RU2175168C1 - Device for phase-keyed broadband signal search by delay - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering; broadband signal receivers. SUBSTANCE: device is used to search by delay for signal whose structure and its frequency uncertainty region are unknown and to identify signal structure. Broadband input signal whose structure carrier frequency and frequency uncertainty region are unknown arrives at entire device. Subtraction from periodic input signal and from same delay signal across subtracter output results in single pulse passed to each of N identical channels where direct Fourier transform is effected in each channel. Voltage characterizing spectrum of analyzed signal subjected to amplitude detection is built up across direct-transform unit with the result that voltage characterizing input signal spectrum envelope is set up across output of amplitude-detection unit; then channel where spectrum envelope is of maximal magnitude is determined. EFFECT: facilitated signal search and signal structure identification. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в приемниках широкополосных сигналов. The invention relates to the field of radio engineering and may find application in receivers of broadband signals.

Известны устройства поиска широкополосных сигналов по задержке, описанные в патенте РФ N 2020762, H 04 B 1/10, в монографии Г.И. Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов". Москва, "Сов. радио", 1977 г. , стр. 326, в монографии Р.К. Диксона "Широкополосные системы", Москва, "Связь", 1979 г., стр. 192, рис. 6.9, недостатком которых является невозможность их использования для поиска по задержке сигналов неизвестной структуры. Known devices for searching for broadband delay signals described in RF patent N 2020762, H 04 B 1/10, in the monograph G.I. Tuzova "Statistical theory of the reception of complex signals." Moscow, Sov. Radio, 1977, p. 326, in the monograph by R.K. Dixon's Broadband Systems, Moscow, Svyaz, 1979, p. 192, fig. 6.9, the disadvantage of which is the inability to use them to search for delay signals of unknown structure.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальная схема поиска по задержке, описанная в монографии И.М. Теплякова и др. "Радиосистемы передачи информации", Москва, "Радио и связь", 1982 г., стр. 123, рис. 88, структурная схема которого приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
1 - перемножитель;
2 - полосовой фильтр;
3 - блок амплитудного детектирования;
4 - решающий блок;
5 - генератор псевдослучайной последовательности, состоящий из генератора тактовых импульсов 5₁ и регистра с обратными связями 5₂.The closest in technical essence to the claimed device is a multi-channel delay search circuit described in the monograph by I.M. Teplyakova et al. "Radio transmission systems", Moscow, "Radio and communications", 1982, p. 123, Fig. 88, a block diagram of which is shown in FIG. 1, where the following notation is used:
1 - multiplier;
2 - band-pass filter;
3 - block amplitude detection;
4 - a crucial unit;
5 - pseudo-random sequence generator, consisting of a clock generator 5 ₁ and a register with feedbacks 5 ₂ .

Устройство-прототип содержит n линеек, каждая из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 1 и m каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр 2 и блок амплитудного детектирования 3, содержит решающий блок 4, N входов которого соединены с соответствующими N выходами блоков 3, выход которого является выходом устройства, содержит генератор псевдослучайной последовательности 5, состоящий из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов 5₁ и регистра с обратными связями 5₂, N выходов которого соединены каждый с соответствующим опорным входом одного из M перемножителей, объединенные сигнальные входы которых являются входом устройства.The prototype device contains n rulers, each of which contains a series-connected multiplier 1 and m channels, each of which contains a series-connected filter 2 and an amplitude detection unit 3, contains a decision block 4, N inputs of which are connected to the corresponding N outputs of blocks 3, the output which is the output device comprises a pseudorandom sequence generator 5, consisting of serially connected clock generator ₁ and 5 of register with feedback on February _5, N outputs of which of each connected with a corresponding reference input of one of the M multipliers, the combined signal inputs of which are the input devices.

Устройство-прототип работает следующим образом. The prototype device operates as follows.

