УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА МОДУЛЯЦИИ
DEVICE FOR DETERMINING THE TYPE OF MODULATION

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, радиопеленгаторах, а также аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется определение вида модуляции радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ) в интересах их последующей классификации.
Известно устройство определения вида модуляции радиосигналов [см., например, Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / под ред. A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия-Телеком, С. 202, 208], включающее последовательно соединенные входной полосовой фильтр, параллельно соединенные частотный, фазовый и амплитудный детекторы, выходы которых объединены с последовательно включенными выходным полосовым фильтром и устройством отображения и прослушивания детектированного сигнала, согласно изобретению осуществляется последовательный перебор имеющихся в приемной аппаратуре демодуляторов и принятие решения о виде модуляции осуществляется на основе, например, воспроизведении без искажений речи с выхода соответствующего демодулятора, наличия телевизионного сигнала, а для цифровых сигналов наличия смысловой информации при выборе соответствующей комбинации демодулятор/декодер.
Недостатком является низкая точность определения вида модуляции радиосигнала ИРИ при малых отношениях сигнал-шум, а также то, что принятие решения осуществляется, как правило, оператором по методу визуально-слухового контроля.
Известно устройство определения вида модуляции радиосигналов [см., например, Завадский А.Л., Казак П.А., Каданцев С.М. Идентификация вида модуляции фазоманипулированных сигналов на основе анализа структуры спектра четных степеней. Цифровая обработка сигналов, №1, 2019. С. 20-25], включающее последовательно соединенные входной полосовой фильтр, три квадратора, вторые выходы которых соединены с входами соответствующих устройств оценок спектральных характеристик, выходы которых объединены и соединены с входом устройства принятия решения, согласно изобретения осуществляется преобразование сигнала путем возведения его в степень кратную двум, что приводит, например, к устранению одного уровня манипуляции в фазоманипулированном колебании. Таким образом, по количеству преобразований до получения немодулированного колебания определяется вид модуляции.
Недостатком является низкая точность определения вида модуляции радиосигнала при малых отношениях сигнал-шум.
Известно устройство определения вида модуляции радиосигналов [см., например, Современные технологии радиомониторинга в спутниковых системах связи и ретрансляции. Монография / под ред. А.В. Кузовникова. - М.: Радиотехника, 2015. С. 164], согласно которому автоматическое определение вида модуляции осуществляется на основе анализа распределения амплитуд и фаз радиосигнала на комплексной плоскости путем снятия выборок амплитуд на выходах квадратурных каналов обработки входной реализации взятой в полосе входного полосового фильтра согласованного со спектром сигнала.
Недостатком является низкая точность определения вида модуляции радиосигнала при малых отношениях сигнал-шум.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство [см., например, Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Советское радио, 1966, рис. 10.6, с. 417], существо которого заключается в перемножении входного процесса с рядом опорных сигналов с тем или иным видом модуляции и, позволяющее идентифицировать конкретный сигнал из имеющегося набора, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр (ПФ) с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные перемножитель и интегратор, N канальную схему выбора максимума (СВМ), выход которой является выходом устройства, при этом первые входы перемножителей объединены с выходом ПФ, а его вход является входом устройства, а на каждый из вторых входов перемножителей поступает опорный сигнал заданного вида.
