Многоканальный приемник сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ) в целях организации эффективного радиоподавления линии с ППРЧ. Достигаемый технический результат - повышение вероятности обнаружения сигналов с ППРЧ за счет расширения диапазона частот одновременного обзора при сохранении точностных и массогабаритных характеристик. Расширение диапазона частот достигается за счет преобразования диапазона рабочих частот Δf₀ в k-ортогональные каналы промежуточной частоты, объединения их в один групповой частотный канал с кодовым уплотнением, n-селекции группового частотного канала до требуемой точности и декодирования его. Многоканальный приемник сигналов с ППРЧ содержит k-каналов первой ступени селекции и n-полосовых фильтров второй ступени селекции (8.1-8.п). Каждый из каналов первой ступени селекции содержит полосовой фильтр (1.1-1.k), смеситель (2.1-2.k), усилитель промежуточной частоты (3.1-3.k), гетеродин (4.1-4.k), модулятор (5.1-5.k). Приемник содержит также генератор ортогональных последовательностей (6), устройство развязки (7), корреляционную матрицу k×n (9). 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ) в целях организации эффективного радиоподавления линии с ППРЧ.

Известен многоканальный приемник сигналов с ППРЧ (Россия, авторское свидетельство №1569998, МПК: Н04В 1/10, 1988 г.).

Приемник содержит m-каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных перемножителя, полосового фильтра, детектора огибающей, квадратора, а также коммутатора, блоков накопителя и выбора максимального сигнала, сумматора и порогового блока. При этом ко второму входу сумматора подключен второй выход блока выбора максимального сигнала.

Недостатком данного приемника является сложность реализации в широком диапазоне рабочих частот из-за необходимости применения большого числа каналов, равных частотному набору радиолиний с ППРЧ.

Так, для обнаружения сигналов системы мобильной связи GSM 900/1800 требуется 498 согласованных приемных каналов, что создает трудности практической реализации.

Известен также многоканальный приемник сигналов с ППРЧ, используемый для контроля работы абонентских аппаратов системы мобильной связи GSM 900/1800 (О.А.Васильев, Д.О.Егоров, А.Н.Кадыков, Системы подавления каналов связи и управления, «Радиосервис». http://www.radiservice.ru).

Приемник содержит четыре приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, прямого конвертора вниз, фильтров низкой частоты, усилителей квадратурных составляющих и блока цифровой обработки сигналов с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье.

Четырехканальный приемник обеспечивает одновременный обзор диапазона частот 100 МГц с полосой пропускания 25 МГц в каждом. Недостатком данного приемника является недостаточная чувствительность каждого канала из-за широкой полосы пропускания.

Расчеты показывают, что широкополосные приемники в чувствительности проигрывают приемникам, согласованным по полосе частот с принимаемым сигналом на 20...25 дБ.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является многоканальный приемник сигналов с ППРЧ последовательно-параллельного обзора (З.М.Горбачевская, Приемные устройства быстрого распознавания СВЧ сигналов, для современных систем РЭБ, Обзор электронной технике. Серия 1, Электроника СВЧ, Выпуск 3/869, М., ЦНИИ «Электроника», 1982 г. стр.12...14).

На практике рассматриваемые приемники ограничиваются двумя ступенями селекции.

Многоканальный приемник сигналов с ППРЧ содержит k-каналов первой и n-каналов второй ступеней селекции, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина и усилителя промежуточной частоты, при этом выходы k-усилителей промежуточной частоты через мультиплексор подключены параллельно к входам n-полосовых фильтров.

Недостатком данного приемника является низкая вероятность обнаружения сигналов с ППРЧ в рабочем диапазоне частот по причине его последовательного обзора.

Технический результат данного изобретения заключается в повышении вероятности обнаружения сигналов с ППРЧ за счет расширения диапазона частот одновременного обзора, при сохранении точностных и массогабаритных характеристик.