Входной широкополосный сигнал поступает одновременно на входы M линеек, каждый из которых содержит перемножитель 1 и N идентичных каналов. В каждом из M блоков 1 осуществляется перемножение входного сигнала с опорной псевдослучайной последовательностью, формируемой блоком 5. Опорные сигналы, подаваемые на блоки 1₁ + 1_N, отличаются между собой задержкой на τ₀ , где τ₀ - длительность элементарного импульса опорной псевдослучайной последовательности длительностью N• τ₀ . Результат перемножения в каждой линейке обрабатывается в N каналах, при этом в каждом канале результат перемножения входного и опорного сигналов фильтруется в блоке 2 и детектируется в блоке 3. Результат амплитудного детектирования с выходов N•M каналов подается на входы блока 4. Частоты настройки фильтров 2 в N каналах и полосы их пропускания выбираются таким образом, чтобы в каждом из каналов перекрывалась априорно известная область неопределенности по частоте. В блоке 4 фиксируется номер канала, напряжение которого превысило порог.The input broadband signal is supplied simultaneously to the inputs of M bars, each of which contains a multiplier of 1 and N identical channels. In each of the M blocks 1, the input signal is multiplied with the reference pseudo-random sequence generated by block 5. The reference signals supplied to the blocks 1 ₁ + 1 _N differ by a delay of τ ₀ , where τ ₀ is the duration of the elementary pulse of the reference pseudorandom sequence with the duration N • τ ₀ . The result of multiplication in each line is processed in N channels, while in each channel the result of multiplying the input and reference signals is filtered in block 2 and detected in block 3. The result of the amplitude detection from the outputs of N • M channels is fed to the inputs of block 4. Filter tuning frequencies 2 in N channels and their bandwidths are selected so that in each channel an a priori known region of frequency uncertainty overlaps. In block 4, the channel number is fixed, the voltage of which exceeded the threshold.

Недостатком прототипа являются его ограниченные функциональные возможности, что определяется его неработоспособностью при решении задачи поиска по задержке сигнала с неизвестной структурой при неизвестной области его неопределенности по частоте. The disadvantage of the prototype is its limited functionality, which is determined by its inoperability when solving the search problem by delaying a signal with an unknown structure with an unknown region of its frequency uncertainty.

Для устранения указанного недостатка в устройстве, содержащее решающий блок, генератор тактовых импульсов и N каналов, каждый из которых содержит блок амплитудного детектирования, выход которого соединен с соответствующим одним из N входов решающего блока, введены (N+1) блок прямого преобразования Фурье, (N+1) элемент задержки, вычитатель, коммутатор и анализатор. При этом первый вход вычитателя и входы N-го (N+1)-го элементов задержки объединены и являются входом устройства, выход N-го элемента задержки соединен со вторым входом вычитателя, вход которого соединен с объединенными входами N блоков прямого преобразования Фурье, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего одного из N блока амплитудного детектирования. Выход решающего блока соединен с управляющим входом коммутатора, выход (N+1)-го элемента задержки через (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье соединен со входом анализатора, выход коммутатора соединен со вторыми входами (N+1)-го блока прямого преобразователя Фурье и анализатора. Выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом коммутатора. Входы (N-1) элементов задержки объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов. Выход каждого из (N-1) элементов задержки соединен с одним из N входов коммутатора со 2-го по N-й входы соответственно. To eliminate this drawback, a device containing a decision block, a clock generator and N channels, each of which contains an amplitude detection block, the output of which is connected to the corresponding one of the N inputs of the decision block, introduces a (N + 1) direct Fourier transform block, ( N + 1) delay element, subtracter, switch, and analyzer. In this case, the first input of the subtractor and the inputs of the Nth (N + 1) -th delay elements are combined and are the input of the device, the output of the Nth delay element is connected to the second input of the subtractor, the input of which is connected to the combined inputs of N blocks of the direct Fourier transform, output each of which is connected to the input of the corresponding one of the N block amplitude detection. The output of the decision block is connected to the control input of the switch, the output of the (N + 1) -th delay element through the (N + 1) -th direct Fourier transform block is connected to the input of the analyzer, the output of the switch is connected to the second inputs of the (N + 1) -th block direct Fourier transform and analyzer. The output of the clock generator is connected to the first input of the switch. The inputs (N-1) of the delay elements are combined and connected to the output of the clock generator. The output of each of the (N-1) delay elements is connected to one of the N inputs of the switch from the 2nd to the Nth inputs, respectively.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
1₁, 1₂, . ..1_N-1, 10, 11 - первый, второй, ..., (N-1)-й, N-ный, (N+1)-й элементы задержки;
2 - вычитатель;
3₁, 3₂, ... 3_N, 7 - первый, второй, ..., N-й, (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье;
4₁,4₂,...,4_N - первый, второй,... N-й блок амплитудного детектирования;
5 - решающий блок;
6 - коммутатор;
8 - анализатор;
9 - генератор тактовых импульсов.The block diagram of the proposed device is shown in FIG. 1, where the following notation is used:
1 ₁ , 1 ₂ ,. ..1 _N-1 , 10, 11 - the first, second, ..., (N-1) -th, N-th, (N + 1) -th delay elements;
2 - subtractor;
3 ₁ , 3 ₂ , ... 3 _N , 7 - first, second, ..., N-th, (N + 1) -th block of the direct Fourier transform;
4 ₁ , 4 ₂ , ..., 4 _N - first, second, ... N-th block of amplitude detection;
5 - a crucial unit;
6 - switch;
8 - analyzer;
9 - clock generator.

