RU2234810C1 - Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency - Google Patents

Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency Download PDF

Info

Publication number
RU2234810C1
RU2234810C1 RU2002132388/09A RU2002132388A RU2234810C1 RU 2234810 C1 RU2234810 C1 RU 2234810C1 RU 2002132388/09 A RU2002132388/09 A RU 2002132388/09A RU 2002132388 A RU2002132388 A RU 2002132388A RU 2234810 C1 RU2234810 C1 RU 2234810C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency
fourier
low
components
Prior art date
Application number
RU2002132388/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002132388A (en
Inventor
Н.Е. Подчиненко (RU)
Н.Е. Подчиненко
А.А. Скрипкин (RU)
А.А. Скрипкин
В.А. Щербачев (RU)
В.А. Щербачев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь"
Priority to RU2002132388/09A priority Critical patent/RU2234810C1/en
Publication of RU2002132388A publication Critical patent/RU2002132388A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234810C1 publication Critical patent/RU2234810C1/en

Links

Abstract

FIELD: communications engineering; information and measurement devices.
SUBSTANCE: proposed method that can be used for extracting information about Doppler shift of signal carrier frequency in information and measurement devices without a priori information about modulating message using two-position frequency keying due to quadrature separation of input signal relative to center frequency rating with low-frequency filtration of cophasal and quadrature components and generation of complex signal from filtered-off components includes signal division into two equal components, frequency conversion of both components followed by low-frequency filtration, multiplication of filtered-off signals, and calculation of Fourier transform with respect to signal; in the process frequency of one signal component is converted in phase relative to signal center frequency rating and that of other component, in quadrature relative to same frequency; each of converted-frequency signal components converted is filtered in low frequency band, complex signal with real part equal to filtered-off cophasal signal and imaginary part equal to filtered-off quadrature signal are generated; Fourier-transform image of generated complex signal is calculated; argument of maximum of Fourier-transform image of signal is found in region of negative frequencies and argument of maximum of Fourier-transform image of signal, in region of positive frequencies; Doppler signal carrier frequency shift is obtained as half-sum of found maxima of arguments. Device implementing proposed method has splitter, first mixer , first low-band filter, second mixer, second low-band filter, Fourier-transform processor, heterodyne, phase shifter, and arithmetic unit.
EFFECT: enlarged functional capabilities.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении.The invention relates to communication technology and can be used to extract information about the Doppler frequency shift of the carrier signal in information-measuring devices without a priori information about the modulating message.

Извлечение информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала имеет очень большое значение в системах дальней космической связи с космическими аппаратами (КА) типа Mars Polarlander, Mars Pathfinder [1] или с КА типа Voyager и Galileo [2].The extraction of information on the Doppler frequency shift of the carrier signal is very important in systems of long-distance space communications with spacecraft (SC) such as Mars Polarlander, Mars Pathfinder [1] or with SCs of the type Voyager and Galileo [2].

Известен ряд способов извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей для сигналов с двухпозиционной фазовой манипуляцией, основанных на априорном знании информации, содержащейся в модулирующем сообщении [5, 6], что существенно усложняет процесс обработки [7] и делает их малоприемлемыми в чрезвычайных ситуациях, когда такая информация может оказаться недоступной. Для преодоления указанных недостатков были созданы способ и устройство извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной фазовой манипуляцией, не требующие априорного знания информации, содержащейся в модулирующем сообщении [7].There are a number of methods for extracting information about the Doppler shift of the carrier frequency for signals with on-off phase shift keying based on a priori knowledge of the information contained in the modulating message [5, 6], which significantly complicates the processing process [7] and makes them unacceptable in emergency situations when such information may not be available. To overcome these drawbacks, a method and device for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal with on-off phase shift keying, which do not require a priori knowledge of the information contained in the modulating message [7], were created.

Однако в настоящее время в системах дальней космической связи с космическими аппаратами, в системах пейджинговой связи продолжают широко использовать сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (2ЧМн или FSK - Frequency Shift Keying) [3, 4, 8-10], для которых способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала [5-7] неприменимы.However, at present, in systems of long-distance space communication with spacecraft, in paging communication systems, signals with on-off frequency shift keying (2CHMn or FSK - Frequency Shift Keying) continue to be widely used [3, 4, 8-10], for which methods of extracting information about Doppler frequency shift of the carrier signal [5-7] is not applicable.

