Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала
DISCRIMINATOR FOR DELAY SYNCHRONIZATION OF A B-FREQUENCY DISCRETELY CODED SIGNAL

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов, и может найти применение в информационных радиоканалах систем управления беспилотными летательными аппаратами, в частности в активных и полуактивных радиолокационных головках самонаведения крылатых и зенитных ракет, в устройствах синхронизации радиолиний телеуправления ракетами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту, является дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала (см. Патент №2223607 МПК H04L 7/02), выбранный в качестве прототипа.
Известный дискриминатор содержит последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, второй фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также последовательно соединенные третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорного сигнала, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя.
Важным положительным свойством известного дискриминатора по Патенту №2223607 является то, что его дискриминационная характеристика не имеет аномальных точек равновесия в области захвата. Это позволило устранить энергетические потери неточности синхронизации и ошибки измерения задержки, и обеспечить высокую точность и помехозащищенность.
Однако, как следует из описания, устройство-прототип рассчитано на работу в условиях, когда принимаемые полезные сигналы не подвержены амплитудным замираниям и амплитуда полезного сигнала постоянна (μ=const). В связи с изрезанностью реальных диаграмм направленности приемо-передающих антенн, большими скоростями движения объектов, различиями в расстояниях между взаимодействующими объектами возникают амплитудные замирания принимаемых сигналов [см. Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977], то есть в реальных условиях μ=var.
Для учета и компенсации этого явления следует использовать релеевскую модель амплитудных флуктуаций [Ярлыков М.С., Черняков М.В. Оптимизация асинхронных адресных систем радиосвязи. - М.: Связь, 1979]
μ
где n(t) - гауссовский процесс с характеристиками
μ
μ
1
μ
2
μ
1
2
μ
<n(t)>=0, <n(t)n(t)>=N(t-t), N=const,
μ
a N и γ определяются глубиной и скоростью замираний.
При наличии амплитудных замираний показатели качества функционирования известного устройства значительно ухудшаются, так как уменьшение амплитуды принимаемого полезного сигнала приводит к тому же эффекту, что и уменьшение коэффициента усиления в информационном канале слежения за задержкой, то есть происходит подавление слабого сигнала. В таких условиях дискриминационная характеристика известного дискриминатора существенно изменяется (уменьшается зона захвата и крутизна характеристики, ухудшается ее линейность) и как следствие ухудшается точность и помехозащищенность.
Отмеченное обстоятельство является существенным недостатком прототипа.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении помехозащищенности и точности дискриминатора.
Поставленная задача решается за счет того, что в дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий так же, как и прототип, смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, последовательно соединенные первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, второй фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также последовательно соединенные третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорного сигнала, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, в отличие от прототипа, в него введены последовательно соединенные второй фазовращатель, второй смеситель, первый усилитель, второй сумматор, третий фильтр и седьмой перемножитель, последовательно соединенные датчик опорного напряжения, третий сумматор и восьмой перемножитель, а также второй усилитель, при этом выход смесителя подключен ко входу первого фильтра через седьмой перемножитель, первый вход которого соединен со вторым входом второго сумматора через второй усилитель и непосредственно - со вторым входом восьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом третьго сумматора, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора и с третьим входом второго сумматора, ко входу второго фазовращателя подключен выход генератора опорного сигнала, второй вход второго смесителя соединен с первым входом первого смесителя, а выход третьего фильтра является дополнительным выходом устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, где представлена структурная схема предлагаемого дискриминатора.
Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий смеситель 1, первый вход которого является входом дискриминатора, последовательно соединенные первый фильтр 2, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент 3, перестраиваемый генератор несущей частоты 4, фазовращатель 5 на 90°, первый 6 и второй 7 перемножители, первый сумматор 8, второй фильтр 9, второй управляющий элемент 10 и генератор опорного сигнала 11, выход которого подключен ко вторым входам смесителя 1 и первого перемножителя 6, а также последовательно соединенные третий перемножитель 12 и четвертый перемножитель 13, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 8, при этом первый вход третьего перемножителя 12 соединен с выходом генератора опорного сигнала 11, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый 14 и шестой 15 перемножители, выход пятого перемножителя 14 подключен ко второму входу второго перемножителя 7, а выход шестого перемножителя 15 подключен ко второму входу четвертого перемножителя 13, вторые входы третьего 12 и пятого 14 перемножителей подключены ко входу фазовращателя 5 на 90°, первый вход первого перемножителя 6 соединен со вторым входом шестого перемножителя 15. В отличие от прототипа в предлагаемый дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала введены последовательно соединенные второй фазовращатель 16, второй смеситель 17, первый усилитель 18, второй сумматор 19, третий фильтр 20 и седьмой перемножитель 21, последовательно соединенные датчик опорного напряжения 22, третий сумматор 23 и восьмой перемножитель 24, а также второй усилитель 25, при этом выход смесителя 1 подключен ко входу первого фильтра 2 через седьмой перемножитель 21, первый вход которого соединен со вторым входом второго сумматора 19 через второй усилитель 17 и непосредственно - со вторым входом восьмого перемножителя 24, выход которого соединен с вторым входом третьго сумматора 23, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора 23 и с третьим входом второго сумматора 19, ко входу второго фазовращателя 16 подключен выход генератора опорного сигнала 11, второй вход второго смесителя 17 соединен с первым входом первого смесителя 1, а выход третьего фильтра является дополнительным выходом устройства.