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные (N)-й элемент задержки 10, вычитатель 2, N идентичных параллельных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок прямого преобразования Фурье 3 и блок амплитудного детектирования 4, решающий блок 5, N входов которого соединен с N выходами соответствующих блоков амплитудного детектирования, содержит последовательно соединенные (N+1)-й элемент задержки 11, блок прямого преобразования Фурье 7, анализатор 8, содержит генератор тактовых импульсов 9 и (N-1)-й элемент задержки (1₁,1₂,1₃,...1_N-1), содержит коммутатор 6, при этом выход генератора тактовых импульсов 9 соединен с первым входом коммутатора 6 и вторым входом блока прямого преобразования 3₁ непосредственно, со вторым входом коммутатора 6 и вторым входом блока прямого преобразователя Фурье 3₂ - через первый элемент задержки 1₁, с третьим входом коммутатора 6 и третьим блоком прямого преобразования Фурье 3₃ - через второй элемент задержки 1₂ и т.д. с N-м входом коммутатора 6 и с N-м входом блока преобразования Фурье - через (N-1)-й элемент задержки 1_N-1, управляющий выход решающего блока 5, соединен с управляющим входом коммутатора 6, выход которого соединен со вторыми входами блока прямого преобразования Фурье и анализатора, при этом вход N-го элемента задержки 10 соединенный со вторым входом вычитателя 2 и входом (N+1)-го элемента задержки 11, является входом устройства.The inventive device contains a series-connected (N) -th delay element 10, a subtracter 2, N identical parallel channels, each of which contains a series-connected direct Fourier transform unit 3 and an amplitude detection unit 4, a decision unit 5, N inputs of which are connected to N outputs the corresponding amplitude detection blocks, contains a series-connected (N + 1) -th delay element 11, a direct Fourier transform unit 7, an analyzer 8, contains a clock generator 9 and (N-1) -th delay element LCD (1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ , ... 1 _N-1 ), contains the switch 6, while the output of the clock generator 9 is connected to the first input of the switch 6 and the second input of the direct conversion unit 3 ₁ directly, with the second input switch 6 and the second input of the direct Fourier transform block 3 ₂ through the first delay element 1 ₁ , with the third input of the switch 6 and the third direct Fourier transform 3 ₃ through the second delay element 1 ₂ , etc. with the Nth input of the switch 6 and with the Nth input of the Fourier transform block, through the (N-1) th delay element 1 _N-1 , the control output of the decision block 5, is connected to the control input of the switch 6, the output of which is connected to the second the inputs of the direct Fourier transform unit and the analyzer, while the input of the Nth delay element 10 connected to the second input of the subtractor 2 and the input of the (N + 1) th delay element 11 is the input of the device.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Входной широкополосный сигнал поступает на первый вход блока 2 непосредственно, а на второй его вход - через блок 10, значение задержки которого выбирается равной известному периоду Т анализируемого периодического сигнала, структура, несущая частота, область неопределенности по частоте которого неизвестны. На выходе блока 2 за счет вычитания из входного периодического сигнала того же периодического сигнала, но задержанного на величину τ = Т, выделяется одиночный импульс сигнала, равный по длительному одному периоду анализируемого сигнала. Выделенный на выходе блока 2 одиночный импульс сигнала длительностью Т поступает одновременно на входы N идентичных каналов, в каждом из которых в блоке 3 выполняется процедура прямого преобразования Фурье, за счет чего на выходе блока 3 выделяется напряжение, характеризующее спектр анализируемого сигнала. Это напряжение поступает на блок 4, где выполняется процедура амплитудного детектирования, за счет чего на его выходе выделяется напряжение, характеризующее огибающую спектра входного
Сгибающие спектра сигнала, выделенные в N каналах, подаются на блок 5, где определяется канал с максимальным значением огибающей спектра. Тактовые импульсы, формируемые блоком 9, используемые для реализации процедуры прямого преобразования Фурье, подаются на блок 3₁ с выхода блока 9 непосредственно, а на блок 3₂ - с задержкой

