Устройство для распознавания радиосигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 0130404 9/00 51) 4 фрсАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСК ВА(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗРАДИОСИГНАЛОВ(57) Изобретение относитсятехнике и может испальзоваопределения вида модуляцииналов. Целью изобретения яширение области применениява за счет увеличения чиснаваемых видов модуляции ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРУ 481054, кл, С Об К 9/00, 1972. к радиоться длярадиосигвляется расустройстла распоз- радиосигна1304045 лов. Устройство распознает сигналы самплитудной частотной модуляцией иманипуляцией цифровых сигналов радиосвязи с однократной и двухкратной фазовой манипуляцией, двухкратной фазовой манипуляцией со сдвигами, многоамплитудной манипуляцией минимального сдвига и квадратурной амплитуднойманипуляцией. Устройство содержит частотный детектор 1, анализатор 2мгновенного спектра, амплитудный детектор 3, блок 4 клипирования, блок5 сравнения, анализатор 6 спектра,преобразователи 7-9 аналог-код, блок10 логической обработки, выполненныйна элементах НЕ 15 и 16, анализатор17 мгновенного спектра, куль-орган18, формирователь 19 импульсов, выИзобретение относится к радиотехнике и может использоваться для определения вида модуляции радиосигналов.Цель изобретения - расширение области применения устройства за счетувеличения числа распознавания видовмодуляции радиосигналов,На фиг.1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг,2 - амплитудно-фазовые диаграммы радиосигналов.Устройство для распознавания радиосигналов содержит частотный детектор1, первый анализатор 2 мгновенногоспектра, амплитудный детектор 3, блок154 клипирования, блок 5 сравнения,второй анализатор 6 спектра, первый(третий) преобразователи 7-9 аналогкод, блок 10 логической обработки,выполненный на первом-четвертом эле 20ментах И 11-14 и первом, втором элементах НЕ 15 и 16, третий анализатор17 мгновенного спектра, нуль-орган18, формирователь 19 импульсов, выполненный на конверторе 20 и преобразователе 2 аналог-код, первый, второй информационные каналы 22 и 23,выполненные на умножителе 24 частотына два, умножителе 25 частоты на четыре, блоках 26 фильтров, блоках 27сравнения, анализаторах 28 мгновенного спектра, детекторах 29 знака,полненный на конверторе 20 и преобразователе 21 аналог-код, информационные каналы 22 и 23, выполненныена умножителях 24 и 25 частоты, блоках 26 фильтров, блоках 27 сравнения,анализаторах 28 мгновенного спектра,детекторах 29 знака, преобразователях30 и 31 аналог-код, элементы НЕ 32и 33, элементы И 34, 37, информационные каналы 38, 39, выполненные наэлементах И 40, компараторах 41,квантователях 42, перемножителях 43и фильтрах 44 низкой частоты, фазовращатель 45, генератор 46 высокойчастоты, полосовой фильтр 47, компаратор 48, вычитатель 49, элементНЕ 50 и элементы И 51-53. первых и вторых преобразователях 30 и 31 аналог-код, пятый, четвертый элементы НЕ 32 и 33, восьмой-одиннадцатый элементы И 34-37, третий, четвертый.информационные каналы 38 и 39, выполненные на элементах И 40, компараторах 41, квантователях 42, перемножителях 43 и фильтрах 44 низкой частоты, фазовращатель 45, генератор 46 высокой частоты, полосовой фильтр 47, компаратор 48, вычитатель 49, третий элемент НЕ 50 и пятый-седьмой элементы И 51-53.Для выявления признаков распознавания сигналов необходимо рассмотреть их свойства.Если цифровой ФМ сигнал имеет Мнпозиций (состояний или уровней), каждая из которых имеет длительность Т, то модулированный сигнал может быть записан в виде=- сов 1 о,1 + ч, + М Г 2 Е 0сТгде и) =231, - частота несущей;9, - начальнаяфаза несущей (в последующем будет полагаться равной 0 для упрощения)5 1304 фазовых нелинейностей широкополосных приемных устройств, также регенерирут боковые лепестки спектра и может вызвать интерференцию в соседних каналах (уровень боковых лепестков может достигать 15 дБ и более). Поэтому необходима модификация методов фазовой манипуляции, которые давали бы ограниченный по полосе ФМ сигнал с постоянной огибающей (или близкой к постоянной). В цифровых системах связи используются методы двухкратной фазовой манипуляции со сдвигом (ДМФнС). Величина временного сдвига и 12Б (е) =1 р (Т) совсд,С-р (й-Тз ) зепи) ,1=1, + 3, + 5 (2 - 1)ВСЕГО,ЗТ, /2),тервале 0 с- Тс СЕО,О, 14 ГО, Т,1 В случае ДФМ/2- ,ЫО,ТЗ 1,1 +1, 3, т,=о.