Для сигналов, использующих спектрально эффективные методы модуляции при наличии априорного знания о модулирующем сообщении, возможно точное извлечение информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с использованием способа [11]. Известны для сигналов с 2 ЧМн, в случае если разнос равен минимальному сдвигу, способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала [12] без априорной информации о модулирующем сообщении, основанные на нелинейных операциях четвертого порядка, приводящие к снижению точности оценивания [15], поскольку при таких операциях примерно в четыре раза уменьшается отношение мощности несущей сигнала к спектральной плотности мощности шума [8]. Кроме того, указанные способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала для сигналов с 2 ЧМн, когда разнос между частотами манипуляции не равен минимальному сдвигу, неприменимы, поскольку при нелинейных операциях с таким сигналом его несущая не восстанавливается [8].For signals using spectrally effective modulation methods in the presence of a priori knowledge of the modulating message, it is possible to accurately extract information about the Doppler frequency shift of the carrier signal using the method [11]. Known for signals with 2 FMN, if the separation is equal to the minimum shift, methods for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal [12] without a priori information about the modulating message, based on fourth-order nonlinear operations, leading to a decrease in estimation accuracy [15], since in such operations the ratio of the power of the carrier signal to the spectral density of the noise power decreases by about four times [8]. In addition, these methods of extracting information about the Doppler shift of the carrier frequency of the signal for signals with 2 FMN, when the separation between the manipulation frequencies is not equal to the minimum shift, is not applicable, since in non-linear operations with such a signal its carrier is not restored [8].

Наиболее близким к предлагаемому способу извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала без априорной информации о модулирующем сообщении, по совокупности используемых действий над сигналом, является способ [7], основанный на нелинейной операции второго порядка, принятый за прототип.The closest to the proposed method of extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal without a priori information about the modulating message, according to the totality of the actions used on the signal, is the method [7] based on a second-order nonlinear operation adopted as a prototype.

Согласно этому способу:According to this method:

1. Разделяют сигнал на две равные компоненты.1. Divide the signal into two equal components.

2. Преобразуют по частоте первую компоненту сигнала, смешивая ее с гетеродинирующим сигналом, частота которого ниже частоты несущей сигнала.2. The frequency of the first component of the signal is converted by mixing it with a heterodyne signal whose frequency is lower than the frequency of the carrier signal.

3. Преобразуют по частоте вторую компоненту сигнала, смешивая ее с вторым гетеродинирующим сигналом, частота которого выше частоты несущей сигнала.3. The second component of the signal is converted in frequency by mixing it with a second heterodyne signal, the frequency of which is higher than the frequency of the carrier signal.

4. Низкочастотно фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала.4. Low-pass filter each of the frequency-converted signal components.

5. Перемножают отфильтрованные сигналы.5. Multiply the filtered signals.

6. Низкочастотно фильтруют результат перемножения.6. Low-pass filter the result of multiplication.

7. Находят преобразование Фурье от отфильтрованного результата перемножения.7. Find the Fourier transform of the filtered multiplication result.

Недостатком способа-прототипа является невозможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией, поскольку при используемых в способе-прототипе нелинейных операциях с таким сигналом его несущая не восстанавливается [8].The disadvantage of the prototype method is the impossibility of extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal with on-off frequency manipulation, because when used in the prototype method of non-linear operations with such a signal, its carrier is not restored [8].

Устройство-прототип [7] своим входом подключено через последовательно включенные разветвитель, первый смеситель и первый фильтр нижних частот (ФНЧ) к первому входу перемножителя, второй вход которого подключен ко второму входу разветвителя через последовательно включенные второй смеситель и второй ФНЧ. Между Фурье-процессором, выход которого является выходом устройства-прототипа, и выходом перемножителя включен третий ФНЧ. К второму входу первого смесителя устройства-прототипа подключен первый гетеродин, а к второму входу второго смесителя устройства-прототипа подключен второй гетеродин.The prototype device [7] is connected to its first input through a splitter, a first mixer and a first low-pass filter (LPF) to the first input of the multiplier, the second input of which is connected to the second input of the splitter through a second mixer and a second LPF connected in series. Between the Fourier processor, the output of which is the output of the prototype device, and the output of the multiplier, the third low-pass filter is turned on. The first local oscillator is connected to the second input of the first mixer of the prototype device, and the second local oscillator is connected to the second input of the second mixer of the prototype device.