обеспечиваемой блоком 1₁, на блок 3₃ - с задержкой τ₃= 2τ₀, обеспечиваемой блоком 1₂ и т.д., на блок 3_N - с задержкой τ_N=(N-1)τ₀, обеспечиваемой блоком 1_N-1.The input broadband signal goes directly to the first input of block 2, and to its second input through block 10, the delay value of which is chosen equal to the known period T of the analyzed periodic signal, the structure of the carrier frequency, the frequency uncertainty of which is unknown. At the output of block 2, by subtracting from the input periodic signal the same periodic signal, but delayed by τ = T, a single pulse of the signal is emitted, which is equal to one long period of the analyzed signal. A single signal pulse of duration T allocated at the output of block 2 is supplied simultaneously to the inputs of N identical channels, in each of which a direct Fourier transform procedure is performed in block 3, due to which a voltage characterizing the spectrum of the analyzed signal is released at the output of block 3. This voltage is supplied to block 4, where the amplitude detection procedure is performed, due to which a voltage characterizing the envelope of the input spectrum is released at its output
The bend of the spectrum of the signal, allocated in N channels, are fed to block 5, where the channel with the maximum value of the envelope of the spectrum is determined. The clock pulses generated by block 9, used to implement the direct Fourier transform procedure, are sent to block 3 ₁ from the output of block 9 directly, and to block 3 ₂ with a delay

provided by block 1 ₁ , to block 3 ₃ - with a delay of τ ₃ = 2τ ₀ , provided by block 1 ₂ , etc., to block 3 _N - with a delay of τ _N = (N-1) τ ₀ , provided by block 1 _{N -1} .

