Способ формирования широкополосного композитного радиосигнала и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Чабдаров Шамиль Мидхатович (RU)

Зуев Максим Юрьевич (RU)

H03B29/00 - Генерирование токов и напряжений шумов

Владельцы патента RU 2608680:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении независимости ширины спектра от последовательности хаотических импульсов, отсутствии импульсных генераторов и возможности применения генераторов любых периодических сигналов с симметричными фронтами. Для этого исходные периодические сигналы генерируют с известным начальным временным сдвигом, затем посредством вычислителей изменяют форму периодических сигналов, возводя исходные сигналы в заданные степени, затем сигналы усиливают в соответствии с их формой, далее из них формируют широкополосный сигнал, суммируя усиленные периодические сигналы, затем широкополосный сигнал возводят в степень посредством результирующего вычислителя и далее данный сигнал окончательно усиливают. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а конкретно к устройствам и способам формирования периодического широкополосного композитного радиосигнала, и может использоваться при конструировании приемопередающих устройств.

Генераторы периодических сигналов используются в телекоммуникационных системах, поскольку в большинстве случаев применяются модуляция или манипуляция исходных периодических сигналов.

В качестве аналога способа рассмотрен патент RU 2307451 C1, опубликованный 27.09.2007 [1], в котором способ получения хаотического сигнала с постоянной амплитудой состоит из следующих операций: генерирование совокупности сигналов треугольной формы с симметричными передними и задними фронтами, суммируют эту совокупность сигналов в единый композитный сигнал, состоящий из участков с линейным изменением напряжения, затем 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 генератора управляемого напряжением.

В качестве аналога устройства рассмотрен патент RU 2307451 C1, опубликованный 27.09.2007 [1], в котором массив генераторов сигнала треугольной формы образован из n индивидуальных генераторов сигнала треугольной формы, где n больше единицы. Выходы каждого генератора сигнала треугольной формы соединены с входами сумматора сигналов, выход которого соединен с входом регулятора амплитуды суммарного сигнала обеспечивающего возможность управления шириной спектра, выход регулятора амплитуды суммарного сигнала соединен с входом регулятора среднего значения сигнала, обеспечивающего возможность управления центральной частотой, выход регулятора среднего значения сигнала соединен с входом синусоидального генератора, управляемого напряжением, на выходе которого и получают желаемый хаотический сигнал с постоянной амплитудой.

В качестве генераторов исходного сигнала могут быть использованы генераторы любых периодических сигналов (в частности, гармонических).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция устройства генерации хаотического сигнала, описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2]. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Характеристика прототипа способа, описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2], заключается в том, что синусоидальные генераторы включают и выключают с помощью бинарного сигнала. Выходные сигналы синусоидальных генераторов объединяют с помощью сумматора, на выходе получают хаотический сигнал.

Характеристика прототипа устройства описанного в патенте RU 2298281 C1, опубликованном 27.04.2007 [2], заключается в том, что устройство содержит массив независимых генераторов импульсов, массив независимых синусоидальных генераторов, массив логических элементов ИЛИ с числом входов, равным числу генераторов импульсов, причем число логических элементов равно числу синусоидальных генераторов, сумматор выходных синусоидальных сигналов.

Недостатками данных способа и устройства являются:

- параметры генерируемого каждым из импульсных генераторов сигнала влияют на ширину спектра сигнала и мощность сигнала вырабатываемого устройством;

- применение только синусоидальных генераторов;

- применение генераторов импульсов с разной скважностью.

Решаемая техническая задача (технический результат) предлагаемых способа формирования широкополосного композитного радиосигнала и устройства для его осуществления заключается в обеспечении независимости ширины спектра от последовательности хаотических импульсов и отсутствии импульсных генераторов, возможность применения генераторов любых периодических сигналов с симметричными фронтами решается применением некогерентных генераторов периодических сигналов различной формы с симметричными фронтами, сумматора сигналов, специальных вычислителей с заданным алгоритмом работы каждого из них.

Технический результат в способе формирования широкополосного композитного радиосигнала включающего формирование широкополосного сигнала из нескольких периодических сигналов заданной формы, достигается тем, что исходные периодические сигналы генерируют с известным начальным временным сдвигом, затем посредством вычислителей изменяют форму периодических сигналов, возводя исходные сигналы в заданные степени, затем сигналы усиливают в соответствии с их формой, далее из них формируют широкополосный сигнал, суммируя усиленные периодические сигналы, затем изменяют форму широкополосного сигнала, возводя широкополосный сигнал в заданную степень посредством результирующего вычислителя, и далее данный сигнал окончательно усиливают.

Технический результат в устройстве формирования широкополосного композитного радиосигнала, содержащем n∈N независимых генераторов исходных периодических сигналов, сумматор, достигается тем, что устройство дополнительно содержит n блоков установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов, выходы которых соединены с входами независимых генераторов периодических сигналов соответственно, выходы которых, соответственно, соединены с входами вычислителей, изменяющих формы исходных периодических сигналов и возводящих их в заданные степени, выходы которых соединены со входами усилителей соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом результирующего вычислителя, изменяющего форму широкополосного сигнала и возводящего его в заданную степень, выход которого соединен с входом результирующего усилителя, а его выход является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формирования широкополосного композитного радиосигнала для реализации предлагаемого способа.

