Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 09 4 Н 0427/2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕЛЯЦИОННОГО ПРИЕМА ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ С ПОДСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации, Изобретение повышает помехоустойчивость. Устройство со держит три перемножителя 1,612 синфазного канала (СК), три перемножителя 2, 8, 13 квадратурного канала (КК), делитель 3 частоты фазоврашатель на 90" 4, интегратор 5 синфаэного канала, интегратор 7 квадратур- ного канала, два сумматора 9 и 26, усилитель-ограничитель 10, декодер 11, анализатор 14 сигналов, ключ СК 15, ключ КК 16,два сглаживаюших фильтра СК 17 и 18два сглаживаюших фильтра КК 19 и 20, задаюший генератор 21, формирователь 22 управ.ляющего сигнала, два электронных переключателя (ЭП) 23 и 39, АЦП 24, блок ЭП 25четыре регистра сдвига 27, 28, 31, 32, двавычитателя 29 и 33, два умножителя 30 и34, электронный, распределитель 35, блок 36элементов И формирователь 37 сетки низкихчастот, элемент ИЛИ 38, Цель достигаетсявведением сглаживаюшего фильтра СК 18,сглаживаюшего фильтра КК 20, ключа СК 15,ключа КК 16, сумматора 26, двух электрон.ных переключателей 23, и 39, блока ЭП 25, еАЦП 24, четырех регистров сдвига 27, 28, юь31, 32, двух вычитателей 29 и 33 двух ум+ МФножителей 30 и 34, формирователя 37 сетки Снизких частот, блока элементов И 36, элемен.та ИЛИ 38, формирователя 22 управляю.шего сигнала, делителя 3 частоты, электрон.ного распределителя 35, 4 ил,1221762 Выходной сигнал сумматора 9 подаетсяна перемножители 12 и 13 синфазного и квадратурного каналов через усилитель-ограничитель 10, Напряжения с выходов перемно.50 жителей 12 и 13 синфазного и квадратурного каналов усредняются с помощью сглажива.юших фильтров синфазного 17 и 18, квадра.турного 19 и 20 каналов, Напряжение на выходе сглаживающего фильтра 17 синфаэ ного канала имеет вид постоянного тока, его амплитуда пропорциональна косинусу разйостифаз несущей ФМ сигнала ци опорного колебания у,. Это напряжение подается на Изобретение относится к электросвязи иможет быть использовано в системах передачидискретной информации.Цель изоберетения - повышение помехоустойчивости.На фиг. 1 изображена структурная электри.ческая схема устройства; на фиг. 2-4 -эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.Устройство дпя корреляционного приемафазоманипулированных сигналов с подстрой.кой частоты содержит первый перемножитель1 синфазного канала, первый перемножитель2 квадратурного канала, делитель 3 частоты,фазовращатель 4 на 90, интегратор 5 синфазного канала второй перемножитель бсинфазного канала, интегратор 7 квадратурного канала, второй перемножитель 8 квадратурного канала, первый сумматор 9, усилитель - ограничитель 10, декодер 11, третийперемножитель 12 синфазного канала, третийперемножитель 13 квадратурного канала)анализатор 14 сигналов, ключ 15 синфаэного канала, ключ 16 квадратурного канала,первый и второй сглаживающие фильтры17 и 18 синфазного канала первый и второйсглаживающие фильтры 19 и 20 квадратурного канала, задающий генератор 21, формирователь 22 управляющего сигнала, первыйэлектронный переключатель 23, аналого-цифровой преобразователь 24, блок 25 электронных переключателей, второй сумматор 26,первый и второй регистры 27 и 28 сдвига, первый вычитатель 29, первый умножи.тель 30 третий и четвертый регистры 31 и32 сдвига, второй вычитатель 33, второй умножитель 34 электронный распределитель35, блок элементов И 36, формирователь 37сетки низких частот, элемент ИЛИ 38, второй электронный переключатель 39.Работа устройства для фазоманипулированных сигналов с двумя боковыми полосамичастот (ФМ ДБП) происходит следующимобразом,Режим работы - установившийся 1 без воздействия автоподстройки частоты).Фазоманипулированный сигнал поступает на первые входы перемножителей 1 и 2 синфазного и квадратурного каналов, на вторые входы которых подано опорное колебание от делителя 3 частоты, частота которого И равна частоте несущей Япринимаемоого сигнала или отличается от нее на величину (Я - Я ), а фаза случайна, Напряжение с делителя 3 частоты, поданное на перемножитель 2 квадратурного канала, сдвинуто по фазе на 90 с помощью фазоврап 1 ателя 4, Налряжение на выходах перемножителей 1 и 10 15 20 25 30 35 40 2 синфазного и квадратурного каналов пропорционально скалярному произведениюпринимаемого сигнала и сигнала опорногоколебания или сигнала опорного колебания,сдвинутого по фазе на 90,Частота колебания задающего генератора21 равна цоигде Я, - номинальная частота опорного колебания, которая равна номиналучастоты несущего колебания ФМсигнала;1 - коэффициент деления делителя 3частоты.