RU2085036C1

RU2085036C1 - Приемное устройство фм-сигналов

Info

Publication number: RU2085036C1
Application number: RU93015056A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Безгинов; Л.А. Волошин; И.И. Малышев; Т.И. Безгинова; Ю.В. Заплетин
Original assignee: Воронежский научно-исследовательский институт связи
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1997-07-20

Abstract

Приемное устройство ФМ сигналов, содержащее основной канал, который состоит из последовательно соединенных смесителя, УПЧ, блока корреляторов и получателя информации, а также гетеродина, генератора копий сигнала и синхронизатора. Введение двух дополнительных каналов, каждый из которых содержит смеситель, УПЧ и гетеродин, а также схемы выделения абсолютного значения частоты, обусловленной эффектом Доплера, и знака этой частоты позволило с помощью блока АПЧ подстраивать частоту гетеродина основного канала и таким образом автоматически компенсировать увеличение или уменьшение несущей частоты принимаемого сигнала, обусловленного эффектом Доплера. 2 ил.

Description

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для приема информации по каналам связи, преимущественно на подвижных объектах.

Известны беспоисковые приемные устройства, построенные на базе согласованных фильтров или многоканальных корреляторов. Время поиска сигнала в таких устройствах соизмеримо с периодом используемой двоичной последовательности. Однако реализовать на практике такие приемные устройства при больших базах сигнала задача весьма проблематичная (см. "Теория и применение псевдослучайных сигналов" Алексеев А.И. Шереметьев А.Г. Тузов Г.И. Глазов Б.И. М. Наука, 1969).

Известно также приемное устройство широкополосных сигналов по а.с. N 1109915, содержащее линейный тракт, согласованный фильтр, квадратурный перемножитель, интегратор, блок выбора и запоминания на такт, ФНЧ, управляемый фазовращатель, детектор огибающей, весовой сумматор и решающий блок.

Недостатком этого устройства является то, что при наличии на его входе структурной помехи резко падает помехоустойчивость по отношению к другим видам помех, а при достаточно большом уровне этой помехи наступает срыв связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является приемное устройство с фазоманипулированным ШПС, приведенное в книге Л.Е.Варакина "Системы связи с шумоподобными сигналами", М. Р. и С. 1985, стр. 18, рис. 1.9б, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения: 1 смеситель, 2 усилитель промежуточной частоты (УПЧ), 3 блок корреляторов, 4 демодулятор, 5 получатель информации, 6 гетеродин, 7 генератор опорных сигналов, 8 синхронизатор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: последовательно соединены смеситель 1, УПЧ 2, блок корреляторов 3, демодулятор 4 и получатель информации 5, выход блока корреляторов 3, кроме того, подключен ко входу синхронизатора 8, первый выход которого через гетеродин 6 соединен со вторым входом смесителя 1, второй выход синхронизатора 8 соединен с синхронизирующим входом генератора ПСП 7, выход которого соединен со вторым входом блока корреляторов 3, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом демодулятора 4 и третьим выходом синхронизатора.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Принятый сигнал поступает на вход смесителя 1, на второй вход которого подается сигнал с гетеродина 6. На выходе смесителя 1, таким образом, образуется сигнал на промежуточной частоте и после усиления до необходимой величины в усилителе промежуточной (УПЧ) 2 сигнал поступает на блок корреляторов 3. В блоке 3 корреляторов, который состоит из перемножителя и интегратора, производится оптимальная обработка сигнала, обеспечивающая высокую помехоустойчивость приема. На второй вход блока 3 корреляторов подается опорный сигнал с генератора 7 опорных сигналов в виде ФМ ШПС. Напряжение с выхода коррелятора 3 поступает на синхронизатор 8 и демодулятор 4.

Синхронизатор 8 осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте, для чего перестраивает частоту гетеродина 6 и управляет работой генератора 7 опорных сигналов для поиска сигнала по времени. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе блока корреляторов 3 будет напряжение телефонного сообщения в виде ШИМ сигнала, который подается на вход демодулятора 4. С выхода демодулятора информационный сигнал телефонное сообщение передается получателю информации 5. Синхронизатор 8, кроме указанных выше гетеродина 6 и генератора 7, синхронизирует работу блока корреляторов 3 и демодулятора 4.

Но данное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что при установке его на подвижных объектах, т.е. при наличии эффекта Доплера, оно может быть неработоспособным.