На фиг. 2 приведен алгоритм работы вычислителей изменяющих форму исходных периодических сигналов и результирующего вычислителя изменяющего форму исходного периодического сигнала.

На фиг. 3 приведены осциллограммы исходных сигналов и получаемого композитного сигнала.

На фиг. 4 приведен спектр полученного композитного сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства формирования широкополосного композитного радиосигнала, где 1₁…1_n - блоки установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов, выходы которых соответственно соединены со входами независимых генераторов 2₁…2_n периодических сигналов произвольной формы, выходы которых соответственно соединены со входами вычислителей, изменяющих форму исходных периодических сигналов 3₁…3_n, которые имеют различные исходные параметры степеней γ₁…γ_n, выходы которых соответственно соединены со входами усилителей 4₁…4_n, которые имеют коэффициенты усиления U₁…U_n, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 5, выход которого соединен со входом результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6, работающего по тому же алгоритму, что и остальные вычислители, изменяющие формы исходных периодических сигналов 3₁…3_n, выход которого соединен со входом результирующего усилителя 7, а его выход является выходом устройства. Перечисленные выше блоки имеют стандартные, опубликованные в литературе схемы и имеют соответствующие системы электропитания.

На фиг. 2 представлен алгоритм работы блоков вычислителей, изменяющих форму исходных периодических сигналов 3₁…3_n, и блока результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6, в которых исходный аналоговый сигнал предварительно дискретизируют, а затем над его отсчетами производят операцию взятия степени по заданному алгоритму, затем полученную выборку пропускают через цифроаналоговый преобразователь.

На фиг. 3 приведены осциллограммы исходных сигналов и получаемого композитного сигнала. Из графиков видно, что исходные сигналы могут быть не синусоидальными, суммированием исходных сигналов добиваемся необходимой формы композитного сигнала.

На фиг. 4 проиллюстрирована спектральная плотность мощности получившегося периодического композитного радиоимпульса длительностью 1 мкс с наименьшей частотой исходных периодических колебаний 100 МГц, эффективная ширина спектра полученного радиоимпульса составляет 1.1 ГГц.

Рассмотрим осуществление способа формирования широкополосного композитного радиосигнала и работу устройства для его осуществления. Все блоки устройства подключаются к сети электропитания, далее вносятся значения начальных временных сдвигов исходных периодических сигналов в блоки установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов 1₁…1_n (в примере n=2, τ₁=0.47 нс - значение начального временного сдвига первого периодического сигнала, τ₂=4.2 нс - значение начального временного сдвига второго периодического сигнала), далее сигналы генерируются со своим значением задержки независимыми генераторами периодических сигналов 2₁…2_n, формирование сигнала заключается в изменении вычислителями, изменяющими форму исходных периодических сигналов 3₁…3_n (в которых параметры степеней γ₁=7, γ₂=200), формы исходных периодических сигналов последующим усилением, усилителями 4₁…4_n получившихся сигналов со своими коэффициентами усиления (U₁=1, U₂=2), суммированием получившихся сигналов сумматором 5 и изменением его формы посредством результирующего вычислителя, изменяющего форму исходного периодического сигнала 6 (для которого параметр степени γ_р=1), и дальнейшим усилением получившегося сигнала результирующим усилителем 7 (у которого коэффициент усиления U_p=1), после усиления получается требуемый композитный сигнал с эффективной шириной энергетического спектра 11f₀=1.1 ГГц, где f₀=1/Т₀=100 МГц, Т₀ - период исходных периодических сигналов, для всех сигналов одинаковый.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ формирования широкополосного композитного радиосигнала и устройство для его осуществления позволяет формировать широкополосные периодические радиосигналы без применения генераторов импульсов, также возможно применение генераторов любых (не только синусоидальных) периодических сигналов, таким образом получаем независимость ширины спектра композитного сигнала от влияния последовательности хаотических импульсов от генераторов хаотических импульсов, которые имеются в прототипе.

1. Способ формирования широкополосного композитного радиосигнала, заключающийся в формировании широкополосного сигнала из нескольких периодических сигналов заданной формы, отличающийся тем, что исходные периодические сигналы генерируют с известным начальным временным сдвигом, затем посредством вычислителей изменяют форму периодических сигналов, возводя исходные сигналы в заданные степени, затем сигналы усиливают в соответствии с их формой, далее из них формируют широкополосный сигнал, суммируя усиленные периодические сигналы, затем изменяют форму широкополосного сигнала, возводя широкополосный сигнал в заданную степень посредством результирующего вычислителя, и далее данный сигнал окончательно усиливают.

