Процессор для выделения и запоминания частот радиосигналов

Процессор для выделения и запоминания частот радиосигналов

Приведено описание и результаты предварительного моделирования адаптивного процессора одновременного выделения нескольких сигналов в частотной области за счет формирования на их рабочих частотах амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Принцип работы устройства основан на использовании многоотводной линии задержки, сигналы с которых через регулируемые усилители суммируются и суммарный сигнал вычитается из текущей реализации входного широкополосного сигнала. Сглаженный сигнал ошибки используется для регулировки коэффициентов передачи регулируемых усилителей. Для повышения разрешающей способности по частоте, регенерируемый сигнал вновь подается на вход линии задержки и суммируется синфазно с входным сигналом. Рассматриваемые в сообщении устройства актуальны для радиоразведки и радиопротиводействия, поиска закладок, для слежения за частотой сигнала и подавления помех.

Колотушкин Р.И.,

доцент кафедры СРС, МТУСИ

Карачевский А.Б.,

ведущий инженер НИИ "ЭТАЛОН", аспирант МТУСИ

Для пояснения принципа работы рассматриваемого в сообщении процессора удобнее обратиться к упрощенной схеме для выделения и слежения одного сигнала [1,2], приведенной на рис. 1.

В состав устройства входят вычитающее устройство (ВУ) коррелятор-усреднитель с комплексным коэффициентом передачи и аттенюатор Ат с коэффициентом ослабления у,. Эти элементы образуют автокомпенсатор (АК), обеспечивающий подстройку амплитуды и фазы поступающего параллельно на коррелятор и перемножитель компенсирующего сигнала по отношению к входному на ВУ сигналу. Подстройка осуществляется за счет отрицательной обратной связи с выхода ВУ на вход коррелятора. В результате работы автокомпенсатора сигнал с выхода ВУ ослабляется, а синфазный с входным сигналом на выходе сумматора увеличивает свой уровень. Часть схемы в составе устройства - это сумматор, линия задержки и перемножитель, образуют так называемый рециркулятор радиосигналов. Количество циркуляций в нем, следуя логике работы АК, который выравнивает амплитуду ослабленного аттенюатором компенсирующего сигнала по отношении к входному, будет тем больше, чем меньше начальный уровень этого сигнала на входе сумматора. За счет циркуляций сигнала в рецир-куляторе на частоте сигнала формируется АЧХ и она будет тем уже, чем больше количество циркуляций и величина задержки. При изменении частоты сигнала

устройство будет её отслеживать. Таким образом, устройство обеспечивает выделение и слежение одного сигнала. Схема в свое время была предложена для приема ЧМ сигнала с когерентной обратной связью на частоте сигнала. При использовании линии задержки с отводами и соответствующего количества корреляторов (не обязательно квадратурных) и перемножителей, удается обеспечить устойчивость выделения большего количества сигналов в широкой полосе частот. На разработанной модели процессора осуществлялось выделение до 4-5 сигналов в полосе частот с перекрытием до 3. Схема такого процессора приведена на рис. 2.

В состав устройства входят: 1, 3 — соответственно вычитающее устройство и сумматор, 2 — аттенюатор, 4—линия задержки с отводами, 5 — перемножители и 6 — корреляторы.

Сигнал с исследуемого диапазона частот поступает на вход вычитающего устройства 1 и через аттенюатор 2 синфазно на вход сумматора 3. С выхода через отводы линии задержки сигнал поступает на один из входов ряда корреляторов 6. На вторые входы корреляторов подается параллельно сигнал разности между входным сигналом и сигналом, равный сумме произведений выходных напряжений корреляторов и сигналов с отводов линий задержки. Этот же сигнал подается на второй вход сумматора 3, где производится его когерентное суммирование с частью энергии входного сигнала. Таким образом сумматор охватывается положительной обратной связью, уровень которой регулируется выходным напряжением ВУ

Рис. 2. Многоканальный процессор выделения сигналов

Принцип работы процессора аналогичен одноконтурному следящему рециркулятору, рассмотренному выше.

Обратимся к имеющимся результатам предварительного моделирования. На рисунках 3, 4 и 5 показаны зафиксированные на модели возможности многоканального процессора при разных количествах различающихся частотами сигналах и различных параметрах аппаратуры. На рисунке 3 зафиксированы АЧХ на частотах 5 принимаемых гармонических сигналах с одинаковыми амплитудами и фазами юЫ, где N дискретное время. Значение набегов фаз сигналов через линию задержки соответственно 0.35,

0.45, 0.6, 0.8 и 0.9. т.е. коэффициент перекрытия по диапазону частот составляет около 3 раз. Устойчивость работы процессора в отсутствии шума обеспечивалась в диапазоне регулировки коэффициента передачи аттенюатора от 1 до 0.02, а при введении равной величине дополнительной безотводной задержки до 0.01, что увеличивало количество эффективных по накоплению циркуляций от 2-3 до 20 раз. Более качественное по устойчивости и накоплению энергии сигналов наблюдалось при уменьшении количества выделяемых сигналов до 4-х и 3-х и в более узком диапазоне частот.

