Способ приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и устройство для его осуществления

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и в системах контроля систем радиосвязи с ППРЧ. Технический результат: обеспечение возможности приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки рабочей частоты. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый (1) и второй (3) полосовые фильтры, первый (2) и второй (16) перемножители, демодулятор (4), первую (5), вторую (7), третью (8) и четвертую (9) линии задержки, перестраиваемый синтезатор (6) частот, первый (10), второй (11), третий (12) и четвертый (13) анализаторы спектра, первый (14) и второй (15) вычитатели, компаратор (17) и устройство (18) поиска максимальной составляющей, превысившей порог. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к области радиотехники и могут найти применение в системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и в системах контроля систем радиосвязи с ППРЧ.

Известны способы и устройства для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (авт. свид. СССР №№403084, 1291984, 1381721, 1742741, 1760471; патенты РФ №№2161863, 2215370, 2219656; патенты США №№5077538, 5379046; патенты WO №№96/10309, 96/19877. "Зарубежная радиоэлектроника", 1979, №3, с.42-51; Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. - М.: Сов. радио, 1978, с.29-30; Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. - М.: Радио и связь, 2000 г., с.24, рис.1.7, б и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, реализованный в устройстве, описанном в монографии В.И.Борисова и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты" - М.: Радио и связь, 2000 г., стр.24, рис.1.7, б, выбранный в качестве базового.

Структурная схема устройства, в котором реализован способ-прототип, представлена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1, 3 - первый и второй полосовые фильтры;

2 - перемножитель (смеситель);

4 - демодулятор;

5 - генератор псевдослучайного кода;

6 - перестраиваемый синтезатор частот.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 1, сигнальный вход которого является входом устройства, перемножитель 2, второй полосовой фильтр 3 и демодулятор 4, выход которого является выходом устройства, а также генератор 5 псевдослучайного кода, n выходов которого соединены с управляющими n входами перестраиваемого синтезатора частот 6, выход которого соединен с вторым опорным входом перемножителя 2.

Устройство, реализующее базовый способ, работает следующим образом.

На вход устройства поступает входная смесь, содержащая сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ₀, модулированных информацией, несущие частоты которых меняются по заданному псевдослучайному коду (программе псевдослучайной перестройки), а также узкополосные помехи, частоты которых совпадают с частотами сигнала.

Входная смесь поступает на вход блока 1, где осуществляется ее фильтрация в полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. С выхода блока 1 входная смесь поступает на вход блока 2, на второй опорный вход которого поступает опорный сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, формируемый блоком 6, на управляющие n входы которого подается псевдослучайный код с n выходов блока 5, определяющий закон перестройки частоты блока 6. В результате перемножения входного сигнала с синхронным с ним опорным сигналом осуществляется свертка входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на промежуточную частоту, которая фильтруется блоком 3 в полосе пропускания ΔF, согласованной с длительностью τ₀ и демодулируется в блоке 4, с выхода которого подается на выход устройства.

Узкополосные помехи за счет перемножения с перестраиваемым по частоте опорным сигналом превращаются на выходе блока 2 в радиоимпульсы длительностью τ₀, которые могут отличаться от радиоимпульсов полезного сигнала только амплитудой. Радиоимпульсы, сформировавшиеся в блоке 2, фильтруются блоком 3 и демодулируются блоком 4, при этом их влияние сводится к искажению принимаемой информации.

Базовый способ, реализованный в устройстве, представленном на фиг.1, основан на фильтрации входной смеси, содержащей сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и помехи в полосе частот ΔF, равной полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот ΔF(ΔF≪Δƒ), согласованной с шириной спектра внутриимпульсной информационной модуляции сигнала на каждой из его N частот, и его демодуляции.

Базовый способ заключается в следующей последовательности действий над входной смесью.

Входную смесь, содержащую сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющей собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ₀, несущие частоты которых меняются по псевдослучайной программе (коду), и помехи фильтруют в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Результат фильтрации перемножают с синхронным опорным колебанием, представляющим собой сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, частота которого ƒ_оп отличается от частоты входного сигнала ƒ_с на постоянную величину ƒ_пр, равной промежуточной частоте:

Результат перемножения, представляющий собой свертку входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на промежуточную частоту, равную ƒ_пр, фильтруют в полосе частот ΔF, согласованной с шириной спектра внутриимпульсной информационной модуляции. При этом помехи на частотах, отличающихся от ƒ_c, в полосу пропускания второго полосового фильтра не попадают и не проходят на демодулятор. Отфильтрованный в полосе частот сигнал на промежуточной частоте демодулируют.

