УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к области электросвязи, а также к системам передачи дискретной информации и может быть использована для определения параметров систем синхронизации радиосистем различного профиля с определенным пороговым напряжением, функционирующих в сложной помеховой обстановке, при этом обеспечивая моделирование приема и обработки широкополосного фазоманипулированного (ШП-ФМ) сигнала, сформированного на основе двадцатиразрядной псевдослучайной последовательности, с учетом порога, структуры последовательности и помех, для последующего анализа вероятностных и точностных характеристик моделируемого процесса обработки ШП-ФМ сигнала.
Известно устройство выделения маркера цикловой синхронизации, содержащее регистр сдвига, элементы сравнения с эталонной комбинацией маркера и блоки анализа кода совпадения, при этом вход регистра сдвига является информационным входом устройства выделения маркера цикловой синхронизации, регистр сдвига состоит из совокупности последовательно соединенных групп элементов памяти, в свою очередь, состоящих из К элементов памяти в каждой группе, выходы которых соединены со входами соответствующих элементов сравнения с эталонной комбинацией маркера, выход блока анализа кода совпадения последней ступени является выходом устройства выделения маркера цикловой синхронизации, выходы элементов памяти каждой предыдущей группы элементов памяти соединены с входами элементов памяти следующей группы элементов памяти, причем выходы элементов сравнения с эталонной комбинацией маркера, начиная со второго элемента сравнения и заканчивая предпоследним, связаны с входами блока анализа кода совпадения первой ступени, а выход блока анализа кода совпадения первой ступени соединен со вторыми входами первого и последнего элементов сравнения с эталонной комбинацией маркера, а также связан с входом блока анализа кода совпадения второй ступени, выходы первого и последнего элементов сравнения соединены с входами блока анализа кода совпадения второй ступени (RU №2210869, опубл. 20.08.2003).
Наиболее близким по технической сущности решением является согласованный фильтр, содержащий вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, семь фазовращателей и сумматор, причем пять фазовращателей подключены, соответственно, к восемнадцатому выходу линии задержки, семнадцатому выходу линии задержки, тринадцатому выходу линии задержки, двенадцатому выходу линии задержки, одиннадцатому выходу линии задержки, а выход вспомогательного фильтра параллельно многоотводной линии задержки подключен к сумматору, к которому также подключены все выходы с линии задержки, отличающийся тем, что в него введены дополнительно шесть фазовращателей, причем шестой фазовращатель подключен ко второму выходу линии задержки, седьмой фазовращатель - к пятому выходу линии задержки, восьмой фазовращатель подключен к девятнадцатому выходу линии задержки, девятый фазовращатель - к шестнадцатому выходу линии задержки, десятый фазовращатель - к пятнадцатому выходу линии задержки, одиннадцатый фазовращатель - к четырнадцатому выходу линии задержки, двенадцатый фазовращатель - к седьмому выходу линии задержки, тринадцатый фазовращатель - к шестому выходу линии задержки. (RU №193622, опубл. 07.11.2019).
Недостатком приведенных устройств является то, что с их помощью невозможно провести обработку ШП-ФМ сигналов, сформированных на основе двадцатиразрядных последовательностей различной структуры с последующим проведением оценки вероятностных и точностных характеристик такой обработки по времени.
Задачей полезной модели является обеспечение пороговой обработки, поступающей на ее вход аналоговой смеси аддитивных помех и шумов различного вида с ШП-ФМ сигналом, сформированным на основе двадцатиразрядной двоичной последовательности заданной структуры, с целью обнаружения наличия на ее выходе импульсного сигнала и его положения на оси времени относительно истинного значения для определения вероятностных характеристик и оценки точности процесса обработки ШП-ФМ сигнала устройством.