Сигнал ФМ ДБП может быть представленв виде х (Ь) соз сд 1, где й (1)огибающая входного сигнала,На фиг. 2 даны эпюры напряжений устройства применительно к огибающей й (т), взависимости от угла взаимной расстройкифаз несущего и опорного колебаний, т. е,ь )о 1- Ч )где- фазовая задержка,В синфазном подканале сигнал с выходаперемножителя 1 синфазного канала проходитчерез интегратор 5 синфазного канала произ.водящий оптимальную фильтрацию (фиг, 2 а),после чего попадает на перемножитель бсинфазного канала, В квадратурном подканалепринимаемый сигнал обрабатывается идентичным образом с помощью интегратора 7 квадратурного канала (фиг, 2 б), перемножителя8 квадратурного канала, Напряжения с выходов перемножителей 6 и 8 синфазного иквадратурного каналов объединяются сумматором 9 и декодируются декодером 11.Дпя осуществления сопряжения выходныхнапряжений обоих подканалов служат перемно.жители 12 и 13 синфазного и квадратурногоканалов, Знаки их выходных напряженийположительны при совпадении знаков напряжений .соответствующих подканалов с суммарным н отрицательны при несовпадениифиг. 2 в, г).второй вход перемножителя 6 синфазногоканала. Модуль напряжения, на выходе перемножителя 6 синфазного канала пропорционален мощности принимаемого сигнала,умноженного на квадрат косинуса взаимнойрасстройки фаз ( иа - Ы,)1 +(фиг. 2 д).В квадратурном подканале далее принимаемый сигнал обрабатывается идентичнымобразом с помощью перемножителя 13квадратурного канала 13, сглаживающегофильтра 19 квадратурного канала, с тойлишь разницей что напряжение на выходеперемножителя 8 квадратурного каналапропорционально мощности принимаемогосигнала, умноженной на квадрат синуса взаимной расстройки фаз (Иь+ ы ) 1 + с(фиг. 2 е).Напряжения на выходах сглаживающихфильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного каналов согласованы по времени с поведением Й (1 ) в подканалах (фиг, 2),Тогда на выходе сумматора 9 получаютполную мощность огибающей Й (1) (фиг,2 ж),независящую от (сд - сто)+ ГРабота предлагаемого устройства при воздействии на частоту опорного колебания ипри установившемся режиме происходит следующим образом,Из эпюр (фиг. 2 в,г) можно заключить,что частота и фаза напряжений на выходахсглаживающих фильтров 17 и 19 синфаэногои квадратурного каналов несут полную информацию о взаимной расстановке частотЮи Ие с точностью до знака частоты. Этодолжно быть использовано для автоматической подстройки частоть опорного колебания.Напряжения с выходов сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного и квадратурного ка.налов подаются через первый электронныйпереключатель 23 на вход аналогоцифровогопреобразователя (АЦП) 24, который производит квантование по времени и амплитуде по.даваемых напряжений, преобразование значениянапряжения в момент квантования в параллельный код и выдает его на блок 25 электронных переключателей, Электронный пере.ключатель 23, по сигналу с электронного рас.пределителя 35, поочередно коммутируетвходные напряжения на вход АЦП 24 Кодо.вые комбинации с АЦП 24 коммутируютсядля записи на регистры 27 и 32 сдвига бло.ком 25 электронных переключателей, управляемых сигналом с электронного распределителя 35, Соблюдается жесткое соответствиетого, что код напряжения сглаживающегофильтра 17 синфазного канала записываетсяна регистр 27 сдвига, а код напряжениясглаживающего фильтра 19 квадратурного канала - на регистр 32 сдвига, 45 реключателей кодовая комбинация (фиг. 4 б) переписывается в регистр 27 сдвига. С помо 50 55 5 1 О 15 20 25 30 35 40 Обработка напряжений с выходов сглаживающих фильтров 17 и 19 синфазного иквадратурного каналов с целью получениязначения характеристики частотной дискримина.ции поясняется в аналоговом виде (фиг. 3).Кодовые комбинации на регистрах 27 и 32сдвига отображаются соответственно(фиг. За,б), Кодовые комбинации с регистров27 и 32 сдвига переписываются в следующемтакте на регистры 28 и 31 сдвига соответственно. На первом 29 и втором 33 вычитате.лях вычисляются кодовые комбинации раз.ности напряжений в соседних тактах, т, е.напряжений с выходов сглаживающих фильт.ров 17 и 19 синфазного и квадратурногоканалов (фиг, Зв,г), Полученные кодовыекомбинации напряжений крутизны умножаются в умножителях 30 и 34 на кодовые комбинации напряжений с выходов регистров 27и 32 сдвига перекрестным образом (фиг.Зд,е).