Недостатком устройства-прототипа так же является невозможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией.The disadvantage of the prototype device is also the impossibility of extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal with on-off frequency manipulation.

Техническим результатом изобретения является возможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией за счет квадратурного разложения входного сигнала, относительно номинала центральной частоты (с низкочастотной фильтрацией синфазной и квадратурной компонент), формирования комплексного сигнала из отфильтрованных компонент и за счет использования расположения дискретных составляющих в Фурье-образе комплексного сигнала.The technical result of the invention is the ability to extract information about the Doppler frequency shift of the carrier signal with on-off frequency manipulation due to the quadrature decomposition of the input signal relative to the nominal frequency of the central frequency (with low-frequency filtering in-phase and quadrature components), the formation of a complex signal from the filtered components and through the use of discrete components in the Fourier transform of the complex signal.

Технический результат достигнут тем, что в способе извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, включающем разделение сигнала на две равные компоненты, частотное преобразование обеих компонент с последующей низкочастотной фильтрацией каждой из преобразованных по частоте компонент сигнала, и вычисление преобразования Фурье от сигнала, согласно изобретению одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно, относительно номинала центральной частоты сигнала, другую - квадратурно, относительно той же частоты, фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала, формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной отфильтрованному синфазному сигналу, и мнимой частью, равной отфильтрованному квадратурному сигналу, Фурье-образ вычисляют от сформированного комплексного сигнала, определяют аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала получают как полусумму найденных аргументов максимума.The technical result is achieved in that in a method for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal, including dividing the signal into two equal components, frequency conversion of both components, followed by low-pass filtering of each of the frequency-converted signal components, and calculating the Fourier transform of the signal, according to the invention one signal component is converted in frequency in phase with respect to the nominal center frequency of the signal, the other is quadrature, with respect to the same frequency you filter each of the frequency-converted signal components in the low-frequency band equal to the half-width of the signal spectrum band, form a complex signal with the real part equal to the filtered in-phase signal and the imaginary part equal to the filtered quadrature signal, the Fourier transform is calculated from the generated complex signal , determine the maximum argument of the Fourier transform of the signal in the region of negative frequencies and the maximum argument of the Fourier transform of the signal in the region of positive frequencies, and the Doppler shift the carrier frequencies of the signal are obtained as half the sum of the maximum arguments found.

Способ реализуется устройством для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, своим входом подключенным через последовательно включенные разветвитель и первый смеситель к первому фильтру нижних частот (ФНЧ), при этом второй ФНЧ подключен ко второму входу разветвителя через второй смеситель, содержащее Фурье-процессор и гетеродин, подключенный ко второму входу первого смесителя, согласно изобретению Фурье-процессор выполнен комплексным, у которого вход действительной компоненты сигнала подключен к выходу первого ФНЧ, а вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора подключен к выходу второго ФНЧ, второй вход второго смесителя подключен к выходу гетеродина через фазовращатель, а к выходу Фурье-процессора подключено арифметическое устройство, выход которого является выходом устройства.The method is implemented by a device for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal, its input connected through a series-coupled splitter and a first mixer to the first low-pass filter (LPF), while the second low-pass filter is connected to the second input of the splitter through a second mixer containing a Fourier processor and the local oscillator connected to the second input of the first mixer, according to the invention, the Fourier processor is integrated, in which the input of the actual signal component is connected to the output the first low-pass filter, and the input of the imaginary component of the Fourier processor signal is connected to the output of the second low-pass filter, the second input of the second mixer is connected to the local oscillator output through a phase shifter, and an arithmetic device is connected to the output of the Fourier processor, the output of which is the output of the device.

На чертеже приведена структурная схема устройства, в котором реализуется предложенный способ.The drawing shows a structural diagram of a device in which the proposed method is implemented.

Согласно предлагаемому способу:According to the proposed method:

1. Разделяют сигнал на две равные компоненты.1. Divide the signal into two equal components.

2. Одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно относительно номинала центральной частоты сигнала.2. One component of the signal is converted in frequency in phase with respect to the nominal center frequency of the signal.

