Результат интеллектуальной деятельности: Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи, в частности к устройствам квазикогерентного приема дискретно-кодированных многочастотных радиосигналов, и может найти применение в информационных радиоканалах систем управления беспилотными летательными аппаратами, в частности в активных и полуактивных радиолокационных головках самонаведения и в устройствах синхронизации радиолиний телеуправления летательными аппаратами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту, является дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала (см. Патент №2479139 МПК Η04L 7/02), выбранный в качестве прототипа.

Известный дискриминатор содержит, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, первый усилитель и второй фильтр выход которого является дополнительным выходом устройства, соединенные последовательно второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а второй вход с выходом второго фильтра, третий фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорного сигнала, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя.

Важным положительным свойством дискриминатора по патенту является корректировка оценочного значения задержки принимаемого сигнала при изменении относительной скорости между объектами за счет выработки соответствующего компенсирующего напряжения, что позволило обеспечить высокую точность в указанных условиях.

Однако при организации связи между движущимися объектами, имеющими различные параметры движения, на величину задержки τ принимаемых сигналов могут оказывать существенное влияние изменение относительного ускорения взаимодействующих объектов. Устройство-прототип рассчитано на работу в условиях, когда случайная задержка радиосигнала τ представляет собой процесс, который можно описать следующим стохастическим дифференциальным уравнением

где ν - постоянный коэффициент,

- нормальный белый шум с нулевым средним значением и дельта-функцией корреляции

Нетрудно видеть [Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М: Сов. радио, 1977], что устройство-прототип нормально функционирует только при равномерном изменении относительной скорости между движущимися объектами, т.е. при постоянном относительном ускорении.

При маневрировании объектов происходит существенное изменение, как относительной скорости, так и ускорения, в связи с чем описанная выше модель не соответствует реальным физическим процессам, поскольку задержка принимаемого сигнала, как показано в [Ярлыков М.С., Черняков М.В. Оптимизация асинхронных адресных систем радиосвязи. - М.: Связь, 1979], зависит от величины и характера изменения относительной скорости и ускорения. При этом

где α - постоянный коэффициент,

В данных условиях дискриминационная характеристика устройства-прототипа изменяется (уменьшается зона захвата и крутизна характеристики, ухудшается ее линейность, смещается точка равновесия) и, как следствие, ухудшается точность, что является существенным недостатком известного технического решения.

Технический результат от использования предлагаемого дискриминатора для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала заключается в отличие от прототипа в повышении точности синхронизации дискриминатора в условиях изменения относительной скорости и ускорения между объектами за счет использования априорного уравнения задержки адекватного происходящим процессам.

Поставленная задача решается за счет того, что в дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала, содержащий так же, как и прототип, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент, перестраиваемый генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый и второй перемножители, первый сумматор, первый усилитель и второй фильтр выход которого является дополнительным выходом устройства, соединенные последовательно второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, третий фильтр, второй управляющий элемент и генератор опорного сигнала, выход которого подключен ко вторым входам смесителя и первого перемножителя, а также третий перемножитель и четвертый перемножитель, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с выходом генератора опорного сигнала, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый и шестой перемножители, выход пятого перемножителя подключен ко второму входу второго перемножителя, а выход шестого перемножителя подключен ко второму входу четвертого перемножителя, вторые входы третьего и пятого перемножителей подключены ко входу фазовращателя на 90°, первый вход первого перемножителя соединен со вторым входом шестого перемножителя, в отличие от прототипа между выходом первого сумматора и вторым входом второго сумматора в него введены последовательно соединенные второй усилитель, третий сумматор и четвертый фильтр, ко второму входу третьего сумматора подключен выход второго фильтра, а выход четвертого фильтра является вторым дополнительным выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого дискриминатора.