Недостатком устройства является низкая точность определения вида модуляции радиосигнала при малых отношениях сигнал-шум.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения вида модуляции радиосигналов за счет увеличения отношения сигнал-шум на входе N канальной СВМ путем компенсации аддитивного гауссового шума на выходах каждого из каналов обработки.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные ПФ с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель и интегратор, N канальную СВМ, выход которой является выходом устройства, при этом первые входы первых перемножителей объединены с выходом ПФ, а его вход является входом устройства, а на каждый из вторых входов первых перемножителей поступает опорный сигнал заданного вида, отличающееся тем, что дополнительно введены в каждый из N каналов обработки последовательно соединенные первый блок расчета среднеквадратического значения (СКЗ), второй перемножитель, делитель, коммутатор, второй блок расчета СКЗ, при этом выход второго блока расчета СКЗ соединен с вторым входом второго перемножителя, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей и выходом ПФ, первые вычитающие устройства (ВУ), первые входы которых соединены с выходами интеграторов каждого канала обработки, а выходы соединены со вторыми входами делителей. Параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго вычитающего ВУ выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ и первым входом устройства сравнения, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход устройства сравнения объединен с первым входом второго ВУ, а первые входы третьих перемножителей объединены с выходом ПФ, при этом второй вход одного из третьих перемножителей объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ и выходом ПФ, а второй вход другого третьего перемножителя соединен с входом ПФ и входом устройства, выходы коммутаторов соединены с соответствующими входами N канальной СВМ.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введение в каждом из N каналов обработки последовательно соединенные первый блок расчета СКЗ, второй перемножитель и делитель, второй блок расчета СКЗ, при этом выход второго блока расчета СКЗ соединен со вторым входом второго перемножителя, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей и выходом ПФ, обеспечивают формирование на выходе делителя значения коэффициента корреляции между входным процессом и опорным сигналом с заданным видом модуляции в каждом из N каналов обработки, а коммутатор в каждом из N каналов обработки первым входом соединенный с выходом делителя, а вторым входом с выходом устройства сравнения, обеспечивает подключение соответствующих входов N канальной СВМ при превышении уровнем напряжения, соответствующим средней мощности сигнальной составляющей уровня напряжения, соответствующего средней мощности шумовой (помеховой) составляющей на входах дополнительно введенного устройства сравнения, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго ВУ выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ и устройства сравнения, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход устройства сравнения объединен с первым входом второго ВУ, а первые входы третьих перемножителей объединены с выходом ПФ, при этом второй вход одного из третьих перемножителей объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ и выходом ПФ, а второй вход другого третьего перемножителя соединен с входом ПФ и входом устройства, обеспечивают измерение средней мощности шумовой (помеховой) составляющей независимо от наличия сигнала и ее компенсацию на входах делителей в каждом из N каналов обработки путем вычитания из уровня напряжения, соответствующего значению корреляционного интеграла на выходе каждого из каналов обработки, что обеспечивает увеличение отношения сигнал-шум на выходах каждого из N каналов обработки, а, соответственно, входах N канальной СВМ, чем и достигается технический результат.
Поэтому введенные согласно изобретению, блоки обеспечивают измерение средней мощности шумовой (помеховой) составляющей входного процесса в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала ИРИ и шума на основе двухканальной обработки - канала корреляционной и автокорреляционной обработки соответственно. На выходе канала автокорреляционной обработки формируется напряжение с уровнем, соответствующем суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума (помехи). На выходе корреляционного канала обработки за счет перемножения и интегрирования входного процесса до и после входного ПФ формируется напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности одной только сигнальной составляющей вследствие некоррелированности шума при временной задержке его на длительность, превышающую время его корреляции, которая определяется импульсной характеристикой входного ПФ. Таким образом, это позволяет осуществить алгоритмическое вычитание уровня средней мощности одной только сигнальной составляющей из уровня, соответствующего суммарной средней мощности аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума (помехи). Результатом алгоритмического вычитания будет уровень напряжения, соответствующий средней мощности одной шумовой (помеховой) составляющей. Это, в свою очередь, позволяет реализовать в каждом из N каналов обработки компенсацию измеренного значения средней мощности шумовой (помеховой) составляющей на входах N канальной СВМ путем вычитания из уровня напряжения, соответствующего значению корреляционного интеграла на выходе каждого из каналов обработки. Это обусловит увеличение отношения сигнал-шум на выходах каждого из N канала обработки, а, следовательно, соответствующих входах N канальной СВМ, что повысит вероятность правильного определения вида модуляции. Кроме того, для снижения вероятности ошибочного определения вида модуляции осуществляется контроль наличия сигнала на входе устройства путем сравнения уровня напряжения на выходе автокорреляционного канала обработки, соответствующего суммарной средней мощности сигнальной и шумовой составляющих с уровнем напряжения, соответствующего средней мощности одной шумовой (помеховой) составляющей.
Определение средней мощности шумовой составляющей аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума может быть выполнено в соответствии с, например, алгоритмом изложенном в [см., например, Одновременное измерение мощности сигнала и мощности шума (помехи) в полосе пропускания основного канала радиоприема. Бубеньщиков А.А., Владимиров В.И., Бубеньщиков А.В., Сиденко С.В. Информационно-измерительные и управляющие системы (журнал), №7, 2012. с. 67-73].
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства определения вида модуляции, где введены следующие обозначения: 1 - ПФ; 2.1, 2.2, 2.3 - перемножитель; 3 - интегратор; 4.1, 4.2 - блок расчета СКЗ; 5.1, 5.2 - ВУ; 6 - делитель; 7 - устройство сравнения; 8 - коммутатор, 9 - N канальная СВМ.
Назначение элементов устройства ясны из их названия и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.
