Способ формирования сложных квазиоптимальных сигналов и устройство для осуществления способа

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в космических командных радиолиниях. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости сигналов, упрощение и повышение надежности при декодировании с исправлением ошибок. Способ формирования сложных квазиоптимальных сигналов включает преобразование двоичной информации в последовательно расположенных n ступенях, различающихся генерируемыми сигналами. Продвижение информации в каждой ступени формирования реализаций псевдошумовых кодов сложного квазиоптимального сигнала осуществляют синхронно сформированными тактовыми импульсами. Устройство формирования сложных квазиоптимальных сигналов включает последовательно расположенные n ступеней, каждая из которых различается генерируемыми сигналами. Каждая ступень включает информационные входы «1» и «0», i-й генератор псевдошумового кода, первую, вторую, третью и четвертую схему «И», а также первую и вторую схему «ИЛИ», соединенные между собой. Изобретение обеспечит использование сложных псевдошумовых сигналов, обладающих повышенной помехозащищенностью, для передачи информации в космических радиолиниях при оптимальной обработке на приемной стороне с помощью каскада дискретных согласованных фильтров. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предложенное изобретение предназначено для использования в радиотехнике, а именно в устройствах формирования сложных составных квазиоптимальных сигналов, допускающих оптимальный прием на согласованные фильтры. Предпочтительным является использование предложенного изобретения в космических командных радиолиниях.

В настоящее время известны шумоподобные сигналы различного вида (коды Баркера, М-последовательности, коды Голда, дополнительные коды и т.п.) с хорошими автокорреляционными и взаимокорреляционными свойствами, широко описанные в технической литературе (Л.Е.Варакин. Теория сложных сигналов. М.: Советское Радио, 1970; Алексеев А.И. и др. Теория и применение псевдослучайных сигналов. М.: Наука, 1969). Подобные сигналы нашли широкое применение в космических командно-измерительных системах с оптимальным корреляционным приемом, требующим значительные временные затраты на обязательный этап вхождения сигнала в синхронизм.

Также широко известны способы формирования шумоподобных сигналов с помощью многотактных линейных фильтров (В.Д.Колесник, Е.Т.Мирончиков. Декодирование циклических кодов. М.: Связь, 1968, рис.3.3, стр.64; А.И.Алексеев и др. Теория и применение псевдослучайных сигналов. М.: Наука, 1969, §4.3; У.Питернсон, Э.Уэлдон. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1976 г, глава 7).

При использовании шумоподобных сигналов, формируемых известными способами, в космических командных радиолиниях с обработкой с помощью согласованных фильтров и учитывая условия работы с большими радиальными скоростями, разработчики наталкиваются на большие трудности, связанные с рассогласованием между принимаемым сигналом и импульсной характеристикой согласованного фильтра. Для уменьшения потерь необходимо расширять функцию неопределенности по оси частот, что приводит к сокращению длительности псевдошумового сигнала и, как следствие, к сокращению значения его базы. Даже при очень точном прогнозе орбиты космического аппарата, к целесообразности формирования сложных составных квазиоптимальных сигналов приводит минимизация аппаратных средств при сложении сигнала с помощью согласованных фильтров по сравнению с псевдослучайными сигналами. (При одинаковых значениях кодового расстояния оптимального и квазиоптимального сигналов, считая что

где N_i≅B_i и

аппаратные затраты можно представить как

где i - число ступеней предлагаемого сложного квазиоптимального сигнала, k - коэффициент сложности реализации аппаратных средств).

Технический результат, ожидаемый от использования предложенного технического решения, заключается в создании помехоустойчивого сигнала, допускающего оптимальную обработку с помощью согласованных фильтров, для чего предлагается формировать сложный составной квазиоптимальный сигнал, построенный по принципу "один в одном". Также предложенное техническое решение обеспечит выделение АКФ в дискретном согласованном фильтре не только на этапе обработки сигнальной ступени сложного сигнала, но и на этапе обработки последующих ступеней, увеличивая тем самым простоту исполнения, следовательно, и надежность относительно обычной операции декодирования с исправлением ошибок. В целом, техническое решение обеспечит использование сложных квазиоптимальных сигналов в космических командных радиолиниях.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что предложены способ и устройство формирования сложных квазиоптимальных сигналов.