На рисунке 4 приведена в соответствующем масштабе частотная характеристика формируемой АЧХ на частоте первого из 5 указанных на рис. 3 сигналов при использовании 49-ти отводной линии задержки с набегом фазы между отводами для первого сигнала порядка 0.3 радиан и более узкая вторая АЧХ при добавлении безотводной ЛЗ, равной по задержке многоотводной. Увеличение задержки приводит к сужению полос АЧХ, в данном

Рис. 3. АЧХ процессора при воздействии 5-ти сигналов и у = 0.1

5 10 15 20 25 30 35 <0

АЧХ ДЛЯ ПЕРВОГО ИЗ 5-та СИГНАЛОВ. ШАГ 0.000125 РАДИАН

Рис. 4. Частотные характеристики формируемые на рабочей частоте первого из пяти сигналов в при одинарной и удвоенной задержки

случае, вдвое. Полоса пропускания на уровне 0,7 получилась менее 0,.02%. Такой же эффект наблюдается и при снижении коэффициента ослабления аттенюатора 2.

На рисунке 5 приведены АЧХ процессора при наличии шума вида.

В качестве модели шума использовался белый шум, формируемый в соответствии с формулой:

у = В * -21п

где х1 и х2 — псевдослучайные равномерно распределенные на интервале [0,1] величины, В — дисперсия, равная 2 при амплитудах сигналов, равных 1.

Как видно из рисунка, шум может привести и к неравномерности формируемых АЧХ и к появлению ложных отметок. Шумовой фон уменьшается при уменьшении у. Исходное суммарное ОСШ -3дб., т.е. использование процессора позволяет улучшить ОСШ.

Таким образом благодаря использованию большого количества корреляторов удается сформировать широкополосный сигнал обратной связи, инверсный по отношению к входному и синфазный к сигналу, поступающему на вход сумматора, на выходе которого и происходит накопление присутствующих во входной смеси когерентных сигналов. Вокруг них формируется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Суть запоминания частоты сводится к запоминанию этих АЧХ при фиксации регулирующих напряжений корреляторов на отводах. Поскольку формирование АЧХ на всех частотах, где имеется сигналы, происходит параллельно, то времени их поиска будет меньше по сравнению с поиском сканирующим анализатором спектра. Процессор является практически идеальным передатчиком помех при фиксации управляющих напряжений корреляторов и подачи на вход широкополосной помехи, которая уже в виде прицельной будет подавлять информационные каналы конкурирующей стороны. При объектовой защите, организации подавления информационных каналов в системе тактического звена сухопутных войск и проведении контр террористических операций основными требованиями к станциям помех является их производительность, которая определяется многосигнальностью и длительностью постановки помех в широком диапазоне частот. Для эффективного радиопротиводействия процессу передачи информации в РЭС комплекс РЭБ должен, как минимум, решить три следующие задачи:

1. Осуществить обнаружение факта передачи информации в радиолинии без предварительного знания информации о структуре сигналов, времени их прихода и т.д

2. Определить структуру, основные параметры сигналов,

35

РЛс 5. АЧХ процессора при тех же условиях, что и на рис. 5, и шуме с дисперсией В = 2

используемых для передачи информации, местонахождение передатчика и принадлежность его к стороне конфликта, а также тому или иному тактическому звену управления.

3. На основании полученной информации с минимальной задержкой по времени синтезировать помеху и излучить её в направлении приемной стороны радиолинии [4].

Решение 1 и 2 из этого комплекса задача рассматриваемый процессор может обеспечить, в том числе для подавления каналов с ППРЧ (программной перестройкой рабочей частоты). Отметим так же свойство процессора выбеливать анализируемый диапазон частот от помех, что может быть использовано при поиске радио закладок, работающих под прикрытием сигналов радио и телевещания.

PROCESSOR FOR DEFINITION AND REMEMBER SIGNAL FREQUENCY KOLOTUSHKIN R.I., KARACHEVSKY A.B.

Abstract: This article shows the description and simulation results of the adaptive processor which simultaneous selection of several signals in the frequency domain by forming AFC at their frequencies. The principle of operation of the device based on a use of a multichannel delay line. Signals are regulated through the regulated amplifiers are summed and the sum is subtracted from the current implementation of the broadband signal. The smoothed signal of error is used to regulate of coefficients of the transmission of regulated amplifiers. To improve the frequency resolution, regenerated signal is again fed to the input of the delay line and added in phase with the input signal. Considered in the report devices relevant to the radio intelligence and jamming, searching radio bugs, to monitor frequency of the signal and noise reduction.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колотушкин РИ. Рециркулятор радиосигналов. — А.с. № 109075, 1977.

2. Колотушкин Р.И. Адаптивные системы поиска сигналов в пассивной локации // Вопросы кораблестроения. — Серия РЛТ. — Вып. 25. — 1980. — С.137-140.

3. Карачевский А.Б. Исследование и разработка мобильного комплекса РЭБ линиям радиосвязи с ППРЧ, магистрская диссерта-ция. — МТуСИ. — 2009.