Обнаружитель фазоманипулированных псевдослучайных сигналов

Изобретение относится к области радиосвязи, системам передачи дискретной информации, использующим сложные широкополосные сигналы. Достигаемый технический результат - осуществление обнаружения сложных сигналов с неизвестной несущей частотой, заданной областью допустимых значений и случайной начальной фазой. Обнаружитель содержит четыре перемножителя, фазовращатель на π/2, две схемы задержки на длительность элемента сигнала, инвертор, три сумматора, два согласованных фильтра, два квадратора и пороговое устройство. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи, системам передачи дискретной информации, использующим сложные сигналы на основе линейных рекуррентных последовательностей максимального периода и сигналов Голда с двоичной фазовой манипуляцией для ускоренного вхождения в синхронизм и выделения информации.

Наиболее близким по техническим признакам к настоящему устройству является оптимальный обнаружитель сложных сигналов с неизвестной амплитудой и случайной начальной фазой [1, с.350]. Это устройство обладает максимальной помехоустойчивостью при известных параметрах принимаемого сигнала и неизвестной амплитуде и начальной фазе. Обнаружитель прототипа содержит два перемножителя, генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте сигнала, фазовращатель на π/2, два идентичных согласованных видеочастотных фильтра, два квадратора и сумматор. Генератор гармонических опорных колебаний с фазовращающей цепью создает два квадратурных гармонических колебания Cos(ω₀t) и Sin(ω₀t), где ω₀ - несущая частота принимаемого сигнала. Применение квадратурных каналов позволяет устранить влияние неизвестной начальной фазы несущего колебания. На выходах перемножителей входной радиосигнал переводится в видеочастотную область и выделяются элементы сложного сигнала, которые обрабатываются согласованными фильтрами.

Недостатком прототипа является то, что для нормальной работы обнаружителя необходима априорная информация о частоте принимаемого сигнала для установки генератора опорных гармонических колебаний. При отсутствии этой информации, вследствие разных причин обнаружитель прототипа должен быть многоканальным или дополнен системой поиска по частоте, чтобы устранить неопределенность о частоте принимаемого сигнала.

Для устранения отмеченного недостатка прототипа в предлагаемом обнаружителе для устранения неопределенности по частоте в качестве опорного гармонического колебания использовать сам принимаемый сигнал, задержанный на один или несколько элементов сложного сигнала.

Фазоманипулированный псевдослучайной последовательностью принимаемый радиосигнал может быть представлен в виде

s(t)=Ad_i[rect(t-iτ)]Sin(ω₀t+ϕ₀), 0≤t≤Т_c, i=0, ... N-1

где А - амплитуда сигнала;

ω₀, ϕ₀, - несущая частота и начальная фаза гармонического колебания;

T_c - длительность сигнала;

τ - длительность элемента сигнала;

d_i=(1,-1) - элементы псевдослучайной последовательности;

N - количество элементов последовательности;

rect[(t-iτ)]=1 при (i-1)τ≤t≤iτ

rect[(t-iτ)]=0 при (i-1)τ<t>iτ

Составим систему уравнений из произведений прямого и задержанного на элемент сложного сигнала и произведения прямого сигнала и пропущенного через фазовращатель на π/2. Поскольку

то получим

Сумма первого и второго выражения равна A²d_id_i-1Cos(ω₀τ), а разность третьего и четвертого равна A²d_id_i-1Sin(ω₀τ).

Из полученных выражений следует, что данный способ обработки инвариантен к несущей частоте и начальной фазе, то есть устраняется зависимость от несущей частоты и начальной фазы сигнала.

Однако появляется зависимость от несущей частоты ω_o и длительности элемента задержки сигнала τ в виде множителей Cos(ω_oτ) и Sin(ω_oτ), которая может быть устранена с помощью квадратурной обработки. При данном способе обработки сигнала одновременно осуществляется выделение элементов сложного сигнала. Выделенная последовательность

d_k=d_id_i-1 будет той же структуры, что и принимаемая, но с другим запаздыванием. Это объясняется свойствами используемых линейных рекуррентных последовательностей максимального периода [2, с.58], которое состоит в том, что если последовательность двоичных символов (1,0) сложить по модулю два с этой же последовательностью, но сдвинутой на неравное периоду число элементов, то получается та же последовательность, но с другим сдвигом (начальным состоянием), не совпадающим с запаздываниями слагаемых последовательностей. Это свойство присуще и сигналам Голда, которые формируются из линейных рекуррентных последовательностей. Поскольку операция умножения элементов (1,-1) последовательности эквивалентна операции сложения элементов (1,0) по модулю два, то данное свойство может быть использовано при перемножении прямой и задержанной последовательностей.

