Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией



Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией
Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией
Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией

 


Владельцы патента RU 2479120:

Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН (RU)

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов с бинарным значением фазы. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией содержит преселектор 1, преобразователь 2 частоты, первый 3 и второй 17 усилители промежуточной частоты, полосовые фильтры 4.i и 5.i, нелинейные элементы 6i, узкополосные фильтры 7.i, детекторы 8.i огибающей, ключи 9.i и 20, решающий блок 10, сумматор 11, блок 12 регистрации, первый 13 и второй 14 смесители, первый 15 и второй 16 гетеродины, коррелятор 18 и пороговый блок 19. 3 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов с бинарным значением фазы.

Известны радиоприемные устройства для обнаружения сигналов на фоне шума и помех (авт. свид. СССР №№211.599, 309.326, 540.230, 1.718.695, 1.758.883, 1.785.410, 1.799.226, 1.799.227; патенты РФ №№1.838.882, 1.840.289, 2.001.533, 2.007.046, 2.181.528, 2.379.837; патенты США №№3.702.475, 3.815.028, 6.510.313; Сабинов В.А. Цифровое устройство для обнаружения и грубого измерения частоты сигнала. Труды МАИ, 1970, вып. 201 и другие). Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией» (патент РФ №1.840.289, H94B 1/06, 1981, который и выбран в качестве прототипа).

Известное устройство обеспечивает обнаружение широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией на фоне шума и узкополосных помех. Оно построено по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты fпр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах fc и fЗ, т.е.

fпр=fc-fг и fпр=fг-f3.

Следовательно, частоту настройки fС можно принять за основной канал приема, частота fЗ которого отклоняется от частоты fc на 2fпp и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты fг гетеродина (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на помехоустойчивость и достоверность обнаружения сигналов на фоне шума и узкополосных помех.

Кроме зеркального в известном устройстве существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

,

где fki - частота i-го комбинационного канала приема,

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

fk1=2fГ-fпр и fk2=2fГ+fпp.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и первый усилитель промежуточной частоты, n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, при этом выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом блока регистрации, отличающийся от ближайшего аналога тем, что преобразователь частоты выполнен в виде последовательно включенных первого гетеродина и первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, а выход подключен к входу первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, второго усилителя промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, порогового блока и ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам полосовых фильтров, причем частоты fГ1 и fГ2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

fГ2-fГ1=2fпр

и выбраны симметричными относительно несущей частоты fС основного канала

fС-fГ1=fГ2-fС=fпр.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.

Частотные диаграммы, поясняющие принцип образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг.2 и 3.

Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией содержит последовательно включенные преселектор 1, первый смеситель 13, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый усилитель 3 промежуточной частоты, ключ 20 и n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента 6.i, узкополосного фильтра 7.i и ключа 9.i, а также двух полосовых фильтров 4.1 и 5.i, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента 6.i, причем выход узкополосного фильтра 7.i через детектор 8.i огибающей соединен с одним из входов решающего блока 10, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа 9.i, входы полосовых фильтров 4.i и 5.i соединены с выходом ключа 20, а выходы ключей 9.i подключены к входам сумматора 11, выход которого соединен с входом блока 12 регистрации.

Устройство работает следующим образом. Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинированным каналам, основано на использовании двух гетеродинов 15 и 16, частоты fГ1 и fГ2 которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты:

fГ2-fГ1=f2пр

и выбранными симметричными относительно частоты fС основного канала приема (фиг.3):

fс-fг1=fг2-fс=fпр.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

Если широкополосный ФМн-сигнал принимается по основному каналу на частоте fc, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжение следующих частот:

fс-fГ1=fпр и fг2-fс=fпр.

Эти напряжения выделяются усилителями 3 и 17 промежуточной частоты соответственно и поступают на два входа коррелятора 18, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Следует отметить, что корреляционная функция R(τ) ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет значительный главный лепесток и сравнительно низкий уровень боковых лепестков. Это свойство используется для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), сравнивается с пороговым уровнем Uпор1 в пороговом блоке 19. Пороговое напряжение Uпор1 превышается только при максимальном значении корреляционной функции R(τ). Так как канальные напряжения образуются одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по двум каналам на одной и той же частоте fc, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Корреляционная функция R(τ) имеет ярко выраженный главный лепесток, который превышает пороговый уровень Uпор1 в пороговом блоке 19. При превышении порогового уровня Uпор1 в пороговом блоке 19 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 20, открывая его.