Сущность полезной модели заключается в том, что в согласованный фильтр, содержащий вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, тринадцать фазовращателей и сумматор, введено дополнительно двадцать реле, причем первое реле подключено к девятнадцатому выходу линии задержки, второе реле - к восемнадцатому выходу линии задержки, третье реле - к семнадцатому выходу линии задержки, четвертое реле - к шестнадцатому выходу линии задержки, пятое реле - к пятнадцатому выходу линии задержки, шестое реле - к четырнадцатому выходу линии задержки, седьмое реле - к тринадцатому выходу линии задержки, восьмое реле - к двенадцатому выходу линии задержки, девятое реле - к одиннадцатому выходу линии задержки, десятое реле - к десятому выходу линии задержки, одиннадцатое реле - к девятому выходу линии задержки, двенадцатое реле - к восьмому выходу линии задержки, тринадцатое реле - к седьмому выходу линии задержки, четырнадцатое реле - к шестому выходу линии задержки, пятнадцатое реле - к пятому выходу линии задержки, шестнадцатое реле - к четвертому выходу линии задержки, семнадцатое реле - к третьему выходу линии задержки, восемнадцатое реле - ко второму выходу линии задержки, девятнадцатое реле - к первому выходу линии задержки, двадцатое реле - к выходу вспомогательного фильтра, а также в него введены семь фазовращателей, причем первый фазовращатель подключен к первому реле, второй фазовращатель - ко второму реле, третий фазовращатель - к третьему реле, четвертый фазовращатель - к четвертому реле, пятый фазовращатель - к пятому реле, шестой фазовращатель - к шестому реле, седьмой фазовращатель - к седьмому реле, восьмой фазовращатель - к восьмому реле, девятый фазовращатель - к девятому реле, десятый фазовращатель - к десятому реле, одиннадцатый фазовращатель - к одиннадцатому реле, двенадцатый фазовращатель - к двенадцатому реле, тринадцатый фазовращатель - к тринадцатому реле, четырнадцатый фазовращатель - к четырнадцатому реле, пятнадцатый фазовращатель - к пятнадцатому реле, шестнадцатый фазовращатель - к шестнадцатому реле, семнадцатый фазовращатель - к семнадцатому реле, восемнадцатый фазовращатель - к восемнадцатому реле, девятнадцатый фазовращатель - к девятнадцатому реле, двадцатый фазовращатель - к двадцатому реле реле, также к каждому реле подключен управляющий вход от регистра, при этом выход сумматора подключен ко входу порогового устройства, к которому также подключен вход подачи порогового напряжения от ЭВМ.
Устройство для обработки ШП-ФМ сигнала представлено на фиг. 1.
На фиг. 2 представлен график автокорреляционной функции (АКФ) для четырех псевдослучайных двоичных последовательностей длиной 20 двоичных символов: 11111111100100111000, 11111111100011100100, 11111111011001110000, 11111111000011100110.
На фиг. 3 представлен график АКФ для четырех других псевдослучайных двоичных последовательностей длиной 20 двоичных символов: 11101010100101101100, 11100110110100101010, 11100101010100100100, 11100100100101010100.
На основе данных восьми последовательностей формируется исходный ШП-ФМ радиосигнал и проводится моделирование его обработки в устройстве для обработки ШП-ФМ сигнала в присутствии шумов и помех.
o
o
На фиг. 4 представлен график реальной корреляционной функции на выходе согласованного фильтра после обработки ШП-ФМ сигнала, сформированного на основе дискретной двадцатиразрядной последовательности. Особенностью рассматриваемых последовательностей является наличие более широкого основного лепестка АКФ, 4τ вместо 2τ как например у М-последовательностей. Также на фиг. 4 показано смещение - δ, фиксируемое устройством смещение реального положения импульса относительно его идеального положения, сгенерированного ЭВМ на оси времени после срабатывания порогового устройства при наличии шумов и помех, моделируемых ЭВМ.
Устройство для обработки широкополосного фазоманипулированного сигнала содержит вспомогательный фильтр 1, вход которого является входом согласованного фильтра, а его выход является входом линии задержки 2, двадцать фазовращателей 3.1…3.20, сумматор 4, двадцать реле 5.1…5.20, регистр 6, пороговое устройство 7, причем фазовращатель 3.1 подключен к реле 5.1, фазовращатель 3.2 - к реле 5.2, фазовращатель 3.3 - к реле 5.3, фазовращатель 3.4 - к реле 5.4, фазовращатель 3.5 - к реле 5.5, фазовращатель 3.6 - к 5.6, фазовращатель 3.7 - к реле 5.7, фазовращатель 3.8 - к реле 5.8, фазовращатель 3.9 - к реле 5.9, фазовращатель 3.10 - к реле 5.10, фазовращатель 3.11 - к реле 5.11, фазовращатель 3.12 - к реле 5.12, фазовращатель 3.13 - к реле 5.13, фазовращатель 3.14 - к реле 5.14, фазовращатель 3.15 - к реле 5.15, фазовращатель 3.16 - к реле 5.16, фазовращатель 3.17 - к реле 5.17, фазовращатель 3.18 - к реле 5.18, фазовращатель 3.19 - к реле 5.19, фазовращатель 3.20 - к реле 5.20, а выход вспомогательного фильтра 1 подключен к реле 5.20, регистр 6 подключен к реле 5.1…5.20, все выходы с фазовращателей 3.1…3.20 и реле 5.1…5.20 подключены к сумматору 4, выход сумматора 4 подключен ко входу порогового устройства 7, к которому также подключен вход подачи порогового напряжения 3 от ЭВМ.
