УСТРОЙСТВО ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Предлагаемое устройство относится к технике радиосвязи и может быть использовано для приема информации по космическим каналам связи с широкополосными сигналами.
Известны беспоисковые устройства, построенное на базе согласованных, фильтров или многоканальных корреляторов. Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности. Однако, реализовать на практике такие приемники при больших базах сигнала весьма проблематично ("Теория и применение псевдослучайных сигналов" А.Н.Алексеев, А.Г.Шереметьев, Г.Й.Тузов, Б.И.Глазов, М., "Наука", 1969 г.).
Известно также приемное устройство широкополосных сигналов по а.с.1109915, СССР, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, интегратор, блок выбора и запоминания на такт, ФНЧ, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор, гребенчатый фильтр и рожающий блок.
Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к другим видам помех, а при достаточно большом уровне структурной помехи наступает срыв связи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приемное устройство по а.с.300946, принятое за прототип.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на
фиг.1, где обозначено:
1, 2 - вервий и морей перемножители;
3 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности ФОПП);
4 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);
6 - устройство фазирования;
6 - устройство синхронизации;
7, 8 - первый и второй полосовые фильтры;
9 - фазовый детектор.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные порами перемножитель 1 и первый полосовой фильтр 7, вы ход которого соединен с первым входом фазового детектора 9, последовательно соединенные второй перемножитель 2 и второй полосовой фильтр 8. выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 9, выход которого является выходом устройства. Выход устройства синхронизации 6 соединен с первыми входами ФОПП 3 и ГОПП 4, выходы которых соединены со вторыми входами первого 1 и второго 2 перемножителей соответственно. При этом первый и второй выходы устройства фазирования 6 соединены со вторыми входами ФОПП 3 и ГОПП 4 соответственно. Кроме тоге, первые входы первого 1 и второго 2 перемножителей соединены с входом устройства синхронизации 6 и являются входом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Принимаемый сигнал поступает на перемножители 1 и 2. В перемножителе 1 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает
ФОПП 3. Сигнал с выхода перемножителя 1 поступает на полосовой фильтр 7, который выделяет колебания несущей частоты сигнала. В перемножителе 2 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП 4. Сигнал с выхода перемножителя 2 поступает на полосовой фильтр 8, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 5 обеспечивает связь во фазе выходных последовательностей ФОПП 3 и ГОПП 4, соответствующую связи so фазе последовательностей передатчика. Двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 6. В качестве устройства синхронизации 6 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с основным лучом принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов.
Колебания несущей частоты с выходов полосовых фильтров 7 и 8 поступают на фазовый детектор 9, который измеряет информационную разность фаз между ними.
Недостаткам устройства-прототипа является то, что поиск сигнала занимает достаточно много времени, особенно при большой длительности информационного сигнала.
Для устранения указанного недостатка в устройство приема широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первые генератор опорных сигналов (ГОС), перемножитель и полосовой фильтр (ПФ), последовательно соединенные вторые
ГОС, перемножитель и ПФ, причем входы первого и второго ГОС соединены с выходом синхронизатора, входи обоих перемножителей соединены между собой, а также первый фазовращатель, согласно полезной модели, введены четыре ГОС, четыре перемножителя, четыре ПФ и шесть пороговых блоков, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом синхронизатора, кроме того, последовательно соединенные второй фазовращатель и первый ключ, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а также второй ключ, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, первая и вторая схемы сравнения, последовательно соединенные усилитель высокой частоты (УВЧ), смеситель и усилитель промежуточной частоты (УПЧ), выход которого соединен с входами всех перемножителей, а также гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, вход УВЙ подключен к приемной антенне, ври этом входы ГОС с третьего по шестой подсоединены к входу второго ГОС, выходы ГОС с третьего по вестей соединены со вторыми входами соответствующих с третьего по шестой перемножителей, выходы Третьего и четвертого перемножителей соединены с входами соответствующих пороговых блоков, причем выход второго ПФ соединен с первым входом первой схемы сравнения, выход которой соединен со вторым входом синхронизатора, а выход четвертого ПФ соединен со вторым входом первой схемы сравнения, кроме того, выход пятого перемножителя соединен с входом первого фазовращателя и через последовательно соединенные первый сумматор и пятый 36 - с входам пятого порогового блока и первым входам второй схемы сравнения, выход шестого перемножителя
