Устройство для распознавания информационных сигналов

(5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ арев, Б.В. иСССР981.СССР80. 1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИНфоРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование для визуального анализа амплитудного спектра сигналов и определения вида их модуляции позволяет повысить точность распознавания сигнала. Устройство содержит блок 26 приема и усиления сигнала, источник 8 излучения, коллиматор 9,модулятор 10 излучения, объектив 14 и фотоприемник 18. Поставленная цель достигается благодаря введению удвоителей 5 - 7 фазы сигнала, модуляторов 11 - 13 излучения, объ 15 17 ф 19 21.4 ил, ЯИзобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано для визуального анализа амплитудного спектра информационных. сигналови определения вида их модуляции. 5,Известные устройства распознаванияинформационных сигналов основаны; на преобразованиии принимаемого сигнала в цифровой код и использовании ковариационнойматрицы; на иСрольэовании в качестве признака распозэнаванй айергетического спектра на трансфорЬации сггМфа принимаемогосигнала; йа испбльэовОПВГь качестве признака распознавания широкополосной функции неопределенности, на частотном и "5амплитудном детектировании принимаемого сигнала с последующим сравнением результатов детектирования между собой наопределении формы изменения принимаемого сигнала на дискретном интервале времени.Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство,реализующее способ распознавания информационных сигналов, В указанном устройстве в качестве признака распознаванияинформационных сигналов с большой базойиспользуется широкополосная функция неопределенностии.Однако широкополосные функции неопределенности некоторых информационныхсигналов с большой базой незначительно отличаются друг от друга. Поэтому указанноеустройство не обеспечивает достоверногораспознавания информационных сигналов с 35большой базой, Кроме того, оно не позволяетоценить основные параметры распознаваемого информационного сигнала,Целью изобретения является повышение точности распознавания сигнала, Поставленная цепь достигается тем, что вФустройство введены последовательно соединенные первый - третий удвоители фазысигнала, а также второй-четвертый модуляторы излучения, второйчетвертый объективы, и второй - четверть,й фотоприемники,вход первого удвоителя фазы подключен квыходу блска приема и усиления сигнала,коллиматор, 1-ый модулятор излучения (124), 1-й объектив и 1-й фотоприемники последовательно оптически связаны, причемвход 1-го модулятора излучения подключенк выходу (И)-го удвоителя фазы сигнала, авыход 1-го фотоприемника является 1-м информационным вь 1 ходом устройства.Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг, 1; вид возможных осциллограмм показан на фиг, 2;взаимное расположение символьных частотсигналов с многократной частотной манипуляцией показано на фиг. 3; закон измененияфазы ЧМН сигнала изображен на фиг. 4.Устройство распознавания информационных сигналов содержит последовательно включенные антенну 1, смеситель 3,второй вход которого соединен с выходомгетеродинэ 2, усилитель 4 промежуточнойчастоты, умножитель 5 фазы на два, умножитель 6 фазы на два и умножитель 7 фазы надва. На пути распространения оптическогосигнала источника 8, сколлимированногоколлиматором 9, последовательно установлены модуляторы излучения 10 - 13, На путикаждого дифрагированного пучка света установлена линза 14 (15, 16, 17), в фокальнойплоскости которой размещен фотоприемник18 (1 9, 20, 21), Антенна 1, гетеродин 2, смеситель 3 и усилитель промежуточной частотыобразуют блок 26 приема и усиления сигнала.В качестве источника излучения 8 используется лазер, В качестве модуляторов 10-13излучения используются ячейки Брэгга.