По результатам умножения во втором сумматоре 26 вычисляется разность (фиг. Зж), которая представляет собой кодовое значениехарактеристики частотной дискриминации наконкретной частоте рассинхронизации. В опре-деленном диапазоне частот рассинхронизации,эта характеристика пропорциональна частотерассинхронизации, поскольку в ее основуположена крутизна напряжения частоты рассин.хронизации, она также зависит от знака частоты рассинхрониэации,На электронный переключатель 23 поступает импульсная последовательность со скважностью 2 и низкой частотой (частотой квантования напряжений с выходов сглаживающихфильтров 17 и 19 синфазного и квадратур.ного каналов (фиг, 4 а),В пределах первого полупериода АЦП 24вырабатывает кодовое значение напряжения свыхода сглаживающего фильтра 17 синфазногоканала (фиг. 4 б), в пределах второго полупериода - кодовое значение напряжения с выхода сглаживающего фильтра 19 квадратурного канала (фиг. 4 в). С помощью узкого импульса (фиг. 4 г) через блок 25 электронных пе щью узкого импульса (фиг, 4 д) кодоваякомбинация (фиг, 4 в) переписывается в регистр 32 сдвига. В регистрах 27 и 31 сдвигакодовые комбинации хранятся один период частоты квантования (фиг,4 еж), далее содер. жанне обновляется,Сумматор 26 управляет работой блока элементов И 36, на вторые входы которого поступают импульсы низких частот с формирователя 37 сетки низких частот, Частоты по выходам формирователя 37 сетки низких частот распределены по двоичному закону, при5 12217чем отсутствует совпадение во времени импульсов одной последовательности с импуль.сами другой последовательности,Выходы блока элементов И 36 объединеныс помощью многовходового логического элемента ИЛИ 38, на выходе которого в зависимости от эначиости кода с сумматора 26 впределах Р2 может быть сйнтезированалюбая частота с шагом Е где Е - минимальная частота сетки частот, Эта частота черезэлектронный переключатель 39 поступает дву.мя входами на формирователь 22 управляющегосигнала, По втормоу входу формирователь 22управляющего сигнала добавляет в импульснуюпоследовательность задающего генератора 21 им.пульсы синтезируемой последовательности свыхода элемента ИЛИ 38, называемые импульсами "добавления". По третьему входуформирователь 22 управляющего сигналавычитает иэ импульсной последовательности20задающего генератора 21 ту же последовательность импульсов, называемых импульсами"исключения".Управление электронным переключателем39 на "добавление" или "исключение" осу.ществляется по первому входу, со сторонывторого сумматора 26, на который поступаетсигнал знака кодовой комбинации. Импульс"добавления" вызывает смешение фазы опорного колебания с выхода делителя 3 частотына /ч в сторону опережения, а импульсисключения - в сторону отставания, Регулирование частоты опорного колебания в це.лом направлено на то, чтобы снизить (м --и,) что позволяет взять более узкую поло-,су частот сглаживающих фильтров 17 и 19синфазного и квадратурного каналов. Дляэффективности работы устройства в целомполоса частот сглаживающих фильтров 17 и19 синфазного и квадратурного каналов должна быть согласована с частотой квантованияпо времени АЦП 24, а также с числомразрядов кода АЦП 24.Использование предлагаемого устройстваобеспечивает нормальную работу в установившемся режиме в определенной области частот рассинхронизации. В устрйстве обеспечи.вается режим "схватывания" автоподстройкичастоты, характеризующий работу в переходйом режиме. С этой целью анализатором 14сигналов коммутируются сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов с шириной полосы частот, превышающей(И -ц ) на величину частоты возможногон оухода опорного колебания в момент включения, вызванного неопределенностью состояния 55частотной подстройки,В момент включения устройства или срываустановившегося режима (пропадание сигнала) 62 6анализатор 14 сигналов выдает на ключи 15и 16 синфазного и квадратурного каналовнапряжение, соответствующее градациикачества работы устройства "Плохо", Приэтом ключи 15 и 16 синфазного и квадратурного каналов переходят в открытое состояние, вводятся в работу широкополосныесглаживающие фильтры 18 и 20 сиифазногои квадратурного каналов за счет которыхобеспечивается режим установления, т. е.происходит вхождение устройства сначалав режим корреляционного приема, а затем ив режим подстройки частоты, Как только переходный процесс завершается, устройствовходит в режим приема информации, Анализатор 14 сигналов выдает напряжение, соответствующее градации качества сигнала "Хорошо".Ключи 15 и 16 синфазного и квадратурногоканалов выключают сглаживающие фильтры 18 и 20 синфазного и квадратурного каналов. Устройство продолжает работатьс узкополосной фильтрацией сглаживающимифильтрами 17 и 19 синфазного и квадратурно.