройки частоты и формирования оценки селектируемого сигнала 2₁. Кроме того, выход перестраиваемого генератора 23 соединен со вторым опорным входом первого фазового детектора 21; выход фазовращателя на 90° 27 соединен со вторым опорным входом второго фазового детектора 24, выход второго фильтра нижних частот 25 соединен с первым сигнальным входом перемножителя 26.

Блок 2₁ работает следующим образом.

Входная смесь со входа блока 2₁ подается на первый сигнальный вход блока 21, на второй опорный вход которого поступает опорное напряжение с выхода блока 23. В блоке 21 осуществляется фазовое детектирование входной смеси. Результат фазового детектирования с выхода блока 21 поступает на вход блока 22, где он фильтруется. Низкочастотное напряжение с выхода блока 22 подается на управляющий вход блока 23, который изменяет свою частоту на выходе таким образом, чтобы обеспечивалась его автоподстройка на частоту селектируемого сигнала, захваченного системой фазовой автоподстройки частоты блока 2₁. Блоки 21, 22, и 23 представляют собой типовую систему фазовой автоподстройки частоты (см. Р.Н.Диксон. "Широкополосные системы". Москва. Связь, 1979 г., стр.144, рис.5.15).

Одновременно входная смесь подается на первый сигнальный вход блока 24, на второй опорный вход которого подается опорное напряжение от блока 23 через блок 27, частота которого подстраивается под частоту селектируемого сигнала. В блоке 24 осуществляется фазовое детектирование селектируемого сигнала, захваченного системой фазовой автоподстройки частоты. Результат фазового детектирования с выхода блока 24 поступает на вход блока 25, где он фильтруется. С выхода блока 25 напряжение, характеризующее уровень селектируемого сигнала, подается на второй сигнальный выход блока 2₁ и на первый сигнальный вход блока 26, на второй опорный вход которого подается опорное напряжение с выхода блока 27. В блоке 26 осуществляется перемножение напряжения перестраиваемого генератора 23, фаза которого повернута на 90° в блоке 27, с модулирующим напряжением селектируемого сигнала, выделенным на выходе блока 25. В результате чего на выходе блока 26 формируется оценка селектируемого сигнала - сигнал, совпадающий по частоте, фазе и амплитуде с соответствующим сигналом во входной смеси, который подается на первый сигнальный выход блока 2₁. Равенство амплитуды оценки селектируемого сигнала амплитуде соответствующего сигнала во входной смеси достигается за счет подбора в процессе настройки коэффициента передачи блока 2₁, равным единице.

Структурная схема одного из блоков, например первого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁, представлена на фиг.5, где обозначено:

31 - амплитудный детектор;

32 - блок сравнения с порогом;

33 - коммутатор.

Первый блок обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁ содержит последовательно соединенные амплитудный детектор 31, блок сравнения с порогом 32 и коммутатор 33, выход которого является выходом первого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁. Первый сигнальный вход первого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁ является первым сигнальным входом коммутатора 33; второй сигнальный вход первого блока обнаружения селектируемого сигнала и коммутации оценки селектируемого сигнала 3₁ является входом амплитудного детектора 31.

Блок 3₁ работает следующим образом. На первый сигнальный вход блока 3₁ с первого сигнального выхода блока 2₁ (см. фиг.3) поступает оценка селектируемого сигнала, которая подается на первый сигнальный вход блока 33. На второй сигнальный вход блока 3₁ подается напряжение, характеризующее уровень селектируемого сигнала с первого сигнального выхода блока 2₁ (см. фиг.3), которое поступает на блок 31, где выделяется его огибающая, которая сравнивается с порогом в блоке 32. Команда о превышении порога подается на второй управляющий вход блока 33, при поступлении которой оценка селектируемого сигнала коммутируется на выход блока 33, являющийся выходом блока 3₁.

Способ-прототип обеспечивает селекцию из входной смеси только одного сигнала, при этом селекция одного (первого) сигнала происходит в условиях мешающего воздействия других (N-1) сигналов, что определяет его низкую помехоустойчивость.

Заявляемый способ обеспечивает селекцию N>>1 сигналов, при этом селекция каждого из N сигналов выполняется после компенсации во входной смеси других (N-1) сигналов, что исключает взаимное мешающее влияние селектируемых сигналов на процедуру селекции каждого из N сигналов, что определяет повышение помехоустойчивости заявляемого способа по отношению к прототипу.

Способ фазовой селекции сигналов, основанный на фазовой автоподстройке на частоту первого селектируемого сигнала и формировании оценки первого селектируемого сигнала, отличающийся тем, что выполняют фазовую автоподстройку на частоту второго, третьего,..., i-го,..., N-го селектируемых сигналов, формирование оценок второго, третьего,..., i-го,..., N-го селектируемых сигналов, обнаружение с первого по N-й селектируемый сигнал, поочередное вычитание из входной смеси обнаруженных оценок с первого по (N-1)-й селектируемых сигналов, при этом фазовую автоподстройку на частоту первого селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных второго, третьего,..., i-го,..., N-го селектируемых сигналов; фазовую автоподстройку на частоту второго селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценки обнаруженного первого селектируемого сигнала и оценок обнаруженных селектируемых сигналов с третьего по N-й; фазовую автоподстройку на частоту i-го селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (i-1)-й и с (i+1)-го по N-й; фазовую автоподстройку на частоту N-го селектируемого сигнала, его обнаружение и формирование его оценки выполняют после вычитания из входной смеси оценок обнаруженных селектируемых сигналов с первого по (N-1)-й.