RU2011134527A - Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

1. Способ измерения времени прихода сигнала с четырехпозиционной (квадратурной) фазовой манипуляцией со сдвигом, включающий прием сигнала, аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, в первый цифровой поток данных, представляющий сигнал как ряд значений функции времени, преобразованных в цифровую форму, использование быстрого преобразования Фурье (БПФ) для двух сигналов, представляющего оба сигнала в виде ряда дискретных значений функции частоты S(k), где k - целочисленная индексная переменная, изменяющаяся в пределах длины данных, а i=1, 2 - индексная переменная, означающая порядковый номер преобразуемого с использованием БПФ цифрового потока данных в значения функции частоты, взаимное перемножение значений спектра одного из сигналов с комплексно сопряженными значениями спектра другого сигнала, порождающее кросс-спектр, вычисление дискретной кросс-корреляционной функции (ДККФ) сигнала с использованием обратного БПФ, определение времени прихода (ВП) сигнала как аргумента максимума ДККФ сигнала, отличающийся тем, что осуществляют квадратурное разложение первого цифрового потока данных относительно номинальной центральной частоты модулированного сигнала, в соответствующее указанному потоку, множество синфазных и квадратурных отсчетов, полученные синфазные и квадратурные отсчеты независимо низкочастотно фильтруют с частотой среза, соответствующей половине скорости исходного битового сообщения, получают множество текущих фаз сигнала, как аргументов комплексных чисел, в качестве действительной части которых используют соответствующие отфильтрованные синфазные отсчеты, а в качестве мнимой - �

Claims (5)

1. Способ измерения времени прихода сигнала с четырехпозиционной (квадратурной) фазовой манипуляцией со сдвигом, включающий прием сигнала, аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, в первый цифровой поток данных, представляющий сигнал как ряд значений функции времени, преобразованных в цифровую форму, использование быстрого преобразования Фурье (БПФ) для двух сигналов, представляющего оба сигнала в виде ряда дискретных значений функции частоты S_i(k), где k - целочисленная индексная переменная, изменяющаяся в пределах длины данных, а i=1, 2 - индексная переменная, означающая порядковый номер преобразуемого с использованием БПФ цифрового потока данных в значения функции частоты, взаимное перемножение значений спектра одного из сигналов с комплексно сопряженными значениями спектра другого сигнала, порождающее кросс-спектр, вычисление дискретной кросс-корреляционной функции (ДККФ) сигнала с использованием обратного БПФ, определение времени прихода (ВП) сигнала как аргумента максимума ДККФ сигнала, отличающийся тем, что осуществляют квадратурное разложение первого цифрового потока данных относительно номинальной центральной частоты модулированного сигнала, в соответствующее указанному потоку, множество синфазных и квадратурных отсчетов, полученные синфазные и квадратурные отсчеты независимо низкочастотно фильтруют с частотой среза, соответствующей половине скорости исходного битового сообщения, получают множество текущих фаз сигнала, как аргументов комплексных чисел, в качестве действительной части которых используют соответствующие отфильтрованные синфазные отсчеты, а в качестве мнимой - соответствующие отфильтрованные квадратурные отсчеты сигнала, задерживают множество полученных текущих фаз сигнала на половину длительности модулирующего символа, вычитают по модулю 2π из каждой полученной текущей фазы соответствующее значение задержанной текущей фазы сигнала, а полученный разностный цифровой поток данных преобразуют с использованием БПФ в значения первой функции частоты S₁(k), исходное битовое сообщение последовательно-параллельно разделяют на синфазный битовый сигнал и квадратурный битовый сигнал, полученные битовые сигналы, преобразуют в биполярные двухуровневые сигналы с единичным уровнем, преобразованные сигналы интерполируют вдвое, интерполированный квадратурный двухуровневый сигнал задерживают на половину длительности символа, задержанный сигнал последовательно умножают на π/4 и на взятый с противоположным знаком и увеличенный на два интерполированный синфазный сигнал, результат умножения задерживают на половину длительности символа, вычитают по модулю 2π из результата умножения задержанный результат умножения, отображают каждое значение полученного разностного сигнала на соответствующее количество отсчетов преобразованного в цифровую форму принятого сигнала относительно шкалы времени приемной позиции и формируют, таким образом, второй цифровой поток данных, который преобразуют с использованием БПФ в значения второй функции частоты S₂(k).