Амплитуды огибающих спектров на выходах блоков 3₁ - 3_N зависят от того, какая часть одиночного импульса сигнала, выделенного блоком 2, перекрывается с временным интервалом Т_ф=Т, где Т_ф - временной интервал, на котором выполняется преобразование Фурье. В блоке 5 определяется максимальная из N огибающих спектра, а тактовые импульсы, соответствующие максимальной огибающей, с помощью коммутатора 6 подаются на блок 7, на другой вход которого поступает со входа устройства через элемент задержки 11 входной сигнал.The amplitudes of the spectral envelopes at the outputs of blocks 3 ₁ - 3 _N depend on how much of the single pulse of the signal extracted by block 2 overlaps with the time interval T _f = T, where T _f is the time interval over which the Fourier transform is performed. In block 5, the maximum of the N envelopes of the spectrum is determined, and the clock pulses corresponding to the maximum envelope are supplied to the block 7 using the switch 6, the other input of which is supplied from the device input through the delay element 11, the input signal.

В блоке 7 выполняется процедура прямого преобразования Фурье, при этом подаваемые на блок 7 такты синхронны со входным сигналом. In block 7, the direct Fourier transform procedure is performed, while the clocks supplied to block 7 are synchronous with the input signal.

В блоке 8 выполняется распознавание принятого сигнала за счет сравнения его спектра, вычисленного в блоке 7, с ансамблем спектров сигналов, записанных в памяти блока 8. In block 8, the received signal is recognized by comparing its spectrum calculated in block 7 with an ensemble of spectra of signals recorded in the memory of block 8.

Блоки 3₁ - 3_N и 7 идентичны и выполняют вычисление прямого преобразования Фурье с использованием тактов, поступающих: от блока 9 (для блока 3₁), от блока 9 через блок 1₁ (для блока 3₂) и т.д. от блока 9 через блок 1_N-1 (для блока 3_N), от блока 6 (для блока 7).Blocks 3 ₁ - 3 _N and 7 are identical and perform the calculation of the direct Fourier transform using the clock cycles received: from block 9 (for block 3 ₁ ), from block 9 through block 1 ₁ (for block 3 ₂ ), etc. from block 9 through block 1 _N-1 (for block 3 _N ), from block 6 (for block 7).

За счет задержки тактов, поступающих на блоки 3₁ - 3_N, осуществляется скольжение интервала Т_ф по времени относительно одиночного импульса входной последовательности, выделяемого на выходе блока 2.Due to the delay of the clocks arriving at blocks 3 ₁ - 3 _N , the interval T _{f is slipped} in time relative to a single pulse of the input sequence allocated at the output of block 2.

Блок 5 в простейшем варианте может быть выполнен в виде N блоков сравнения с порогом, каждый из которых подключен к выходу блока 4 соответствующего канала. Block 5 in the simplest embodiment can be made in the form of N blocks of comparison with a threshold, each of which is connected to the output of block 4 of the corresponding channel.

Команды о превышении (непревышении) порога в каждом канале подаются на входы блока 6. Более сложно блок 5 может быть реализован в виде последовательно соединенных схемы выбора максимальной огибающей спектра и схемы сравнения максимального сигнала с порогом. Commands about exceeding (not exceeding) the threshold in each channel are sent to the inputs of block 6. More difficultly, block 5 can be implemented as series-connected circuits for selecting the maximum envelope of the spectrum and a circuit for comparing the maximum signal with a threshold.

Блок 6 может быть выполнен в виде N ключей, на каждый из которых подается команда о превышении порога в соответствующем канале. При превышении порога через открытый ключ тактовые импульсы, соответствующие данному каналу, подаются на вход блока 7. Block 6 can be made in the form of N keys, each of which is given a command to exceed the threshold in the corresponding channel. If the threshold is exceeded through the public key, the clock pulses corresponding to this channel are fed to the input of block 7.

Реализации прямого преобразования Фурье в блоках 3₁ - 3_N может быть выполнена известным способом, например, с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (см. монографию Я.Д. Ширмана, В.К. Манжоса "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех". Москва. "Радио и связь". 1981 г., стр. 159-160).Implementations of the direct Fourier transform in blocks 3 ₁ - 3 _N can be performed in a known manner, for example, using the fast Fourier transform algorithm (see the monograph by Y.D. Shirman, V.K. Manzhos "Theory and technique of processing radar information against the background of interference ". Moscow." Radio and Communications. 1981, p. 159-160).

