Устройство и способ генерации хаотического сигнала с постоянной амплитудой
Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может использоваться в радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - снижение энергопотребления. Устройство хаотического сигнала с постоянной амплитудой содержит массив генераторов сигнала треугольной формы (ГСТФ), сформированный из n индивидуальных ГСТФ, где n больше единицы, сумматор сигналов, регулятор амплитуды суммарного сигнала, регулятор среднего значения сигнала, обеспечивающего возможность управления средней частотой, синусоидальный генератор, управляемый напряжением (ГУН). Способ получения хаотического сигнала с постоянной амплитудой характеризуется следующими операциями: генерируют совокупность сигналов треугольной формы с симметричными передним и задним фронтами; суммируют эту совокупность сигналов в единый композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения; устанавливают требуемую амплитуду композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения; устанавливают среднее значение частоты композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения; с помощью полученного композитного сигнала осуществляют хаотическое изменение частоты синусоидального ГУН. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области радиоэлектротехники, а более конкретно к устройствам и способам генерации хаотического сигнала, и может использоваться при конструировании приемопередающих устройств.
Генераторы хаотических сигналов, часто называемые в специальной литературе генераторами шума или генераторами шумовых сигналов, довольно широко применяются в телекоммуникационных системах, поскольку, в большинстве случаев, совокупность и форма импульсов хаотического сигнала являются носителями информации (см., например, патент РФ №2185032 [1], патент США №5,661,750 [2]). Основными недостатками известных аналогов являются, в частности, высокая энергоемкость и крупные габариты.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция генератора хаоса, описанного в опубликованной заявке РФ №2003134263 [3], в котором в качестве основного элемента используется способность нелинейных детерминистических систем генерировать хаотический сигнал. Данная 20 конструкция выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.
Простота конструкции [3] могла бы найти ей широкое применение в области радиосвязи и в системах управления, если бы не все те же существенные недостатки, присущие нелинейным детерминистическим системам, а именно:
- большая потребляемая мощность, обусловленная необходимостью поддержать многофазные колебания в сильно нелинейной системе;
- необходимость использования громоздкой и негибкой колебательной системы для работы в каждом конкретном диапазоне частот.
Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании компактного и гибкого устройства с низким уровнем энергопотребления для генерации хаотического, т.е. шумового, сигнала с постоянной амплитудой, а также в разработке способа обеспечения эффективного функционирования такого устройства в разных диапазонах частот.
Данная задача, в части конструктивной, решается путем применения в устройстве вместо колебательной системы, обеспечивающей в [3] генерацию хаотического сигнала, совокупности следующих элементов:
- массива некогерентных генераторов сигнала треугольной формы;
- сумматора сигналов, поступающих от генераторов сигнала треугольной формы;
- генератора сигналов, управляемого напряжением модулируемого по частоте суммарного сигнала от генераторов сигнала треугольной формы.
Более конкретно вышеуказанные элементы и их взаимосвязь можно охарактеризовать следующим образом:
Массив генераторов сигнала треугольной формы (ГСТФ) образован из n индивидуальных генераторов сигнала треугольной формы, где n больше единицы. Выходы каждого ГСТФ соединены с входами сумматора сигналов, выход которого соединен с входом регулятора амплитуды суммарного сигнала (РАСС), обеспечивающего возможность управления шириной спектра, выход РАСС соединен с входом регулятора среднего значения сигнала (РСЗС), обеспечивающего возможность управления центральной частотой, выход РСЗС соединен с входом синусоидального генератора, управляемого напряжением (ГУН), на выходе которого и получают желаемый хаотический сигнал с постоянной амплитудой.
Заявляемый способ обеспечения эффективного функционирования предложенной конструкции для получения хаотического сигнала с постоянной амплитудой состоит в выполнении следующих операций:
- генерируют совокупность сигналов треугольной формы с симметричными передним и задним фронтами;
- суммируют эту совокупность сигналов в единый композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения или тока;
- устанавливают требуемую амплитуду композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения или тока;
- устанавливают среднее значение частоты композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения или тока;
- с помощью полученного композитного сигнала осуществляют хаотическое изменение частоты синусоидального Генератора, Управляемого Напряжением (ГУН).
В результате, на выходе ГУН получают хаотически меняющий частоту сигнал с постоянной амплитудой.
Следует отметить, что симметричность фронтов обеспечивает одинаковую скорость перестройки ГУН вверх и вниз по частоте, что, в свою очередь, приводит к симметричному и равномерному результирующему спектру генератора хаоса. Массив ГТФС в общем случае может быть как когерентным массивом, так и некогерентным массивом. Однако некогерентность массива ГСТФ приводит к отсутствию в результирующем спектре хаотического сигнала глубоких провалов. Кроме того, несмотря на принципиальную возможность выбирать периоды ГСТФ любыми, оптимальным выбором является следование периодов ГСТФ ряду простых чисел 2-3-5-7-11-13-17-19. В данном случае обеспечивается максимально динамичный хаотический сигнал с максимально равномерным спектром.