3. Другую компоненту сигнала преобразуют по частоте квадратурно относительно номинала центральной частоты сигнала.3. The other component of the signal is converted in frequency quadrature relative to the nominal center frequency of the signal.

4. Фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала.4. Filter each of the frequency-converted signal components in the low-frequency band equal to the half-width of the signal spectrum band.

5. Формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной отфильтрованной синфазной компоненте сигнала, и мнимой частью, равной отфильтрованной квадратурной компоненте сигнала.5. A complex signal is formed with the real part equal to the filtered in-phase component of the signal and the imaginary part equal to the filtered quadrature component of the signal.

6. Вычисляют Фурье-образ от сформированного комплексного сигнала.6. The Fourier transform of the generated complex signal is calculated.

7. Определяют аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот.7. Determine the maximum argument of the Fourier transform of the signal in the region of negative frequencies and the maximum argument of the Fourier transform of the signal in the region of positive frequencies.

8. Получают доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала как полусумму найденных аргументов максимума.8. Get the Doppler frequency shift of the carrier signal as half the sum of the found maximum arguments.

Как известно [13, 14], сигнал с двухпозиционной частотной манипуляцией может быть представлен в видеAs is known [13, 14], a signal with on-off frequency manipulation can be represented as

Figure 00000002
Figure 00000002

где φ (t) - фазовая, а ƒ m(t) - частотная девиация несущей частоты ƒ 00/2π . Сигнальный алфавит h1, h2 выражения (1) в общем случае может иметь произвольную форму на интервале, равном или превышающем длительность передаваемого символа Т = 1/ƒ m = 2π /ω m, где ƒ m - частота манипуляции сигнала, а ω m - циклическая частота манипуляции сигнала, соответственно [14]. В рассматриваемом случае, сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией, можно ограничиться прямоугольной формой импульсов алфавита h1, h2. В таком случае можно использовать более простую и удобную для анализа рассматриваемого частного случая модель сигнала s(t)where φ (t) is the phase and ƒ m (t) is the frequency deviation of the carrier frequency ƒ 0 = ω 0 / 2π. The signal alphabet h 1 , h 2 of expression (1) in the general case can have an arbitrary shape on an interval equal to or greater than the duration of the transmitted symbol T = 1 / ƒ m = 2π / ω m , where ƒ m is the frequency of signal manipulation, and ω m - cyclic frequency of signal manipulation, respectively [14]. In the case under consideration, a signal with two-position frequency manipulation, we can restrict ourselves to the rectangular shape of the pulses of the alphabet h 1 , h 2 . In this case, a signal model s (t) that is simpler and more convenient for analysis of the particular case under consideration can be used

Figure 00000003
Figure 00000003

sk(t)=Acos(ω kt+Θ k),k=1,2s k (t) = Acos (ω k t + Θ k ), k = 1,2

где ω k1 или ω 2 частоты нажатия и отжатая при частотном разносе ω s, соответственно равныеwhere ω k = ω 1 or ω 2 the frequency of pressing and wrung out at the frequency separation ω s , respectively equal

Figure 00000004
Figure 00000004

a Θ k1 или Θ 2 - случайная начальная фаза сигналов s1(t) и s2(t), соответственно.a Θ k = Θ 1 or Θ 2 is the random initial phase of the signals s 1 (t) and s 2 (t), respectively.

Выбор сигналов sk(t) осуществляется независимо на каждом временном интервале длительностью Т. Сигнал s(t), представленный выражением (2), можно тождественно преобразовать к следующему видуThe selection of signals s k (t) is carried out independently on each time interval of duration T. The signal s (t) represented by expression (2) can be identically transformed to the following form

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

Figure 00000006
Figure 00000006

аa

Figure 00000007
Figure 00000007

В выражении (6) случайные величины {mn}, равновероятно принимающие значения {±1}, представляют биты передаваемой информации, а функция p(t) выражает форму прямоугольного модулирующего импульса. Прямой подстановкой s1(t) и s2(t) из (2) в выражения (4)-(6) легко проверить, что сигнал s(t) в выражении (4) принимает значения A cos(ω 1t+Θ 1) при mn=1 и, соответственно, A cos(ω 2t+Θ 2) при mn=-1.In expression (6), random variables {m n }, equally likely to take the values {± 1}, represent bits of transmitted information, and the function p (t) expresses the shape of a rectangular modulating pulse. By direct substitution of s 1 (t) and s 2 (t) from (2) into expressions (4) - (6), it is easy to verify that the signal s (t) in expression (4) takes the values A cos (ω 1 t + Θ 1 ) for m n = 1 and, accordingly, A cos (ω 2 t + Θ 2 ) for m n = -1.