соединен с входом второго фазовращателя и через последовательно соединенные второй сумматор и шестой ПФ - с входом шестого порогового блока и вторим входом второй схемы сравнения, выход которой подсоединяй к третьему входу синхронизатора, третий выход которого соединен с управлявшими входами первого и второго ключей, второй выход синхронизатора соединен с входом гетеродина, кроме того, выходы первого и второго ПФ соединены с входами соответствующих пороговых блоков.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.3, где обозначено:
1
6
1-1 - первый - шестой перемножители;
2 - усилитель высокой частоты (УВЧ);
1
6
3-3 - первый - шестой генераторы опорных сигналов (ГОС);
4 - смеситель;
5 - усилитель промежуточной частоты (УВЧ);
6 - гетеродин;
1
6
7-7 - первый - шестой полосовые фильтры;
8, 9 - первая и вторая схемы сравнения;
1
6
10-10 - первый - шестой пороговые блоки;
11, 12 - первый и второй фазовращатели;
13, 16, 17 - первый, второй и третий сумматоры;
14, 15 - первый л второй ключи;
18 - синхронизатор.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные УВЧ 2, смеситель 4 и УПЧ 5, а также гетеродин 6, выход которого соединен со вторым входом смесителя 4, при этом
1
6
1
6
1
4
1
4
1
4
2
4
5
5
5
6
6
6
5
5
вход УВЧ 2 подсоединен к приемной антенне. Выход УПЧ 5 соединен с первым входом каждого из шести перемножителей 1-1, второй вход каждого из которых подсоединен к выходу соответствующего ГОС 3-3, входи которых соединены между собой. Выход каждого из четырех перемножителей 1-1через соответствующий полосовой фильтр 7-7 соединен с входом соответствующего порогового блока 10-10, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом третьего сумматора 17. При этом выходы второго 7 и четвертого 7 полосовых фильтров соединены с соответствующими входами схемы сравнения 8. Выход пятого 1 перемножителя через последовательно соединенные первый фазовращатель 11 и второй ключ 15 соединен со вторым входом второго сумматора 16, а также с первым входом первого сумматора 13, выход которого через последовательно соединенные пятый полосовой фильтр 7и пятый пороговый блок 10 соединен с соответствующим входом третьего сумматора 17. Выход шестого перемножителя 1через последовательно соединенные второй фазовращатель 12 и первый ключ 14 соединен со вторым входом первого сумматора 13, а также с первым входом второго сумматора 16, выход которого через последовательно соединенные вестей полосовой фильтр 7 и шестой пороговый блок 10 соединен с соответствующим входом третьего сумматора 17, выход которого соединен с первым входом синхронизатора 18, первый выход которого является выходом устройства. При этом выходы пятого 7 и шестого 7 полосовых фильтров соединены с соответствующими входами второй схемы сравнения 9, выход которой соединен с
1
6
1
6
1
6
1
6
1
6
третьим входом синхронизатора 18, второй вход которого подсоединен к выходу первой схемы сравнения 8. Второй выход синхронизатора 18 соединен с входом гетеродина 6, третий выход синхронизатора 18 - с управляющими входами первого 14 и второго 15 ключей, четвертый выход - с входами ГОС 3-3. Работает предлагаемое устройство следующим образом. Принятый приемной антенной сигнал поступает на УВЧ 2, где усиливается до необходимой величины и подается на смеситель 4, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 6. Управление гетеродином 6 (перестройка частоты) производится синхронизатором 18 - для случая, когда передача информации производится не на одной несущей частоте (УВЧ 2, смеситель 4 и гетеродин составляют выносную головку приемника (ВГП), которая конструктивно располагается вместе с приемной антенной. В УВЧ 5 производится усиление сигнала на промежуточной частоте до необходимой величины. Далее сигнал поступает на первые входы шести перемножителей 1-1, на вторые входы которых подаются сигналы с соответствующим ГОС 3-3. Временной сдвиг между опорными сигналами составляет один такт. Результаты перемножения принятого сигнала с опорным фильтруются в блоках 7-7, а затем оцениваются по уровню в пороговых блоках 10-10, суммируются в третьем сумматоре 17 и подаются в синхронизатор 18. Ключи 14 и 15 закрыты, поэтому все жесть каналов обнаружения сигнала находятся в одинаковом состоянии.
1
6
Последовательно сдвигая опорный сигнал на 6τ, устройство осуществляет поиск до появления сигнала на выходе одного из шести пороговых блоков 10-10. При появлении сигнала
2
4
2
4
1
6
перестройка прекращается и путем сдвижек в пределах 6τ обнаруженный сигнал направляется в центральный - третий канал. После подтверждения трех подряд сигналов в третьем канале вырабатывается сигнал об обнаружении составляющей синхропоследовательности (СП), для этого на перемножители 1 и 1ведаются опорные сигналы СП, сдвинутые относительно центрального (третьего) канала на +τ/2 и -τ/2 соответственно. При мои уровни свернутых сигналов с фильтров 7и 7 будут зависеть от степени расхождения по задержке опорных сигналов и принимаемого сигнала. В случае точного их совпадения на выходе схемы сравнения 8 сигнал отсутствует. При рассогласовании уровень сигнала в одном из каналов будет увеличиваться, в другом - уменьшаться. На выходе схемы сравнения 8 возникнет сигнал расстройки, который изменяет тактовую частоту опорных генераторов 3-3 до попадания сигнала расстройки, то есть до равенства тактовых частот принимаемого сигнала и опорного сигнала.
1
5
6
5
Одновременно в первом канале опорные сигналы СП подменяются на сигнал информационной последовательности (ИВ), и начинается поиск информационной составляющей. После обнаружения ИП в блоке 10 сигналов ИП синхронизатором 18 вырабатывается сигнал обнаружения. В каналах 5 и 6 происходит выделение сигнала. По команде сигнала обнаружения информации (СОИ), подаваемого с синхронизатора 18, открываются ключи 14 и 15. При этом на фильтры 7 и 7 поступают сигналы составляющих СЕ и ИВ, развернутых относительно друг друга на 90° и просуммированные между собой. Таким образом в одном из фильтров 7,
6
7 во время информационной посылки будет присутствовать двойной уровень свернутого сигнала, в другой фильтре - уровень несвернувшихся шумов.
5
6
В схеме сравнения 9 сигналы с выходов фильтров 7 и 7сравниваются между собой и на выходе схемы сравнения 9 появляется информационный сигнал, который поступает в синхронизатор 18, где нормируется по уровню и длительности, затем подается на выход устройства.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить время поиска принимаемого сигнала в данном случае в десть раз по сравнению с устройством-прототипом.
Синхронизатор 18 может быть построен, например, по схеме, представленной на фиг.2, где обозначено:
18.1 - формирователь тактовых импульсов;
18.2 - блок формирования временного сдвига ПСП;
18.3 - блок точной подстройки;
18.4 - блок анализа сигналов;
18.5 - блок коммутации копий ПСП;
18.6 - блок формирования информационных импульсов. Синхронизатор 18 содержит последовательно соединенные формирователь тактовых импульсов 18.1, блок анализа сигналов 18.4 и блок коммутации копий ПСП 18.5, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования временного сдвига ПСП 18.2, второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя тактовых импульсов 18.1, а третий вход блока 18.2 соединен с выходом блока точной подстройки 18.3, первый вход которого соединен с первым входом блока формирования
информационных импульсов 18.6 и первым выходом формирователя 18.1.
Работает синхронизатор 18 следующим образом,
Формирователь тактовых импульсов 18.1 работает в режиме генератора тактовых импульсов, которые подаются на один из входов блока 18.2, в котором формируется шесть ПСЕ, сдвинутых на такт относительно друг друга. На один из входов блока 18.3 поступают тактовые импульсы, а на другой вход -сигнал со схемы сравнения 8, в блоке 18.3 производится точная подстройка но задержке. В блоке 18.4 с помощью счетчиков производится подтверждение трех подряд сигналов, которые затем включают блок 18.3 и останавливают перестройку по задержке.
В блоке 18.5 производится коммутация опорных сигналов на управление ключами. 14 и 15. В блоке 18.6 производится формирование информационных импульсов и выдача их на выход устройства.
Построение остальных блоков и узлов общеизвестно и широко опубликовано в технической литературе.