СПОСОБ ПОИСКА ШУМОПОДОБНЫХ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SEARCHING FOR NOISE-LIKE PHASE-SHIFT KEYED SIGNALS AND RADIO RECEIVER FOR REALISING SAID METHOD

Изобретения относятся к радиотехническим системам передачи информации использующим шумоподобные фазоманипулированные сигналы, далее по тексту - ШПС и могут быть использованы для поиска и определения момента прихода во времени определенного ШПС в потоке принимаемых данных - радио или видеосигнале, например, с целью установления временной синхронизации.
Известен способ осуществления поиска и синхронизации основанный на определении момента обнаружения определенного ШПС, заключающийся в приеме ШПС оптимальным приемником, содержащим последовательно соединенные согласованный с искомым ШПС фильтр, далее по тексту - СФ и, решающее устройство, принимающее решение о наличии в принятом сигнале определенного вида ШПС. При этом для поиска ШПС в потоке данных с целью установления временной синхронизации решающее устройство принимает решение об моменте обнаружения ШПС определенного вида по преодолению сигналом на выходе СФ заданного порога, и этот момент является точкой отсчета для синхронизации приемника. (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и Связь, 1985, 384 с, ил., стр.323-325, рис 19.1.) Данное техническое решение принято за прототип.
Недостатком известного способа поиска ШПС является невысокая вероятность поиска ШПС при большом динамическом диапазоне входного сигнала вследствие превышения порога срабатывания решающего устройства боковыми выбросами автокорреляционной функции, далее по тексту - АКФ искомого ШПС в случае поступления на вход приемника искомого сигнала с динамическим диапазоном большим, чем расстояние между главным и боковыми пиками АКФ. Подобное может иметь место в случае значительного изменения дальности между радиоприемником и передатчиком, например, при передаче данных на борт летательного аппарата. Таким образом, при уровне боковых пиков АКФ искомого ШПС порядка 10% превышение динамического диапазона полезного входного сигнала относительно ожидаемого более чем в 10 раз вызовет гарантированное ложное срабатывание решающего устройства при фиксированном заданном пороге.
Известно оптимальное радиоприемное устройство для поиска и приема определенного вида ШПС при неизвестной задержке сигнала содержащее согласованный фильтр и подключенные к его выходу синхронизатор и решающее устройство, устанавливающие момент прихода искомого ШПС (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и Связь, 1985, 384 с, ил., стр.266, 267, рис 15.1.) Известна реализация приемника ШПС в виде ПАВ-структуры согласованной с определенным ШПС (Marple M.J., Land W.H., Lavin, R.D. Extended Area Range Instrumentation System Utilizing DME Links. - IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems V.AES-12, NO.5 SEPTEMBER 1976, p.590-598).
Известно устройство поиска ШПС содержащее СФ, к выходу которого через детекторы подключено решающее устройство, производящее непрерывное сравнение продетектированного отклика СФ с порогом, момент превышения порога считается моментом прихода искомого ШПС.(Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. проф. В.Б. Пестрякова. М., "Сов. Радио", 1973, с.424, стр.163, 164.) Данный аналог принят за прототип.
Недостатком известных радиоприемных устройств для поиска ШПС определенного вида содержащих последовательно соединенные СФ, детектор и решающее устройство порогового типа с фиксированным порогом является то, что в решающих устройствах, принимающих решение о наличии во входном сигнале ШПС определенного вида по преодолению откликом СФ фиксированного порога, заданного на основании каких либо критериев, например Неймана-Пирсона, при наличии помех или динамического диапазона полезных входных сигналов большего, чем расстояние между главным максимумом АКФ ШПС и ее боковыми пиками на интервале времени равном периоду следования ШПС появляется несколько точек, где отклик согласованного фильтра с большой вероятностью может оказаться большим или равным ожидаемому основному максимуму взаимнокорреляционной функции СФ и ШПС, на величину которого был установлен заданный порог. В этом случае факт наличия определенного ШПС или его временное положение будут зафиксированы ошибочно.