Полученное, в виде выражений (4)-(6), представление сигнала s(t) с двухпозиционной частотной манипуляцией позволяет заключить, что в нем содержится детерминированная составляющая s+(t), представляющая собой сумму двух косинусоид с частотами ω 1, и ω 2, симметрично расположенными относительно номинала несущей частоты ω 0, и случайная составляющая sr(t), равнаяObtained, in the form of expressions (4) - (6), the representation of the signal s (t) with two-position frequency manipulation allows us to conclude that it contains the deterministic component s + (t), which is the sum of two cosines with frequencies ω 1 , and ω 2 symmetrically located relative to the nominal frequency of the carrier frequency ω 0 , and the random component s r (t) equal to

Figure 00000008
Figure 00000008

При этом сигнал (4) можно переписать в видеIn this case, the signal (4) can be rewritten in the form

Figure 00000009
Figure 00000009

Ввиду линейности прямого преобразования Фурье (преобразования Фурье от сигнала во временной области в частотную область), спектр суммы двух слагаемых сигнала (8) равен сумме спектров слагаемых [16], при этом первая компонента сигнала (8), вследствие входящих в нее детерминированных слагаемых s1(t) и s2(t), создаст дискретную (линейчатую) S1(ƒ ) компоненту спектра сигнала S(ƒ ), а вторая - вследствие случайности модулирующей функции m(t) - шумовую, непрерывную Sc(ƒ ) компоненту спектра сигналаDue to the linearity of the direct Fourier transform (Fourier transform of the signal in the time domain to the frequency domain), the spectrum of the sum of the two terms of the signal (8) is equal to the sum of the spectra of the terms [16], while the first component of the signal (8), due to the determinants s 1 (t) and s 2 (t), create a discrete (linear) S 1 (ƒ) component of the signal spectrum S (ƒ), and the second, due to the randomness of the modulating function m (t), a noise, continuous S c (ƒ) component signal spectrum

Figure 00000010
Figure 00000010

Для суммы двух косинусоид s+(t) в соответствии с выражениями (2)-(5) спектр S1(ƒ ) равен [16]For the sum of two cosines s + (t) in accordance with expressions (2) - (5), the spectrum of S 1 (ƒ) is [16]

Figure 00000011
Figure 00000011

Полученный результат можно использовать для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией. Для упрощения анализа ниже рассматривается только наиболее информативная относительно доплеровского сдвига частоты несущей компонента сигнала s+(t).The result can be used to extract information about the Doppler frequency shift of the carrier signal with on-off frequency shift keying. To simplify the analysis, we consider below only the most informative relative to the Doppler frequency shift of the carrier component of the signal s + (t).

Пусть частота несущей сигнала, вследствие доплеровского сдвига, равна ω D0+Δ ω D, тогда после квадратурного разложения сигнала s+(t), как компоненты сигнала s(t), относительно номинала центральной частоты сигнала

Figure 00000012
Figure 00000013
Let the carrier frequency of the signal, due to the Doppler shift, be ω D = ω 0 + Δ ω D , then after quadrature decomposition of the signal s + (t), as components of the signal s (t), relative to the nominal frequency of the signal
Figure 00000012
Figure 00000013

После низкочастотной фильтрации компоненты с удвоенной несущей частотой подавляются, полученные отфильтрованные синфазный

Figure 00000014
и, соответственно, квадратурный
Figure 00000015
сигналы (волнистая черта над сигналом обозначает применение к нему операции фильтрации) можно представить в видеAfter low-pass filtering, components with double carrier frequency are suppressed; the resulting filtered in-phase
Figure 00000014
and, accordingly, quadrature
Figure 00000015
signals (a wavy line above the signal indicates the application of filtering operations to it) can be represented as

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

После объединения сигналов

Figure 00000018
1+(t) и
Figure 00000019
Q+(t) в комплексный сигнал sc+(t)After combining the signals
Figure 00000018
1+ (t) and
Figure 00000019
Q + (t) to the complex signal s c + (t)

