УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ
DEVICE FOR IDENTIFICATION OF RADIO SIGNALS

Изобретение относится к области обработки и распознавания радиосигналов и может быть использовано в радиотехнических устройствах для обнаружения и автоматического распознавания амплитудно-модулированных (AM), амплитудно-манипулированных (АМн), частотно-модулированных (ЧМ), частотно-манипулированных (ЧМн) радиосигналов, а также радиосигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) с квадратичной частотной модуляцией (КЧМ) и многократной фазовой манипуляцией (ФМН).
Известны устройства для распознавания радиосигналов (авт. свид. СССР №№481054, 677128, 997244, 1053293, 1328829, 1363523, 1402615, 1417195, 1536508, 1790031; патенты РФ №№2044407, 2080655 и другие).
Известные устройства обеспечивают распознавание радиосигналов с амплитудной, частотной или одновременно нескольких видов модуляции или манипуляции, но не обеспечивают распознавание радиосигналов с многократной фазовой манипуляцией.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому, является «Устройство для распознавания радиосигналов» (авт. свид. СССР №1328829, G06K 9/00, 1985), которое выбрано в качестве прототипа.
Указанное устройство обеспечивает распознавание AM, АМн, ЧМ, ЧМн, ЛЧМ и КЧМ радиосигналов, но не позволяет распознавать сложные радиосигналы с многократной фазовой манипуляцией (в том числе со сдвигом).
Техническим результатом изобретения является расширение класса распознаваемых радиосигналов за счет распознавания сложных радиосигналов с многократной фазовой манипуляцией.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для распознавания радиосигналов, содержащее последовательно соединенные амплитудный детектор, первый анализатор мгновенного спектра, первый блок сравнения, третий преобразователь аналог-код и первый элемент И, выход которого является первым выходом устройства; последовательно соединенные частотный детектор и первый преобразователь аналог-код; последовательно соединенные блок клиппирования и второй анализатор мгновенного спектра; последовательно соединенные первый дифференцирующий элемент, пятый элемент И, первый накопитель, ключ, четвертый преобразователь аналог-код и седьмой элемент И, выход которого является пятым выходом устройства; последовательно соединенные второй дифференцирующий элемент, шестой элемент И, второй накопитель, пятый преобразователь аналог-код и восьмой элемент И, выход которого является шестым выходом устройства; второй преобразователь аналог-код; блок логической обработки в составе: первого и второго инверторов, первого, второго, третьего и четвертого элементов И; при этом входы частотного и амплитудного детектора объединены и являются входом устройства; ко второму выходу третьего преобразователя аналог-код последовательно подключены первый инвертор и второй элемент И, выход которого является вторым выходом устройства; к третьему выходу третьего преобразователя аналог-код подключен первый вход третьего элемента И, выход которого является третьим выходом устройства; к четвертому выходу третьего преобразователя аналог-код последовательно подключены второй инвертор и четвертый элемент И, выход которого является четвертым выходом устройства; второй выход частотного детектора подключен ко входу первого дифференцирующего элемента; третий выход частотного детектора подключен ко второму входу первого анализатора мгновенного спектра; четвертый выход частотного детектора подключен к первому входу блока клиппирования; второй выход амплитудного детектора подключен ко второму входу пятого элемента И; третий выход амплитудного детектора подключен ко второму входу шестого элемента И; четвертый выход амплитудного детектора подключен ко второму входу блока клиппирования; пятый выход амплитудного детектора подключен ко входу второго преобразователя аналог-код; его первый выход подключен ко второму входу третьего элемента И, а второй выход - ко второму входу четвертого элемента И; первый выход первого преобразователя аналог-код подключен ко второму входу первого элемента И, второй выход - ко второму входу второго элемента И, третий выход - ко второму входу седьмого элемента И, четвертый выход - ко второму входу восьмого элемента И; второй выход первого дифференцирующего элемента соединен со входом второго дифференцирующего