Дискриминатор для синхронизации по задержке В-частотного дискретно-кодированного сигнала содержащий так же, как и прототип, последовательно соединенные смеситель 1, первый вход которого является входом дискриминатора, первый фильтр 2, выход которого является выходом дискриминатора, первый управляющий элемент 3, перестраиваемый генератор несущей частоты 4, фазовращатель 5 на 90°, первый 6 и второй 7 перемножители, первый сумматор 8, первый усилитель 9 и второй фильтр 10 выход которого является дополнительным выходом устройства, соединенные последовательно второй сумматор 11, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, третий фильтр 12, второй управляющий элемент 13 и генератор опорного сигнала 14, выход которого подключен ко вторым входам смесителя 1 и первого перемножителя 6, а также третий перемножитель 15 и четвертый перемножитель 16, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 8, при этом первый вход третьего перемножителя 15 соединен с выходом генератора опорного сигнала 14, а также содержит объединенные первыми входами с входом дискриминатора пятый 17 и шестой 18 перемножители, выход пятого перемножителя 17 подключен ко второму входу второго перемножителя 7, а выход шестого перемножителя 18 подключен ко второму входу четвертого перемножителя 16, вторые входы третьего 15 и пятого 17 перемножителей подключены ко входу фазовращателя 5 на 90°, первый вход первого перемножителя 6 соединен со вторым входом шестого перемножителя 18. В отличие от прототипа между выходом первого сумматора и вторым входом второго сумматора в него введены последовательно соединенные второй усилитель 19, третий сумматор 20 и четвертый фильтр 21, ко второму входу третьего сумматора 20 подключен выход второго фильтра 10, а выход четвертого фильтра 21 является вторым дополнительным выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемое колебание, представляющее собой аддитивную смесь дискретно-кодированного В-частотного сигнала вида

где μ - амплитудный множитель;

f_k и ϕ_k - соответственно частотный и фазовый код (k=1…В);

τ - неизвестная флуктуирующая задержка,

и помехи (например, белого гауссова шума), поступает на второй вход смесителя 1, на первый вход которого с генератора 14 подается опорный сигнал вида

где μ' - амплитудный множитель опорного сигнала;

- оцененное значение задержки τ принимаемого сигнала.

В фильтре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через управляющий элемент 3 (как и в прототипе) осуществляет необходимую перестройку генератора 4 по задержке.

Напряжение на выходе генератора 4 можно представить в виде

На выходе фазовращателя 5 напряжение имеет вид

На выходах перемножителей 15 и 17, 18 и 6 выделяются напряжения, представляющие собой соответственно косинусные и синусные u_c, u_s квадратуры колебаний ψ_οπ(t) и y(t). Так же, как в устройстве-прототипе

На выходах перемножителей 16 и 7 напряжения имеют вид соответственно

При этом на выходе сумматора 8 получается напряжение

При изменениях относительных скоростей и ускорений взаимодействующих объектов оцененное значение задержки сигнала, входящее в выражения для напряжений u₁₆ и u₇, существенно отличается от действительного значения задержки. Для компенсации указанного отклонения с помощью усилителя 9 и интегрирующего фильтра 10 вырабатывается промежуточное напряжение u₁₀ вида

где k- коэффициент усиления усилителя 9.

Напряжение u₁₀ суммируется с напряжением u₁₉ и на выходе сумматора 20 формируется напряжение u₂₀=u₁₀+u₁₉, которое после прохождения интегрирующего фильтра 21 принимает вид

Напряжение u₂₁ суммируется с напряжением u₈ и на выходе сумматора 11 формируется напряжение u₁₁=u₂₁+u₈, которое при соответствующем выборе значений коэффициентов усиления усилителей 9 и 19 равно

Где - соответственно, синусные и косинусные квадратуры опорного колебания ψ_оп(t), учитывающие изменения задержки принимаемого сигнала при изменении взаимного положения (т.е. относительных скоростей и ускорений) взаимодействующих объектов.

Как и в прототипе, фильтр 12 выполнен в виде интегрирующего усилителя и напряжение на его выходе имеет вид

т.е. прямо пропорционально производной от огибающей функции автокорреляции ψ_оп(t).

Напряжением u₁₂ через управляющий элемент 13 осуществляется следящая перестройка генератора 14.

Выходы интегрирующих фильтров 10 и 21 являются дополнительными выходами дискриминатора, на которых выделяются напряжения, соответствующие текущим значениям скорости и ускорения изменения задержки. Они могут быть использованы, например, для построения приемных устройств на базе следящих корреляторов с перекрестными обратными связями.

Результаты проведенного математического моделирования показали, что для типовых условий функционирования повышение точности синхронизации, достигаемое применением заявляемого устройства, по сравнению с устройством-прототипом, составляет 14…33%.

Введение новых элементов - усилителя, сумматора и фильтра, а также новых связей, выгодно отличает заявляемое устройство от указанного прототипа, т.к. обеспечивает повышение точности в условиях изменения относительных ускорений взаимодействующих объектов.

Все вновь вводимые элементы широко используются в устройствах радиолокации и связи, описаны в литературе и их практическая реализация не вызывает трудностей.