Технический результат достигается тем, что в известный многоканальный приемник сигналов с ППРЧ, содержащий k-каналов первой ступени селекции, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, смесителя и усилителя промежуточной частоты, а также k-гетеродинов первой ступени селекции и n-полосовых фильтров второй ступени селекции, в каждый канал первой ступени приемника введены модулятор, к выходу и входу которого подключены соответственно смеситель и гетеродин, генератор ортогональных последовательностей, соответствующие выходы которого подключены ко вторым входам модуляторов, а между усилителями промежуточной частоты первой ступени селекции и полосовыми фильтрами второй ступени - устройство развязки, во вторую ступень селекции введена k×n корреляционная матрица, к столбцовым входам которой подключены соответствующие выходы n-полосовых фильтров, а к строковым входам - соответствующие выходы k-усилителей промежуточной частоты.

Расширение диапазона частот одновременного обзора, при сохранении точностных и массогабаритных характеристик, достигается за счет преобразования диапазона рабочих частот Δf₀ в k-ортогональные каналы промежуточной частоты, их объединение в один групповой частотный канал с кодовым уплотнением сигналов, n-селекции группового частотного канала до требуемой точности Δf_II и декодирование его.

В результате селекции группового частотного канала с последующим декодированием, требуемая n-селекция одновременно осуществляется во всех ортогональных каналах, а также во всем диапазоне рабочей частоты k×n, что соответствует его расширению по сравнению с прототипом до Δf₀=Δf_II×k×n.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что технические решения, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичным всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения критерию охраноспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его существования, работоспособность и воспроизводимость, так как для реализации заявляемого технического решения могут быть использованы известные материалы и оборудование.

На фиг.1 представлена структурная схема многоканального приемника сигналов с ППРЧ.

На фиг.2 представлены эпюры преобразования частотных каналов.

Многоканальный приемник сигналов с ППРЧ (см. фиг.1) содержит k-каналов первой ступени селекции, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 1, смесителя 2 и усилителя промежуточной частоты 3, а также содержит гетеродин 4 и модулятор 5, выход которого подключен ко второму входу смесителя 2, а второй вход - к соответствующим выходам генератора ортогональных последовательностей 6.

Выходы усилителей промежуточной частоты 3.1...3.k через устройство развязки 7 параллельно подключены к n-полосовым фильтрам 8.1...8.n второй ступени селекции приемника, выходы которых соответственно подключены к столбцовым входам корреляционной матрицы 9, а к строковым входам которой соответственно подключены выходы усилителей промежуточной частоты 3.1...3.k.

Многоканальный приемник сигналов с ППРЧ работает следующим образом (см. фиг.1; 2).

Первая ступень селекции диапазона частот Δf₀ осуществляется k-смежными полосовыми фильтрами 1.1...1.k с точностью до полосы пропускания одного канала Δf_Ii=Δf₀/k [1], где i=1...k - номер частотного канала.

Ширина полосы пропускания одного частотного канала определяется необходимой чувствительностью приемного канала

где К_ш - коэффициент шума, дБм;

N₀ - порог обнаружения, задается в соответствии с выбранным критерием обнаружения.

С помощью смесителей 2.1...2.k и гетеродинов 4.1...4.k нарезанные частотные каналы полосовыми фильтрами 1.1...1.k, (K₀(f) на фиг.2) преобразуются в частотные каналы усилителей промежуточной частоты 3.1...3.k с полосой Δf_Ii,.(K_I(f) на фиг.2).

Дополнительно, сигналы гетеродинов 4.1...4.k поканально модулируются соответствующими кодовыми ортогональными последовательностями α_i, вырабатываемыми генератором ортогональных последовательностей 6.

В результате перемножения в смесителе сигнала, отселектированного полосовым фильтром 1.i, S_i(f_i,t), и сигнала гетеродина 4.1, S_Гi (f_Гi, α_i, t), кодовая модуляция сохраняется и переносится на сигнал промежуточной частоты

.

Основное требование к ортогональным последовательностям - ортонормированность на интервале самой короткой длительности принимаемого сигнала ППРЧ.

Таким образом, усилители промежуточной частоты 3.1...3.k представляют ортогональные частотные каналы отселектированных участков диапазона частот Δf_Ii.

