УСТРОЙСТВО ФАЗИРОВАНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, в частности к устройствам управления фазой сигнала, и может быть использована при построении помехоустойчивых систем радиосвязи, в том числе в системах с разнесенным приемом.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство фазирования складываемых сигналов, описанное в [Сартасов Н.А., Едвабный В.М., Грибин В.В. Коротковолновые магистральные радиоприемные устройства. М.: «Связь», 1971. - 288 с] на стр. 185, рис. 5.14б, принятое за прототип. Устройство имеющее 2 входа и один выход, причем входы устройства являются входами приемников, выходы которых подключены к входам смесителей, выход первого смесителя соединен с фазовращателем, выход которого соединен с первым входом сумматора и входом фазового дискриминатора, выход которого соединен с усредняющим фильтром, выход которого соединен с управляющим входом фазовращетеля, а выход второго смесителя подключен ко второму входу сумматора, являющегося выходом устройства.
c
c
Принятые и усиленные в двух самостоятельных ветвях приема сигналы с частотой ƒ и различными начальными фазами поступают на смесители, второй вход которых подключен к общему гетеродину (опорному генератору). После преобразования сигналы с частотами ƒ′ поступают на фазовый дискриминатор, откуда управляющее напряжение после усреднения на усредняющем фильтре поступает на фазовращатель, включенный после первого смесителя. Фазовращатель обеспечивает компенсацию расхождения сигналов по фазе, что позволяет произвести линейное синфазное сложение сигналов в сумматоре. Таким образом, на входы сумматора поступаю синфазные сигналы.
c
К недостаткам прототипа относится сложность реализации, так как фазовый дискриминатор представляет собой измеритель разности фаз (примеры реализации описаны, например, в [Чмых М.К. Цифровая фазометрия. - М.: «Радио и связь», 1993. - 184 с.], что само по себе является непростым устройством при обеспечении высокой точности определения фазы зашумленных сигналов. Кроме того описанное устройство эффективно работает только в случае моночастотного сигнала, а поворот фазы осуществляется не у исходного сигнала, а сигнала на выходе смесителя с частотой ƒ′.
Целью полезной модели является упрощение реализации и повышение точности фазирования зашумленных сигналов.
0
1
1,φ
2
2
Поставленная цель достигается тем, что в устройство фазирования узкополосных сигналов, имеющее 2 входа и один выход, содержащее сумматор, введены коррелятор, первый вход которого является первым входом устройства, по которому поступает сигнал S(n), n=0…N-1, а второй вход устройства, по которому поступает сигнал S(n), n=0…N-1, является входом первого умножителя и входом преобразователя Гильберта, с выхода которого сигнал, n=0…N-1 подают на вход второго умножителя, при этом в умножителях осуществляют умножение на коэффициенты А и В, причем А+В=1, с выхода первого и второго умножителей полученные сигналы подают, соответственно, на первый и второй входы сумматора, при чем на второй вход сумматора со знаком «-», с выхода сумматора полученный сигнал S(n), n=0...N-1подают на вход ключа и второй вход коррелятора, с выхода которого коэффициент корреляции С подают на вход решающего устройства, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго умножителя, путем управления коэффициентами А и В получают максимальное значение С, после чего с третьего выхода решающего устройства на управляющий вход ключа подают напряжение, в результате чего ключ замыкают, и на выходе ключа являющегося выходом устройства получают фазированный сигнал, n=0…N-1.
Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг 1.
Обозначения:
1 - «Н»- преобразователь Гильберта;
2 - «хА» - первый умножитель;
3 - «хВ» - второй умножитель;
4 - сумматор;
5 - коррелятор;
6 - решающее устройство;
7 - ключ.