Основной задачей, на решение которой направлены заявляемый способ поиска ШПС и радиоприемное устройство для его осуществления является повышение вероятности поиска определенного шумоподобного сигнала в потоке принятой информации в любой момент времени, в условиях сложной помеховой обстановки в том числе и в динамическом диапазоне полезного сигнала на входе приемного устройства большем чем расстояние от максимума АКФ ШПС до боковых выбросов.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемых технических решений, является обеспечение возможности поиска ШПС и момента времени его прихода с высокой достоверностью из совокупности помех и мешающих сигналов в динамическом диапазоне входного полезного сигнала радиоприемного устройства существенно большем, чем расстояние от максимума АКФ ШПС до боковых выбросов.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известном способе поиска ШПС заключающимся приеме ШПС оптимальным приемником содержащим последовательно соединенные СФ с детектором и решающее устройство, принимающее решении о наличии в принятом сигнале определенного вида ШПС в момент превышения сигналом на выходе согласованного фильтра заданного порога, динамически изменяют величину заданного порога решающего устройства в соответствии определенными параметрами сигнала на выходе согласованного фильтра, для чего производят вычисление среднего - Ср и измерение пикового - Уп значения сигнала на выходе согласованного фильтра далее вычисляют значение заданного порога по формуле: П=k*(Уп-Ср)+Ср, где k - константа пропорциональная относительной величине боковых пиков АКФ заданного ШПС.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известном радиоприемном устройстве для поиска определенного ШПС содержащем последовательно соединенные СФ, детектор и решающее устройство, в виде устройства сравнения входного напряжения с заданным порогом и выдающего при превышении входным напряжением заданного порога импульс на выходе, согласно предложенному техническому решению, в радиоприемное устройство введены пиковый детектор, детектор среднего уровня, вычитающее устройство и устройство сложения. При этом выход СФ соединен с входами пикового детектора, детектора среднего уровня и устройства сравнения сигналов. Выход пикового детектора соединен со входом уменьшаемого вычитающего устройства, а выход детектора среднего уровня соединен с входом вычитаемого вычитающего устройства и со вторым входом устройства сложения, первый вход которого соединен с выходом вычитающего устройства. Выход устройства сложения соединен со вторым входом устройства сравнения, выход которого является выходом решающего устройства.
На фиг.1, представлен результат работы математической модели согласованного фильтра для поиска определенной М-последовательности длинной 512 чипов а потоке информации с длинной кадра 1024 чипа, где по оси абсцисс отложено время в количестве дискретных отсчетов равных длительности чипа, а ордината имеет смысл логарифма мощности выходного сигнала согласованного фильтра. Сплошной линией показан сигнал, на выходе согласованного фильтра, штрихпунктирной линией показано одно из возможных значений, например, - 200 статически заданного порога устройства сравнения в техническом решении - прототипе, а штриховой линией - значение динамически вычисляемого порога в предлагаемом техническим решении. В момент превышения сигналом на выходе согласованного фильтра значения порога на выходе устройства сравнения формируется импульс, свидетельствующий о моменте получения приемником искомого ШПС. На фиг.1.а. на временном интервале наблюдения на вход согласованного фильтра воздействует синусоидальная помеха амплитудой не более чем на порядок превышающей амплитуду входного полезного сигнала, начиная с 2000-го по 4000-й отсчет. На фиг.1.б. на временном интервале наблюдения амплитуда напряжения входного сигнала возрастает в 4 раза, начиная с 2000-го по 4000-й отсчет.
