Способ измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 10 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЬСТ 9 36.М. Халикова УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВ(56 ) 1 . Хассаб Ю,С. Определение врменных задержек гидроакустическихсигналов, отраженных поверхностьюокеана. 1 АБА, ч.35, 1963, Е 4,р.р, 489-501,2, Акустический журнал, Т.Х 1,1965, с. 42-51.(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХЗАДЕРЖЕК СИГНАЛА В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ, основанный на спектральном анализе принятого полосового сигнала, измерений частотного интерваламежду соседними интерференционнымимаксимумами полученного амплитудночастотного спектра и определении величины временной задержки, о т л нч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения величины временной задержки сигнала, порезультатам спектрального анализаформируют фаэочастотный спектр принятого полосового сигнала и уточняютзначение частоты интерференционныхмаксимумов по положениям на оси частот скачков фазы, соответствующихэтим максимумам.Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и гидроакус-тйческой (г/а) связи и применяетсяпдеимуще ств енно н области г/а и зме-.реиий (например, оценка дальности доизлучателя, когерентное сложение сигналов, формирование характеристикнапранленности и т,п.) и определенияпараметров, г/а каналов связи и передачи телеметрической информации йусловиях многолучевбго распростране Ония сигналов.Известен автокорреляционный способизмерения временных задержек сигналав многолучевом канале, основанный напространственной селекции отдельныхлучей и измерении времени запаздывания сигналов, пришедших по соответствующим лучам (1) .Однако указанный способ при больших дальностях и малых глубинах моряне обеспечивает достаточно точноеизмерение временных задержек, еслиони ранны или соизмеримы с временнымИнтервалом корреляции принимаемогомсигнала. Это обусловлено принципиально тем,чта при измерении частоты максимума функции корреляции используютсятолько энергетические характеристикимнаголучевого сигнала и не учитываются его фаэовые характеристики.Изнестен также спектральный спо- ЗОсоб измерения временных задержек паласовых сигналов в мнагалучевом канале, основанный на спектральноманализе принимаемого широкополосногосигнала, измерении, частотного интервала а Г между соседними интерференционными максимумами полученногоамплитудно-частотного спектра и ны.ггислении величины временной задержкипо формуле 4 Оь,= 1/ ь " (21Недостатком изнестнага способаявляется низкая точность измерений,являющаяся следствием нестационарности по амплитуде принимаемых реальных паласовых г/а сигналов и низкойточности измерения частоты интерференцианных максимумов.Цель изобретения - панышение точности измерения величины временной5 Озадержки сигнала,Поставленная цель достигается тем,что,согласно способу измерения нременйых задержек сигнала в мнагалучевом канале, основанном на спектральном анализе принятого паласоного сигнала, измерении частотного интервала между соседними интерференционными максимумами полученного амплитудно-частотнога спектра и определении 60величины временной задержки по формуле= 1/1 где ,- величинывременной задержки и 6 Г - частотный интервал между соседними интерференцианными максимумами амплитудначастотного спектра, па результатамспектрального анализа формируют фаэочастотный спектр принятого палосоного сигнала и уточняют значение частоты интерференционных максимумов поположениям на оси частот скачков фазы, соответствующих этим максимумам.В основу предлагаемого способа положено так. называемое явление скачков фазы н фаэачастотнам спектре(ФЧС) гинтерферирующего г/а сигнала,соответствующих точному значению частоты узкополосных составляющих, выделенных в амплитудно-частотном спектре (АЧС) того же сигнала,На фиг. 1 предстанлены амплитудночастотный и фазочастотный спектрыдискретных составляющих сигнала; нафиг. 