Реле 5.1…5.20 выполнены на основе вертикально расположенных Г-образных ярм с сердечником, описанных в патенте РФ на полезную модель №19214, МПК H01H 51/00, автор Терентьева Е.А., опубл. 10.08.2001.
Регистр 6 выполнен на основе двадцати RS-триггеров, описанных в книге Гальперин М.В. Электротехника и электроника: учебник / М.В. Гальперин. - 2-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2017. - С. 332-337.
Пороговое устройство 7 выполнено по схеме, представленной в книге Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. - 3-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - С. 238-239.
Устройство для обработки ШП-ФМ сигнала работает следующим образом.
п
п
п
п
п max
п
В ЭВМ на основе какой-либо из восьми двадцатиразрядных последовательностей вида: 11111111100100111000, 11111111100011100100, 11111111011001110000, 11111111000011100110, 11101010100101101100, 11100110110100101010, 11100101010100100100, 11100100100101010100 формируется аддитивная смесь широкополосного фазоманипулированного сигнала с аддитивным белым гауссовским шумом и помехами, параметры которых задаются в ЭВМ программным способом. Данные последовательности интересны потому, что на графике АКФ для первых четырех последовательностей, представленном на фиг. 2, и на графике АКФ для последних четырех последовательностей, представленном на фиг. 3. показано, что ширина основного лепестка их АКФ в два раза шире, чем у классических псевдослучайных последовательностей, а величина бокового лепестка АКФ равна нулю со второго по восемнадцатый такт циклического сдвига последовательности при расчете АКФ. Необходимо отметить, что в зависимости от моделируемой ситуации, в регистре 6 устройства может быть записана любая из восьми двоичных 20-ти разрядных последовательностей. Сформированная смесь поступает на вход 1 устройства и соответственно на вход вспомогательного фильтра 1. На выходе вспомогательного фильтра 1 под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс поступает в линию задержки 2 с отводами. С выходов триггеров регистра 6 двадцатиразрядная последовательность непрерывно поступает на управляющие входы реле 5.1…5.20 соответственно, при поступлении сигнала логического 0 на управляющий вход любого из реле 5.1…5.20 его контакты замыкаются таким образом, что соответствующий выход линии задержки коммутируется через фазовращатель 3.1…3.20 соответственно, в случае поступления от триггера регистра 6 логической 1, контакты соответствующего реле замыкаются таким образом, что выход линии задержки коммутируется, минуя соответствующий ему фазовращатель 3.1…3.20. Девятнадцать значений с каждого отвода линии задержки и значение с выхода вспомогательного фильтра 1 поступают на вход сумматора 4. Где происходит их сложение и таким образом на выходе сумматора 4 формируются значения корреляционной функции U(t), которые поступают на пороговое устройство 7, где сравниваются с установленным значением порогового напряжения U. На фиг. 4 представлено графическое представление вычисляемых сумматором 4 значений корреляционной функции на оси времени, показано установленное значение порога U и точность обнаружения импульса - 8, которая обусловлена искажениями обрабатываемого ШП-ФМ радиосигнала помехами и шумами, а также установленным значением U. Значение порогового напряжения U подается от ЭВМ на вход 3 порогового устройства и может устанавливаться в пределах от 0 до U. Если значение корреляционной функции превышает установленное значение порогового напряжения U, то на выходе порогового устройства 7 формируется импульсный сигнал, который потом используется для анализа вероятностных и точностных характеристик процесса обработки ШП-ФМ сигнала.
Таким образом, предлагаемое устройство для обработки широкополосного фазоманипулированного сигнала позволяет реализовать функции, не предусмотренные прототипом, то есть позволяет моделировать обработку ШП-ФМ сигнала, например, при решении задач кадровой синхронизации, сформированного на основе двадцатиразрядной двоичной последовательности, с учетом возможности установки порога его обработки при моделировании условий воздействия различных шумов и помех с дальнейшим определением вероятностных характеристик и оценкой точности процесса обработки ШП-ФМ сигнала устройством при многократном моделировании процесса обработки.