Способ формирования сложных квазиоптимальных сигналов включает преобразование поступающей на вход блочной двоичной информации в формате NRZ-L в последовательно расположенных n ступенях, различающихся качеством генерируемого сигнала. В каждой из ступеней по каналу «0» и по каналу «1» генерируются первая и вторая комбинации псевдошумового кода. Сигналы формируются с темпом, равным периоду генератора псевдошумовой последовательности i-ой ступени. Продвижение информации в каждой ступени формирования реализаций псевдошумовых кодов сложного квазиоптимального сигнала осуществляется синхронно сформированными тактовыми импульсами. Значения логических «1» и «0» входной информации i-ой ступени псевдошумового кода открывает на время ее действия прохождение единиц и нулей, соответственно, первой и второй кодовых комбинаций псевдошумового кода i-ой ступени. Значения логических «1» и «0» выходной информации i-ой ступени псевдошумового кода открывает на время ее действия прохождение единиц и нулей, соответственно, первой и второй кодовых комбинаций псевдошумового кода последующей (i+1) либо последней (сигнальной) ступени.

Устройство формирования сложных квазиоптимальных сигналов включает последовательно расположенные n ступеней, каждая из которых различается качеством генерируемого сигнала, генерирует первую и вторую комбинации i псевдошумового кода, и включает информационные входы «1» и «0», i-ый генератор псевдошумового кода, первую, вторую, третью и четвертую схему «И», а также, первую и вторую схему «ИЛИ». Информационный вход «1» является первым входом для первой и второй схем «И». Информационный вход «0» является первым входом для третьей и четвертой схем «И». На вход генератора псевдошумового кода подаются тактовые импульсы с выбранными для каждой ступени частотами. Прямой и инверсный выходы первой комбинации псевдошумового кода соединены со вторым входом, соответственно, первой и второй схем «И». Прямой и инверсный выход второй комбинации псевдошумового кода соединены со вторым входом, соответственно, третьей и четвертой схем «И». Выходы первой и четвертой схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами первой схемы «ИЛИ». Выходы второй и третьей схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами второй схемы «ИЛИ». Выходы первой и второй схем «ИЛИ» являются, соответственно, информационными выходами «1» и «0». При наличии последующих ступеней выходы первой и второй схем «ИЛИ» также соединены, соответственно, с информационными входами «1» и «0».

Предложенное техническое решение поясняется чертежами:

Фиг.1 - структурная схема устройства формирования сложных квазиоптимальных сигналов;

Фиг.2 - временная диаграмма формирования квазиоптимального псевдошумовго кода;

Фиг.3 - примеры форматов данных.

Структурная схема устройства формирования сложных квазиоптимальных сигналов приведена на фиг.1, процесс формирования сложного квазиоптимального сигнала пояснен временной диаграммой, приведенной на фиг.2 и иллюстрирующей вид кодовых комбинаций на входе устройства формирования сигналов, а также на выходе каждой из ступеней. В качестве генератора кодовой комбинации псевдошумового кода в каждой ступени формирования квазиоптимальных сигналов может выступать генератор М-последовательности, генератор кодов Баркера, генератор кода Голда и т.п., для выходной ступени целесообразно использовать обладающие более равномерными спектральными характеристиками при сдвиге по оси частот М-последовательности. Для построения устройства формирования сложных сигналов может быть использовано любое число ступеней, каждая из которых может формировать псевдошумовые сигналы с помощью различных классов кодов, обладающих оптимальными автокорреляционными и взаимокорреляционными функциями.

