Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала

(57) Использование: р изобретения: устройс освяэь. Сущность содержит 3 блока ект- эпюГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1543555, кл. Н 04 В 3/46. 1988,(54) АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДОСЛУЧАИГО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННСИГНАЛА Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться как устройство обработки фазоманипулированных (ФМ) сигналов в системах передачи дискретной информации. в совмещенных системах связи и в радиолокации, где широко применяются псевдослучайные ФМ-сигналы с линейной частотной модуляцией (Л МЧ).Цель изобретения - расширение функциональных возможностей эа счет определения закона линейной частотной модуляции.На фиг.1 приведена структурная эл рическая схема измерителя; на фиг.2 - ры. поясняющие его работу.Устройство содержит: 1, 10, 19 - блоки умножения; 2 - элемент задержки; 3 - поло- совой фильтр; 4 - нелинейный элемент; 5, 7, 11, 20 - фильтры нижних частот; б - генератор скорости перестройки; 8. 9 - измерители частоты; 12. 29. 40, 44. 54 - вентили; 13, 33, 50. 61, 62 - счетчики импульсов; 14 - измеритель базы сигнала: 15 - измеритель длительности посылок; 16 - арифметический умножения, элемент задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, 4 фильтра нижних частот, генератор, 2 измерителя частоты, 5 вентилей, 5 счетчиков, измеритель базы сигнала, измеритель длительности посылок. арифметический блок, блок регистрации, фазовращатель, 2 квадратора, 3 сумматора, блок извлечения квадратного корня, пороговый блок, 2 ключа, 2 детектора огибающей, 6 дифференциальных цепей, 8 триггеров, 10 элементов И, генератор счетных импульсов, 2 делителя, умножитель, усилитель, ограничитель, регистр, 2 элемента И-НЕ. 2 ил. блок; 17 - блок регистрации; 18 - фазовращатель; 21, 22 - квадраторы; 23, 51, 65 - сумматоры; 24 - блок извлечения квадратного корня; 25 - пороговый блок; 26, 37 - ключи; 27, 38 - детекторы огибающей; 28, 39, 43, 47, 53. 58 - дифференциальные цепи; 30, 46, 48, 52, 55, 57, 59, 66 - триггеры: 31, д 45, 49, 56, 60, 64, 69, 70, 71, 72 - элементы ОО И; 32 - генератор счетных импульсов; 34, 36 -делители; 35- умножитель; 41 - усилитель; 42 - ограничитель; 63 - регистр; 67, 68 - фф элементы И-Н Е.Автокорреляционный измеритель рабо- Сд тает следующим образом, 4Принимаемый псевдослучайный ФМ- сигнал поступает на входы первого и второго блоков 1 и 10 умножения и элемента 2 задержки непосредственно, а на вход третьего блока 19 умножения - через фазовращатель 18, Величина задержки, образующаяся на первом выходе элемента 2 задержки, изменяется по линейному закону при помощи генератора б, вырабатывающего периодическое пилообразное напряжение управле 182313750 55 ния. Величина задержки, образующаяся на втором выходе элемента 2 задеркки, устанавливается постоянной, На вторые входы первого, второго и третьего 1, 10 и 19 умножения поступает принимаемый сигнал, предварительно задержанный в элементе 2 задержки, Результатом перемножения в первом блоке 1 умнокения являются биения с высокочастотным заполнением, которые проходят через полосовой фильтр 3 и нелинейный элемент 4, Первый и второй фильтры 5 и 7 нижних частот настроены на высокочастотное заполнение, являющееся средней частотой тср свернутого спектра сигнала, и огибающую, являющуюся тактовой частотой псевдослучайной модулирующей функции. Выходы первого и второго фильтров 5 и 7 нижних частот соединены с первым и вторым измерителями 8 и 9 частоты, на вторые входы которых поступает периодически изменяющееся пилообразное напряжение с генератора 6, В результате с выхода первого измерителя 8 частоты снимается информация о значении тактовой частоты, а с выхода второго измерителя 9 частоты - о значении средней частоты свернутого спектра сигнала,Результатом перемножения во втором и третьем блоках 10 и 19 умножения также являются биения с высокочагтотным заполпением, огибающие которых выделяются третьим и четвертым фильтрами 11 и 20 