о, Ио, Т,З зп Ий/ТО,МАММС р(1) =, - 1,1= +1, + 3, ТТэ ственно, Отсутствие фазовых переходов на 11 , т.е. непосредственно из точки 1 в точку 2 и обратно, из точки 3 в точку 4 и обратно обуславливает отсутствие у этих сигналов пере сечения огибающей нулевого уровня вотличие от сигналов ОФМ и ДФМн(фиг.2 а,б), Из -эа того, что ММС сигнал имеет гадограф в виде окружности (сумма отрезков синусоид, сдвинутых на 0 /2), он имеет меньше флюктуации огибающей (примерно на 3 дБ) по сравнению с сигналом ДФМнС,При поступлении ДФМнС на умножители частоты он проявляет свойства анагде р(с) - некоторая импульсная форма, определяемая на инИз приведенных выражений видно, чем отличаются друг от друга эти виды цифровой модуляции. Так БФМнС и ММС сигналы при интерпретации их с точки зрения квадратурной манипуляции отличаются только формами символов синфазного и квадратурного компонентов. Временной сдвиг между символами прямого и квадраТурного компонентов на Т = Т, /2 приводит к тому, что приращения фазы за время информационного символа могут совершаться только на величину, равнуюо/2Гадографы векторов сигналов ДМфнС и МИС показанъ на фиг,2 в, г соответ 0456Т между символами прямого и квадраэтурного компонентов этих сигналов равна длительности информационного символа, Т или половине длительности символа прямого и квадратурного компонентов Т т,е, Т, = Т, = Т, /2. Распространение в современных цифровых системах связи получают такие сигналы как квадратурная амплитудная манипуляция минимального сдвига. Эти сигналы для К-битовой системы могут быть представлены в одном общем вы- раженииФаза МН, сигнала представляет собой кусочно-линейную функцию. На каждом символьном интервале она линейна и изменяется на величину +Э/2. При этой интерпретации сигнала МН, на амплитудно-фазовой диаграмме век 40 тор сигнала постоянной амплитуды совершает вращательное движение на величину +Р/2 (направление вращения определяется значением символа), описанную гадографом в виде окружности. Спектр сигнала МНС (в отличие от частотно-манипулированных сигналов с индексом манипуляции п ) 1) является сплошным, имеет форму (затих/х) и изображен на фиг.2 м, кривая 2,97. энергии сигнала сосредоточено в цен 50 тральном лепестке спектра, ширина которого равна 3/2 скорости информационных двоичных символов. 55При подаче сигнала ММС на умножитель 24 частоты на два на его выходе образуется частотно-манипулированный сигнал с индексом манипуляции п=1. логичные свойствам известного ДФМнС сигнала. Значительное различие в ширине спектров. принимаемых ФМн сигналов и сигналов с выходов умножителей частоты соответствующих кратностей, а также наличие или отсутствие пересечений огибающей нулевого уровня используется в качестве информативных признаков для распознавания ФМ сигв налов, Альтернативной интерпретацией 10 сигнала ММС является его представление как сигнала с частотной манипуляцией с непрерывной фазой и индексом модуляции п=1/2. В этом случае он может быть представлен выражением 15.Я(с) =- сова. Е + Р (е)+ р,2 ЕЧастота на каждом символьном интервале постоянна и равнад: ) . -- : д+ -Хс 20Д о-Тв8 На выходе умножителя 24 частоты1и 2 Г =22 -- -о 2 Т12 ГТв т,е. ь = 2 Е откуда п = (2 Г - 2 Г, )Т =1 При этом спектр сигнала на выходе умножителя 24 будет иметь два главных лепестка с пиками на частотах 2 Г, и 2 Г , а на выходе умножителя 25 часто.ты на четыре - на частотах 4 Г и 41.Эти частоты выделяются посредством узкополосной фильтрации. Их наличие в спектре сигнала на выходе умножителей 24, 25 может быть использовано в качестве информативного признака сигнала ММС, а также сигнала, с многоамплитудной манипуляцией минимального сдвига-МАММС,Из приведенных выражений, а также амплитудно-фазовых диаграмм (фиг.2 д,3) и временных диаграмм синфазного и квадратурного компонентов сигналов (фиг.2 к,л) видно, что в качестве признаков распознавания сигналов КАМ и МАММС могут быть использованы значения уровней напряжения в синфазном и квадратурном каналах квадратурного детектора, соответствующиед = +1 +3) и= +1, +31Устройство работает следующим образом.