Она содержит преобразователь Гильберта 1 вход которого подключен ко второму входу устройства, первый умножитель 2 вход которого подключен ко второму входу устройства, второй умножитель 3, вход которого соединен с выходом преобразователя Гильберта 1. Выход первого и второго умножителя 2, 3 соединены с первым и вторым входами сумматора 4, соответственно, при чем второй вход сумматора 4 со знаком «-». Выход сумматора соединен со вторым входом коррелятора 5, а первый вход коррелятора 5 является первым входом устройства. Выход сумматора 4 также соединен с входом ключа 7. Выход коррелятора 5 соединен с входом решающего устройства 6. Первый и второй выходы решающего устройства 6 подключены к управляющим входам умножителей 2 и 3, соответственно. Третий выход решающего устройства 6 подключен к управляющему входу ключа 7, выход которого является выходом устройства.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
На первый вход устройства поступает узкополосный сигнал
,
0
0
где ϕ - начальная фаза в точке приема, ξ - аддитивный шум.
На второй вход устройства поступает узкополосный сигнал
,
0
0
1
1
1
0
1
1
то есть сигнал аналогичный сигналу S с другой, отличной от ϕ начальной фазой ϕ и другим шумом ξ. Начальные фазы ϕ и ϕ - неизвестны. Второй вход, по которому поступает сигнал S(n), n=0…N-1 подключен к входу преобразователя Гильберта 1 и к входу первого умножителя 2. На выходе преобразователя Гильберта 1 получают сигнал, n=0...N-1 сопряженный по Гильберу сигналу S(n), n=0…N-1.
может быть найден, например, следующим образом [Гут Р.Э., Егоров В.В. Методы реализации дискретного преобразования Гильберта // Радиотехника, 1986. - №6. - С.88-89.]:
1
1
где  - вектор, состоящий из элементов , n=0…N-1; S - вектор, состоящий из элементов S(n), n=0…N-1; G - матрица дискретного преобразования Гильберта, состоящая из элементов:
2
2
Сигнал, n=0…N-1 подают на вход второго умножителя 3. При этом в первом и втором умножителях 2, 3 осуществляют умножение на коэффициенты А и В, соответственно, причем А+В=1. Начальные значения: А=1, В=0. С выхода первого и второго умножителей 2, 3 полученные сигналы подают, соответственно, на первый и второй входы сумматора 4, при чем на второй вход сумматора со знаком «-». В результате на выходе сумматора 4 получают сигнал:
,
который подают на вход ключа и второй вход коррелятора 5.
В корреляторе 5 вычисляют коэффициент корреляции С сигналов поступивших на первый и второй входы, то есть:
Коэффициент корреляции C с выхода коррелятора 5 подают на вход решающего устройства 6, первый и второй выход которого соединены, соответственно, с управляющими входами первого и второго умножителя 2 и 3. В решающем устройстве 6 находят максимальное значение С путем изменения коэффициентов А и В, после чего с третьего выхода решающего устройства 6 на управляющий вход ключа 7 подают напряжение, в результате чего ключ 7 замыкают, и на выходе ключа 7, являющегося выходом устройства, получают фазированный сигнал , n=0…N-1.
При этом зависимость коэффициента корреляции С от коэффициентов умножителей А и В, или отимеет единственный максимум на интервале [0;2π). Найти максимум коэффициента корреляции С можно следующим образом: коэффициент корреляции вычисляется по формуле:
,
2
2
причем А+В=1, то есть. Тогда:
,
где.
Найдем первую производную по А и приравняем ее нулю:
Из приведенного уравнения получаем:
При этом существует две пары корней (А, В) уравнения (1), одна из которых соответствует максимальному значению коэффициента корреляции С. Для нахождения максимума необходимо определить знак второй производной:
.
2
Таким образом, максимальному значению коэффициента корреляции С соответствуют коэффициенты А и В, найденные по формулам (2) и (3) при D>0.
Предлагаемое устройство может быть использовано при построении помехоустойчивых систем радиосвязи, в том числе систем с разнесенным приемом, для фазирования зашумленных сигналов. Предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности фазирования зашумленных сигналов при простой реализации.