элемента; второй выход второго накопителя подключен ко второму входу ключа; дополнительно введены: последовательно соединенные первый умножитель фазы на два, четвертый анализатор мгновенного спектра, второй блок сравнения, шестой преобразователь аналог-код и девятый элемент И, выход которого является седьмым выходом устройства; последовательно соединенные умножитель фазы на четыре, пятый анализатор мгновенного спектра, третий блок сравнения, седьмой преобразователь аналог-код и десятый элемент И, выход которого является восьмым выходом устройства; последовательно соединенные умножитель фазы на восемь, шестой анализатор мгновенного спектра, четвертый блок сравнения, восьмой преобразователь аналог-код и одиннадцатый элемент И, выход которого является девятым выходом устройства; последовательно соединенные фазовращатель на 90 градусов, второй умножитель фазы на два, седьмой анализатор мгновенного спектра, пятый блок сравнения, девятый преобразователь аналог-код и двенадцатый элемент И, выход которого является десятым выходом устройства; и третий анализатор мгновенного спектра; при этом входы первого умножителя фазы на два, третьего анализатора мгновенного спектра, умножителя фазы на четыре, умножителя фазы на восемь и фазовращателя на 90 градусов объединены и соединены со входом устройства; первый выход третьего анализатора мгновенного спектра соединен со вторым входом второго блока сравнения, второй выход - со вторым входом третьего блока сравнения, третий выход - со вторым входом четвертого блока сравнения, а четвертый выход - со вторым входом пятого блока сравнения; пятый выход первого преобразователя аналог-код соединен со вторым входом девятого элемента И, шестой выход - со вторым входом десятого элемента И, седьмой выход - со вторым входом одиннадцатого элемента И, а восьмой выход - со вторым входом двенадцатого элемента И.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.
Устройство содержит: последовательно соединенные амплитудный детектор 3, первый анализатор мгновенного спектра 2, первый блок сравнения 5, третий преобразователь аналог-код 9 и первый элемент И 12, выход которого является первым выходом устройства; последовательно соединенные частотный детектор 1 и первый преобразователь аналог-код 7; последовательно соединенные блок клиппирования 4 и второй анализатор мгновенного спектра 6; последовательно соединенные первый дифференцирующий элемент 17, пятый элемент И 19, первый накопитель 21, ключ 23, четвертый преобразователь аналог-код 24 и седьмой элемент И 26, выход которого является пятым выходом устройства; последовательно соединенные второй дифференцирующий элемент 18, шестой элемент И 20, второй накопитель 22, пятый преобразователь аналог-код 25 и восьмой элемент И 27, выход которого является шестым выходом устройства; второй преобразователь аналог-код 8; блок логической обработки 10 в составе: первого 15 и второго 16 инверторов, первого 12, второго 11, третьего 13 и четвертого 14 элементов И; при этом входы частотного 1 и амплитудного 3 детектора объединены и являются входом устройства; ко второму выходу третьего преобразователя аналог-код 9 последовательно подключены первый инвертор 15 и второй элемент И 11, выход которого является вторым выходом устройства; к третьему выходу третьего преобразователя аналог-код 9 подключен первый вход третьего элемента И 13, выход которого является третьим выходом устройства; к четвертому выходу третьего преобразователя аналог-код 9 последовательно подключены второй инвертор 16 и четвертый элемент И 14, выход которого является четвертым выходом устройства; второй выход частотного детектора 1 подключен ко входу первого дифференцирующего элемента 17; третий выход частотного детектора 1 подключен ко второму входу первого анализатора мгновенного спектра 2; четвертый выход частотного детектора 1 подключен к первому входу блока клиппирования 4; второй выход амплитудного детектора 3 подключен ко второму входу пятого элемента И 19; третий выход амплитудного детектора 3 подключен ко второму входу шестого элемента И 20; четвертый выход амплитудного детектора 3 подключен ко второму входу блока клиппирования 4; пятый выход амплитудного детектора 3 подключен ко входу второго преобразователя аналог-код 8; его первый выход подключен ко второму входу третьего элемента И 13, а второй выход - ко второму входу четвертого элемента И 14; первый выход первого преобразователя аналог-код 7 подключен ко второму входу первого элемента И 12, второй выход - ко второму входу второго элемента И 11, третий выход - ко второму входу седьмого элемента И 26, четвертый выход - ко второму входу восьмого элемента И 27; второй выход первого дифференцирующего элемента 17 соединен со входом второго дифференцирующего элемента 18; второй выход второго накопителя 22 подключен ко второму входу ключа 23; последовательно соединенные первый умножитель фазы на два 30, четвертый анализатор мгновенного спектра 34, второй блок сравнения 38, шестой преобразователь аналог-код 42 и девятый элемент И 46, выход которого является седьмым выходом устройства; последовательно соединенные умножитель фазы на четыре 31, пятый анализатор мгновенного спектра 35, третий блок сравнения 39, седьмой преобразователь аналог-код 43 и десятый элемент И 47, выход которого является восьмым выходом устройства; последовательно соединенные умножитель фазы на восемь 32, шестой анализатор мгновенного спектра 36, четвертый блок сравнения 40, восьмой преобразователь аналог-код 44 и одиннадцатый элемент И 48, выход которого является девятым выходом устройства; последовательно соединенные фазовращатель на 90 градусов 29, второй умножитель фазы на два 33, седьмой анализатор мгновенного спектра 37, пятый блок сравнения 41, девятый преобразователь аналог-код 45 и двенадцатый элемент И 49, выход которого является десятым выходом устройства; и третий анализатор мгновенного спектра 28; при этом входы первого умножителя фазы на два 30, третьего анализатора мгновенного спектра 28, умножителя фазы на четыре 31, умножителя фазы на восемь 32 и фазовращателя на 90 градусов 29 объединены и соединены со входом устройства; первый выход третьего анализатора мгновенного спектра 28 соединен со вторым входом второго блока сравнения 38, второй выход - со вторым входом третьего блока сравнения 39, третий выход - со вторым входом четвертого блока сравнения 40, а четвертый выход - со вторым входом пятого блока сравнения 41; пятый выход первого преобразователя аналог-код 7 соединен со вторым входом девятого элемента И 46, шестой выход - со вторым входом десятого элемента И 47, седьмой выход - со вторым входом одиннадцатого элемента И 48, а восьмой выход - со вторым входом двенадцатого элемента И 49.
Дополнительно введенные фазовращатель на 90 градусов 29, первый 30 и второй 33 умножители фазы на два, умножитель фазы на четыре 31 и умножитель фазы на восемь 32 предназначены для свертки спектра сигнала путем сдвига или умножения его фазы на соответствующее число раз. Назначение остальных вновь введенных элементов аналогично используемым в прототипе.
Устройство работает следующим образом.
Принимаемый радиосигнал, вид модуляции которого необходимо определить, одновременно поступает на входы частотного 1 и амплитудного 3 детекторов. При поступлении на вход устройства, например, ЧМ сигнала на выходе частотного детектора 1 выделяется сигнал, который подается на один из входов анализатора мгновенного спектра, через блок клиппирования 4 - на анализатор мгновенного спектра 6 и через преобразователь аналог-код 7 - на один из входов элементов И 11, 12, 26, 27, 46-49.
Сформированные на выходах обоих анализаторов 2 и 6 мгновенного спектра отклики поступают на соответствующие входы блока сравнения 5, на выходе которого в случае ЧМ радиосигнала появляется сигнал, а в случае ЧМн радиосигнала сигнал отсутствует.
Следовательно, на выходе преобразователя аналог-код 9 в первом случае формируется «1», а во втором - «0». С выхода преобразователя 9 нормированное напряжение подается на один из входов элементов И 11-14, причем на элементы И 11 и 14 - через инверторы 15 и 16 соответственно.
При ЧМ радиосигнале единичное напряжение формируется на выходе элемента И 12, так как на оба его входа поступает сигнал «1».
При ЧМн радиосигнале единичное напряжение формируется на выходе элемента И 11. На выходах элементов И 13 и 14 напряжения в этом случае нет, так как на выходе амплитудного детектора 3 сигнал отсутствует.
Распознавание амплитудно-модулированных радиосигналов с речевым (AM) и телеграфным (АМн) сообщением происходит аналогичным образом. При этом единичное напряжение формируется на выходах элементов И 13 и 14 соответственно.