Для устранения указанного недостатка в устройство-прототип, содержащее первый смеситель, выход которого соединен со входом первого УПЧ, а один из входов через гетеродин подключен к одному из выходов синхронизатора, блок корреляторов, выход которого через демодулятор соединен со входом получателя информации, выход блока корреляторов, кроме того, соединен со входом синхронизатора, второй выход которого через генератор копий сигнала соединен со вторым входом блока корреляторов, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом демодулятора и третьим выходом синхронизатора, введено два дополнительных канала, каждый из которых содержит смеситель, вход которого подключен к антенне, гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, выход которого соединен со входом УПЧ, синхронизирующие входы гетеродинов соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора, выход УПЧ первого дополнительного канала соединен со входом четвертого смесителя и через фазовращатель на 90^o со входом пятого смесителя, а выход УПЧ второго дополнительного канала подключен ко вторым входам четвертого и пятого смесителей, выходы которых через соответствующие фильтры соединены со входами фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом фильтра четвертого смесителя, а два выхода коммутатора подключены соответственно к двум входам блока автоматической подстройки частоты АПЧ, выход которого соединен с управляющим входом гетеродина основного канала.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения (с 1-го по 8 обозначения такие же, как и в устройстве-прототипе): 9 блок АПЧ, 10 коммутатор, 11, 21 второй и третий смесители, 12, 22 второй и третий УПЧ, 13, 17 второй и третий гетеродины, 14, 19 четвертый и пятый смесители, 15, 20 первый и второй фильтры, 16 - фазовый детектор, 18 фазовращатель на 90^o.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи.

Первый 1, второй 11 и третий 21 смесители, входы которых соединены с антенной, а вторые входы соединены соответственно с выходами первого 6, второго 13 и третьего 17 гетеродинов, управляющие входы первого 6 и третьего 17 гетеродинов соединены между собой и со вторым выходом синхронизатора 8, а выход второго гетеродина 13 подключен к первому выходу синхронизатора 8. Выход первого смесителя 1 последовательно соединен с УПЧ2, блоком корреляторов 3, демодулятором 4 и получателем информации 5, второй вход блока корреляторов 3 соединен с выходом генератора опорных сигналов 7, вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 8, четвертый выход которого подключен к третьему входу блока корреляторов 3. Выход второго смесителя 11 через УПЧ12 соединен со входами фазовращателя на 90^o 18 и четвертого смесителя 14, выход которого через фильтр 15 подключен ко входам фазового детектора 16 и коммутатора 10, выход фазовращателя 18 через пятый смеситель 19 и фильтр 20 соединен со вторым входом фазового детектора 16, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 10, два выхода которого соединены соответственно с двумя входами блока АПЧ9, выход которого подключен к управляющему входу первого гетеродина 6. Выход третьего смесителя 21 через УПЧ22 подключен ко вторым входам смесителей 14 и 19.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Принятый сигнал поступает одновременно на входы первого I, второго II и третьего 21 смесителей, на вторые входы которых поступают сигналы с гетеродинов 6, 13 и 17 соответственно. Причем частота второго 13 гетеродина равна
f_г2 f_с f_п.ч.
а частота третьего 17 гетеродина равна
f_г3 f_с + f_п.ч.
где f_с частота принимаемого сигнала,
f_п.ч промежуточная частота, получаемая в процессе преобразования, выделяемая фильтрами УПЧ.

При наличии эффекта Доплера частота принимаемого сигнала будет равна f_ч ± f_д, где f_д частота, обусловленная эффектом Доплера.

Тогда в процессе преобразования, на выходах второго 11 и третьего 21 смесителей будем иметь соответственно
(f_с + f_д) f_г2 f_п.ч
или f_с f_г2 f_п.ч. f_д.

Аналогично f_г3 (f_с + f_д) F_п.ч
или f_г3 f_с f_п.ч + f_д.

На выходах смесителей, естественно, будут и другие частотные комбинации, но в данном случае нас интересуют только эти.

Сигналы с частотами f_п.ч. f_д и f_п.ч + f_д усиливаются в усилителях промежуточной частоты 12 и 22 и выделяются фильтрами, имеющимися в данных УПЧ.

Для простоты рассуждений взят случай, когда частота принимаемого сигнала увеличивается за счет эффекта Доплера.

Сигналы с выходов второго 12 и третьего 22 УПЧ поступают на входы смесителя 14, на выходе которого стоит фильтр 15, настроенный на частоту (f_п.ч + f_д) (f_п.ч f_д) 2f_д.

Сигнал с выхода УПЧ12, кроме того, через фазовращатель 18 на 90^o поступает на первый вход смесителя 19, на второй вход которого подается сигнал с выхода УПЧ22. Фильтр 20, стоящий на выходе смесителя 19, также построен на частоту 2f_д. Таким образом, на выходах фильтров 15 и 20 имеется сигнал одинаковой частоты, но сдвинут друг относительно друга на 90^o.

