Инвариантный многоканальный приемник

(19 1)5 Н 04 В 1/1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН аваемые сигналОм е(г) сов в+гр 0 Ог меют вид 0 г+ Ф((г) = ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) фалькович С,Е. Прием радиолокационных сигналов на фоне Флюктуационных помех. М.: Советское радио, 1961, с. 293-294.Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов.М.; Радио и связь, 1983, с, 87, рис, 2.11. (54) ИНВАРИАНТНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК(57) Использование: прием сигналов связи при недостатке априорной информации о вероятностных моделях и статических характеристиках сигналов и помех, поступающих на вход приемного устройства. Сущность изобретения; Устройство содержит М приемных каналов, каждый из которых содержит одноканальный оптимальный. Изобретение относится к области приема сигналов связи при недостатке априорной информации о вероятностных моделяхи статистических характеристиках сигналови помех, поступающих на вход приемногоустройства,Целью изобретения является повышение вероятности правильного обнаруженияМ ортогональных сигналов с априорно неизвестными амплитудой и начальной фазой вгауссовском стационарном шуме с априорнонеизвестными дисперсией и корреляционнойфункцией, Для достижения укаэанной цели вкаждый из М каналов инвариантного приемника дополнительно введены: аналого-циф-ровой преобразователь (АЦП), компаратор,сумматор, буферное ЗУ, блок компараторов,дешифратор, делитель и блок совпадения,приемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компаратор, сумматор, буферное запоминающее устройство, блок компараторов, делитель, дешифратор, пороговый блок, блок совпадения. Цель изобретения - повышение вероятности правильного обнаружения М ортогональных сигналов с априорно неизвестной амплитудой и начальной фазой в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной функцией - достигается за счет такой обработки принятых сигналов с помощью вновь введенных блоков АЦП, компаратора, сумматора, буферного ЗУ, блока компараторов, дешифратора, делителя и блока совпадений, при которой обеспечивается одновременное принятие решения об обнаружениии распознавании сигналов, 2 ил,О,гО,г т, О г е Ом - амплитуда, фо начальная фа а; г) - закон амплитудной модуляции; ф( - закон фазовой модуляции; соо - несущая а частота; ) = 1,в;Правило приема таких ортогональных сигналов в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной Функцией включает в себя установление надежности передачи сигнала (безразлично какого именно) и решение о том, какой именно сигнал передан. Правило приема имеет вид;(О,; ц= ;О, ;О,если(х Я(х, +. )и(х+Я)х.,: при всех.) ь) =1,п,"п Г. 5 ,где величины х, у при достаточно большоми (и = 2 ЬЛ) пропорциональны косинусной исинусной сосгавляющим откла фильтра,согласованного с сигналом Я(1), 1 = 1, гп.Привыполнении условия, записанногов верхней строке выражения (1), принимается решение о надежной передаче сигнала(устанавливается факт передачи на приемном конце); при одновременном выполнении условий, записанных во 2-й и 3-й:;.строках выражения (1), принимается решение о приеме именно Е-го из а возможныхсигналов. То есть предлагаемое устройство, 20работающее в соответствйи с йриведеннымправилом (1), одновременно решает задачуобнаружения сигнала и задачу распознавания (т.е, какой из в возможных сигналовпринят).Предлагаемое устройство обладает: минимальной полной вероятностью ошибки;независимостью(инвариантностью) вероятности а решения о передаче сигнала, коГдав действительности его нет, от априорно 30неизвестных характеристик шума; наибольшей вероятностью правильного приема прилюбых отношениях сигнал/шум, оптимальностью (по критерию Неймана-Пирсона) вклассе инвариантных к изменениям параметров сигнала и шума устройств, а такжеустройство свободно от недостатков, присущих прототипу.На фиг. 1 изображено предлагаемое вкачестве изобретения устройство. 40Каждый из п 1 приеМных каналов содержит:1 - одноканальный оптимальный приемник;2 - АЦП; 453 - компаратор;4 - сумматор;5 - буферное запоминающее устройство (ЗУ);6 - блок компараторов; 507 - делитель;8 - дешифратор;9 - пороговый блок;10 - блок совпадения.