Если на вход устройства поступает ЛЧМ - радиосигнал (фиг.2, а)
,
c
с
с
и
д
1
17
где V - амплитуда, ω - несущая частота, φ - начальная фаза, τ - длительность импульсного радиосигнала,  - скорость изменения частоты внутри импульса; Δω - девиация частоты, то он поступает на входы частотного 1 и амплитудного 3 детекторов. С выхода частотного детектора 1 видеосигнал U (фиг.2, в), форма которого соответствует закону изменения частоты (фиг.2, б), поступает на вход дифференцирующего элемента 17, выходной сигнал U которого (фиг.2, д) подается на вход дифференцирующего элемента 18 и на первый вход элемента И 19.
3
Амплитудный детектор 3 выделяет огибающую U (фиг.2, г) радиосигнала, которая поступает на вторые входы элементов И 19 и 20.
3
17
19
пор1
1
Так как напряжения U (фиг.2, г) и U (фиг.2, д), поступающие на входы элемента И 19, занимают на временной оси один и тот же интервал, то его выходное напряжение U (фиг.2, е) интегрируется в накопителе 21 с целью уменьшения числа ложных срабатываний за счет воздействия шумов. Накопитель 21 при превышении порогового уровня U (фиг.2, ж) срабатывает в момент времени t и его выходное напряжение через открытый ключ 23 поступает на вход преобразователя аналог-код 24. Ключ 23 в исходном состоянии всегда открыт.На выходе преобразователя аналог-код 24 формируется единичное напряжение, которое поступает на первый вход элемента И 26, на второй вход которого подается единичное напряжение с выхода преобразователя аналог-код 7. Элемент И 26 срабатывает, и на его выходе появляется единичное напряжение, соответствующее наличию сигнала с ЛЧМ.
17
18
3
20
пop2
Напряжение U (фиг.2, д) с выхода дифференцирующего элемента 17 одновременно поступает на вход дифференцирующего элемента 18, выходное напряжение U (фиг.2, з) которого поступает на первый вход элемента И 20, на второй вход которого подается напряжение U (фиг.2, г) с выхода амплитудного детектора 3. Выходное напряжение И (фиг.2, и) элемента 20 интегрируется с помощью накопителя 22, но не превышает порогового уровня U (фиг.2, к). Поэтому на выходе накопителя 22 напряжение отсутствует.
Следовательно, при ЛЧМ радиосигнале единичное напряжение формируется лишь на выходе элемента И 26, так как на оба его входа поступает сигнал «1».
Если на вход устройства поступает КЧМ радиосигнал (фиг.3, а)
1
17
3
19
20
пop2
пop1
1
2
то видеосигнал U (фиг.3, в) с выхода частотного детектора 1 также поступает на вход дифференцирующего элемента 17, выходной сигнал U(фиг.3, д) которого подается на вход дифференцирующего элемента 18 и на первый вход элемента И 19. Амплитудный детектор 3 выделяет огибающую U (фиг.3, г) радиосигнала, которая поступает на вторые входы элементов И 19 и 20, которые срабатывают, и их выходные напряжения U (фиг.3, е) и U (фиг.3, и) интегрируется в накопителях 21 и 22 соответственно. Так как пороговые уровни выбираются как , то пороговый уровень U в накопителе 22 достигается раньше, чем пороговый уровень U в накопителе 21 (t<t). Поэтому выходное напряжение накопителя 22 закрывает ключ 23 и поступает через преобразователь аналог-код 25 на первый вход элемента И 27, на второй вход которого подается единичное напряжение с выхода преобразователя аналог-код 7.
Следовательно, при КЧМ радиосигнале единичное напряжение формируется лишь на выходе элемента И 27, так как на оба его входа поступает сигнал «1».
Если на вход устройства поступает радиосигнал с однократной ФМн
,
k
где φ(t)=0, π, то на выходе умножителей фазы на два 30, на четыре 31 и на восемь 32 образуются следующие гармонические колебания:
,
,
.
k
k
k
Так как 2φ(t)=0, 2π; 4φ(t)=0, 4π; 8φ(t)=0, 8π, то в указанных колебаниях манипуляция фазы отсутствует.
2
4
8
c
Ширина спектра второй Δf, четвертой Δf и восьмой Δf гармоник радиосигнала определяется его длительностью T
,
c
тогда как ширина спектра Δf входного радиосигнала определяется длительностью
э
τ его элементарных посылок .
