Устройство синхронизации шумоподобного сигнала с автоматической регулировкой усиления

Область техники
Полезная модель относится к технике радиосвязи и может быть использована в широкополосных системах радионавигации, радиолокации, системах передачи информации, в том числе и в охранно-пожарных радиосистемах.
Уровень техники
Известно устройство синхронизации шумоподобного сигнала (Патент РФ №2294600 «УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА», опубл. 27.02.2007), состоящее из первого спин-детектора, второго спин-детектора, вычитающего устройства, накопителя, решающего устройства, генератора копий сигнала с прямым и инверсным выходами, устройства управления.
Одним из недостатков данного устройства является зависимость работы спин-детекторов от вида и параметров входных сигналов. Так, работа спин-детекторов различается при корреляционной обработке сложных и простых сигналов (С.А. Баруздин, Я.С. Камерцева. Динамический диапазон спинового процессора // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2012. - №10. - с. 3-9). Кроме того, известен субоптимальный приемник, в котором согласованную фильтрацию сигналов с расширенным спектром выполняет блок спиновых процессоров (С.А. Баруздин. Субоптимальный приемник для системы передачи информации сигналами с расширенным спектром // Известия высших учебных заведений России «Радиоэлектроника». 2006. - №4. - с. 48-52). Данный приемник сохраняет работоспособность при превышении уровня сигнала по сравнению с пороговой чувствительностью устройства на 3 дБ.
Однако, в реальных радиолиниях динамический диапазон изменения входных сигналов весьма велик и может достигать 60-100 дБ. Таким образом, большое значение изменения динамического диапазона сигнала может привести к искажению передаваемой информации и снижению чувствительности приемных устройств (Радиоприемные устройства. Под общей редакцией чл.-корр. Академии наук СССР, докт. тех. наук. проф. В.И. Сифорова. Учебник для вузов, М., «Сов. радио», 1974., с. 374). Для устранения данного недостатка предназначены устройства автоматической регулировки усиления (АРУ), которые поддерживают приблизительно постоянным выходное напряжение усилительного тракта при изменении входного сигнала. В качестве АРУ может быть использовано устройство АРУ с обратной связью (с задержкой), состоящее из усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, детектора, сумматора, усилителя постоянного тока, фильтра низких частот (Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». - М.: Высш. шк., 1990, с. 19-20).
Раскрытие полезной модели
вых
вх
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства синхронизации шумоподобного сигнала, обеспечивающего стабилизацию уровня выходного напряжения U(t) сигнала при значительных изменениях уровня входного напряжения U(t) сигнала за счет использования АРУ с обратной связью (с задержкой).
вых
вх
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к стабилизации уровня выходного напряжения U(t) сигнала при значительных изменениях уровня входного напряжения U(t) сигнала за счет использования АРУ с обратной связью (с задержкой).
Технический результат достигается с помощью устройства синхронизации шумоподобного сигнала с автоматической регулировкой усиления, состоящего из усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ) 1, устройства управления 2, детектора 3, сумматора 4, усилителя постоянного тока (УПТ) 5, фильтра низких частот (ФНЧ) 6, первого спин-детектора 7, второго спин-детектора 8, вычитающего устройства 9, накопителя 10, решающего устройства 11, генератора копий сигнала с прямым и инверсным выходами 12, блока формирования напряжения задержки 13,
причем первым входом УРКУ 1 является сигнальный вход устройства,
выход УРКУ 1 подключен одновременно к входу детектора 3 и к третьим входам первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8,
первый выход устройства управления 2 подключен к входу генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, второй выход устройства управления 2 подключен одновременно ко вторым входам первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8, к первому входу, являющемуся входом сброса, накопителя 10, к первому входу решающего устройства 11,
выход детектора 3 подключен к первому входу сумматора 4,
выход сумматора 4 подключен к входу УПТ 5,
выход УПТ 5 подключен к входу ФНЧ 6,
выход ФНЧ 6 подключен ко второму входу УРКУ 1,
выход первого спин-детектора 7 подключен к первому входу вычитающего устройства 9,
выход второго спин-детектора 8 подключен ко второму входу вычитающего устройства 9,
выход вычитающего устройства 9 подключен ко второму входу накопителя 10,
выход накопителя 10 подключен ко второму входу решающего устройства 11,
выход решающего устройства 11 является сигнальным выходом устройства,
первый выход генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, являющийся прямым выходом, подключен к первому входу первого спин-детектора 7, второй выход генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, являющийся инверсным выходом, подключен к первому входу второго спин-детектора 8,
выход блока формирования напряжения задержки 13 подключен ко второму входу сумматора 4.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства синхронизации шумоподобного сигнала с автоматической регулировкой усиления, на фиг. 2 регулировочная (амплитудная) характеристика устройства с АРУ и устройства без АРУ.