нижних частот, возводятся в квадрат в первом и втором квадраторах 21 и 22 и суммируются в сумматоре 23 с последующим извлечением корня квадратного из суммы в блоке 24. При этом на вход третьего блока 19 умножения незадержанный сигнал поступает через фазовращатель 18, В результате выходной сигнал О(1) блока 24 извлечения квадратного корня вида=) н( - Гэ 2) =О;(3)О н 2( - Тз 2) является произведением двух одинаковых модулирующих функций ФМ-сигнала Оя 1(т) и ОН 2(т- т), сдвинутых во времени на величину постоянной задержки г в элементе 2 задержки, и не зависит от набега фазы Ьр в элементе 2 задержки, обусловленного изменением частоты сигнала вследствие частотной модуляции. Число отрицательных импульсов в сигнале Щт) равно числу скачков фазы принимаемого сигнала, причем длительность отрицатель 5 10 15 20 25 30 35 40 ных импульсов равна величине задержки т и не зависит от длительности элементарных посылок, Таким образом, на выходе вентиля 12 образуются только отрицательные импульсы, число пт которых подсчитывается счетчиком 13. В измерителе 14 определяется база сигнала М = 2 гп + 1.Информация о значении тактовой частоты с выхода первого измерителя 8 частот поступает на измеритель 15, где формируются тактовые импульсы, с помощью которых определяется длительность элементарных посылок Тд, Измеренные значения базы сигнала Ки, длительности элементарных посылок Тч подаются в арифметический блок 16. где определяется длительность принимаемого сигнала Т, = МТя. Информация об измеренных значениях (ч, Тя, Тс, (ср постуг;ает на соответствующие входы блока 17 регистрации.При наличии в принимаемом сигнале частотной модуляции в результате перемножения в первом блоке 1 умножения не- задержанного и задержанного в элементе 2 задержки сигналов появляются биения с высокочастотном заполнением, которые проходят через полосовой фильтр 3 и нелинейный элемент 4, Ширина спектра биений в Л 1 =ЛРсТл( Ь Гс - девиация частоты) уже спектра принимаемого сигнала, а положение спектра на оси частот определяется средней частотой 1 ср, равной величине произведения скорости ) = Л Гс/ Тя изменения частоты сигнала на величину задержки 3 в элементе 2 задержки, тт.е. ЛЕс тср =)гэ = т з(1) ТлСогласно (1) следует, что при изменении времени задержки тэ в элементе 2 задержки с помощью генератора 6 скорости перестройки по линейному закону меняется значение средней частоты 1 ср, Измеряя значение средней частоты 1 ср спектра сигнала с помощью второго измерителя 9 частоты и знал величину задержки тз, определяют скорость изменения частоты сигнала у,Для измерения величины задержки гз . соответствующей 1 ср, пороговый блок 25 при появлении напряжения на выходе второго фильтра 7 нижних частот вырабатывает управляющий импульс, который поступает на входы первого и второго ключей 26 и 37 и открывает их, В исходном состоянии первый и второй ключи 26 и 37 всегда закрыты, Неэадержанный и задержанный сигналы детектируются в первом и втором детекторах 27 и 38 огибающей и дифференцируютсяс помощью первой и второй дифференциальных цепей 28 и 39. В результате дифференцирования образуются положительные и отрицательные импульсы, соответствующие началу и концу сигнала, На выходах первого и второго дополнительных вентилей 29 и 40 остаются только положительные импульсы, первым из которых триггер 30 запускается, а вторым возвращается в исходное состояние через интервал времени 7 з . Выходным импульсом триггера 30 управляется элемент И 31, За время длительности импульса счетные импульсы с выхода генератора 32 поступают в дополнительный счетчик 33. Информация о величине в двоичном коде с выхода дополнительного счетчика 33 поступает на один вход первого делителя 34. на другой вход которого поступает в двоичном коде информация о величине ср с выхода второго измерителя 9 частоты, В первом делителе 34 вычисляется величина скорости изменения частоты у =срт з . которая регистрируется в блоке 17 и поступает на вход умножителя 35. На другой вход умножителя 35 подается в двоичном коде информация о величине длительности элементарной посылки Тя с выхода измерителя 15. В умножителе 35 вычисляется в двоичном коде величина девиации частоты ЬРс =у Тя, которая регистрируется в блоке 17,Искомая скорость манипуляции фазы принимаемого сигнала определяется во втором делителе 36 по отношению базы сигнала к длительности сигнала Тс, которая определяется в арифметическом блоке 16, т.