Для лучшего понимания сущность настоящего изобретения далее поясняется с привлечением графических материалов.
Фиг.1 - блок-схема устройства для генерации хаотического сигнала с постоянной амплитудой, выполненного согласно изобретению, где l1-ln это массив генераторов сигнала треугольной формы, 2 - сумматор, 3 - РАСС, 3.1 - регулятор ширины спектра, т.е. амплитуды композитного сигнала, 4 - РСЗС, 4.1 - регулятор частоты, т.е. блок установки средней частоты композитного сигнала, 5 - ГУН, 6 - выход хаотического сигнала с постоянной амплитудой.
Фиг.2 - сигналы ГСТФ (Генераторов Сигнала Треугольной Формы).
Фиг.3 - композитный сигнал.
Фиг.4 - спектр сигнала на выходе ГУН.
Фиг.5 - схема последовательных операций при реализации способа генерации хаотического сигнала с постоянной амплитудой согласно изобретению.
Устройство генерации хаотического сигнала с постоянной амплитудой работает следующим образом.
ГСТФ l1-ln генерируют сигнал треугольной формы с симметричными передним и задним фронтами. Симметричность фронтов обеспечивает одинаковую скорость перестройки ГУН вверх и вниз по частоте, что, в свою очередь, приводит к симметричному и равномерному результирующему спектру генератора хаоса. В заявляемом решении обеспечивается максимально динамичный хаотический сигнал с максимально равномерным спектром. Далее совокупность сигналов генерируемых массивом некогерентных ГСТФ поступает на входы сумматора 2. В результате на выходе сумматора 2 образуется композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения или тока. Участки с линейным изменением напряжения или тока имеют хаотический характер значений длин участков (т.е. промежутков времени) и производных - как по величине, так и по знаку. Далее сигнал с выхода сумматора поступает на вход регулятора 3 амплитуды, где, в зависимости от управляющего напряжения или тока, подающегося от 3.1, устанавливается амплитуда выходного сигнала. Изменение амплитуды композитного сигнала приводит к изменению ширины спектра хаотического сигнала при неизменной средней, т.е. центральной, частоте спектра. Далее сигнал поступает на вход устройства 4 регулировки среднего уровня, т.е. значения сигнала, где, в зависимости от управляющего напряжения или тока, подающегося от 4.1, устанавливается конкретная средняя частота спектра хаотического сигнала. Далее сигнал поступает на вход управления частотой синусоидального ГУН 5. Входящий композитный сигнал приводит к хаотическому изменению частоты ГУН 5.
На выходе ГУН 5 получают хаотически меняющий частоту сигнал 6 с постоянной амплитудой.
Компактность устройства достигается за счет применения в качестве генераторов сигнала треугольной формы и синусоидальных генераторов, управляемых напряжением - генераторов с резистивно-емкостной частотнозадающей цепью.
Гибкость устройства в формировании желаемых спектральных характеристик определяется тем что:
- ширина спектра выходного сигнала задается управляющим напряжением или током в блоке регулятора амплитуды суммарного сигнала (РАСС).
- центральная частота спектра задается в блоке регулятора среднего значения сигнала (РСЗС)
Низкое энергопотребление устройства обеспечивается за счет формирования элементов массива из генераторов сигнала треугольной формы, а также за счет применения ГУН, поскольку оба этих типа генераторов являются некритичными к уровню энергопотребления и допускают существенное его снижение.
1. Устройство генерации хаотического сигнала с постоянной амплитудой, состоящее из массива генераторов сигнала треугольной формы (ГСТФ), сформированного из n индивидуальных ГСТФ, где n больше единицы, при этом выходы каждого ГСТФ соединены с входами сумматора сигналов, выход которого соединен с входом регулятора амплитуды суммарного сигнала (РАСС), обеспечивающего возможность управления шириной спектра, выход РАСС соединен с входом регулятора среднего значения сигнала (РСЗС), обеспечивающего возможность управления средней частотой, выход РСЗС соединен с входом синусоидального генератора, управляемого напряжением (ГУН), на выходе которого формируется хаотический сигнал с постоянной амплитудой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что периоды повторения формы сигналов ГСТФ выбирают пропорционально ряду простых чисел.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве ГСТФ и ГУН используются генераторы с резистивно-емкостной частотно-задающей цепью.
4. Способ получения хаотического сигнала с постоянной амплитудой, состоящий из следующих операций: генерируют совокупность сигналов треугольной формы с симметричными передним и задним фронтами, суммируют эту совокупность сигналов в единый композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения, устанавливают требуемую амплитуду композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения, устанавливают среднее значение частоты композитного сигнала путем приложения управляющего напряжения, с помощью полученного композитного сигнала осуществляют хаотическое изменение частоты синусоидального ГУН.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что регулировку амплитуды и частоты композитного сигнала осуществляют за счет приложения управляющего тока.