2. Устройство формирования широкополосного композитного радиосигнала, содержащее n∈N независимых генераторов периодических сигналов, сумматор, отличающееся тем, что содержит n блоков установки начального временного сдвига исходных периодических сигналов, выходы которых соединены с входами независимых генераторов периодических сигналов соответственно, выходы которых соответственно соединены с входами вычислителей, изменяющих формы исходных периодических сигналов и возводящих их в заданные степени, выходы которых соединены с входами усилителей соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом результирующего вычислителя, изменяющего форму широкополосного сигнала и возводящего его в заданную степень, выход которого соединен с входом результирующего усилителя, а его выход является выходом устройства.

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной и имитационной аппаратуре, предназначенной, в частности, для определения коэффициента шума различных устройств и их калибровки.

Генератор гиперхаотических колебаний // 2591659

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение возможностей видоизменения хаотического аттрактора при работе генератора в гиперхаотическом режиме.

Цифровой синтезатор шумовых сигналов // 2586006

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации и гидролокации, в измерительной технике, в системах связи, а также для формирования тестовых и маскирующих сигналов в аудиометрии.

Генератор хаотических колебаний // 2585970

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Технический результат заключается в обеспечении генерирования хаотического сигнала, содержащего чередующиеся хаотические колебания двух различных типов - нерегулярно повторяющиеся короткие импульсы со случайной амплитудой и фазой и перемежающиеся с ними цуги затухающих высокочастотных осцилляций, имеющие случайную фазу и продолжительность.

Цифроаналоговый генератор шума // 2559719

Изобретение относится к электронным схемам и может быть использовано для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра.

Цифроаналоговый генератор шума // 2549174

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра.

Генератор хаотических колебаний // 2549152

Изобретение относится к области электротехники, радиотехники и может быть использовано в качестве источника хаотических колебаний, при моделировании релейных систем автоматического управления и систем передачи информации, при исследовании помехоустойчивости различных систем.

Генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований // 2549150

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в биомедицинских исследованиях. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения воздействия на параметры живого организма, в том числе на зрительные функции, неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени.

Программно-управляемый генератор шумовых сигналов (пгшс) и устройство защиты информации на его основе // 2541932

Группа изобретений относится к области радиотехники и электроники и может быть использована для радиотехнической маскировки побочных электромагнитных излучений.

Генератор хаотических колебаний // 2540817

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение пределов регулирования параметров хаотического сигнала путем видоизменения конфигурации соответствующего ему хаотического аттрактора.

Устройство для генерирования случайного сигнала с фрактальными свойствами // 2609754

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоизмерительной технике и в радиосистемах различного назначения в качестве опорного генератора случайного сигнала, обладающего фрактальным характером распределения вероятностных свойств. Достигаемый технический результат - генерирование случайного сигнала с регулируемыми фрактальной размерностью и уровнем. Устройство для генерирования случайного сигнала с фрактальными свойствами содержит последовательно соединенные источник электрического сигнала, в качестве которого используется источник фрактального сигнала, предварительный усилитель, главный усилитель, осуществляющий усиление и понижение выходного сопротивления генератора, а также корректирующий фильтр, при этом источник фрактального сигнала состоит из светодиода видимого излучения, к катоду которого подключен регулируемый прецизионный источник постоянного напряжения, а к аноду - нагрузочный резистор. 1 ил.

Генератор свч шумовых колебаний // 2614925

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке аппаратуры миллиметрового диапазона волн различного назначения. Технический результат - повышение средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне волн. Генератор СВЧ шумовых колебаний содержит металлический корпус, в котором выполнены отрезок прямоугольного волновода и цилиндрическая полость, подвижный короткозамыкающий поршень, неподвижную тонкостенную металлическую трубу, подвижную дополнительную металлическую трубу, полупроводниковый диод, теплоотвод, центральный проводник, образующий с тонкостенной трубой коаксиальную линию с контактным диском и заграждающим фильтром, штыри связи с нагрузкой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ формирования маскирующей помехи для защиты речевой информации // 2622631

Изобретение относится к области защиты информации. Техническим результатом изобретения является снижение уровня мощности маскирующей помехи при сохранении уровня эффективности защиты речевой информации от несанкционированного прослушивания. Способ формирования маскирующей помехи для защиты речевой информации заключается в том, что формируют шумовой и маскирующий сигнал с последующим их смешиванием. При этом маскирующий сигнал формируют путем суммирования нормированных спектров мощности, выбранных случайным образом мод речевого сигнала, полученных путем применения преобразования Хуанга-Гильберта к записям речевого сигнала различной длительности и содержания. 4 ил.

Генератор хаотических колебаний // 2625520

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности регулирования параметров хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит резистор, первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, устройство с отрицательным сопротивлением и нелинейный преобразователь импеданса. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Генератор гиперхаотических колебаний // 2625610

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - повышение относительных значений положительных характеристических показателей Ляпунова по сравнению с абсолютным значением отрицательного характеристического показателя Ляпунова, а также повышение точности и стабильности передаточной характеристики нелинейного усилителя напряжения и величины эквивалентного отрицательного сопротивления устройства с отрицательным сопротивлением. Генератор хаотических колебаний содержит первый и второй двухполюсные элементы с индуктивным сопротивлением, первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, резистор, нелинейный усилитель напряжения и устройство с отрицательным сопротивлением. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.