Устройство определения вида модуляции содержит последовательно соединенные ПФ 1 с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель 2.1 и интегратор 3, N канальную СВМ 9, выход которой является выходом устройства, при этом первые входы первых перемножителей 2.1 объединены с выходом ПФ 1, а его вход является входом устройства, а на каждый из вторых входов первых перемножителей 2.1 поступает опорный сигнал заданного вида, согласно изобретению дополнительно введены в каждом из N каналов обработки последовательно соединенные первый блок расчета СКЗ 4.1, второй перемножитель 2.2, делитель 6, коммутатор 8, второй блок расчета СКЗ 4.2, при этом выход второго блока расчета СКЗ 4.2 соединен со вторым входом второго перемножителя 2.2, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей 2.1 и выходом ПФ 1, первые ВУ 5.1 первые входы которых соединены с выходами интеграторов 3 каждого канала обработки, а выходы соединены с вторыми входами делителей 6, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители 2.3 и интеграторы 3, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго вычитающего ВУ 5.2 выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ 5.1 и устройства сравнения 7, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов 8 в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход устройства сравнения 7 объединен с первым входом второго ВУ 5.2, а первые входы третьих перемножителей 2.3 объединены с выходом ПФ 1, при этом второй вход одного из третьих перемножителей 2.3 объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ 4.2 и выходом ПФ 1, а второй вход другого третьего перемножителя 2.3 соединен с входом ПФ 1 и входом устройства, выходы коммутаторов 8 соединены с соответствующими входами N канальной СВМ 9.
Работа устройства определения вида модуляции отличается от работы устройства [см., например, Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Советское радио, 1966, рис. 10.6, с. 417], взятого за прототип, тем, что с началом работы устройства на первые входы перемножителей 2.3 и на второй вход одного из третьих перемножителей 2.3 поступает аддитивная смесь полезного сигнала и шума с выхода ПФ 1, а на второй вход другого третьего перемножителя 2.3 с входа ПФ 1 соответственно. С выходов каждого из перемножителей 2.3 сигналы поступает на входы соответствующих интеграторов 3 соответственно. Таким образом, на их выходах формируются напряжения с уровнями, соответствующими средней мощности:
на первом входе второго ВУ 5.2 аддитивной смеси полезного сигнала и шума (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 484);
на втором входе второго ВУ 5.2 - только полезного сигнала (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 484).
На выходе второго ВУ 5.2 формируется напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности только одного шума, т.к. составляющая сигнала с выхода одного и второго интеграторов 3 компенсируется.
Одновременно с подачей на первый вход второго ВУ 5.2 напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности аддитивной смеси полезного сигнала и шума, поступает на второй вход устройства сравнения 7, а на первый его вход поступает напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности только одного шума. В случае превышения уровнем напряжения на втором входе устройства сравнения 7 уровня напряжения на первом его входе на выходе формируется сигнал с уровнем логической единицы, а в противном случае - уровень логического нуля. Сигнал с выхода устройства сравнения 7 поступает на объединенные вторые входы каждого из N коммутаторов 8.
С выхода второго ВУ 5.2 напряжение с уровнем, соответствующем средней мощности только одного шума, поступает на объединенные вторые входы первого ВУ 5.1 в результате чего на их выходах осуществляется компенсация средней мощности шума путем вычитания ее из уровня напряжения, соответствующего средней мощности аддитивной смеси полезного сигнала и шума. Таким образом, на вторых входах делителей 6 повышается отношение сигнал-шум по сравнению с прототипом, что повышает точность определения вида модуляции. На первые входы делителей 6 поступают напряжения с уровнями равными произведению СКЗ опорных сигналов и аддитивной смеси принимаемого полезного сигнала и шума. Таким образом с выходов делителей 6, которые являются выходами каждого из N каналов обработки, на соответствующие входы коммутаторов 8 поступают значения коэффициентов корреляции между каждым из опорных сигналов и аддитивной смесью принимаемого полезного сигнала и шума. В случае подачи на объединенные вторые входы каждого из N коммутаторов 8 сигнала логической единицы выходы коммутаторов 8 открываются, и на соответствующие входы N канальной СВМ поступают значения коэффициентов корреляции с выходов соответствующих делителей 6 с повышенным отношением сигнал-шум. В противном случае выходы коммутаторов 8 остаются закрытыми. В N канальной СВМ осуществляется попарное сравнение значений коэффициентов корреляции с выходов всех каналов обработки и по методу максимума выбирается канал с соответствующим видом опорного сигнала, а на выход N канальной СВМ, который является выходом устройства, передается номер канала обработки для определения вида сигнала по заданному набору.