Figure 00000020
Figure 00000020

при использовании формулы Эйлера для представления комплексных чисел можно получить комплексный сигнал sc+(t) в следующем видеwhen using the Euler formula for representing complex numbers, we can obtain the complex signal s c + (t) in the following form

Figure 00000021
Figure 00000021

Из выражения (16) с очевидностью следует, что, при Δ ω D =0, спектр комплексного сигнала sc+ (t) равенFrom the expression (16) it obviously follows that, for Δ ω D = 0, the spectrum of the complex signal s c + (t) is

Figure 00000022
Figure 00000022

и имеет максимум в области отрицательных частот на частоте, равной -ƒ s/2, и максимум в области положительных частот на частоте, равной ƒ s/2, а при Δ ω D≠ 0, спектр комплексного сигнала sc+(t) равенand has a maximum in the region of negative frequencies at a frequency equal to -ƒ s / 2, and a maximum in the region of positive frequencies at a frequency equal to ƒ s / 2, and for Δ ω D ≠ 0, the spectrum of the complex signal s c + (t) is

Figure 00000023
Figure 00000023

и имеет максимум в области отрицательных частот на частоте, равной -ƒ c/2+Δ ƒ D, и максимум в области положительных частот на частоте, равной ƒ s/2+Δ ƒ D, поэтому полусумма указанных аргументов максимума в точности даст значение доплеровского сдвига частоты несущей сигнала.and has a maximum in the region of negative frequencies at a frequency equal to -ƒ c / 2 + Δ ƒ D , and a maximum in the region of positive frequencies at a frequency equal to ƒ s / 2 + Δ ƒ D , so the half-sum of these maximum arguments will exactly give the Doppler value frequency shift of the carrier signal.

Устройство, реализующее предложенный способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала (см. чертеж), своим входом подключено через последовательно включенные разветвитель 1 и первый смеситель 2 к входу первого ФНЧ 3. Второй ФНЧ 4 подключен ко второму входу разветвителя 1 через второй смеситель 5. Гетеродин 6 подключен ко второму входу первого смесителя 2. Фурье-процессор 7 выполнен комплексным. Вход действительной компоненты сигнала Фурье-процессора 7 подключен к выходу первого ФНЧ 3. Вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора 7 подключен к выходу второго ФНЧ 4. Второй вход второго смесителя 5 подключен к выходу гетеродина 6 через фазовращатель 8. К выходу Фурье-процессора 7 подключено арифметическое устройство 9, выход которого является выходом устройства.A device that implements the proposed method for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal (see the drawing) is connected through its successively connected splitter 1 and the first mixer 2 to the input of the first low-pass filter 3. The second low-pass filter 4 is connected to the second input of the splitter 1 through the second mixer 5 The local oscillator 6 is connected to the second input of the first mixer 2. The Fourier processor 7 is integrated. The input of the real component of the signal of the Fourier processor 7 is connected to the output of the first low-pass filter 3. The input of the imaginary component of the signal of the Fourier processor 7 is connected to the output of the second low-pass filter 4. The second input of the second mixer 5 is connected to the output of the local oscillator 6 through the phase shifter 8. To the output of the Fourier processor 7 connected arithmetic device 9, the output of which is the output of the device.