2. Способ измерения времени прихода сигнала по п.1, отличающийся тем, что для сигнала, у которого длительность символа сигнала некратна частоте выборки аналого-цифрового преобразования принятого сигнала, отфильтрованные синфазные и квадратурные отсчеты дополнительно децимируют и интерполируют с обеспечением кратности частоты отсчетов первого цифрового потока данных длительности символа сигнала.

3. Способ измерения времени прихода сигнала по п.1 или 2, отличающийся тем, что слева и справа от аргумента максимума ДККФ сигнала выбирают по L точек указанной функции, значения ДККФ для выбранных точек и точки максимума объединяют в порядке временного следования в вектор-столбец с, из единиц формируют вектор-столбец 1 такой же размерности, как вектор с, соответствующие выбранным точкам ДККФ аргументы, выражают через индексную переменную l=0, ±1, …, ±L, где индексы l с отрицательным знаком соответствуют временам до точки максимума ДККФ, нулевой индекс l соответствует точке максимума ДККФ, а индексы l с положительным знаком соответствуют временам после точки максимума ДККФ, аргументы выбранных точек ДККФ, упорядочивают также, как и компоненты вектора с, и объединяют в вектор-столбец х, квадраты компонент вектора x аналогично объединяют в вектор-столбец q, а уточненное значение ВП

определяют по следующему правилу

,

где N=2L+1 - размерность сформированных векторов, надстрочный индекс ^T обозначает операцию транспонирования вектора, T_s - период дискретизации сигнала, x^Tc - скалярное произведение векторов х и с, коэффициент P определяется выражением

,

коэффициент Q определяется другим выражением

,

a (NPq-P²1)^T с - скалярное произведение разностного вектора (NPq-P²1) с вектором с.

4. Устройство для реализации способа измерения времени прихода сигнала с четырехпозиционной (квадратурной) фазовой манипуляцией со сдвигом, содержащее арифметическое устройство (АУ), а также средство приема сигналов, вход которого является входом устройства измерения, соединенное с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), последовательно включенные первый процессор БПФ, вычислитель кросс-спектров, второй процессор БПФ и устройство определения аргументов максимума дискретной кросс-корреляционной функции (ДККФ) сигнала, выход которого является выходом устройства измерения, при этом к второму входу вычислителя кросс-спектров подключен третий процессор БПФ, отличающееся тем, что между выходом АЦП и входом первого процессора БПФ последовательно включены устройство квадратурного разложения сигнала, первый фильтр нижних частот (ФНЧ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и устройство вычитания по модулю 2π, между вторым выходом устройство квадратурного разложения сигнала и вторым входом ПЗУ включен второй ФНЧ, вычитающий вход устройства вычитания соединен с выходом ПЗУ через элемент задержки на половину длительности символа сигнала, а вход третьего процессора БПФ подключен к выходу формирователя битового сообщения через последовательно соединенные последовательно-параллельные преобразователь, экспандер частоты дискретизации, второй элемент задержки на половину длительности символа сигнала, АУ второе устройство вычитания по модулю 2π и второй экспандер частоты дискретизации, при этом вычитающий вход устройства вычитания по модулю 2π соединен с выходом АУ через третий элемент задержки на половину длительности символа сигнала, а между вторым входом АУ и вторым выходом последовательно-параллельного преобразователя включен третий экспандер частоты дискретизации.

5. Устройство для реализации способа измерения времени прихода сигнала по п.4, отличающееся тем, что к выходу устройству определения аргумента максимума дискретной кросс-корреляционной функции сигнала дополнительно подключено второе арифметическое устройство.