Первая ступень устройства формирования сложных квазиоптимальных сигналов включает информационные входы «1» и «0». На вход генератора псевдошумового кода первой ступени 1 подаются тактовые импульсы T₁ и генерируются первая и вторая комбинации псевдошумового кода, которые с прямого Q_I, Q_II и инверсного Q′_I, Q′_II выхода генератора 1 подаются на схемы «И» 2, 3, 4, 5 первой ступени. Информационный вход «1» соединен с первыми входами первой 2 и второй 3 схем «И». Информационный вход «0» соединен с первыми входами третьей 4 и четвертой 5 схем «И». Прямой выход первой комбинации псевдошумового кода Q_I генератора 1 соединен со вторым входом первой схемы «И» 2. Инверсный выход первой комбинации псевдошумового кода Q′_I генератора 1 соединен со вторым входом второй схемы «И» 3. Прямой выход второй комбинации псевдошумового кода Q′_II генератора 1 соединен со вторым входом третьей схемы «И». Инверсный выход второй комбинации псевдошумового кода Q′_II генератора 1 соединен со вторым входом четвертой схемы «И». Выходы первой 2 и четвертой 5 схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами первой схемы «ИЛИ» 6. Выходы третьей 4 и второй 3 схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами второй схемы «ИЛИ» 7. Выход первой схемы «ИЛИ» 6 является выходом «1» первой ступени формирования сложного квазиоптимального сигнала и входом второй ступени формирования сигнала. Выход второй схемы «ИЛИ» 7 является выходом «0» первой ступени формирования сложного квазиоптимального сигнала и входом второй ступени формирования сигнала.

Вторая и последующие ступени устройства формирования сложных квазиоптимальных сигналов построены по аналогичной схеме. Информационные входы «1» и «0» соединены с соответствующими информационными выходами «1» и «0» предшествующих ступеней. На вход генераторов 8, 15 псевдошумового кода второй и последующих ступеней подаются тактовые импульсы Т₂, T_n и генерируются первая и вторая комбинации псевдошумового кода. Комбинации псевдошумового кода с прямых Q_I, Q_II и инверсных Q′_I, Q′_II выходов генераторов 8, 15 подаются на схемы «И» 9, 10, 11, 12 второй и 16, 17, 18, 19 последующих ступеней. Информационные входы «1» второй и последующих ступеней соединены с первыми входами первой 9, 16 и второй 10, 17 схем «И». Информационные входы «0» второй и последующих ступеней соединены с первыми входами третьей 11, 18 и четвертой 12, 19 схем «И». Прямые выходы первой комбинации псевдошумового кода Q_I генераторов 8, 15 соединены со вторыми входами первых схем «И» 9, 16. Инверсные выходы первой комбинации псевдошумового кода Q′_I генераторов 8, 15 соединены со вторыми входами вторых схем «И» 10, 17. Прямые выходы второй комбинации псевдошумового кода Q_II генераторов 8, 15 второй комбинации соединены со вторыми входами третьих схем «И» 11, 18. Инверсные выходы второй комбинации псевдошумового кода Q′_II генераторов 8, 15 соединены со вторыми входами четвертях схем «И» 12, 19. Во второй и последующих ступенях выходы первых 9, 16 и четвертых 12, 19 схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами первых схем «ИЛИ» 13, 20. Также, во второй и последующих ступенях выходы третьих 11, 18 и вторых 10, 17 схем «И» соединены, соответственно, с первым и вторым входами вторых схем «ИЛИ» 14, 21. Выходы первых схем «ИЛИ» 13, 20 являются выходами «1» для второй и последующих ступеней формирования сложного квазиоптимального сигнала. Выходы вторых схем «ИЛИ» 14, 21 являются выходами «0» для второй и последующих ступеней формирования сложного квазиоптимального сигнала и входом второй ступени формирования сигнала. При наличии последующих ступеней выходы «1» и «0» являются также и входами ступеней формирования сигнала. Для последней ступени выходы «1» и «0» являются выходами устройства формирования сигнала.