С помощью устройства развязки 7 ортогональные каналы промежуточной частоты объединяются в один групповой частотный канал с кодовым уплотнением сигналов .

Вторая ступень селекции (K_II(f) на фиг.2) осуществляется в полосе промежуточных частот группового канала с помощью n-смежных полосовых фильтров 8 до требуемой точности

,

где j=1...n - номер фильтра.

Для декодирования группового сигнала с кодовым уплотнением используется корреляционная матрица 9, представляющая собой n-столбцов и k-строк, в узлах пересечения которых включены корреляторы, выполняющие функцию перемножения двух сигналов и усреднения результата за время τ-длительности сигнала с ППРЧ.

Частота принятого сигнала с ППРЧ будет соответствовать частотам настройки полосовых фильтров первой 1.i и второй 8.j ступеней, которые участвуют в селекции данного сигнала, то есть номерам столбцов и строк (i, j), функция корреляции Р_i,j которых превысит порог обнаружения N₀.

В результате перемножения сигналов первой и второй ступеней селекции число селектируемых принимаемых каналов равно k×n=m - числу частотных каналов, заявленных в первом аналоге.

Выигрыш в количестве избирательных частотных каналов по сравнению с первым аналогом составляет

Выигрыш в расширении диапазона частот одновременного обзора по сравнению с прототипом составляет k-1 раз, так как прототип осуществлял одновременный обзор в одном канале первой ступени селекции, а заявленное техническое решение - во всех каналах диапазона рабочих частот.

Для реализации заявленного многоканального приемника могут быть использованы известные материалы и оборудования.

В качестве генератора ортогональных последовательностей 6 может быть использован генератор функций Уолша, состоящий из последовательно соединенных тактового генератора и счетчика импульсов, выходы которого подключены к k-схемам Исключающее ИЛИ.

Алгоритм формирования функции Уолша основан на перемножении по «модулю два» степеней функций Радемахара, формируемых счетчиком импульсов (Ряды и преобразования Уолша. Теория и применения. Б.И.Голубов, А.В.Ефимов, В.А.Скворцов. М.: Наука, 1987 г.).

Вид модуляции выбирается из условия получения минимального расширения спектра сигнала гетеродина 4. Такой модуляцией является спектрально-эффективная гауссовая частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK), применяемая в стандарте мобильной связи GSM.

Модулятор GMSK 5 представляет последовательно соединенные фильтр низкой частоты с гауссовой амплитудно-частотной характеристикой и квадратурный модулятор, который состоит из двух умножителей и одного сумматора (Средства мобильной связи, В.Андрианов, А.Соколов. СПб, 2001 г., стр.120, 121).

Устройство развязки 7 выполняет функцию сумматора с независимыми k-входами и n-выходами и может быть реализовано с применением k-эмиттерных повторителей напряжения с общей нагрузкой, подключенной к n-эмиттерным повторителям напряжения с общим входом.

Корреляционная матрица 9 может быть реализована в виде микросборки с k-строчными, n-столбцовыми входами и k×n выходами, а также управляемого входа для установки порога обнаружения N₀.

В узлах пересечения строк и столбцов включены нелинейные перемножающие элементы с фильтрами низкой частоты и пороговые устройства.

Достижение технического результата предлагаемого устройства подтверждено проведенным натурным экспериментом.

Многоканальный приемник сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты, содержащий k каналов первой ступени селекции, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, смесителя и усилителя промежуточной частоты, а также гетеродина, и n полосовых фильтров второй ступени селекции, отличающийся тем, что в каждый канал первой ступени селекции введен модулятор, к выходу и входу которого подключены соответственно смеситель и гетеродин, в приемник введены также генератор ортогональных последовательностей, соответствующие выходы которого подключены ко вторым входам модуляторов, устройство развязки, входы которого параллельно подключены к выходам усилителей промежуточной частоты, а выходы - к входам полосовых фильтров второй ступени селекции, корреляционная матрица k×n, к столбцовым входам которой подключены соответствующие выходы n полосовых фильтров, а к строковым входам - соответствующие выходы k усилителей промежуточной частоты.