Принятый сигнал, вид модуляции которого необходимо определить, одновременно поступает на входы частотного детектора 1, амплитудного детектора 3, анализатора 17 мгновенного спектра, умножителей частоты на два 24 и на четыре 25, на перемножители 43, которые совместно с фазовращателем 45 на 3 /2 составляют квадратурный детектор. При поступлении на вход устройства сигнала с частотной модуляцией на выходе частотного детектора выделяется напряжение, которое подается на один из входов анализатора 2 спектра, через блок 4 клипирования - на анализатор 6 спектра, через преобразователь 7 аналог-код - на входы элементов 11 и 12 блока 10 логической обработки.Сформированные на выходах анализаторов 2 и 6 спектра отклики поступают на соответствующие входы блока 5 сравнения, на выходе которого вслучае подачи на вход устройства сигнала с частотной модуляцией появляется напряжение, а в случае поступЛения сигнала с частотной манипуляцией напряжение отсутствует. 5С выхода преобразователя 9 сигналпоступает на вход элемента И 12 и через элемент НЕ 15 - на вход элементаИ 11. Кроме того, на третий вход элемента И 11 поступает напряжение с выхода элемента НЕ 33 которое формируется при отсутствии на входе устройства сигналов с ММС и МАММС, представляющих определенную разновидностьсигнала с частотной манипуляцией инепрерывной Фазой,Таким образом, при частотной модуляции принимаемого сигнала единичное напряжение возникает только навыходе элемента И 12, а при частотной манипуляции - только на выходеэлемента И 11.Распознавание сигналов с амплитудной модуляцией и амплитудной манипуляцией происходит аналогичным образом, При амплитудной модуляции единичное напряжение возникает толькона выходе элемента И 13, а при амплитудной манипуляции - только на выходе элемента И 14. ЗОПри поступлении на вход устройства сигналов ФМ , ММС и МАММС на выходе анализатора 17 мгновенного спек-,тра образуется напряжение, пропорциональное ширине спектра принимаемого 35сигнала, которое подается на входыблоков 27 сравнения.1Идея распознавания однократногоОФМ сигнала и двухкратных ДФМ и 40ДФМнС сигналов основана на том, чтопри ОФМсигнале на выходах умножителей 24 и 25 частоты выделяются составляющие сигнала, кратные второйи четвертой гармоникам, а при двухкратных ДФМи ДФМ, сигналах толькона выходе умножителя 25 частоты выделяется составляющая сигнала, кратная четвертой гармонике, Поэтомусхема распознавания разработана таким образом, что при поступлении навход устройства ОФМ сигнала, на входы элементов И 35-37, 50 подаетсянулевое напряжениеНапряжение соответствующее огибающей сигнала, с выхода амплитудного детектора 3 подается на нуль-орган 18, на выходе которого образуются единичные импульсы в тот момент,когда огибающая сигнала будет пересекать нулевой уровень напряжения. В конверторе 20 выделяется напряжение, пропорциональное частоте единичных импульсов, которое в случае наличия пересеченной огибающей нулевого уровня в преобразователе 21 аналог-код преобразуется в единичное напряжение, поступающее на входы элементов И 34 и 35.Если на вход устройства поступает сигнал с однократной ОФМ , то блоки 26 Фильтров пропускают на вход анализаторов 28 спектра составляющие второй, четвертой гармоник. На выходе анализаторов 28 появляются напряжения, пропорциональные ширине спектра второй и четвертой гармоник, которые подаются на входы блоков 27 сравнения, Так как БУ и Б (Б1то на выходах обоих блоков 27 сравнения образуются положительные напряжения. При этом на первых выходах детекторов 29 знака выделяются напряжения, которые преобразуются в преобразователях 30 в единичные напряжения, поступающие на входы элементов И 34-36. На входах элементов И 35-37, 52 действует нулевое напряжение с выхода преобразователя 30. При сигнале ОФМ- его огибающая пересекает нулевой уровень напряжения. Поэтому единичное напряжение с выхода преобразователя 21 действует на вход элемента И 34. Следовательно, при поступлении на вход устройства ОФМН сигнала единичное напряжение появляется только на выходе элемента И 34.