Однако базовый способ не обеспечивает возможности для приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки его рабочей частоты.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки его рабочей частоты.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанному на фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, перемножении результата фильтрации с синхронным опорным сигналом с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот ΔF, согласованной с длительностью излучения сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты τ₀ на каждой из N частот перестройки, и его демодуляции, выбирают измерительный временной интервал τ_AC результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ последовательно задерживают на интервалы времени τ_AC τ₀-τ_AC и τ_AC, формируя тем самым четыре измерительных интервала, длительностью τ_AC каждый, определяют на измерительных интервалах амплитудные скользящие спектры S₁(ƒ),S₂(ƒ),S₃(ƒ) и S₄(ƒ) соответственно и разности амплитудных скользящих спектров S₂₁(ƒ)=S₂(ƒ)-S₁(ƒ) и S₃₄(ƒ)=S₃(ƒ)-S₄(ƒ), перемножают полученные разности амплитудных скользящих спектров между собой

S₂₁₃₄(ƒ)=S₂₁(ƒ)×S₃₄(ƒ),

полученную спектральную функцию S₂₁₃₄(ƒ) сравнивают с пороговым уровнем S_ПОР, который выбирают таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации только шумовых составляющих спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), в случае превышения порогового уровня S_ПОР принимают решение о том, что частота спектральной составляющей спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), превысившей порог S_ПОР, равна несущей частоте принимаемого импульса сигнала ƒ_с, полученное значение несущей частоты ƒ_c текущего импульса сигнала используют для формирования опорного сигнала с частотой ƒ_оп=ƒ_c-ƒ_пр, причем результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ перед перемножением с синхронным опорным сигналом задерживают по времени на величину

τ₃=τ₀+τ_АС+τ₂₁₃₄,

где S₂₁₃₄(f) - время, затрачиваемое на формирование и обработку спектральной функции S₂₁₃₄(f).

Поставленная задача решается тем, что устройство для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее первый полосовой фильтр, вход которого является входом устройства, последовательно включенные перестраиваемый синтезатор частот, первый перемножитель, второй полосовой фильтр и демодулятор, выход которого является выходом устройства, снабжено четырьмя линиями задержки, четырьмя анализаторами спектра, двумя вычитателями, вторым перемножителем, компаратором и устройством поиска максимальной спектральной составляющей, превышающей порог, причем выход первого полосового фильтра через первую линию задержки соединен со вторым входом первого перемножителя, к выходу первого полосового фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, второй анализатор спектра, первый вычитатель, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом первого полосового фильтра, второй перемножитель, компаратор и устройство поиска максимальной спектральной составляющей, превышающей порог, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого синтезатора частот, к выходу второй линии задержки последовательно подключены третья линия задержки, четвертая линия задержки, четвертый анализатор спектра и второй вычитатель, второй вход которого через третий анализатор спектра соединен с выходом третьей линии задержки, а выход подключен к второму входу второго перемножителя.

В силу того, что с увеличением длительности измерительного интервала τ_AC точность измерения несущей частоты растет, а качество селекции входных импульсов по длительности снижается, величина τ_AC выбирается таким образом, чтобы обеспечить компромисс между указанными параметрами.

Величина τ_АС выбирается с одной стороны исходя из требуемой точности оценивания несущей частоты импульсов сигнала с ППРЧ в силу того, что длительность интервала измерения пропорциональна реализуемой точности измерения частоты, а с другой стороны, исходя из требуемого качества селекции входных импульсных сигналов по длительности в силу того, что качество селекции тем выше, чем короче интервал анализа.

Под текущим амплитудным спектром входной смеси понимается амплитудный спектр, сформированный к текущему моменту времени t_ТЕК по фрагменту входной смеси на интервале от t_ТЕК-τ_AC до t_ТЕК.