Достоинством данного способа обработки является и то, что для выделения видеопоследовательности d_k не требуется установки ни интеграторов, ни фильтров нижних частот для отфильтровывания высокочастотных составляющих результатов перемножения.

Заявленное устройство с предложенным методом выделения элементов сложного сигнала и его обнаружения приведено на чертеже.

Оно содержит:

1, 2, 3, 4 - первый, второй третий и четвертый перемножители;

5 - фазовращатель на π/2;

6, 7 - первая и вторая схемы задержки на длительность элемента сигнала;

8, 9 - первый и второй сумматоры;

10 - инвертор;

11, 12 - первый и второй согласованные фильтры;

13, 14 - первый и второй квадраторы;

15 - третий сумматор;

16 - пороговое устройство.

Устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал со входа обнаружителя поступает на первые входы первого (1) и четвертого (4) перемножителей непосредственно, а на первые входы второго (2) и третьего (3) перемножителей - через фазовращатель на π/2 (5). На вторые входы первого (1) и второго (2) перемножителей сигнал со входа поступает через схему задержки сигнала на длительность элемента (6). На вторые входы третьего (3) и четвертого (4) перемножителей сигнал поступает со входа через фазовращатель на π/2 (5) и через схему задержки (7). С выходов первого (1) и второго (2) перемножителей сигнал поступает на первый сумматор (8), где осуществляется компенсация высокочастотной составляющей результата перемножения

и выделение видеопоследовательности элементов

с множителем Cos(ω_oτ). На один из входов второго сумматора (9) сигнал поступает с выхода четвертого (4) перемножителя непосредственно, а на другой его вход - с выхода второго (2) перемножителя через инвертор (10). Во втором сумматоре также компенсируется высокочастотная составляющая

и выделяется видеопоследовательность

с множителем Sin(ω₀τ).

Выделенные видеоимпульсы и поступают на первый (11) и второй (12) согласованные фильтры, где осуществляется корреляционная обработка. Далее результаты обработки с выходов согласованных фильтров через первый (13) и второй (14) квадраторы поступают на третий (15) сумматор. Возведение в квадрат и суммирование устраняет зависимость результатов обработки согласованных фильтров от множителей Cos(ω₀τ) и Sin(ω₀τ). С выхода третьего (15) сумматора сигнал поступает на пороговое устройство (16), где осуществляется сравнение его с порогом Х_n и в случае его превышения принимается решение об обнаружении сигнала.

Таким образом, совокупность введенных устройств и их связей позволяет устранить априорную неопределенность о значении несущей частоты принимаемого сигнала, что отсутствовало в прототипе. Следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизны». Кроме того, так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая в известной патентной и научно-технической литературе не обнаружена на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию «изобретательский» уровень.

Источники информации

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с., ил.

2. Дядюнов Н.Г. и Сенин А.И. Ортогональные и квазиортогональные сигналы. Под ред. Е.М.Тарасенко. М., Связь, 1977. - 224 с., ил.

Обнаружитель фазоманипулированных псевдослучайных сигналов, содержащий первый и второй перемножители, первый и второй согласованные фильтры, первый и второй квадраторы и третий сумматор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два перемножителя, две схемы задержки на длительность элемента сигнала, фазовращатель на π/2, первый и второй сумматоры, инвертор и пороговое устройство, причем первые входы первого и четвертого перемножителей подключены к входу обнаружителя непосредственно, первые входы второго и третьего перемножителей подключены к входу обнаружителя через фазовращатель на π/2, вторые входы первого и второго перемножителей подключены ко входу обнаружителя через первую схему задержки на длительность элемента сигнала, вторые входы третьего и четвертого перемножителей подключены через вторую схему задержки на длительность элемента сигнала к выходу фазовращателя на π/2, выходы первого и третьего перемножителей подключены к первому и второму входам первого сумматора, выход второго перемножителя через инвертор подключен к первому входу второго сумматора, выход четвертого перемножителя подключен ко второму входу второго сумматора, выход первого сумматора через последовательно включенные первый согласованный фильтр и первый квадратор подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго сумматора через последовательно включенные второй согласованный фильтр и второй квадратор подключен ко второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора подключен ко входу порогового устройства, выход порогового устройства является выходом обнаружителя фазоманипулированных псевдослучайных сигналов.