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

Модулированный сигнал в смеси с шумом через вход устройства подается на разветвитель 1. Одна из разветвленных компонент сигнала поступает на первый смеситель 2, другая - на второй смеситель 3. В первом смесителе 2 разветвленная компонента сигнала синфазно смешивается с сигналом гетеродина 4. Во втором смесителе 3 другая разветвленная компонента сигнала - через фазовращатель 5 - квадратурно смешивается с сигналом гетеродина 4. Продукты преобразования с выходов первого 2 и второго 3 смесителей фильтруются соответственно через первый 6 и второй 7 ФНЧ. Сигнал с выхода первого ФНЧ 6 подается на вход действительной компоненты сигнала Фурье-процессора 8. Сигнал с выхода второго ФНЧ 7 подается на вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора 8. Фурье-процессор 8 вычисляет Фурье-образ комплексного сигнала, полученного в устройстве, как результат вышеперечисленных действий над входным сигналом. С выхода Фурье-процессора 8 Фурье-образ комплексного сигнала поступает на арифметическое устройство 9, где сначала определяют аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а затем получают доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала как полусумму найденных аргументов максимума.The modulated signal in a mixture with noise is fed through a device input to a splitter 1. One of the branched signal components goes to the first mixer 2, the other to the second mixer 3. In the first mixer 2, the branched signal component is in phase mixed with the local oscillator 4. In the second mixer 3 another branched component of the signal — through the phase shifter 5 — is quadrature mixed with the signal of the local oscillator 4. The conversion products from the outputs of the first 2 and second 3 mixers are filtered through the first 6 and second 7, respectively Low-pass filter. The signal from the output of the first low-pass filter 6 is fed to the input of the real component of the signal of the Fourier processor 8. The signal from the output of the second low-pass filter 7 is fed to the input of the imaginary component of the signal of the Fourier processor 8. The Fourier processor 8 calculates the Fourier transform of the complex signal received in the device as the result of the above actions on the input signal. From the output of the Fourier processor 8, the Fourier image of the complex signal is supplied to the arithmetic device 9, where the argument of the maximum Fourier image of the signal in the region of negative frequencies and the argument of the maximum Fourier image of the signal in the region of positive frequencies are first determined, and then the Doppler frequency shift of the carrier signal is obtained as half the sum of the maximum arguments found.

Источники информацииSources of information

l. Harcke, L., and G. Wood, Laboratory and Flight Performance of the Mars Pathfinder (15,1/6) Convolutionally Encoded Telemetry Link, TDA PR 42-129, January-March 1997, pp.1-11, May 15, 1997.l. Harcke, L., and G. Wood, Laboratory and Flight Performance of the Mars Pathfinder (15.1 / 6) Convolutionally Encoded Telemetry Link, TDA PR 42-129, January-March 1997, pp. 1-11, May 15, 1997.

2. Rebold, Т.А., М. Tinto, S.W. Asmar and E.R. Kursinski, Neptune Revisited: Synthesizing Coherent Doppler From Voyager’s Noncoherent Downlink, TDA PR 42-131, July-September 1997, pp.1-19, November 15, 1997.2. Rebold, T.A., M. Tinto, S.W. Asmar and E.R. Kursinski, Neptune Revisited: Synthesizing Coherent Doppler From Voyager’s Noncoherent Downlink, TDA PR 42-131, July-September 1997, pp. 1-19, November 15, 1997.

3. Бортовые устройства спутниковой радионавигации./Под ред. B.C.Шебшаевича, М., Транспорт, 1988, 201 с.3. On-board devices of satellite radio navigation. / Ed. B.C. Shebshaevich, M., Transport, 1988, 201 p.

4. BROADCAST STANDARD FOR THE USCG DGPS NAVIGATION SERVICE COMDTINST M16577.1, U.S. Department of Transportation United States Coast Guard, Washington, DC, April, 1993.4. BROADCAST STANDARD FOR THE USCG DGPS NAVIGATION SERVICE COMDTINST M16577.1, U.S. Department of Transportation United States Coast Guard, Washington, DC, April, 1993.

5. US Patent № 4490829, Dec. 1984, Van Etten 375/1.5. US Patent No. 4490829, Dec. 1984, Van Etten 375/1.

6. Great Britain Patent № 2120489B, Feb 1986 GB.6. Great Britain Patent No. 2120489B, Feb 1986 GB.

7. US Patent № 4706286, Sturza; Mark A., Method and circuit for extraction of Doppler information from a pseudonoise modulated carrier, November 10, 1987 (способ и устройство-прототип).7. US Patent No. 4,706,286, Sturza; Mark A., Method and circuit for extraction of Doppler information from a pseudonoise modulated carrier, November 10, 1987 (prototype method and device).

8. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь, М., Связь, 1979, 592 с.8. Spilker J. Digital satellite communications, M., Communications, 1979, 592 S.

9. Feher К. Digital communications: Satellite/Earth stations Engineering N-Y., Prentice-Hall, 1983.9. Feher K. Digital communications: Satellite / Earth stations Engineering N-Y., Prentice-Hall, 1983.

10. DOCUMENT 705-98, SPECTRUM EFFICIENT MODULATION, Prepared by Frequency Management Group Range Commanders Council, Published by Secretariat Range Commanders Council U.S. Army White Sands Missile Range, New Mexico 88002-5110, December 1998.10. DOCUMENT 705-98, SPECTRUM EFFICIENT MODULATION, Prepared by Frequency Management Group Range Commanders Council, Published by Secretariat Range Commanders Council U.S. Army White Sands Missile Range, New Mexico 88002-5110, December 1998.