В качестве анализаторов спектра, формирующих скользящий амплитудный спектр входной смеси на интервале анализа τ_АС, могут быть использованы устройства, включающие последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и вычислитель быстрого преобразования Фурье на интервале τ_АС. В этом случае операции вычисления разностей амплитудных спектров, вычисления произведения полученных разностей, сравнения с пороговым уровнем и выбора максимальной спектральной составляющей, превысившей порог, могут быть реализованы с использованием арифметико-логических устройств.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.2. Временные и частотные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Устройство содержит последовательно включенные первый полосовой фильтр 1, вход которого является входом устройства, первую линию задержки 5, первый перемножитель 2, второй полосовой фильтр 3 и демодулятор 4, выход которого является выходом устройства. К выходу первого полосового фильтра 1 последовательно подключены вторая линия задержки 7, второй анализатор спектра 11, первый вычитатель 14, второй вход которого через первый анализатор спектра 10 соединен с выходом полосового фильтра 1, второй перемножитель 16, компаратор 17, устройство 18 поиска максимальной спектральной составляющей, превысившей порог, перестраиваемый синтезатор 6 частот, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя 2. К выходу второй линии задержки 7 последовательно подключены третья линия задержки 8, четвертая линия задержки 9, четвертый анализатор 13 спектра и второй вычитатель 15, второй вход которого через третий анализатор 12 спектра соединен с выходом третьей линии задержки 8, а выход подключен к второму входу второго перемножителя 16.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ₀ с внутриипульсной информационной модуляцией и шириной спектра Δƒ, несущие частоты которых меняются в соответствии с заданной программой псевдослучайной перестройки рабочей частоты, а также узкополосные помехи и помеховые радиоимпульсы длительностью, отличной от τ₀, поступают на вход первого полосового фильтра 1, где осуществляется ее фильтрация в полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

С выхода первого полосового фильтра 1 входная смесь поступает на вход первой линии задержки 5, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ_АС, на вход первого анализатора 10 спектра, вычисляющего амплитудный скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ_АС, и на вход второй линии задержки 7, обеспечивающей задержку на интервал времени τ_АС. С выхода второй линии задержки 7 входная смесь поступает на вход второго анализатора 11 спектра, вычисляющего амплитудный скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ_АС, и на вход третьей линии задержки 8, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ₀-τ_АС (фиг.3).

С выхода третьей линии задержки 8 входная смесь поступает на вход третьего анализатора 12 спектра, вычисляющего скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ_АС, и на вход четвертой линии задержки, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ_АС, с выхода которой она поступает на вход четвертого анализатора 13 спектра, вычисляющего скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ_АС. На временной диаграме, представленной на фиг.3, изображены основные временные соотношения при обработке сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, состоящем из радиоимпульсов длительностью τ₀. На данной диаграмме интервалы, на которых первым, вторым, третьим и четвертым анализаторами спектра формируются соответствующие скользящие спектры, обозначены цифрами 1, 2, 3 и 4 соответственно.

Сформированные в текущий момент времени в первом 10 и втором 11 анализаторах спектра амплитудные скользящие спектры S₁(ƒ) и S₂(ƒ) соответственно, поступают на два входа вычитателя 14, в котором определяется их разность

S_2l(ƒ)=S₂(ƒ)-S₁(ƒ).

Сформированные в текущий момент времени в третьем 12 и четвертом 13 анализаторах спектра амплитудные скользящие спектры S₃(ƒ) и S₄(ƒ) соответственно, поступают на два входа вычитателя 15, в котором определяется их разность

S₃₄(ƒ)=S₃(ƒ)-S₄(ƒ).

Разности амплитудных спектров S₂₁(ƒ) и S₃₄(ƒ) с выходов вычитателей 14 и 15 поступают на два входа перемножителя 16, который вычисляет спектральную функцию в виде произведения

S₂₁₃₄(ƒ)=S₂₁(ƒ)×S₃₄(ƒ).

В компараторе 17 осуществляется сравнение спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ) с пороговым уровнем S_ПОР.

Принцип формирования спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ) для взаимного положения интервалов формирования амплитудных спектров и импульсов сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, изображенного на фиг.3, иллюстрируется фиг.4.

Превышение порогового уровня S_пор возможно только в том случае, когда взаимное положение текущего импульса сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и интервалов формирования скользящих спектров первым 10, вторым 11, третьим 12 и четвертым 13 анализаторами спектра соответствует положению, изображенному на фиг.3. В этом случае значение спектральной составляющей спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), превысившей порог S_ПОР, равно несущей частоте ƒ_с принимаемого импульса сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Полученное значение несущей частоты ƒ_с текущего импульса сигнала используется для настройки синтезатора 6 частот таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия:

ƒ_ОП=ƒ_с-ƒ_пр

При этом величина задержки τ₃ первой линии задержки 5 выбирается исходя из длительности импульсов τ₀, составляющих сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, интервала анализа τ_АС, необходимого для формирования текущего скользящего спектра четвертым 13 анализатором спектра и времени τ₂₁₃₄, затрачиваемого на определение спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), сравнение ее с пороговым уровнем S_ПОР и оценивание значения несущей частоты текущего импульса

τ₃=τ₀+_AC+τ₂₁₃₄.