Осуществление полезной модели
Устройство синхронизации шумоподобного сигнала с автоматической регулировкой усиления состоит из усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ) 1, устройства управления 2, детектора 3, сумматора 4, усилителя постоянного тока (УПТ) 5, фильтра низких частот (ФНЧ) 6, первого спин-детектора 7, второго спин-детектора 8, вычитающего устройства 9, накопителя 10, решающего устройства 11, генератора копий сигнала с прямым и инверсным выходами 12, блока формирования напряжения задержки 13,
причем первым входом УРКУ 1 является сигнальный вход устройства,
выход УРКУ 1 подключен одновременно к входу детектора 3 и к третьим входам первою спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8,
первый выход устройства управления 2 подключен к входу генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, второй выход устройства управления 2 подключен одновременно ко вторым входам первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8, к первому входу, являющемуся входом сброса, накопителя 10, к первому входу решающего устройства 11,
выход детектора 3 подключен к первому входу сумматора 4,
выход сумматора 4 подключен к входу УПТ 5,
выход УПТ 5 подключен к входу ФНЧ 6,
выход ФНЧ 6 подключен ко второму входу УРКУ 1,
выход первого спин-детектора 7 подключен к первому входу вычитающего устройства 9,
выход второго спин-детектора 8 подключен ко второму входу вычитающего устройства 9,
выход вычитающего устройства 9 подключен ко второму входу накопителя 10,
выход накопителя 10 подключен ко второму входу решающего устройства 11,
выход решающего устройства 11 является сигнальным выходом устройства,
первый выход генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, являющийся прямым выходом, подключен к первому входу первого спин-детектора 7, второй выход генератора копий сигналов с прямым и инверсным выходами 12, являющийся инверсным выходом, подключен к первому входу второго спин-детектора 8,
выход блока формирования напряжения задержки 13 подключен ко второму входу сумматора 4.
Устройство синхронизации шумоподобного сигнала с автоматической регулировкой усиления работает следующим образом.
вх
вых
д
з
с
у
вых
вых
у
з
з
Пусть на сигнальный вход устройства поступает 3-лучевой шумоподобный сигнал, причем для передачи единицы используется прямая псевдослучайная последовательность (ПСП), а для передачи нуля - инверсная ПСП. Входное напряжение U(t) сигнала поступает на первый вход УРКУ 1. Выходное напряжение U(t) сигнала с УРКУ 1 поступает на вход детектора 3, затем продетектированный сигнал U в сумматоре 4 суммируется с напряжением задержки U, приходящим от блока формирования напряжения задержки 13. Суммарное напряжение Uусиливается в УПT 5 и подается на ФНЧ 6, который формирует управляющее напряжение U, изменяющее коэффициент усиления УРКУ 1 на его втором входе. Эффект стабилизации уровня выходного напряжения U(t) сигнала достигается за счет того, что с ростом уровня U(t) увеличивается и управляющее напряжение U, под действием которого уменьшается коэффициент усиления УРКУ 1, что приводит к снижению уровня входного сигнала. Для предотвращения снижения уровня выходного сигнала при малых входных воздействиях и обеспечения работы системы АРУ с определенного уровня, в систему подают напряжение задержки U. В результате напряжение управления появится только в случае, когда напряжение на выходе детектора 3 превысит напряжение задержки U.
сч
з1
з1
з12
з1
з12
з23
з1
з12
з23
Далее с первого выхода устройства управления 2 на вход генератора копий сигнала с прямым и инверсным выходами 12 поступает команда на формирование опорного сигнала, который поступает с первого выхода, являющегося прямым выходом, на первый вход первого спин-детектора 7, а со второго выхода, являющегося инверсным выходом, на первый вход второго спин-детектора 8. После этого сигнал с УРКУ 1 поступает на третьи входы первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8. Через время τ, определяемое как сумма максимально возможного времени задержки длительности опорного и многолучевого сигналов, устройство управления 2 на своем втором выходе формирует импульс считывания, который поступает нa вторые входы, являющиеся управляющими входами, первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8, на первый вход, являющийся входом сброса, накопителя 10 и на первый вход решающего устройства 11. По этому импульсу сбрасывается накопитель 10 и на выходах первого спин-детектора 7 и второго спин-детектора 8 через время τ, τ+Δτ и τ+Δτ+Δτ формируются импульсы взаимной корреляции между опорным сигналом и сигналами соответственно первого, второго и третьего луча (импульсы 1, 2 и 3 соответственно, где τ - время задержки первого луча, Δτ и Δτ - относительные задержки между первым и вторым, вторым и третьим лучами соответственно). Вычитающее устройство 9 выделяет импульсы взаимной корреляции и компенсирует помеху. Это позволяет выбрать нулевой порог срабатывания для последующих устройств, что очень важно для многолучевых каналов связи, в которых уровень принимаемого сигнала изменяется в широких пределах.
Таким образом, в накопителе 10 происходит накопление энергии всех лучей и в решающем устройстве 11 на основании положительного или отрицательного потенциала на его втором входе в момент появления импульса считывания на его первом входе, являющимся управляющим входом, принимается решение о том, какой символ соответственно «единица» или «ноль» передавался на предыдущем этапе. Затем сигнал поступает на сигнальный выход устройства для дальнейших операций.
Рассмотрим преимущества предложенного устройства по сравнению с прототипом. Одной из основных характеристик АРУ является регулировочная (амплитудная) характеристика, которая представляет собой зависимость амплитуды входного напряжения от амплитуды выходного напряжения. Анализ источников (Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». - .М.: Высш. шк., 1990, с. 21; Радиоприемные устройства. Под общей редакцией чл.-корр. Академии наук СССР, докт. техн. наук, проф. В.И. Сифирова. Учебник для вузов, М., «Сов. радио», 1974, с. 380) показывает, что регулировочную (амплитудную) характеристику устройств без АРУ и устройств, обладающих АРУ с обратной связью (с задержкой) можно приближенно представить в графическом виде (фиг. 2). По данному графику видно, что устройства с АРУ с обратной связью (с задержкой) поддерживают приблизительно постоянным выходное напряжение усилительного тракта при значительных изменениях входного сигнала, что позволяет уменьшить искажения принимаемой информации и увеличить чувствительность приемного устройства (в данном случае спин-детекторов) по сравнению устройствами без АРУ.
вых
вх
Таким образом, предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом имеет преимущество в обеспечении стабилизации уровня выходного напряжения U(t) сигнала при значительных изменениях уровня входного напряжения U(t) сигнала за счет использования АРУ с обратной связью (с задержкой).