Распознавание информационных сигналов с большой базой основано на получении и анализе их амплитудных спектров.Причем в качестве признаков распознаванияиспользуются деформации амплитудногоспектра принимаемого информационногосигнала при умножении его фазы на два, четыре и восемь,Устройство работает следующим образом, Если на вход устройства поступает информационный сигнал с фазовойманипуляцией ФМн, то его аналитическиможно записать следующим образом;Ос(1)=Ос сов(2,7 г 1 с 1+ 03(с)+ срс), 0 % Тс,где Ос, Фс, узс, Тс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;ср ф) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовойманипуляции, причем ук (с)= сопзс приИо 1(к+1) % и может изменяться скачкомпри т=1 сг, т.е, на границах между элементар.ными посылками (К=1, 2, , И);%, Й - длительность и количество элементарных посылок, иэ которых составленсигнал длительностью Т(Тс=й ть),Если на одной несущей частоте дискретная информация передается от одного источника сообщения, то целесообразноиспользовать однократную (бинарную) фазовую манипуляцию ФМн,р (т) = Ол,Для передачи сообщений от двух источников используется двухкратная фаэовая манипуляция ФМн, фк (1) = 2 г р 4я 3Причем от одного источника фаза манипулируется по закону 0- л, а от другого - по5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 закону-л, Для передачи сообщенийл 3от четырех источников используется трехкратная фазовая манипуляция ФМн,лл 3 5 3 7фк (т) - О, д 2, д л, л, д л, 2 л, д л),В общем случае нэ одной несущей частоте одновременно можно передавать сообщения от п источников, используя для этогои-кратную фазовую манипуляцию. Однакоцелесообразными являются одно-, двух- итрехкратная фазовые манипуляции, которые и нашли широкое применение нэ практике, Дальнейшее повышение кратностифаэовой манипуляции ограничивается тем,что уменьшается расстояние между элемен- тарными сигналами и в существенной мерес нижается помехоустойчивость канала связи,Принимаемый ФМнсигнал с выходаантенны поступает на первый вход смесителя 3, нэ второй вход которого подается напряжение гетеродина 2:Оф)=О,сов (2 л 1 г т + р),где Ог, Х, р, - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.На выходе смесителя 3 образуются напряжения комбинационных частот, Усилителем 4 выделяется напряжение толькопромежуточной (разностной) частотыОпр(т)=Опр соз 2 л 1 прс+ р, (т)+ уър), 0 т Тс,где Опр= 2 К Ос,Ог, УМ 1)=О,Л,1К - коэффициент передачи смесителя;Ьр=Гс.-б - промежуточная частота;/1 пр = у"с - фг - промежуточная начальная фаза,которое последовательно поступает на входы умножителей 5, 6 и 7 фазы на два. Навыходах последних образуются напряженияОпр 1(1)=Опрсоз(4 л тпрт+2 фпр),Опрг(1)=Опрсо э(8 л 1 п р 1+4/ пр),Опрз(т)=Опрсов(16 лтпрру+8 грпр), 0 1 ТсТэк как 2 р (т) О, 2 л; 4 р, (1) = О, 4 л;8 ярк (т)= 0,8 л,то в указанных колебаниях фазовая манипуляция уже отсутствует.Оптический сигнал формируется с помощью лазера 8 и коллиматора 9, Пространственная модуляция оптического сигналаинформационным сигналом Опф) и его гармониками Опр 1(т), Опр, Опрз(т) осуществляется с помощью ячеек Брэгга 10 - 13соответственно. Каждая ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины(пьезоэлектрического преобразователя),выполненной из кристалла ниобэта литиясоответственно Х и Усреза, Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.