В исходном состоянии ключ 20 всегда закрыт. При этом канальное напряжение промежуточной частоты fпр =fс-fг1 с выхода первого усилителя 3 промежуточной частоты через открытый ключ 20 поступает на n каналов нелинейной обработки, выходные сигналы которых затем суммируются.

В каждом i-м канале параллельно включены два полосовых фильтров 4i и 5i, имеющих полосы пропускания ΔF. Их центральные частоты расположены симметрично относительно центральной частоты полосы обработки и равны и , где выходные сигналы полосовых фильтров перемножаются в нелинейном элементе и фильтруются в узкополосном фильтре, частота настройки которого равна 2f0.

Выходные сигналы узкополосных фильтров 7.i суммируются в сумматоре 11, в результате чего образуется вторая гармоника сигнала, частота несущей которого равна f0. Вторая гармоника сигнала обнаруживается блоком 12 регистрации.

Канал, в который попадает мощная узкополосная помеха (результат перемножения двух узкополосных помех), отличается решающим блоком 10 от сумматора 11. В решающем блоке 10 наличие помехи определяется по значительному превышению уровня сигнала в канале среднего по каналам уровня.

С выходов узкополосных фильтров 7.i сигналы через ключи 9.i (i=1, 2, …, n) подаются на входы сумматора 11, с выхода которого сумма сигналов поступает в блок 12 регистрации, где ее уровень сравнивается с порогом Uпop2. При превышении порога Uпор2 фиксируется обнаружение сигнала.

С выходов узкополосных фильтров 7.i сигналы подаются также на детекторы огибающей 8.i, в которых выделяются огибающие сигналов, подаваемых на входы решающего блока 10. В решающем блоке 10 сравниваются уровни сигналов всех n каналов и для каналов, в которых уровни сигналов значительно превышают средний по каналам уровень, вырабатывается управляющий сигнал, подаваемый на ключи 9.i (i=1, 2, …, n) этих каналов, вследствие чего ключи размыкаются и соответствующие каналы отключаются от сумматора 11.

Количественный выигрыш в помехоустойчивости существенно зависит от уровня и количества помеховых составляющих.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте fc (фиг.3).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте fЗ2, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжение следующих частот:

f11=fГ1-fЗ1=fпр, f12=fг2-fЗ1=3fпр.

Однако только напряжение с частотой f11 попадает в полосу пропускания первого усилителя 3 промежуточной частоты. Выходной сигнал коррелятора 18 равен нулю, ключ 20 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте f31, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте fЗ2, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжения следующих частот:

f21=fЗ2-fГ1=3fпр, f22=fЗ2-fг1=fпр.

Однако только напряжение с частотой f22 попадает в полосу пропускания второго усилителя 17 промежуточной частоты, выходной сигнал коррелятора 18 также равен нулю, ключ 20 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте fЗ2, подавляется.

По аналогичным причинам подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте fк1, по второму комбинационному каналу на частоте fк2 или по любому другому дополнительному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому fЗ1 и второму fЗ2 зеркальным каналам, то в первом 13 и втором 14 смесителях они преобразуются в напряжения следующих частот:

f11=fГ1-fЗ1=fпр, f12=fг2-fГ1=3fпр,

f21=fЗ2-fГ1=3fпр, f22=fЗ2-fГ2=fпр.

При этом напряжение с частотами f11 и f22 попадает в полосу пропускания первого 3 и второго 14 усилителей промежуточной частоты соответственно, а затем подается на два входа коррелятора 18. Но ключ 20 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) принимаются на разных частота fЗ1 и fЗ2, поэтому между канальными напряжениями с частотами f11 и f22 существует слабая корреляционная связь.

Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМн-сигналов. Выходное напряжение коррелятора 18 в этом случае не превышает порогового уровня Uпор1 в пороговом блоке 19, ключ 20 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому fЗ1 и второму fЗ2 зеркальным каналам, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому комбинационному каналу на частоте fк1 и по второму комбинационному каналу на частоте fк2 или по другим любым дополнительным каналам.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Для подавления указанных сигналов используются два гетеродина, частоты fГ1 и fГ2 которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты:

fГ2-fГ1=2fпр,

выбраны симметричными относительно частоты fc основного канала:

fС-fГ1=fГ2-fС=fпр

и корреляционная обработка принимаемых сигналов.

Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и первый усилитель промежуточной частоты, n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, при этом выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом блока регистрации, отличающееся тем, что преобразователь частоты выполнен в виде последовательно включенных первого гетеродина и первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, а выход подключен к входу первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, второго усилителя промежуточной частоты, коррелятора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, порогового блока и ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам полосовых фильтров, причем частоты fГ1 и fГ2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты fГ2-fГ1=2fпр и выбраны симметричными относительно несущей частоты fС основного канала fС-fГ1=fГ2-fС=fпр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с времяимпульсной модуляцией и может использоваться в измерительной технике и устройствах связи.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и устройствам обнаружения широкополосных сигналов в системах радиосвязи, и может быть использовано в приемных устройствах радиоэлектронных систем связи, использующих фазоманипулированные сигналы.

Изобретение относится к процессору сигналов с масштабированным аналоговым сигналом. .

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к широтно-импульсным преобразователям (ШИП) на основе триггеров Шмитта, и может быть использовано при проектировании стабильных импульсных источников питания, в проводах ШИМ двигателей постоянного тока, во времяимпульсных вычислительных системах и других устройствах измерительной техники и автоматики.

Изобретение относится к области передачи данных и может быть использовано для передачи данных от скважинных датчиков в нефтегазодобывающей отрасли. .

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в системах управления широтно-импульсными преобразователями. .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и автоматики. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, автоматике и может быть использовано, например, в системах автоматического регулирования с частотно-импульсной, широтно-импульсной, комбинированной частотно-скважностной модуляциями, в системах управления импульсных источников питания.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой преобразовательной технике. .

Изобретение относится к телеметрии и может быть использовано в системах передачи данных по каналам связи при летных испытаниях ракетно-космической техники. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системе передачи и приема информации ОНЧ-диапазона, использующей широкополосные псевдослучайные сигналы с последовательным переключением радиочастот и помехоустойчивым корректирующим кодированием и функционирующей в условиях воздействия импульсных, сосредоточенных по спектру, сигналоподобных помех и белого гауссовского шума.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-110) кВ без обработки ее высокочастотными заградителями.

Изобретение относится к телемеханике, а именно к системам телесигнализации и может быть использовано при дистанционном контроле за стационарными и мобильными объектами, находящимися на значительном удалении от диспетчерского пункта.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-110) кВ без обработки ее высокочастотными заградителями.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано для регистрации проследования подвижного состава по контролируемому участку пути.

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации и может быть использовано для целей телеуправления, телесигнализации, передачи кодовых телеизмерений, телепередачи данных в автоматизированных системах управления, сетях вычислительных комплексов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи и приема телесигналов по проводам трехфазной линии электропередачи. .

Изобретение относится к приборостроению, а именно к системам телеуправления и телесигнализации (ТУ-ТС), и может быть использовано при дистанционном управлении и контроле объектами, находящимися преимущественно в необслуживаемых постоянно условиях эксплуатации, в том числе установленными во взрывоопасных или имеющих повышенное радиоактивное или радиолокационное излучение местах.

Изобретение относится к области пожарной безопасности и обеспечивает обнаружение пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Технический результат - повышение избирательности и помехоустойчивости приемного устройства путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Устройство содержит датчик в виде, например, газового сенсора, согласующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, формирователь световых и звуковых сигналов, световой сигнализатор, звуковой сигнализатор, формирователь модулирующего кода, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а на принимающей стороне - для приема сложных фазоманипулированных (ФМн) сигналов содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор, ключ, демодулятор ФМн сигналов, перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот и блок регистрации. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх