ОБНАРУЖЕНИЕ ОДНОВРЕМЕННЫХ СДВОЕННЫХ ПЕРЕДАЧ
DETECTION OF SIMULTANEOUS DOUBLE TRANSMISSIONS

Изобретение относится к измерительному устройству и способу измерения для обнаружения одновременного присутствия по меньшей мере одного первого и одного второго сигналов в измерительном сигнале.
В авиационной радиосвязи, как и прежде, обычно используют амплитудно-модулированные сигналы. Существенная проблема при использовании таких сигналов заключается в том, что при случайной одновременной передаче сигналов, например двумя самолетами, поступающий на приемник более слабый сигнал остается необнаруженным. Это может привести к ошибкам, существенно влияющим на безопасность.
Для обнаружения таких сдвоенных передач известен способ, при котором производят нелинейное искажение приемного сигнала и затем - его перенос в частотную область. Затем определяют симметричные спектральные составляющие в искаженном спектре и удаляют их. В завершение на основании еще оставшихся составляющих сигнала делают вывод о присутствии одновременно переданного второго сигнала. Так, публикация немецкой заявки на изобретение DE 102011080999 А1 показывает описанный выше способ с нелинейным искажением.
Этот способ, однако, имеет недостатки, так как он в связи с нелинейным преобразованием требует высоких вычислительных затрат. Кроме того, он проблематичен при использовании в режиме CLIMAX. Он не в состоянии различать между несколькими передатчиками в режиме работы системы CLIMAX на общей волне и действительно подлежащей распознаванию сдвоенной передачей.
Задачей изобретения является создание простого и надежного измерительного устройства и способа измерения, которые способны надежно распознавать сдвоенные передачи.
В соответствии с изобретением задачу решают для измерительного устройства с помощью признаков независимого п. 1 и для способа - с помощью признаков независимого п. 9. Предпочтительные усовершенствования являются предметом ссылающихся на них зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующее изобретению измерительное устройство служит для обнаружения одновременного присутствия по меньшей мере одного первого сигнала и одного второго сигнала в измерительном сигнале, предпочтительно в приемном сигнале радиостанции в авиационной радиосвязи. Измерительное устройство содержит приемное устройство для приема измерительного сигнала в качестве цифрового измерительного сигнала и устройство обработки. При этом устройство обработки содержит устройство преобразования для преобразования цифрового измерительного сигнала в измерительный сигнал в частотной области. Далее, обрабатывающее устройство содержит устройство вычитания для вычитания первой боковой полосы измерительного сигнала в частотной области из второй боковой полосы измерительного сигнала в частотной области. При этом в случае обеих боковых полос речь идет о той же составляющей сигнала - о наиболее мощной несущей. При этом устройство вычитания вырабатывает остаточный сигнал. На основании остаточного сигнала можно весьма несложным образом сделать заключение о наличии сдвоенной передачи.
Предпочтительно исключительно приемное устройство обрабатывает измерительный сигнал перед преобразованием в цифровую форму с помощью приемного устройства. В этом случае приемное устройство обрабатывает измерительный сигнал исключительно с помощью линейных операций, прежде чем оно преобразует измерительный сигнал в цифровую форму. Поскольку нет необходимости в нелинейных операциях, может быть обеспечена обработка, существенно экономящая вычислительные ресурсы.
Первый сигнал и второй сигнал являются предпочтительно амплитудно-модулированными сигналами соответственно с одной несущей. Таким образом может быть использован способ передачи, преобладавший ранее в авиационной радиосвязи.
Предпочтительно устройство вычитания выполнено с возможностью обнаружения наиболее мощной несущей, присутствующей в измерительном сигнале, причем боковые полосы измерительного сигнала разделены наиболее мощной присутствующей в измерительном сигнале несущей. Таким образом может быть обеспечено надежное различение подлежащих вычитанию боковых полос.
Устройство вычитания предпочтительно выполнено с возможностью зеркального отражения перед вычитанием одной из боковых полос измерительного сигнала в частотной области относительно позиции наиболее мощной несущей, присутствующей в измерительном сигнале. За счет этого достигают надежного функционирования измерительного устройства для любых сигналов передачи.
Предпочтительно устройство обработки содержит устройство обнаружения для обнаружения присутствия второго сигнала в измерительном сигнале на основании оставшихся составляющих остаточного сигнала. Таким образом, для пользователя измерительного устройства может быть обеспечена весьма несложная автоматическая оценка.
Устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью определения присутствия второго сигнала в измерительном сигнале при помощи сравнения с пороговыми величинами оставшихся составляющих сигнала или при помощи сравнения с пороговыми величинами сигнала, выведенного из оставшихся составляющих сигнала в остаточном сигнале. То есть, производят сравнение выведенного полезного сигнала с шумом. Таким образом можно обеспечить очень простое обнаружение.
Устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью определения присутствия второго сигнала в измерительном сигнале при помощи сравнения с пороговыми величинами суммированных мощностей оставшихся составляющих сигнала в остаточном сигнале. Так с повышенной точностью может быть обнаружено присутствие второго сигнала.
Устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью обнаружения обусловленных вращением винта амплитудных модуляций первого сигнала и/или второго сигнала и удаления обнаруженных амплитудных модуляций, обусловленных вращением винта, первого сигнала и/или второго сигнала из первого сигнала или, соответственно, второго сигнала. Альтернативно оно выполнено так, чтобы при обнаружении присутствия второго сигнала в измерительном сигнале не принимать во внимание (игнорировать) обнаруженные амплитудные модуляции, обусловленные вращением винта, первого сигнала и/или второго сигнала. За счет этого при обнаружении сдвоенной передачи можно избежать ошибок, которые обусловлены амплитудными модуляциями, обусловленными вращением винта.
Соответствующий изобретению способ измерения служит для обнаружения одновременного присутствия по меньшей мере одного первого сигнала и одного второго сигнала в измерительном сигнале. При этом измерительный сигнал принимают в виде цифрового измерительного сигнала. В завершение цифровой измерительный сигнал преобразуют в измерительный сигнал в частотной области. За этим следует вычитание первой боковой полосы измерительного сигнала в частотной области из второй боковой полосы измерительного сигнала в частотной области, причем при этом происходит выработка остаточного сигнала. На основании остаточного сигнала можно несложным образом сделать вывод о присутствии сдвоенной передачи.
Предпочтительно соответствующее изобретению измерительное устройство и соответствующий изобретению способ измерения способны распознавать сдвоенные передачи при разности уровней обоих сигналов от 0 до 20 дБ, особо предпочтительно от 0 до 40 дБ. Таким образом, надежное распознавание сдвоенной передачи возможно также при очень сильном и при очень слабом сигнале.
Наиболее предпочтительно измерительное устройство и способ измерения пригодны для различения между фактическими сдвоенными передачами различных участников и мнимыми сдвоенными передачами при использовании режима CLIMAX.
В последующем изобретение описано в качестве примера на основании чертежей, на которых изображен предпочтительный пример исполнения изобретения.
На чертежах показаны:
фиг. 1 - схематическое изображение проблемы, на решение которой направлено настоящее изобретение;
фиг. 2а - спектральное представление двух одновременно переданных сигналов в частотной области;
фиг. 2b - спектральное представление суммы одновременно переданных сигналов по фиг. 2а;
фиг. 3 - в виде блок-схемы пример выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства;
фиг. 4 - в виде блок-схемы детальный вид примера выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства;
фиг. 5 - спектральное представление сигнала, используемого примером выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства.
фиг. 6 - в виде блок-схемы пример осуществления соответствующего изобретению способа измерения.
Сначала на основании фиг. 1-2b приведено пояснение проблемы, на решение которой направлено данное изобретение.
Далее на основании фиг. 3-4 приведено детальное пояснение примера выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства и его функционирования. В завершение на основании фиг. 6 рассмотрен принцип работы примера осуществления соответствующего изобретению способа. Идентичные элементы частично не изображены и не описаны повторно на аналогичных изображениях.
На фиг. 1 схематически изображена проблема, на решение которой направлено изобретение. Первый самолет 10 передает первый сигнал 11 на приемник 14. Одновременно второй самолет 12 передает второй сигнал 13 на приемник 14. Вследствие существенно меньшего удаления второго самолета 12 от приемника 14 второй сигнал 13 поступает на приемник 14 с отчетливо более высоким уровнем, нежели первый сигнал 11. Вследствие амплитудной модуляции и использования номинально одинаковой частоты передачи первый сигнал 11 исчезает во втором, более мощном сигнале 13 и не может быть обнаружен приемником 14 без принятия дальнейших мер. Таким образом, переданное самолетом 10 на приемник 14 сообщение не поступает. Само собой разумеется, соответствующее изобретению измерительное устройство и соответствующий изобретению способ измерения можно использовать также при отличающемся расположении участников. Так, например, представляется возможной сдвоенная передача с одного самолета и одной наземной станции при приеме одним самолетом или одной наземной станцией. Вообще говоря, каждый из представленных участников может быть заменен самолетом или наземной станцией.
На фиг. 2а показана изображенная на фиг. 1 ситуация в частотной области. В данном случае первому сигналу 11 по фиг. 1 соответствуют левая боковая полоса 20b, правая боковая полоса 21b и несущая частота 22b. Второму сигналу 13 по фиг. 1 в данном случае соответствуют левая боковая полоса 20а, правая боковая полоса 21а и несущая 22а. Здесь отчетливо видно, что соответствующие первому сигналу 11 составляющие имеют отчетливо более низкий уровень по сравнению с соответствующими второму сигналу 13 составляющими. То есть, составляющие первого сигнала 11 исчезают во втором сигнале 13.
На фиг. 2b приведено спектральное представление суммарного сигнала, поступающего на приемник 14 по фиг. 1. Вследствие незначительных различий по частоте обоих сигналов возникает незначительная асимметрия суммарного сигнала, который показан на фиг. 2b. Вокруг различимой центральной несущей 32 можно распознать левую боковую полосу 30 и правую боковую полосу 31. Здесь практически невозможно различить доли первого сигнала 11 по фиг. 1. Незначительные изменения относительно одиночного сигнала можно различить исключительно в левой области основания левой боковой полосы 30 и правой боковой полосы 31, а также точке основания несущей 32. Эти области, однако, не позволяют сделать заключение непосредственно о сдвоенной передаче. Само собой разумеется, суммарный принятый сигнал может также содержать лишь один полезный сигнал, например первый сигнал 11 или второй сигнал 12 и шумы. Таким образом, в рамках обнаружения сдвоенной передачи этот случай следует отличать от описанного выше случая.
Фиг. 3 показывает в форме блок-схемы пример выполнения соответствующего изобретению измерительного устройства. Первый сигнал 11 по фиг. 1 и второй сигнал 13 по фиг. 1 совместно образуют измерительный сигнал 50. Измерительное устройство 2 содержит приемное устройство 3, цифровое устройство 7 обработки, устройство 8 выдачи и устройство 9 управления. Далее, приемное устройство 3 содержит антенну 4, аналоговое устройство 5 обработки и аналого-цифровой преобразователь 6. При этом антенна 4 соединена с аналоговым устройством 5 обработки, которое, в свою очередь, соединено с аналого-цифровым преобразователем 6. Он, в свою очередь, соединен с цифровым устройством 7 обработки. Аналоговое устройство 5 обработки, цифровое устройство 7 обработки и цифровое устройство 8 выдачи соединены при этом, в свою очередь, с устройством 9 управления. Здесь показаны только важные для изобретения компоненты измерительного устройства. Обычная приемная техника, которая используется в устройстве авиационной радиосвязи, здесь детально не изображена.
Измерительный сигнал 50, который может содержать по меньшей мере один сигнал, например, от самолета - однако, альтернативно при сдвоенной передаче один первый и один второй сигналы - принимают антенной 4 и в виде принятого сигнала 51 передают на аналоговое устройство 5 обработки. Оно выполняет аналоговые операции обработки, например фильтрацию и усиление, и выдает обработанный измерительный сигнал 52 на аналого-цифровой преобразователь 6. Последний преобразует сигнал в цифровую форму и передает его в виде цифрового измерительного сигнала 53 на цифровое устройство 7 обработки. Последнее выполняет обнаружение сдвоенной передачи и передает результат на устройство 9 управления. В случае сдвоенной передачи устройство 9 управления осуществляет управление устройством 8 выдачи, чтобы, например, с помощью акустического предупредительного сигнала или оптического предупредительного сигнала известить о сдвоенной передаче. При этом аналоговое устройство 5 обработки, цифровое устройство 7 обработки и устройство 8 выдачи работают под управлением устройства 9 управления. Детальное функционирование цифрового устройства 7 обработки описывается более подробно на основании фиг. 4.
На фиг. 4 изображен детальный вид цифрового устройства 7 обработки по фиг. 3. Цифровое устройство 7 обработки принимает от аналого-цифрового преобразователя 6 цифровой измерительный сигнал 53. Цифровое устройство 7 обработки содержит устройство 70 преобразования, устройство 71 вычитания и устройство 72 обнаружения. При этом устройство 70 преобразования соединено с аналого-цифровым преобразователем 6 по фиг. 3. Устройство 71 вычитания соединено с устройством 70 преобразования и с устройством 72 обнаружения. Устройство 72 обнаружения соединено с устройством 9 управления по фиг. 3. Цифровой измерительный сигнал подают на устройство 70 преобразования и с его помощью преобразуют в измерительный сигнал в частотной области 54. Для этого используют, например, быстрое преобразование Фурье. При этом измерительный сигнал в частотной области 54 соответствует суммарному сигналу, изображенному на фиг. 2b. Затем измерительный сигнал в частотной области 54 подают на устройство 71 вычитания, которое вычитает первую боковую полосу суммарного сигнала из второй боковой полосы суммарного сигнала.
Так как обе боковые полосы амплитудно-модулированного сигнала симметричны относительно несущей, при этом происходит полное гашение сигнала, если частью измерительного сигнала был исключительно один сигнал. Эта асимметрия не может быть, однако, распознана на фиг. 2b без дополнительных действий. В частности, фиг. 2b показывает идеальный сигнал без шумов. В реальном сигнале незначительные асимметрии сигнала по фиг. 2b исчезли бы в более мощном сигнале.
Таким образом, устройство 71 вычитания определяет сначала точную позицию в частотной области несущей измерительного сигнала в частотной области 54. Затем производят зеркальное отражение одной боковой полосы относительно этой определенной позиции несущей. Зеркально отраженную боковую полосу вычитают из боковой полосы, которая не является зеркально отраженной. Полученный в случае сдвоенной передачи остаточный сигнал 55 изображен на фиг. 5.
Выработанный таким образом остаточный сигнал 55 передают затем на устройство 72 обнаружения, которое на основании присутствующих в остаточном сигнале 55 составляющих сигнала выдает заключение о присутствии или отсутствии сдвоенной передачи. Для этого может быть применено, например, сравнение с пороговой величиной. Альтернативно остаточный сигнал 55 может быть сначала обработан, например, посредством формирования суммы или формирования мощности. Затем обработанный остаточный сигнал может быть исследован с помощью сравнения с пороговой величиной. В случае превышения порога делают заключение о наличии сдвоенной передачи и передают сообщение об этом на устройство 9 управления по фиг. 3. Сообщение об отсутствии сдвоенной передачи также передают на устройство 9 управления.
В случае использовавшихся ранее систем для обнаружения сдвоенных передач амплитудные модуляции, обусловленные вращением винта самолета, то есть модуляции, которые возникают вследствие вращения лопастей винтов турбовинтовых самолетов, часто идентифицировали как сдвоенные передачи. Такие амплитудные модуляции, обусловленные вращением винта, вырабатывают периодические повторения сигнала передачи в частотной области. Периодичность задается при этом количеством лопастей винта и числом оборотов. Для исключения таких амплитудных модуляций, обусловленных вращением винта, и тем самым предотвращения идентификации их как сдвоенные передачи, устройство 72 обнаружения осуществляет дополнительно компенсацию амплитудной модуляции, обусловленной вращением винта. В этом случае устройство 72 обнаружения целенаправленно ищет амплитудные модуляции, обусловленные вращением винта, которые распознают на основании известной периодичности, и удаляет эти периодические повторения сигнала в частотной области до выполнения сравнения с пороговыми величинами.
На фиг. 5 изображен остаточный сигнал 55 по фиг. 4 в случае сдвоенной передачи. В этом случае остаточный сигнал 55 содержит две составляющие 40, 41 сигнала, которые соответствуют с трудом распознаваемым на фиг. 2b асимметриям суммарного сигнала. После удаления симметричных составляющих сигнала эти асимметричные составляющие сигнала могут быть простым образом обнаружены. На фиг. 5 графически изображена, далее, пороговая величина 42, на основании которой обнаруживают, например, наличие сдвоенной передачи.
На фиг. 6 показан пример осуществления соответствующего изобретению способа. На первом этапе 100 производят прием измерительного сигнала. Этот измерительный сигнал содержит по меньшей мере один первый сигнал, а в некоторых случаях второй сигнал. На втором этапе 101 измерительный сигнал преобразуют в частотную область. На третьем этапе 102 производят обнаружение наиболее мощной несущей внутри принятого сигнала. На четвертом этапе 103 обе боковые полосы, которые определены обеими спектральными сторонами обнаруженной наиболее мощной несущей, вычитают друг из друга. При этом сначала одну из боковых полос зеркально отражают относительно позиции несущей. На пятом этапе 104 производят обнаружение оставшихся составляющих сигнала после вычитания. На шестом этапе 105 определяют наличие сдвоенной передачи. В отношении функционирования отдельных этапов дается ссылка на соответствующие фрагменты описания к фиг. 3 и фиг. 4.
Изобретение не ограничено представленным примером выполнения. В рамках изобретения все описанные выше признаки или показанные на фигурах признаки могут предпочтительно комбинироваться друг с другом произвольным образом.