УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ ПРИХОДА РАДИОСИГНАЛА
DEVICE TO ASSESS TIME OF RADIO SIGNAL ARRIVAL

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения радиосигналов.
Известно устройство для определения момента прихода радиосигнала в условиях его многолучевого распространения, содержащее блок формирования вектора корреляций входного сигнала с совокупностью опорных передаваемых сигналов, блок формирования векторов оценок комплексных амплитуд, включающих амплитуды и фазы прямого и отраженных сигналов для каждого из значений задержки прямого сигнала, блок формирования функционала правдоподобия и блок определения момента прихода прямого сигнала на основе поиска максимума функционала правдоподобия [1].
Недостатком такого устройства является низкая точность определения момента прихода радиосигнала, поскольку данное устройство является одноканальным и в нем отсутствует совместная додетекторная и последетекторная обработка принимаемого сигнала, повышающая точность определения момента его прихода (методы додетекторной и последетекторной обработки принимаемого сигнала имеют различную эффективность). Недостатком данного устройства также является то, что его работа осуществляется только по известному сигналу, что ограничивает область его применения.
Известно устройство для оценки времени прихода радиосигнала, содержащее один вход и один выход, каскадно соединенные коррелятор, блок формирования прямоугольных импульсов, пиковый детектор и блок измерения момента прихода радиосигнала [2].
Недостатком такого устройства также является низкая точность определения момента прихода радиосигнала, поскольку оно является одноканальным и в нем отсутствует совместная додетекторная и последетекторная обработка принимаемого сигнала. Недостатком устройства также является то, что работа осуществляется только по известному сигналу, что ограничивает его область применения.
Близких аналогов к заявляемому устройству нами не обнаружено.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение точности определения момента прихода радиосигнала.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для оценки времени прихода радиосигнала содержит четыре входа, на первую и вторую пару из которых поступают сигналы в цифровой форме, и один выход, первый и второй цифровые детекторы, имеющие по два входа, соединенные соответственно с первым и вторым, третьим и четвертым входами устройства, первый и второй цифровые блоки измерения момента прихода радиосигнала, имеющие по одному входу, которые соединены с выходами первого и второго цифрового детектора, цифровой блок вычисления пеленга, имеющий четыре входа, соединенные с четырьмя входами устройства, и один выход, цифровой блок расчета фазовых сдвигов, вход которого соединен с выходом цифрового блока вычисления пеленга, первый и второй цифровые фазовращатели, имеющие по три входа и по два выхода, первый и второй входы первого цифрового фазовращателя соединены с первым и вторым входами устройства, первый и второй входы второго цифрового фазовращателя соединены с третьим и четвертым входами устройства, а третьи - с выходом цифрового блока расчета фазовых сдвигов, первый цифровой сумматор, содержащий четыре входа, первый и второй из которых соединены с двумя выходами первого цифрового фазовращателя, а третий и четвертый - с выходами второго цифрового фазовращателя, и два выхода, третий цифровой детектор, имеющий два входа, соединенные с выходами первого цифрового сумматора, и один выход, третий цифровой блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом третьего цифрового детектора, и один выход, цифровой блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала, имеющий четыре входа, первый, второй и четвертый из которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего цифровых блоков измерения момента прихода радиосигнала, и один выход, являющийся выходом устройства, второй цифровой сумматор, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом первого цифрового детектора, а второй - с выходом второго цифрового детектора, и один выход, четвертый цифровой блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом второго цифрового сумматора, и один выход, соединенный с третьим входом цифрового блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала.
Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.
На чертеже обозначено: 1, 2, 3 и 4 - первый, второй, третий и четвертый входы устройства; 5 - выход устройства; 6 - цифровой блок вычисления пеленга; 7 - цифровой блок расчета фазовых сдвигов; 8 и 9 - первый и второй цифровые фазовращатели; 10 и 11 - первый и второй цифровые сумматоры; 12, 13 и 14 - первый второй и третий цифровые детекторы; 15, 16, 17 и 18 - первый, второй, третий и четвертый цифровые блоки измерения момента прихода радиосигнала; 19 - цифровой блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала.
Работа предлагаемого устройства для оценки времени прихода радиосигнала основана на реализации в нем трех алгоритмов оценки момента прихода радиосигнала: алгоритма додетекторной обработки, алгоритма последетекторной обработки, алгоритма обработки сигналов в двух отдельных каналах.
Алгоритм додетекторной обработки сигналов осуществляется следующим образом.
На входы предлагаемого устройства поступают квадратурные составляющие сигналов с двух антенн приемного устройства. На входы 1 и 3 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
Ac(n)=A(n)cos(φ-φ),
а на входы 2 и 4 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
As(n)=A(n)sin(φ-φ),
ог
где φ - начальная фаза сигнала опорного гетеродина приемного устройства,
i
φ - фаза сигнала,
i - номер антенны.
Далее сигналы поступают на четыре входа цифрового блока вычисления пеленга 6 и одновременно на первые и вторые входы первого 8 и второго 9 цифровых фазовращателей. В цифровом блоке вычисления пеленга 6 производится оценка направления прихода сигнала для каждой из антенн по формуле:
i
где Δφ - разность фаз между принятой фазой и фазой опорного гетеродина,
l - расстояние между приемными антеннами.