е, уя = ИТ с В блоке 17 регистрируются девиации частоты, длительность элементарной посылки, база сигнала и его длительность скорости изменения частоты и манипуляции фазы сигнала, средняя частота сигнала.Определение закона линейной частотой модуляции осуществляется путем определения и сравнения знаков скорости изменения частоты в начале и в конце сигнала.Определение знака скорости изменения частоты в начале ЛЧМ сигнала осуществляется путем измерения и сравнения периодов Т 1 иТг высокочастотных колебаний в начале и середине сигнала. Если Т 1Тг, то знак скорости уизменения частоты положительный, т,е, частота возрастает. Если ТТ 2, то знак отрицательный и частота в начале ЛЧМ сигнала убывает.Для измерения периода Т высокочастотных колебаний ЛЧМ сигнал (фиг,2 а) с выхода ключа 37 поступает на усилитель 41 и ограничитель 42, С выхода ограничителя 5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 42 сигнал (фиг.2 б) поступает на дифференциальную цепь 43. В результате дифференцирования образуются и отрицательные импульсы (фиг.2 в), соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сигнала. На выходе однополярного вентиля 44 образуются только положительные импульсы (фиг,2 г), период следования которых равен периоду высокочастотного сигнала. Первым положительным импульсом, проходящим через элемент И 45, триггер 46 устанавливается в единичное состояние (фиг.2 д). Исходное состояние всех триггеров нулевое. Разрешающее напряжение на элемент И 45 поступает с нулевого выхода триггера 48 (фиг.2 ж). Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 (фиг.2 д) разрешает прохождение счетных импульсов через элемент И 49 с выхода генератора 33 на вход счетчика 50 (фиг.2 э), Второй положительный импульс (фиг.2 г), который следует через интервал времени Т 1, с выхода элемента И 45 возвращает триггер 46 в исходное нулевое состояние (фиг.2 д), а отрицательным импульсом с выхода дифференциальной цепи 47 (фиг.2 е) триггер 48 устанавливается в единичное состояние (фиг.2 ж), нулевой выход которого запрещает йрохождение положительных импульсов (фиг.2 г) через элемент И 45. Низкий уровень сигнала с единичного выхода триггера 46 запрещает прохождение счетных импульсов генератора ЗЗ через элемент И 49 (фиг,2 з), Информация о величине Т в двоичном коде с выхода счетчика 50 поступает на сумматор 51, на другой вход которого для выполнения операции вычитания поступает обратный код величины Тг со счетчика 61.Для измерения величины периода Т 2 в середине сигнала выходной импульс с триггера 31 (фиг.2 и), задержанный на тздифференцируется с помощью дифференциальной цепи 53. В результате дифференцирования образуются положительный и отрицательный импульсы (фиг.2 к), которые поступают на вход однополярного вентиля 54. На выходе вентиля 54 образуется только отрицательный импульс (фиг.2 л), который устанавливает триггер 55 в единичное состояние (фиг.2 м), Высоким уровнем сигналов с единичного выхода триггера 55 (фиг.2 м) и нулевого выхода триггера 59 (фиг.2 п) открывается элемент И 56, на который поступают положительные импульсы с выхода однополярного вентиля 44 (фиг.2 г). Первым положительным импульсом, прошедшим через элемент И 56, триггер 51 устанавливается в единичное состояние, а вторым импульсом через промежуток времени Т 2 триггер 511823137 установится в исходное нулевое состояние (фиг,2 н). Отрицательным импульсом с выхода дифференцирующей цепи 58 (фиг.2 г) триггер 59 установится в единичное состояние. Сигнал с нулеоого выход триггера 59 запретит дальнейшее прохождение положительных импульсов через элемент И 56. Высокий уровень сигнала с единичного выхода триггера 57 (фиг.2 н), на оремя длительнрсти Т 2, разрешит прохождение через элемент И 60 счетнь:.