НаПРЯжЕНИЯ Опр(т), Опр 1(т), Опрг(1) И Опрз(т) с выхода усилителя 4 промежуточной частоты и умножителей 5, 6 и 7 фазы на два поступают на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 10-13, Ячейки Брэгга располагаются таким образом, чтобы сколлимированный оптический сигнал проходил через все ячейки Брэгга. Пьезоэлектрические преобразователи преобразуют информационный сигнал Опр(т) и его гармоники Опр 1(т), Опрф) и Опрз(с) в ультразвуковые колебания, Сколлимированный оптический сигнал, проходя ячейки Брэгга 10 - 13, дифрагирует на акустооптических колебаниях возбужденных сигналом Опр(т) и его гармониками Опр 1(т), Опрг(т), Опрз(т), Следует отметить, что дифрагирует только приблизительно 1/10 часть сколлимированного оптического сигнала. На пути распространения каждого дифрагированного пучка света установлена"линза 14 (15, 16, 17), в фокальной плоскости которой размещен фотоприемник 18 (19, 20, 21) к выходу которого подключен индикатор 22 (23, 24, 25) в качестве которого может быть использован осциллографический индикатор.Ширина спектра Юс ФМнсигнала определяется длительностью тп его элементарных посылок (Юс=1/тп). Тогда как ширина спектра второй Ю 2, четвертой Ьт 4 и восьмой ЛГэ гармоник сигнала определяется длительностью т, сигнала (Ьгг=Ь 14=Ь 9=1/Тс), Следовательно, при умножении фазы на два, четыре и восемь спектр ФМнсигнала "сворачивается" в й раз (-,у- = - ,г-т- = -х- = И) и трансформируется в одиночные спектральные составляющие, Это обстоятельство и является прйзйаком распознавания ФМнсигнала, Амплитудные спектры принимаемого ФМнсигнала и его гармонических составляющих наблюдаются нэ экранах индикаторов 22 - 25 (фиг.2 а),Если на вход устройства поступает информационный сигнал с двухкратной фазовой манипуляцией ФМн, р (с) =О, ,л,л, тол 3 на выходе умножителя 5 фазы на два образуется ФМнсигнал р, (с) =О,л,2 л;Зл), э на выходе умножителей 6 и 7 фазы на два образуются соответствующие гармониче- ские колебания Опрг(1) и Опрф). В этом случае на экранах индикаторов 22 и 23 наблюдаются амплитудные спектры ФМни ФМнсигналов, а на экранах индикато 1739996ров 24 и 25 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг. 2 б).Если на вход устройства поступает ФМя.8к.тг 3 5 3 7 сигналф 3(т) = О,д, у,дл;л,дл,тЖ,д 4 то на выходах умножителей 5 и 6 фазы на два образуются ФМни ФМнсигналы, а на выходе умножителя 7 фазы на два образуется гармоническое колебание Опрз(т), В этом случае на экранах индикаторов 22, 23 и 24 наблюдаются амплитудные спектры ФМн, ФМни ФМнсигналов, а на экране индикатора 25 наблюдается одиночная . спектральная составляющая (фиг. 2 в). Именно такая ситуация характерна для ФМнсигнала.Среди информационных сигналов с частотной манипуляцией (ЧМн) широкое распространение получили сигналы с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн), с дуобинарной частотной манипуляцией (ЧМн) и со скрученной частотной манипуляцией ЧМн(фиг, 3).Сложный ЧМнсигнал аналитически описывается выражениемОс(т) == Оссоз(2 л Юср т + Р (1) + фс), 0 т Т, где р (т) - изменяющаяся во времени фазовая функция (фиг. 4);б 1 +бср= 2 - средняя частота сигнала; б 1=1 ср - 1/4 т - частота сигнала, соответствующая символу "-1";12=1 ср+1/4 г - частота сигнала, соответствующая символу "+ 1".Фазовая функция фт) может быть представлена выражениемр) =2 д 1 )ьрт-в)йх, где Ь - последовательность информационных символов (-1, +1);Ь= -- индекс девиации частоты;г тп, т Ю 0, хп)19(т)=оЮ 0,).Фазовая функция на каждом символьном интервале т) изменяется во времени линейно. За время одного символьного интервала набег фазы равен+ д/2.Если на вход устройства поступает ЧМнсигнал, то на выходе умножителя 5 фазы на два образуется ЧМн сигнал с индексом девиации частоты п=1. При этом его амплитудный спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 211 и 212, На выходах умножителей 6 и 7 фазы на два образуются две спектральныеТаким образом, на экранах индикаторов 22,23 и 24 будут наблюдаться сплошные амплитудные спектры, а на экране индикатора25 - пять сплошных лепестков (фиг. 2 е).30 Именно такая ситуация и является признаком распознавания ЧМнсигнала.