Затем оценивается усредненное направление прихода радиосигнала:
где N - число приемных антенн;
и данные о пеленге поступают в цифровой блок 7 расчета фазовых сдвигов, в котором производится операция вычисления фазового сдвига между сигналами в различных антеннах
Сигналы с выхода цифрового блока расчета фазовых сдвигов 7 поступают на входы цифровых фазовращателей 8 и 9, в которых производится выравнивание фаз сигналов, поступающих с входов устройства:
i
где ΔФ - фазовый сдвиг.
Сигналы с выходов цифровых фазовращателей 8 и 9 поступают на первый цифровой сумматор 10. Сигналы на выходе цифрового сумматора 10 определяются выражениями:
Далее сигналы поступают на третий цифровой детектор 14, в котором производится выделение огибающей сигнала:
.
Огибающая сигнала поступает на вход третьего цифрового блока измерения момента прихода радиосигнала 17, в котором пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. С выхода третьего цифрового блока сигнал поступает на вход блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 19.
Алгоритм последетекторной обработки сигналов осуществляется следующим образом.
На входы предлагаемого устройства поступают квадратурные составляющие сигналов с двух антенн приемного устройства. На входы 1 и 3 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
Ac(n)=A(n)cos(φ-φ),
а на входы 2 и 4 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
As(n)=A(n)sin(φ-φ),
ог
где φ - начальная фаза сигнала опорного гетеродина приемного устройства,
i
φ - фаза сигнала,
i - номер антенны,
n - номер временного дискрета,
которые затем поступают на входы цифровых детекторов 12 и 13. В детекторах 12 и 13 производится выделение огибающей сигналов отдельно для каждого канала. Далее огибающие сигнала поступают на входы второго цифрового сумматора 11, где огибающие суммируются. Амплитуда суммарного сигнала на выходе второго цифрового сумматора в n-м временном дискрете описывается выражением:
,
ci
si
где A(n) и A(n) - отсчеты сигнала в момент времени n,
N - число суммируемых каналов.
С выхода второго цифрового сумматора 11 сигнал поступает на вход четвертого цифрового блока измерения момента прихода радиосигнала 18. В блоке 18 пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. Далее сигнал поступает на вход цифрового блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 19.
Оценка момента прихода радиосигнала в двух отдельных каналах, входами которых являются первая и вторая пары входов устройства, осуществляется следующим образом.
На входы предлагаемого устройства поступают квадратурные составляющие сигналов с двух антенн приемного устройства. На входы 1 и 3 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
Ac(n)=A(n)cos(φ-φ),
а на входы 2 и 4 устройства в цифровом виде поступают сигналы:
i
i
i
ог
As(n)=A(n)sin(φ-φ),
которые далее поступают на входы цифровых детекторов 12 и 13. В детекторах производится выделение огибающей сигнала отдельно для каждого канала. Огибающие сигнала поступают на входы измерителей момента прихода радиосигнала 15 и 16, в которых пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. Затем сигналы поступают на входы цифрового блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 19. В блоке 19 происходит выбор наименьшего значения момента прихода радиосигнала среди сигналов, поступивших на его входы.
Пороговый метод оценки прихода радиосигнала реализуется следующим образом.
K последовательных отсчетов огибающей сигнала в окне регистрации сигнала, начиная с первого отсчета, сравниваются с заданным пороговым уровнем р. В случае превышения всеми K отсчетами сигнала порогового уровня принимается решение о том, что моменту прихода радиосигнала соответствует первый отсчет в окне регистрации. Если один или несколько из K отсчетов сигнала не превысили заданный порог, то принимается решение о том, что моменту прихода первый отсчет сигнала не соответствует. Далее с заданным порогом р сравнивается K отсчетов радиосигнала начиная со второго, третьего и последующих отсчетов до тех пор, пока начиная с i-го отсчета в K отсчетах подряд не будет превышен порог р. В этом случае за момент прихода радиосигнала принимается временное положение первого из K отсчетов, превысивших порог р.
Алгоритм функционирования цифрового блока измерения момента прихода радиосигнала с цифровым порогом соответствует условию:
пр
пр
если s(n)>p∩s(n+1)>p∩…∩s(n+K)>р, то t=n, где ∩ - логическая операция «И», s(n), …, s(n+K) - отсчеты огибающей сигнала в пределах окна регистрации, n - текущий момент времени, t - момент прихода радиосигнала, K - число отсчетов сигнала в окне регистрации.
Повышение точности определения момента прихода радиосигнала в предлагаемом устройстве по отношению к аналогам достигается за счет увеличения числа каналов, в которых производится обработка радиосигнала, и введения совместной оценки момента прихода принимаемого радиосигнала в алгоритмах додетекторной обработки сигналов, последетекторной обработки сигналов и обработки сигналов в двух отдельных каналах и составляет не менее полутора раз.
Источники информации
1. Пат. РФ №2278470, кл. Н04В 1/68, Н04В 7/08. Способ синхронизации радиосигнала. Заявл. 03.11.2003 г.
2. Пат. США №6675018, кл. H04Q 7/20, U.S.CL. 455/456.1, опубл. 6.01.2004.