Величина порога S_ПОР выбирается таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации шумовых спектральных составляющих функции S₂₁₃₄(ƒ).

При взаимном положении текущего сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и интервалов формирования скользящих спектров первым 10, вторым 11, третьим 12 и четвертым 13 анализаторами спектра не соответствующему положению, изображенному на фиг.3, например, как это показано на фиг.5, превышения порога S_ПОР не происходит, что поясняется диаграммами на фиг.5 и 6.

В случае, если входная смесь содержит узкополосный сигнал с фиксированной несущей частотой, он не обнаруживается за счет использования алгоритма определения спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ) и, следовательно, не влияет на работу устройства. Если входная смесь содержит импульсный сигнал длительностью, отличной от τ₀, он также не обнаруживается за счет использования алгоритма определения спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ)и не влияет на работу устройства. Данные положения иллюстрируются диаграммами на фиг.7 и 8.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с базовыми и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают возможность приема и демодуляции сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с заданной длительностью излучения, равной τ₀, на каждой из N частот без априорного знания программы псевдослучайной перестройки рабочей частоты на фоне мешающих радиосигналов в виде узкополосных и импульсных помех, возможно являющихся элементами других сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. При этом обеспечивается измерение несущих частот импульсов принимаемого сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, что может быть использовано дополнительно для вскрытия программы псевдослучайной перестройки.

1. Способ приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанный на фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, перемножении результата с синхронным опорным сигналом с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот Δƒ, согласованной с длительностью излучения сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты τ₀ на каждой из N его частот программы перестройки, и его демодуляции, отличающийся тем, что вычисляют на измерительных интервалах длительностью амплитудные скользящие спектры результата фильтрации входной смеси, где - спектр, вычисленный на первом измерительном интервале, - спектры результата фильтрации входной смеси, задержанной на соответственно, и разности амплитудных скользящих спектров S₂₁(ƒ)=S₂(ƒ)-S₁(ƒ) и S₃₄(ƒ)=S₃(ƒ)-S₄(ƒ), перемножают полученные разности амплитудных скользящих спектров между собой

S₂₁₃₄(ƒ)=S₂₁(ƒ)·S₃₄(ƒ),

полученную спектральную функцию S₂₁₃₄(ƒ) сравнивают с пороговым уровнем S_ПОР, который выбирают таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации только шумовых составляющих спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), в случае превышения порогового уровня S_ПОР принимают решение о том, что частота спектральной составляющей спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ), превысившей порог S_ПОР, равна несущей частоте принимаемого импульса сигнала ƒ_c, полученное значение несущей частоты ƒ_c текущего импульса сигнала используют для формирования опорного сигнала с частотой ƒ_ОП=ƒ_С-ƒ_ПР, где - промежуточная частота, причем результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ перед перемножением с синхронным опорным сигналом задерживают по времени на величину τ₃=τ₀+τ_АС+τ₂₁₃₄, где τ₂₁₃₄(ƒ) - время, затрачиваемое на формирование и обработку спектральной функции S₂₁₃₄(ƒ).

2. Устройство для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее первый полосовой фильтр, вход которого является входом устройства, последовательно включенные перестраиваемый синтезатор частот, первый перемножитель, второй полосовой фильтр и демодулятор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно снабжено четырьмя линиями задержки, четырьмя анализаторами спектра, двумя вычитателями, вторым перемножителем, компаратором и устройством поиска максимальной спектральной составляющей, превысившей порог, причем выход первого полосового фильтра через первую линию задержки соединен со вторым входом первого перемножителя, к выходу первого полосового фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, второй анализатор спектра, первый вычитатель, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом первого полосового фильтра, второй перемножитель, компаратор и устройство поиска максимальной спектральной составляющей, превышающей порог, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого синтезатора частот, к выходу второй линии задержки последовательно подключены третья линия задержки, четвертая линия задержки, четвертый анализатор спектра и второй вычитатель, второй вход которого через третий анализатор спектра соединен с выходом третьей линии задержки, а выход подключен к второму входу второго перемножителя.