Если на вход устройства поступает информационный сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)35 Осй)=Оссоз(2 й с т + лу т + с),0 тТгде 1 с - начальная частота сигнала;Ыду = - скорость изменения частоты40внутри импульса,Л 1 д - девиация частоты;то преобразователем частоты он переносится на промежуточную частоту45 Ощд)==Опрсоз(2 к 1 пр 1+Л)с +фпр), О 1 ТеНапряжение Опр(т) выделяется усилителем 4 промежуточной частоты и поступаетна ячейку Брегга 10 и на вход умножителя 550 фазы на два, на выходе которого образуетсяЛЧМОпр Ф)==Одрсоз(4 к 1 р 1 + 2 лут + 2 фр),0 т Тс55 который поступает на ячейку Брегга 11. Таккак длительн сть Тс ЛЧМ сигналов на основной и удвоенной промежуточных частотаходинакова, то увеличение у в 2 раза происходит за счет увеличения в 2 раза девиации 5 10 15 20 25 составляющие на частотах 4 т, 4 т 2 и 8 т 1, 8 т 2 соответственно (фиг. 2 г),Если на вход устройства поступает ЧМнсигнал, то на выходах умножителей 6 и 7 фазы на два образуются три спектральные составляющие на частотах 411, 41 р, 412 и 811, 8 тср, 812, т,е, сплошной спектр трансформируется в три спектральные составляющие (фиг. 2 д), На выходе умножителя 5 фазы на два амплитудный спектр ЧМнсигнала трансформируется в другой сплошной спектр поскольку п 1.Таким образом, на экранах индикаторов 22 и 23 будут наблюдаться сплошные амплитудные спектры (фиг. 2 д),Если на вход устройства поступает ЧМнсигнал, то на выходе умножителя 7 фазы на два его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8 т 1, Зтз, 81 ср, 814 и 8 т 2, На выходах умножителей 5 и 6 фазы надва сплошной спектр ЧМнсигнала трансформируется в другие сплошные амплитудные спектры, так как в этом случае 61.1739996 ЧВЧЧнчастоты Ь 13, Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на удвоенной промежуточной частоте в 2 раза больше его ширине спектра нэ основной промежуточной частоте Ж(Ь 12= 2 Ж)Аналогично нэ выходах умножителей 6 и 7 фазы на два ширина спектра ЛЧМ-сигнала увеличивается в 4 и 8 раз. Следовательно, на экране индикатора 22 визуально наблюдается и анализируется амплитудный спектр ЛЧМ-сигнала, а на экранах индикаторов 23, 24 и 25 наблюдаются амплитудные спектры ЛЧМ сигналов, ширина спектра которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра Формула изобретения Устройство для распознавания информационных сигналов, содержащее блок приема и усиления сигнала и последовательно оптически связанные источник излучения, коллиматор, первый модулятор излучения, управляющий вход которого соединен с выходом блока приема и усиления сигнала, первый объектив и первый фото- приемник, выход которого является первым , информационным выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности распознавания сигнала, в уст-х 2 5 10 15 исходного ЛЧМ сигнала (ЬГ 2 = 2 Ь 5 с, Ьт 4" =4 Ь 1 С, ив=8 Ьтс) (фиг. 2 ж), Это обстоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ сигнала,Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности визуального распознавания и оценки принимаемого информационного сигнала с большой базой, Это достигается путем использования в качестве признаков распознавания амплитудного спектра и его деформаций при умножении фазы принимаемого сигнала на два, четыре и восемь,ройство введены последовательно соединенные первый-третий удвоители фазы сигнала, а также второй-четвертый модуляторы излучения, второй - четвертый объективы и второй - четвертый фотоприемники, вход первого удвоителя фазы подключен к выходу блока приема и усиления сигнала, коллиматор, 1-й модулятор излучения (1=24), 1-й объектив и 1-й фотоприемник последовательно оптически связаны, причем вход 1-го модулятора излучения подключен к выходу(1-1)-го удвоителя фазы са нала, а выход 1-го фотоприемника являетф 1-м информационным выходом устройства. х 4 х 8 Я Я Я 99 Я Я. ЛАЙ О Ф епЬ, пВ л1799996 а арощ едактор Л.Пигин Заказ 350 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Произв Т Т Ъ й Составитель В,ДикаревТехред М,Моргентал Коррект нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101