го каналов. Частота опорного колебанияподдерживается близкой частоте несущего ко.лебания ФМ сигнала. Формула иэо бретения Устройство для корреляционного приема фазоманипулированных сигналов с подстройкой частоты, содержащее задающий генератор, первый перемножитель синфазного канала, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителяквадратурно. го канала, второй вход которого подключен к выходу фаэочращателя на 90, вход которого соединен с вторым входом первого перемножителя синфазного канала, выход которого нодключен к интегратору синфаэного канала, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя синфаэного канала, выход первого перемножителя квадра. турного канала соединен с входом интегратора квадратурного канала, выход которого подключен к первому входу. второго пере- множителя квадратурного канала, первый сумматор, выход которого соединен с входом декодера и с входом усилителя.ограничителя, выход которого соединен с первым входом третьего перемножителя синфазного канала, с первым входом третьего перемножителя квадратурного канала и с входом анализатора сигналов, выход третьего перемножителя синфазного канала соединен с входом первого сглаживающего фильтра синфазного канала, выход третьего перемножителя квщратурного канала соединен с входом первого сглаживающего фильтра квадратурного каналаотличающееся тем,что,сцелью повышения помехоустойчивости, введены второй сглаживаюций фильтр синфазногоканала, второй сглаживающий фильтр квадратурного канала, ключи синфазного и квадратурного каналов, второй суМматор, дваэлектронных переключателя, блок электронных переключателей, аналого-цифровой про.образователь, четыре регистра сдвига, двавычитателя, два умножителя, формировательсетки низких частот, блок элементов И,элемент ИЛИ, формирователь управляющегосигнала, делитель частоты и электронныйраспределитель первый выход которого соединен с первым входом первого электронного переключателя, выход которого черезаналого-цифровой преобразователь подключенк первому входу блока электронных переключателей, первый выход которого черезпервый регистр сдвига подключен к первомувходу первого вычитателя, к первому входупервого умножителя и к входу второго ре.гистра сдвига, выход которого соединен свторым входом первого вычитателя, выходкоторого соединен с первым входом второгоумножителя, выход которого соединен с первымвходом второго сумматора, второй вход которо, го соединен с выходом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу второговычитателя, первый вход которого соединенс выходом третьего регистра сдвига, входкоторого подключен к второму входу второго умножителя, к второму входу второговычитателя и к выходу четвертого регистрасдвига, вход которого подключен к второмувыходу блока электронных переключателей,второй вход которого соединен с вторым 1221762выходом электронного распределителя, сиг нальные выходы второго сумматора соединены с первыми входами блока элементов И, вторые входы которого подключены к выходам формирователя сетки иизких частот, вход кото.рого подключен к входу фазовращателя нао90 и к выходу делителя частоты вход которого соединен с выходом формирователя управляющего сигнала, первый вход кото 10 рого соединен с выходом задающего генератора, знаковый выход второго сумматора соединен с первым входом второго электронного переключателя, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами блока элементов И, первый и второй выходы второго электронного переключателя подключены соответственно к второму и третьему входам формирователя управляющего сигнала, выход анализатора сигналов подключен к первым входам ключей синфазного и квадратурного каналов, выходы которых соединены с вхо.дами вторых сглаживающих фильтров соответственно синфазного и квадратурного каналов, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам первого электронного переключателя, к выхо.дам первых сглаживающих фильтров соответственно синфазного и квадратурного каналов и к вторым входам вторых перемножителей соответственно синфазного и квадратурного каналов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами перво.го сумматора, выходы интеграторов синфазного и квадратурного каналов подключены к вто.рым входам третьих перемножителей соответственно синфазного и квадратурного каналов..Олейник остави ректор А, Обручар едактор И. Касард ех Тираж 624 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035,. Москва, Ж, Раушская набд. 4/5 аказ 1621/60 илиал ППП "Патент"г, Ужгород, ул, Проектная