Следовательно, когда частота принимаемого сигнала увеличивается за счет эффекта Доплера, на выходе УПЧ12 будет выделяться сигнал с частотой f_с f_г2 f_п.ч f_д, а на выходе УПЧ22 с частотой f_г3 f_с f_п.ч + f_д, а когда частота принимаемого сигнала будет уменьшаться за счет эффекта Доплера, на выходе УПЧ12 будет выделяться сигнал с частотой (f_с f_д) f_г2 f_п.ч + f_д, а на выходе УПЧ22 с частотой f_г3 - (f_с f_д) f_п.ч f_д.

Подавая сигнал с выходов УПЧ12 и УПЧ22 на смесители 14 и 19, на выходах фильтров 15 и 20 всегда будет присутствовать сигнал с двойной частотой, обусловленной эффектом Доплера. Но так как в процессе преобразования в смесителях 14 и 19 выделяется всегда разностная частота двух промежуточных частот, то кроме абсолютной величины этой разностной частоты необходимо знать еще и знак этой разности. Для определения знака сигнала с выходов фильтров 15 и 20 подаются на входы фазового детектора 16, на выходе которого выделяется постоянное напряжение того или иного знака. Напряжение с выхода фазового детектора со знаком плюс или минус поступает на управляющий вход коммутатора 10, с помощью которого коммутируется сигнал с фильтра 15 на первый или второй вход блока АПЧ9.

Блок АПЧ9 в своем составе содержит два управляющих элемента, один из которых подстраивает частоту гетеродина 6 вниз, а второй вверх, в зависимости от знака напряжения на выходе фазового детектора 16.

Принятый сигнал одновременно поступает на вход смесителя 1 основного канала, на второй вход которого подается сигнал с гетеродина 6. На выходе смесителя 1 выделяется необходимая промежуточная частота. Сигнал промежуточной частоты с выхода смесителя 1 поступает на усилитель промежуточной частоты УПЧ2, где усиливается до необходимой величины и затем подается на блок корреляторов 3. В блоке корреляторов 3, который состоит из перемножителей и интеграторов, производится оптимальная обработка этого сигнала, обеспечивающая высокую помехоустойчивость приема. На второй вход блока корреляторов 3 подается опорный сигнал с генератора 7 опорных сигналов в виде ФМ ШПС. Сигнал с выхода блока корреляторов 3 поступает в синхронизатор 8 и демодулятор 4.

Синхронизатор 8 осуществляет поиск ФМ сигнала по частоте, для чего перестраивает частоту гетеродина 6 и управляет работой генератора 7 опорных сигналов для поиска сигнала по времени. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе блока корреляторов 3 будет напряжение телефонного сообщения в виде ШИМ сигнала, который подается на вход демодулятора 4. С выхода демодулятора 4 информационный сигнал телефонное сообщение - передается получателю информация 5. Синхронизатор 8, кроме указанных выше гетеродина 6 и генератора копий сигнала 7, синхронизирует работу блока корреляторов 3 и демодулятор 4.

Таким образом, если устройство-прототип устанавливать на подвижных объектах, то оно окажется неработоспособным из-за наличия эффекта Доплера, в то время как предлагаемое устройство обеспечивает прием и выделение информации как на подвижных, при наличии эффекта Доплера, так и на стационарных установках при отсутствии эффекта Доплера.

Кроме того, "выборка" частоты, обусловленной эффектом Доплера, в предлагаемом устройстве осуществляется автоматически, практически без затраты дополнительного времени.

Claims

Приемное устройство ФМ-сигналов, содержащее основной канал, состоящий из последовательно соединенных смесителя, УПЧ, блока корреляторов, демодулятора и получателя информации, первый вход смесителя соединен с антенной, а второй с выходом гетеродина, управляющий вход которого подключен к одному из выходов синхронизатора, генератор копий сигнала, вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, вход которого подключен к выходу блока корреляторов, второй вход которого соединен с выходом генератора копий сигнала, а синхронизирующие входы блока корреляторов и демодулятора соединены между собой и с третьим выходом синхронизатора, отличающееся тем, что введено два дополнительных канала, каждый из которых содержит смеситель, первый вход которого соединен с антенной, а выход подключен к УПЧ и гетеродин, выход которого соединен с вторым входом смесителя, управляющий вход гетеродина первого дополнительного канала соединен с дополнительным выходом синхронизатора, управляющие входы гетеродинов основного и второго дополнительного каналов соединены между собой, выход УПЧ первого дополнительного канала соединен с входами фазовращателя на 90^o и четвертого смесителя, выход которого через первый фильтр подключен к входам фазового детектора и коммутатора, выход УПЧ второго дополнительного канала соединен с вторыми входами четвертого и пятого смесителей, первый же вход пятого смесителя соединен с выходом фазовращателя на 90^o, а выход через второй фильтр с вторым входом фазового детектора, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, два выхода этого коммутатора соединены соответственно с двумя входами блока АПЧ, выход которого соединен с вторым управляющим входом гетеродина основного канала.