Если на вход устройства поступают сигналы двухкратной фазовой манипуляции (ДФМН и ДФМнС), то на выходе умножителя 24 частоты образуется ФМ сигнал, а на выходе умножителя 25 частоты появляется составляющая четвертой гармоники сигнала.1На выходе блока 27 сравнения появляется отрицательное напряжение. При этом напряжение выделяется на втором выходе детектора 29 знака. Затем преобразователем 31 оно преобразуется в единичное напряжение, которое действует на входах элементов И 35-37, 52На выходе анализатора 28 спектра образуется напряжение, пропорциональное ширине спектра четвертой гармоники. На выходе блока 27 сравнения образуется положительное напряжение. При13040 вторых выходах детекторов 29 знака.После преобразования в преобразователях31 они подаются на входы элементов И 3538, 52. Одновременно на третьем входе элемента И 37 действует единичноенапряжение с выхода элемента И 32,соответствующее отсутствию пересечений огибающей нулевого уровня напряжений. 55 этом напряжение выделяется на первом выходе детектора 29 знака, Это напряжение преобразователем 30 преобразуется в единичное напряжение, которое подается на входы элементов И 34 и 35.Если на вход устройства поступает ДФМсигнал, то единичное напряжение, соответствующее наличию пересечений огибающей сигнала нулевого уровня, 1 О поступает на третий вход элемента И 35. При этом на третьих входах элементов И 36 и 37 действует нулевое напряжение с выхода элемента НЕ 32, Следовательно, при поступлении на 15 вход устройства ДФМц сигнала только навыходе элемента И 35 образуется единичное напряжение.Если на вход устройства поступает ДФМнС, то в отличие от случая ДФМ, 20 на выходе преобразователе 21 образуется нулевое напряжение, соответствующее отсутствию пересечений огибающей нулевого уровня, которое, инвертируясь в единичное напряжение, с вы хода элемента НЕ 32 подается на вход элемента И Зб. Следовательно, при поступлении на вход устройства сигнала ДФМнС единичное напряжение образуется только на выходе элемента И 36. 30Блоки 26 фильтров представляют собой расстроенную тройку взаимосвязанных контуров или наборы узкополосных фильтров с частотами настройки 2 Г 2 Г, 2 й и 4 Г 4 Е , 41 соответственно. Йазначение блоков 26 фильтров состоит и в том, чтобы не пропустить составляющих ЧМ сигналов со значениями индексов манипуляции, больших чем 1/2. 40Если на вход устройства поступает сигнал ММСто на выходах блоков 27 сравнения появляются отрицательные напряжения, соответствующие расширению спектра сигнала после умножения. 45 При этом напряжения вьщеляются на Следовательно, при поступлении навход устройства ММС сигнала, только 45 12на выходе элемента И 37 выделяетсяединичное напряжение,При поступлении на вход устройства сигналов КАМ и МАММС, схема ФАПЧ,состоящая из перемножителей 43, фазовращателя 45 на Ф /2, фильтров 44нижних частот вычитателя 49, полосового фильтра 47 и управляемого генератора 46 и представляющая собой следящую систему на квадратурном детекторе, входит в синхронизм, При этом навыходе двухпорогового компаратора 48появляется единичное напряжение,которое воздействует на четвертыйвход элемента И 52 и третий вход элемента И 53. На выходе синфазного иквадратурного каналов квадратурногодетектора образуются амплитудно-модулированные сигналы, временные диаграммы которых показаны на фиг.2 к,л. Реальные системы являются шумящими. По,этому в схеме применяется квантователь 42, который относит искаженныйшумами уровень сигнала к близлежащему уровню. После прохождения сигналовчерез квантователь 42 отдельные уровни этих сигналов, соответствующиезначениям=(+1, +31 и 1 = 1+1, фЗ, вьщеляются двухпороговыми компараторами 41, настроенными подбором пороговых напряжений на соответствующие уровни, Единичные напряжения с выходов компараторов 41 преобразуются в единичные напряжения на выходах элементов 40 синфаэного и квадратурного каналов. При наличии обоих единичных напряжений на выходе элемента И 51 образуется единичное напряжение, которое воздействует на входы элементов И 52 и 53. Одновременно, нулевое напряжение с выхода элементов НЕ 50 подается на третьи входы элементов И 13 и 14, в качестве запрещающего сигнала о наличии сигналов АМ и АМИ в то время, когда на входе устройства действуют сигналы КАМ и МАММС. При поступлении на вход устройства МА 1 ь 1 С сигнала, помимо единичных напряжений, поступающих с выходов элемента И 51 и компаратора 48, на второй, третий входы элемента И 52 поступают единичные напряжения с выходов преобразователей 31, как в случае ММС сигнала. Следовательно, при наличии на входе устройства МАММС сигнала только на выходе элементаИ 52 образуется единичное напряжение.