Следовательно, ширина спектра входного радиосигнала сжимается в N раз:
,
c
c
э
э
где N - количество элементарных посылок, из которых составлен радиосигнал длительностью T (Т=Nτ), τ - длительность элементарных посылок.
1
2
3
2
4
8
c
2
3
Напряжения U, U, U, пропорциональные Δf, Δf, Δf соответственно, с выходов анализаторов 34, 35 и 36 поступают на первые входы блоков сравнения 38, 39 и 40, на вторые входы которых подается напряжение U, пропорциональное Δf, с выхода анализатора спектра 28. Так как U>>U, U>>U, U>>U, то на выходе блоков сравнения 38, 39 и 40 формируются положительные напряжения, которые через соответствующие преобразователи 42, 43 и 44 поступают на первые входы элементов И 46-48, на вторые входы которых поступает сигнал с выхода преобразователя аналог-код 7.
k
Следовательно, при однократной ФМн [ОФМн, φ(t)=0, π] единичное напряжение образуется на выходе элементов И 46-48 (111). Параллельный код 1110 на выходах элементов 46-49 является признаком наличия радиосигнала с однократной фазовой манипуляцией.
k
k
На выходе фазовращателя на 90° 29 в этом случае образуется ФМн радиосигнал [φ(t)=0, 3/2π], который поступает на вход умножителя фазы на два 33. На выходе последнего образуется ФМн радиосигнал [φ(t)=0, 3π]. В этом случае на входы блока сравнения 41 поступают приблизительно одинаковые напряжения. На выходе блока сравнения 41 в этом случае напряжение отсутствует.
k
k
2
3
Если на вход устройства поступает радиосигнал с двукратной фазовой манипуляцией [ДФМн, φ(t)=0, π/2, 3/2π], то на выходе умножителя фазы на два 30 образуется ФМн радиосигнал [2φ(t)=0, π, 2π, 3π], а на выходе умножителей на четыре и восемь 31 и 32 образуются гармонические колебания U(t) и U(t) соответственно, т.е. в указанных каналах осуществляется сжатие спектра принимаемого ДФМн радиосигнала. При этом единичные напряжения формируются на выходах элементов 47 и 48, а параллельный код 0110 является признаком наличия ДФМн радиосигнала.
k
k
На выходе фазовращателя на 90° 29 в этом случае образуется ФМн радиосигнал [φ(t)=0, π, 3/2π, 2π], а на выходе умножителя на два 33 ФМн - радиосигнал [φ(t)=0, 2π, 3π, 4π], т.е. сжатия спектра принимаемого радиосигнала с двукратной фазовой манипуляцией не происходит.
k
Если на вход устройства поступает ТФМн радиосигнал [φ(t)=0, π/4, π/2, π, 3/4π, 5/4π, 7/4π], то сжатие его спектра осуществляется только на выходе умножителя фазы на восемь 32. При этом единичное напряжение появляется только на выходе элемента И 48. Параллельный код 0010 на выходах элементов И 46-49 является признаком наличия ТФМн радиосигнала.
k
k
2
3
k
Если на вход устройства поступает радиосигнал с двукратной фазовой манипуляцией со сдвигом [ДФМнС, φ(t)=0, π/2], то на выходе умножителя фазы на два 30 образуется ФМн радиосигнал [φ(t)=0, π], а на выходе умножителей на четыре и восемь 31 и 32 образуются гармонические колебания U(t) и U(t) соответственно, т.е. в указанных каналах осуществляется сжатие спектра принимаемого радиосигнала. На выходе фазовращателя на 90° 29 в этом случае образуется ФМн радиосигнал [φ(t)=0, π], спектр которого сжимается в умножителе фазы на два 33. При этом единичное напряжение образуется на выходе элемента И 49. Следовательно, при приеме радиосигнала ДФМнС на выходах элементов И 47-49 формируется параллельный код 0111, что является признаком его наличия.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет распознавать не только AM, АМн, ЧМ, ЛЧМ и КЧМ радиосигналы, но также сложные радиосигналы с многократной фазовой манипуляцией (в том числе и со сдвигом), что существенно расширяет область его применения по сравнению с известными устройствами для распознавания радиосигналов.