Выход приемника 1 соединен со входом 55АЦП 2, выход которого одновременно соединен; с первым входом компаратора 3; спервым входом сумматора 4; первыми входами всех компараторов в блоке компараторов 6; с записывающим входом буферного ЗУ 5, а также с соответствующими входами сумматоров и блоков компараторов во всех других каналах многоканального приемника. Выход сумматора 4, другие входы кото,рого соответственно соединены с выходами АЦП всех других каналов, соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход делителя 7 соединен со вторым входом компаратора 3, первый выход которого (логическая "1") соединен с первым входом блока совпадения 10, а второй выход компаратора 3 (логический "0") соединен.со стирающим входом буферного ЗУ 5. Другие входы блока компараторов 6 соответственно соединены с выходами АЦП из 2 в-го каналов. Выходы блока компараторов 6 соединены с соответствующими входами дешифратора 8, первый выход которого (логическая "1") одновременно соединен со вторым входом блока совпадения 10 и входом порогового блока 9, а второй выход дешифратора 8(логический "0") соединен со стирающим входом буферного ЗУ 5. Выход блока совпадения соединен со считывающим входом буферного ЗУ 5, выход которого является выходом заявляемого устройства,Заявляемый приемник работает следующим образом.На вход каждого из я одноканальных оптимальных приемников поступают сигналы от антенного усилителя. Количество одноканальных оптимальных приемников (число каналов) определяется в общем случае размерностью алфавита используемых сигналов. Одноканальный оптимальный приемник выполняет функцию некогерентного квадратурного приема со случайной фазой аналогично прототипу. Поступающий с выхода приемника 1 аналоговый сигнал оцифровывается (дискретизируется) АЦП 2. Каждь 1 й отсчет огибающей с выхода АЦП 2 одновременно поступает; на первый .вход компаратора 3; на первый вход сумматора 4; на первые входы каждого из щкомпараторов в блоке компараторов 6; записывается в буферное ЗУ 5, а также поступает на соответствующие входы сумматоров и вторые входы компараторов в блоках компараторов всех других каналов. Очевидно, что на все указанные блоки поступает отсчет соответствующий мгновенной величине хк + ук, Дальнейшее описание работы заявляемого устройства будет вестись применительно к первому каналу, имея ввиду, что в остальных каналах параллельно и одновременно реализуется тот же алгоритм обработки сигналов и принятия решений,(где к = 1 для первого канала),На другие входы сумматора 4 поступают мгновенные отсчеты х + у с выходов АЦП 2, т-го каналов, которые одновременно поступают и на вторые входы соответствующих ком параторов в блоке 5 компараторов 6. В блоке компараторов 6, таким образом, происходит сравнение отсчета первого канала с аналогичными отсчетами остальных каналов, т,е. реализуется проверка неравенства х 12+ у 1х;2+ у;2, 10 Если во всех компараторах блока б выполняется условие "А""В" (т.е, отсчет первого канала больше отсчетов любого другого канала), то на выходах всех компараторов блока б образуются сигналы "логическая "1". В 15 результате на выходе блока б образуется кодированный сигнал "все 1", который является разрешенным для дешифратора 8, Дешифратор 8 декодирует сигнал "все 1" и на одном из его выходов появляется сигнал 20 "логическая "1". Этот сигнал поступает на считывающий вход порогового блока 9 и, одновременно, на один из входов блока совпадения 10.В пороговом блоке 9 заранее записыва ется в цифровой форме рассчитанное значение порога Со для достижения заданных вероятностных характеристик приема информации, Это значение по сигналу от дешифратора 8 считывается в делитель 7 в 30 качестве делителя. В качестве делимого в делитель 7 поступает двоичное число с выхода сумматора 4. Не трудно убедиться, что это число представляет собой значение выв,2 -,2 35 ражения Х(х +у ). Результатделения этого числа на значение порога (Со) поступает на второй вход компаратора 3, где происходит его сравнение с величиной ранее записанного отсчета х 1 + у 1, Если выполняется условие "А""В" (т,е. отсчет в первом канале больше частного от деления суммы всех отсчетов, взятых в данный момент времени в других каналах, на заданное значение порога), что следует из выражения х + у1 ф -2- Х(х; + у ), то на одном из выходовСокомпаратора 3 формируется сигнал логическая "1", который поступает на другой вход 50 блока совпадения 10. Таким образом, при одновременном выполнении условий; на оба входа блока совпадения 10 поступят сигналы "логическая "1", В этом случае на выходе блока совпадения 10 формируется сигнал, который поступает на считывающий вход буферного ЗУ 5 и отсчет, ранее записанный в нем, считается в регистрирующее устройство для дальнейшего использования,В том случае, если условие х 12+ у 12х + у не выполняется, на выходе блока компараторов б появится кодовая комбинация, отличная от комбинации "все 1", Естественно, что в этом случае дешифратор 8 не дешифрирует эту комбинацию и на одном из его выходов появится сигнал "логический "0", который поступает на стирающий вход буферного ЗУ 5. Аналогичным образом, если в компараторе 3 не выполнится условие "А""В" (т.е. не выполняется неравенство х 1 + у 1- Х (х + у; ), то на одном из -2 - 2 1 -2 -2Со - 1выходов компаратора 3 формируется сигнал "логический "0", который также поступает на стирающий вход буферного ЗУ 5. Синхронно с первым каналом аналогичным образом работают устройства и в остальных щканалах заявляемого устройства,Блоки заявляемого устройства, реализующие его основные отличительные признаки, выполняются на стандартных элементах цифровой техники; компаратор 3 и компараторы в блоке компараторов б - в аиде устройств сравнения кодов; сумматор 4 - в виде счетчика импульсов; буферное ЗУ 5 - в виде регистра памяти со стиранием при считывании; дешифратор 8 - в виде дешифратора кодовых комбинаций; АЦП 2; делитель 7 - на элементах логической арифметики; блок совпадения 10 - в виде схемы И; пороговый блок - в виде регистра памяти без стирания при считывании,Технико-экономическая эффективность предлагаемого инвариантного многоканального приемника заключается в следующем, Одинаковая с прототипом вероятность правильного приема (обнаружения)/3 достигается при меньших отношениях сигнал/шум на входе приемника (см, фиг, 2), Расчеты проводились с помощью таблиц распределения Релея-Райса, Значения вероятности ложного решения а принимались равными 10 и 10 при одном сигнале вида О сов( в 1+ф+ро) на фоне гауссовской стационарной помехи, Заявляемый обьект в этих расчетах оценивался только как обнаружитель (верхняя строка в выражении 1), Из фиг, 2 видно, например, что при а = 10для достижения ф = 0,9 необходимо иметь отношение сигнал/шум о, равное 12,5для прототипа. Для заявляемого устройстваэта величина снижается до 10, Такое жеувеличение вероятности правильного обнаружения у заявляемого устройства при одинаковых с прототипом о наблюдается и при 5других значениях а,Формула изобретенияИнвариантный многоканальный приемник, состоящий из М каналов приема, каждый иэ которых содержит одноканальный 10оптимальный приемник сигналов со случайной начальной фазой, а также пороговыйблок, отличающийся тем,что,сцельюповышения вероятности правильного обнаружения М ортогональных сигналов, в каждый из М каналов приема введеныаналого-цифровой преобразователь (АЦП),компаратор, сумматор, буферное запоминающее устройство (ЗУ), блок компараторов,дешифратор, делитель, блок совпадения, .20при этом вход АЦП соединен с выходомодноканального оптимального приемникасигналов со случайной фазой, выход АЦП -с первым входом компаратора, с первымвходом сумматора, с записывающим входом буферного ЗУ, с первыми входами компараторов в блоках компараторов всех М каналов приема, а также с первыми входами сумматоров всех других каналов приема, другие Мвходов сумматора каждого канала соединены с соответствующими М - 1 входами АЦП других каналов приемника, а выход сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход - с вторым входом компаратора, первый выход которого соединен с первым входом блока совпадения, а второй выход - со стирающим входом буферного ЗУ, вторые входы компараторов блока компараторов соответственно соединены с выходами АЦП всех других каналов приема, М - 1 выходов блока компараторов соединены с соответствующими входами дешифратора, первый выход которого соединен с входом порогового блока и вторым входом блока совпадения, а второй выход- со стирающим входом буферного ЗУ, считывающий вход буферного ЗУ соединен с выходом блока совпадения, а выходы буферного ЗУ каждого из каналов приема являются выходами приемника..8 Р 1 ЮО оставитель И.Леви ехред М.Моргентал Корректор О,К дактор ова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Ф Ю 09 Заказ 947 ТиражВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 5, Раушская наб., 4/5