2 - блок-схема устройства,реализующего предлагаемый способ,Зададим закон изменения ч(у,) вниде узкополосного колебания, что является наиболее реальным описаниемсигналов, которые при выполненииспектральной обработки именуютсядискретными составляющими (ДС), Онихарактеризуются тем, что основнаяэнергия подобного колебания сосредоточена в узкой полосе частот и сцентральной частотой Ы;, чта,в своюочередь, определяется коэффициентомузкопаласности сигналами =.осаАмплитудно-частот ный спектр ДС( 2)1+4 д ЖЯ, йфазочастатный спектр ДС (ФЧС ДС)имеет нид( Ы ) =анси.д Я( ---)11 +2 ку ( 2)Обнаружитель ДС высокой точности порогового типа будет более эффективньв при использовании ФЧС ДС по сравнению с АЧС ДС, так как крутизна (влияющая на точность обнаружения ДС, характеристики обнаруживаемай ДС в этом случае на частоте Я будет зна-. ,чительно больше.Устройство, реализующее способг содержит приемную г/а антенну 1, усилитель 2, диапаэонный фильтр 3, цифровой анализатор 4 спектра, блок 5 формирования амплитудно-частотного спектра, блок б формирования фазочастотного спектра, блок 7 выделения страбон пары соседних интерференцион-, ных максимумов, блок 8 измерения граничных частот строба интерференционного максимума, блок 9 определения минимума модуля ФЧС н стробе, блок 10 измерения частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС (скачка фа" зы), блок 11 запоминания частоты скачка фазы, соответствующего перно-, му интерференционнаму максимуму, блок12 вычисления частотного интервала между соседними интерференционными максимумами, блок 13 вычисления временной задержки сигнала и дисплей 14 оператораВ предлагаемом устройстве антенна 1 подсоединена через последОвательно соединенные усилитель 2, диапаэонный фильтр 3 и цифровой анализатор 4 спектра с блоками 5 и б, при этом блок 5 соединен с блоком 8 через блок 7 выделения стробов пары соседних интерференционных максимумов, который совместно с блоком б подсоединен к блоку 9, через блоки 10-12 соединенному с блоком 13 вычисления временной задержки сигнала.Устройство работает следующим образом.Сигнал, принятый г/а антенной 1, усиливается усилителем 2 и с выхода поддиапазонного фильтра 3 поступает в анализатор 4 спектра, откуда после выполнениявычислительных процедур, связанных с его преобразованием, выборки действительных и мнимых значений соответствующих коэффициентов разложения фурье поступают в блок 5 формирования АЧС и в блок б формирования ФЧС. Выборки АЧС поступают в блок 7, где производитоя выделение пары стробов соседних интерференционных максимумов с использованием пороговой схемы стробирования, управляемой оператором через его дисплей 14, и результаты измерений последовательно поступают в блок 8 измерения граничных частот строба. В бло ке 9 по значениям граничных частот соответствующего строба выделеется 5 участок ФЧС и определяется минимуммодуля ФЧС на этом участке, а затем в блоке 10 производится измерение частоты, соответствующей минимуму модуля ФЧС в границах строба (час тоты скачка фазы, соответствующейчастоте данного интерференционного максимума), которая запоминается в блоке 11, После измерения частоты скачка фазы соседнего интерференционного максимума оба результата измерений поступают в блок 12, где изменяется частотный интервал межцу соседними интерференционными максимумами. Значение частотного интерв вала поступает в блок 13 вычисле 1 ния временных задержек сигнала, кото.рые отображаются на дисплее 14 оператора.Использование предлагаемого способа измерения временных задержек сигнала в многолучевом канале обеспечивает повьааение точности измерения величины временной задержки сигнала за счет измерения частоты интерференционных максимумов в амплитудно- ЗО частотном спектре сигнала по значе -нию частоты скачков фазы в фазочастотном спектре сигнала, соответствующих этим максимумам,П 45133 Фиг. 1 Составитель М. КатановаТехред М, ГергельКорректор Л.Зерен А, Власе едакт исно 5 фПроектная,ППП "Патент", г о и аказ 7544/4 б ВНИИПИ по д 113035, МТираж 411Государственноглам изобретенийсква, 3:-35, Рауш Помитета ССоткрытийая наб д