х импульсов генератора 33 на вход счетчика 61(фиг.2 р), Информация ,о величине Т 2 с иноерсных выходов счетчика 61 (обратный код) поступает на сумматор 51, на другой вход которого подается информация в дооичном коде о величине Т 1 с выход счетчика 50.В результате в сумматоре 51 реализуется операция вычитания двоичных кодов Т 1 и Т 2, В зависимости от соотношения оеличин Т 1 и Т 2 сумма будет положительной или 50 подключен к соответствующему входу блока в "0", Код длительности импульса перед регистрации; последовательно соединенные генератор скорости перестройки, выход которого также подключен к управляющим входам пероого и второго измерителей частоты, и элемент задержки, один выход котосбросом счетчика 62 пересылается о регистр 63, который хранит информацию о длительности каждого импульса сигнала. Импульс конца сигнала (фиг.2 т) с выхода вентиля 40 открывает схему И 64.и пропускает код длительности импульса Тз (фиг,2 у) с выхода регистра 63 на вход сумматора 65. рого подключен к одному входу первого блока умножения. другой выход которого является входом устройства, другой выход На второй вход сумматора 65 поступает код элемента задержки подключен к второму длительности Тг импульса о середине сигна- входу первого детектора, к первому входу отрицательной. Знак суммы фиксируется триггером 52 знака (фиг.2 с), сигнал с выхода которого поступает на элемент И-НЕ 67. Если знак суммы положительный (Т 1Т 2), то триггер 52 устанавливается в единичное состояние, что соотсетствует приему ЛЧМ сигнала с возрастающей частотой. Если знак суммы отрицательный (Т 1 Т 2), то триггер 52 устанавливается о нулевое состояние (фиг,2 с), что соответствует приему ЛЧМ-сигнала с убывающей частотой.Таким образом. определяется знак скорости изменения частоты о начале ЛЧМ-сигнала.Определение знака скорости изменения частоты о конце ЛЧМ-сигнала осуществляется путем измерения и сравнения периодоо Т 2 и Тз высокочастотных колебаний в середине и конце сигнала. Если ТгТз, то знак скорости у изменения частоты положительный, т.е, частота в конце ЛЧМ-сигнала возрастает. Если Т 2Тз, то знак отрицательный и частота в конце ЛЧМ убывает.Для измерения периода Тз в конце сигнала служит счетчик 62 счетных импульсов, который формирует последовательно код длительности всех импульсов сигнала. С этой целью с элемента 44 перед началом каждого импульса счетчик 62 сбрасывается 10 15 20 25 30 35 40 45 ла, В результате вычитания о сумматоре 65 длительностей сигналов Т 2 и Тз в триггере 66 выделяется знак разности. Если знак положительный Т 2Тз), то триггер 66 (фиг.2 ф) устанавливается о единичное состояние, что является признаком приема ЛЧМ-сигнала с. возрастающей частотой. Если знак разности отрицательный (Т 2Тз). то триггер 66 устанавливается в нулевое состояние, что является признаком приема ЛЧМ-сигнала с убывающей частотой, Таким образом, определяется знак скорости изменения частоты в конце ЛЧМ-сигнала,Информация о знаках сигнала скоростей изменения частоты в начале и конце сигнала с триггеров 52 и 66 поступает на дешифратор, имеющий доа охода и четыре выхода. Дешифратор состоит из двух элементоо 66, 67 И-НЕ и четырех элементов 69-72 И, В дешифраторе путем сравнения знаков скоростей изменения частоты в начале и конце сигнала определяется закон линейной частотной модуляции,При этом на выходе элемента 69 И формируется признак приема ЛЧМ-сигнала с убыоающей частотой, на выходе элемента 70 И - с убывающей симметричной частотной модуляцией, на выходе элемента 72 И - с возрастающей частотой, на выходе элемента 71 И - с возрастающей симметричной частотной модуляцией.