Устройство работает следующим образом.
Принимаемое колебание, представляющее собой аддитивную смесь дискретно-кодированного В-частотного сигнала вида
где μ - амплитудный множитель;
k
k
f и ϕ - соответственно частотный и фазовый код (k=1…В);
τ - неизвестная флуктуирующая задержка,
и помехи (например, белого гауссова шума), поступает на второй вход смесителя 1, на первый вход которого с генератора 11 подается опорный сигнал вида
где μ' - амплитудный множитель опорного сигнала;
- оцененное значение задержки т принимаемого сигнала.
При отсутствии замираний на первый вход перемножителя 21 подается постоянный уровень.
В фильтре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через управляющий элемент 3 (как и в прототипе) осуществляет необходимую перестройку генератора 4 по задержке.
Напряжение на выходе генератора 4 можно представить в виде
На выходе фазовращателя 5 напряжение имеет вид
оп
На выходах перемножителей 12 и 14, 6 и 15 выделяются напряжения, представляющие собой соответственно косинусные и синусные  квадратуры колебаний ψ(t) и y(t):
На выходах перемножителей 13 и 7 напряжения имеют вид соответственно
При этом на выходе сумматора 8 получается напряжение
8
Напряжение u поступает на вход фильтра 9. Как и в прототипе фильтр 9 выполнен в виде интегрирующего усилителя и напряжение на его выходе имеет вид
оп
т.е. прямо пропорционально производной от огибающей функции автокорреляции ψ(t).
9
Напряжением u через управляющий элемент 10 осуществляется следящая перестройка генератора 11.
Слежение за амплитудой принимаемого сигнала осуществляется с помощью блоков 16…25.
оп
μ
Принимаемое колебание поступает на второй вход смесителя 17 на первый вход которого через фазовращатель 16 на 90° подается опорное колебание ψ(t). С выхода смесителя 17 сформированное колебание через усилитель 18 подается на вход сумматора 19. На второй вход этого сумматора через усилитель 25 с коэффициентом усиления γ поступает оцененное значение амплитуды принимаемого сигнала , а на третий вход сумматора - напряжение вида , которое формируется с помощью блоков 22…24. В блоке 22 вырабатывается опорное напряжение соответствующее заданному значению N. Его величина определяется прогнозируемой глубиной, а величина γ - прогнозируемой скоростью замираний и устанавливается, например, при проектировании аппаратуры. В интегрирующем фильтре 20 вырабатывается оцененное значение амплитуды принимаемого сигнала, которое подается на первый вход перемножителя 21. За счет перемножения в блоке 21 напряжений поступающих с выхода смесителя 1 и с выхода фильтра 20 на вход фильтра 2 поступает сигнал, изменение амплитуды которого, возникающего из-за замираний, скомпенсировано.
Выход третьего фильтра (точка Д) является дополнительным выходом дискриминатора, на котором выделяется оцененное значение амплитуды принимаемого сигнала, и может быть использован при построении приемных устройств на базе следящих корреляторов с перекрестными обратными связями.
Введение новых элементов - усилителей, смесителя, перемножителей, сумматоров, фильтра и датчика опорного напряжения, а также новых связей, выгодно отличает заявляемое устройство от указанного прототипа, так как обеспечивает повышение точности и помехозащищенности в условиях амплитудных замираний принимаемых полезных сигналов.
Ожидаемое повышение точности, как показали расчеты, выполненные на основании [Ярлыков М.С., Черняков М.В. Оптимизация асинхронных адресных систем радиосвязи. - М: Связь, 1979], может достигать 28…37% в зависимости от соотношения сигнал/шум на входе устройства.
Все вновь вводимые элементы широко используются в устройствах радиолокации и связи, описаны в литературе и их практическая реализация не вызывает трудностей.