В блоке 8 спектры сигналов, вычисленные в блоки 7, на каждом интервале Т_ф = Т поочередно сравниваются с записанными в памяти спектрами ансамбля априорно известных сигналов. При совпадении спектра принятого сигнала со спектром сигнала, записанного в памяти блока 8, происходит распознавание принятого сигнала (см. монографию Я.Д. Ширман "Разрежение и сжатие сигналов". Москва. Сов. радио. 1974 г. стр. 178, первый абзац снизу).In block 8, the signal spectra calculated in blocks 7 on each interval T _f = T are alternately compared with the recorded spectra of an ensemble of a priori known signals. When the spectrum of the received signal coincides with the spectrum of the signal recorded in the memory of block 8, the recognition of the received signal occurs (see the monograph by YD Shirman "Resolution and compression of signals. Moscow. Sov. Radio. 1974 p. 178, first paragraph from below).

Устройство-прототип обеспечивает поиск по задержке широкополосного сигнала известной структуры при известной неопределенности по частоте. The prototype device provides a search for the delay of a broadband signal of a known structure with a known frequency uncertainty.

В заявляемом устройстве выполняется поиск по задержке сигнала неизвестной структуры при неизвестной области неопределенности по частоте. Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает распознавание структуры сигнала, таким образом в заявляемом устройстве расширяются функциональные возможности. In the inventive device, a search is performed for the signal delay of an unknown structure with an unknown frequency uncertainty region. In addition, the claimed device provides recognition of the signal structure, thus, the claimed device expands the functionality.

Claims (1)

Устройство поиска широкополосных фазоманипулированных сигналов по задержке, содержащее решающий блок, генератор тактовых импульсов и N каналов, каждый из которых содержит блок амплитудного детектирования, выход которого соединен с соответствующим одним из N входов решающего блока, отличающееся тем, что введены (N+1) блок прямого преобразования Фурье, (N+1) элемент задержки, вычитатель, коммутатор, анализатор, при этом первый вход вычитателя и входы N-го и (N+1)-го элементов задержки объединены и являются входом устройства, выход N-го элемента задержки соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен со входами N блоков прямого преобразования Фурье, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего блока амплитудного детектирования, управляющий выход решающего блока соединен с управляющим входом коммутатора, выход (N+1)-го элемента задержки через (N+1)-й блок прямого преобразования Фурье соединен со входом анализатора, выход коммутатора соединен со вторыми входами (N+1)-го блока прямого преобразования Фурье и анализатора, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом коммутатора и вторым входом первого блока прямого преобразования Фурье непосредственно, а через (N-1) элементов задержки - со вторыми входами соответственно со второго по N блоков прямого преобразования Фурье и соответственно со второго по N вход коммутатора. A device for searching for broadband phase-shifted delayed signals containing a decision block, a clock generator and N channels, each of which contains an amplitude detection block, the output of which is connected to the corresponding one of the N inputs of the decision block, characterized in that (N + 1) block direct Fourier transform, (N + 1) delay element, subtractor, switch, analyzer, while the first input of the subtractor and the inputs of the N-th and (N + 1) -th delay elements are combined and are the input of the device, the output of the N-th element for The slider is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the inputs of N direct Fourier transform blocks, the output of each of which is connected to the input of the corresponding amplitude detection unit, the control output of the decision block is connected to the control input of the switch, the output of the (N + 1) -th delay element through the (N + 1) th direct Fourier transform block is connected to the analyzer input, the output of the switch is connected to the second inputs of the (N + 1) th direct Fourier transform block and analyzer, the output of the clock oedinen the first input switch and a second input of the first unit of the direct Fourier transform directly, but through (N-1) delay elements - respectively to the second inputs of the second to N blocks direct Fourier transformation and accordingly the second to N switch input.

Images