При поступлении на вход устройства КАМ сигнала помимо единичных напряжений, поступающих с выходов элемента И 51 и компаратора 48, на второй вход элемента И 53 поступает единичное напряжение с выхода элементаНЕ 33, соответствующее тому, чтовходной сигнал не .является ММС сигналом. Следовательно, при наличииКАМ сигнала только на выходе элемента 53 образуется единичное напряжение,гТаким образом, в устройстве в качестве признаков распознавания КЛМи ММСМА сигналов используются значения уровней огибающей синфазного иквадратурного компонентов следящейсистемы на квадратурнам детекторе,Предлагаемое устройство обеспечивает распознавание сигналов с амплитудной, частотной, модуляцией иманипуляцией, цифровых сигналов ра 25диосвязи с однократной и двухкратнойфазовой манипуляцией, двухкратной фазовой манипуляцией со сдвигом, манипуляцией минимального сдвига, многоамплитудной манипуляцией минимального сдвига и квадратурной амплитудной манипуляцией.Формула изобретенияУстройство для распознавания радио.35 сигналов по авт.св. У 481054, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения области применения устройства за счет увеличения числа распознавания видов модуляции радио 40 сигналов, в него введены третий анализатор спектра, компаратор, фазовращатель, генератор высокой частоты, формирователь импульсов, нуль-орган, вычитатель, пятый - тринадцатый эле 45 менты И, третий, пятый элементы НЕ, полосовой фильтр, первый, второй информационные каналы, каждый из которых выполнен на умножителе, блоке фильтров, блоке сравнения, анализаторе спектра, детекторе знака и преобразователях аналог - код, выход умножителя соединен через последовательно соединенные блок фильтров и анализатор спектра с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с входом детектора знака, первый и второй выходы детектора знака соединены соответственно с входамипервого и второго преобразователейаналог - код, и третий, четвертый информационные каналы, каждый из которых выполнен на перемножителе, фильтре низкой частоты, компараторах, элементе И и квантователе, выход перемножителя соецинен через последовательно соединенные фильтр низкой частоты и квантователь с первыми входами компараторов, выходы компараторов соединены с соответствующими входами элемента И, выходы элементов Итретьего, четвертого информационныхканалов соединены соответственно спервым, вторым входами пятого элемента И,. выход которого соединен непосредственно с первыми входами шестого, седьмого элементов И и через третий элемент НЕ - с третьими входамитретьего, четвертого элементов И,объединенные входы умножителей частоты первого, второго информационныхканалов, первые входы перемножителейтретьего, четвертого информационныхканалов и вход третьего анализатораспектра подключены к информационномувходу устройства, выход третьегоанализатора спектра соединен с вторыми входами блоков сравнения первого, второго информационных каналов,выходы первых преобразователей аналог-код первого и второго информационных каналов соединены с первымивходами соответственно восьмого и девятого, десятого элементов И, выходвторого преобразователя аналог - кодпервого информационного канала соединен с втоРыми входами шестого, девятого, десятого элементов И и первымвходом одиннадцатого элемента И, выход второго преобразователя аналог -код второго информационного каналасоединен непосредственно с третьимвходом шестого элемента И, вторымвходом одиннадцатого элемента И и через четвертый элемент НЕ - с третьимвходом первого элемента И и вторымвходом седьмого элемента И, выходыфильтров низкой частоты третьего ичетвертого информационных каналов соединены соответственно с первым и вторым входами вычитателя, выход которого соединен через полосовой фильтр свходом генератора высокой частоты ипервым входом компаратора, вторые входы которого являются первыми управляющими входами устройства, выход ком