При работе устройства формирования сложных квазиоптимальных сигналов на вход устройства поступает блочная двоичная информация в формате NRZ-L которая далее преобразуется в последовательно расположенных n ступенях, различающихся по качеству сигнала. В первой, второй и последующих ступенях устройства по каналам «0» и «1» генерируются первая и вторая комбинации псевдошумового кода. Сигналы формируются с темпом, равным периоду установленного для генераторов псевдошумовой последовательности 1, 8, 15 первой, второй и последующей ступеней. Продвижение информации в каждой ступени формирования реализаций псевдошумовых кодов сложного квазиоптимального сигнала осуществляется синхронно сформированными тактовыми импульсами Т₁, Т₂, T_n. В каждой из ступеней устройства «1» и «0» входной информации открывает на время действия ступени прохождение единиц и нулей, соответственно, первой и второй кодовой комбинации псевдошумового кода ступени. При этом «1» и «0» выходной информации каждой ступени открывает на время ее действия ступени прохождение единиц и нулей, соответственно, первой и второй кодовой комбинации псевдошумового кода последующей либо последней (сигнальной) ступени.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечит формирование помехоустойчивого квазиоптимального сигнала, допускающего оптимальную обработку с помощью согласованных фильтров, а также обеспечит выделение АКФ в дискретном согласованном фильтре как на этапе обработки сигнальной ступени сложного сигнала, так и на этапе декодирования последующих ступеней. В предпочтительной реализации предложенного технического решения предложенное техническое решение обеспечит использование сложных псевдошумовых сигналов для передачи информации в космических радиолиниях, в том числе с отложенной ОС, так и без ОС, повышая помехозащищенность системы в целом.

1. Способ формирования сложных квазиоптимальных сигналов, согласно которому поступающий на вход код двоичной информации в формате NRZ-L преобразуют в n последовательно расположенных ступенях, различающихся генерируемыми сигналами, в каждой из которых по каналу «0» и по каналу «1» генерируют первую и вторую комбинацию псевдошумового кода, при этом сигналы формируют с темпом, равным периоду генератора псевдошумовой последовательности i-й ступени, продвижение информации из i-й в (i+1) ступень формирования псевдошумовых кодов сложного квазиоптимального сигнала осуществляют синхронно сформированными тактовыми импульсами, причем «1» и «0» или «0» и «1» входной информации соответственно по каналу «1» и по каналу «0» i-й ступени открывают на время действия входной информации прохождение «1» или «0» на выходы канала «1» и соответственно «0» или «1» на выходы канала «0» первой или второй кодовой комбинации псевдошумового кода, генератора псевдошумовой последовательности i-й ступени.

2. Устройство формирования сложных квазиоптимальных сигналов, включающее последовательно расположенные n ступеней, каждая из которых генерирует первую и вторую комбинации псевдошумового кода, и включает информационные входы «1» и «0», 1-й генератор псевдошумового кода, первую, вторую, третью и четвертую схему «И», а также, первую и вторую схему «ИЛИ», при этом информационный вход «1» является первым входом для первой и второй схем «И», а информационный вход «0» является первым входом для третьей и четвертой схем «И», а на вход генератора псевдошумового кода подаются тактовые импульсы с выбранными для каждой ступени частотами, прямой и инверсный выходы первой комбинации псевдошумового кода соединены со вторым входом, соответственно, первой и второй схем «И», а прямой и инверсный выход второй комбинации псевдошумового кода соединены со вторым входом соответственно третьей и четвертой схем «И», выходы первой и четвертой схем «И» соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы «ИЛИ», выходы второй и третьей схем «И» соединены соответственно с первым и вторым входами второй схемы «ИЛИ», выходы первой и второй схем «ИЛИ» являются соответственно информационными выходами «1» и «0» и, при наличии последующих ступеней, также соединены соответственно с информационными входами «1» и «0».