Формула изоЬретенияАотокорреляционный измеритель параметроо псевдослучайного фазоманипулированного сигнала, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, полосовой"фильтр, нелинейный элемент, первый фильтр нижних частот, первый измеритель частоты. измеритель длительности посылок, арифметический блок и блок регистрации, последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, пороговый блок, первый ключ, первый детектор, первую дифференциальную цепь, второй оентиль, триггер, элемент И, первый счетчик импульсоо, первый делитель и умножитель, второй измеритель частоты, оход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а выходвторого и третьего блоков умножения, второй вход второго блока умножения обьединен с вторым входом первого блока умножения, с вторым входом элемента задержки, входом генератора скорости перестройки, с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого объединен с вторым входом первого блока умножения, третий блок умножения, четвертый фильтр нижних частот, первый квадратор, первый сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый вентиль, второй счетчик импульсов и измеритель базы сигнала, выход которого подключен к блоку регистрации. к второму входу арифметического блока, выход которого подключен к первому входу второго делителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя базы сигнала, а выход подключен к блоку регистрации, последовательно соединенные второй блок умножения, третий фильтр нижних частот и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй детектор огиба ощей, вход которого соединен с выходом второго ключа, вторая дифференцирующая цепь, третий вентиль, выход которого подключен к второму входу триггера, выход второго измерителя частоты подключен к второму входу первого делителя, выход измерителя длительности посылок подключен к блоку регистрации и к второму входу умножителя, выход которого и выход первого и второго делителей подключены к блоку регистрации, генератор счетных импульсов, выход которого подключен к второму входу первого элемента И,отличаю щийсятем,что.с целью расширения функциональных возможностей за счет определения закона линейной частотной модуляции, введены последовательно соединенные усилитель, ограничитель. третья дифференциальная цепь, четвертый вентиль, второй элемент И,5 10 15 20 25 30 35 40 45 второй тригер, третий элемент И, третий счетчик, второй сумматор. четвертый триггер, последовательно соединенные пятая дифференциальная цепь, пягый вентиль, пятый триггер, четвертый элемент И, шестой триггер, пятый элемент И, четвертый счетчик, вход усилителя подключен к выходу второго ключа, выход второго триггера через последовательно соединенные четвертую введенную дифференциальную цепь и третий введенный триггер подключен к второму входу второго элемента И, вход пятой дифференциальной цепи подключен к выходу первого триггера, выход шестого введенного триггера через последовательно соединенные шестую введенную дифференциальную цепь и седьмой введенный триггер подклю ен к второму входу четвертого элемента И, третий вход которого соединен с выходом четвертого вентиля, вторые входы третьего и пятого элементов И подключены к выходу генератора счетных импульсов, выход четвертого счетчика соединен с вторыми выходами второго и третьего введенного сумматора, а выход четвертого триггера подключен к первому входу введенного первого элемента И-НЕ и первым входом введенных девятого и десятого элементов И. выход первого элемента И-НЕ соединен с первыми входами введенных седьмого и восьмого элементов И, последовательно соединенные пятый счетчик, первый вход которого соединен с выходом четвертого вентиля, а второй вход подключен квыходу генератора счетных импульсов, регистр, шестой элемент И, второй вход которого соединен с выходом третьего вентиля, третий сумматор. восьмой триггер, выход которого соединен с первым входом введенного второго элемента И-НЕ и вторыми входами восьмого и десятого элементов И, вьход второго элемента И-НЕ соединен с вторыми входами седьмого и девятого элементов И, выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого элементов И, подключены соответственно к блоку регистрации, 102 31 Я= г- -1 о) и) "Г р) Иг.2Составитель В.Смирнова Редактор Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушев Заказ 2186 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1