Сущность предложенного способа поиска шумоподобных сигналов в условиях воздействия на вход приемника шума, мешающих сигналов, и динамического диапазона полезного входного сигнала, превышающего величину расстояния от максимума АКФ искомого ШПС до побочных пиков (Фиг.1а. и б.) заключается в приеме ШПС оптимальным приемником (обнаружителем), содержащим согласованный с искомым ШПС фильтр с детектором и решающее устройство на основе схемы сравнения напряжений, сравнивающее сигнал на выходе согласованного фильтра с детектором, с заданным пороговым напряжением и принимающее решение об обнаружении и моменте времени поступления искомого ШПС по превышению напряжением на выходе согласованного с искомым ШПС фильтра с детектором заданного фиксированного порогового напряжения, выбираемого, как правило, по различным критериям, например - допустимой вероятности ложной тревоги (критерий Неймана-Пирсона). В этом случае за счет динамического изменения величины порога принятия решения об обнаружении заданного ШПС повышается вероятность правильного обнаружения искомого заданного ШПС и момента времени поступления последнего. Для этого производят вычисление среднего значения напряжения сигнала на выходе согласованного фильтра с детектором - Ср в скользящем окне длиной в четверть длительности ШПС и запоминают величину напряжения последнего пикового значения на этом же выходе -Уп, затем вычисляют текущее значение порогового напряжения по формуле П=k*(Уп-Ср)+Ср, где k - константа пропорциональная относительной величине боковых пиков АКФ заданного ШПС, имеющая смысл коэффициента усиления вычитающего устройства. Результат вычисления используют в качестве заданного напряжения порога в устройстве сравнения решающего устройства для принятия решения о моменте обнаружения искомого ШПС.
Радиоприемное устройство для осуществления заявляемого способа поиска определенного ШПС, функциональная схема которого изображена на Фиг.2, содержит последовательно соединенные с приемным устройством (условно не показано) каналом односторонней связи 1 согласованный фильтр с детектором 2 на выход которого параллельно присоединены первый вход решающего устройства на основе устройства сравнения 3 и вход устройства вычисления порога 9, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения 3, которое своим выходом соединено каналом односторонней связи 4 с устройством управления и синхронизации радиоприемного устройства (условно не показано).
Устройство вычисления порога 9 содержит: пиковый детектор 5, детектор среднего уровня 6, вычитающее устройство 7 и сумматор 8. При этом с выхода согласованного фильтра 2 сигнал огибающей поступает параллельно, на пиковый детектор 5 и детектор среднего уровня 6. Выход пикового детектора 5 соединен с входом уменьшаемого (вход А) вычитающего устройства 7, а выход детектора среднего уровня 6 - с параллельно соединенными входами вычитаемого (вход В) вычитающего устройства 7 и вторым входом (вход В) сумматора 8. Выход вычитающего устройства 7 соединен с первым входом (вход А) сумматора 8, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения 3, выход последнего является выходным каналом 4.
Пример реализации предложенного способа поиска шумоподобных сигналов показан в работе предложенного радиоприемного устройства для поиска определенного ШПС.
Принятый радиоприемным устройством радиосигнал после преобразования на промежуточную частоту поступает по каналу односторонней связи 1 (Фиг.2) на вход СФ с детектором 2, с выхода которого сигнал огибающей поступает на первый вход устройства сравнения 3. Кроме того, с выхода СФ с детектором 2 сигнал подается параллельно на вход пикового детектора 5 и на вход детектора среднего уровня 6. Пиковый детектор 5, обладая постоянной времени сравнимой с длительностью ШПС, обеспечивает хранение величины последнего пика сигнала на выходе согласованного фильтра 2 в промежутках между пиками выходного сигнала, а детектор среднего уровня выдает сигнал соответствующий средней величине выходного сигнала согласованного фильтра 2 за период времени, определяемый постоянной усреднения. С выходов пикового детектора 5 и детектора среднего уровня 6 сигналы подаются на соответствующие входы вычитающего устройства 7, с выхода которого сигнал пропорциональный (с точностью до коэффициента усиления вычитающего устройства) разности пикового и среднего значений выходного сигнала СФ с детектором 2 поступает на сумматор 8 для сложения с сигналом соответствующим среднему уровню выходного сигнала СФ с детектором 2, поступающему с выхода детектора среднего уровня 6 на второй вход сумматора 8, с выхода которого напряжение порогового уровня поступает на второй вход устройства сравнения 3. С выхода устройства сравнения 3 импульс, в случае превышения выходного напряжения согласованного фильтра 2, подаваемого на вход А над пороговым, подаваемым на вход В, поступает на устройство синхронизации и управления радиоприемного устройства, где происходит запуск узлов, отвечающих за прием информационных символов из входного потока, например - запуска генерации опорного сигнала для корреляторов.