11. US Patent № 5535249, Miyashita Toshikazu, Precise detection of frequency error for bursts modulated by predetermined symbol sequence, July 9, 1996.11. US Patent No. 5535249, Miyashita Toshikazu, Precise detection of frequency error for bursts modulated by predetermined symbol sequence, July 9, 1996.

12. United States Patent № 4384357, deBuda, et al. Self-synchronization circuit for a FFSK or MSK demodulator, May 17, 1983.12. United States Patent No. 4384357, deBuda, et al. Self-synchronization circuit for a FFSK or MSK demodulator, May 17, 1983.

13. Aulin Т. And Sundberg C.-E. "Calculating Digital FM Spectra by Means of Autocorrelation," IEEE Trans. Comm., COM-30, № 5 (May 1982), pp.1199-1208.13. Aulin T. And Sundberg C.-E. "Calculating Digital FM Spectra by Means of Autocorrelation," IEEE Trans. Comm., COM-30, No. 5 (May 1982), pp. 1199-1208.

14. Rowe H.E. And Prabhu V.K. "Power Spectrum of a Digital FM signal," Bell System Technical Journal, vol. 54, № 6 (July-August 1975), pp.1095-1125.14. Rowe H.E. And Prabhu V.K. "Power Spectrum of a Digital FM signal," Bell System Technical Journal, vol. 54, No. 6 (July-August 1975), pp. 1095-1125.

15. Kay S. M., Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory, NJ, Prentice-Hall, 1993.15. Kay S. M., Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory, NJ, Prentice-Hall, 1993.

16. Радиотехнические цепи и сигналы./Под ред. К.А.Самойло. - М.: Радио и связь, 1982, 528 с.16. Radio engineering circuits and signals. / Ed. K.A. Samoilo. - M.: Radio and Communications, 1982, 528 p.

Claims (2)

1. Способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, включающий разделение сигнала на две равные компоненты, частотное преобразование обоих компонент с последующей низкочастотной фильтрацией каждой из преобразованных по частоте компонент сигнала, перемножение отфильтрованных сигналов и нахождение преобразования Фурье от сигнала, отличающийся тем, что одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно относительно номинала центральной частоты сигнала, другую - квадратурно относительно той же частоты, фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала, формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной фильтрованному синфазному сигналу, и мнимой частью, равной отфильтрованному квадратурному сигналу, Фурье-образ находят от сформированного комплексного сигнала, находят аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала получают как полусумму найденных аргументов максимума.1. The method of extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal, including dividing the signal into two equal components, the frequency conversion of both components, followed by low-pass filtering of each of the frequency-converted signal components, multiplying the filtered signals and finding the Fourier transform from the signal, characterized in that one component of the signal is converted in frequency in phase with respect to the nominal center frequency of the signal, the other is quadrature relative to the same frequency, filter each of the frequency-converted signal components in the low-frequency band equal to the half-width of the signal spectrum band, form a complex signal with the real part equal to the filtered in-phase signal and the imaginary part equal to the filtered quadrature signal, find the Fourier transform from the generated complex signal, find the argument of the maximum of the Fourier transform of the signal in the region of negative frequencies and the argument of the maximum of the Fourier transform of the signal in the region of positive frequencies, and the Doppler frequency shift Signal noise can be obtained as half the sum of the maximum arguments found. 2. Устройство для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, содержащее последовательно включенные разветвитель, являющийся входом устройства, первый смеситель и первый фильтр нижних частот (ФНЧ), при этом вход второго ФНЧ подключен ко второму выходу разветвителя через второй смеситель, а также Фурье-процессор и гетеродин, подключенный ко второму входу первого смесителя, отличающееся тем, что вход действительной компоненты сигнала Фурье-процессора, формирующего комплексный сигнал и вычисляющего Фурье-образ комплексного сигнала, подключен к выходу первого ФНЧ, а вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора подключен к выходу второго ФНЧ, второй вход второго смесителя подключен к выходу гетеродина через фазовращатель, а к выходу Фурье-процессора подключено арифметическое устройство, выход которого является выходом устройства.2. A device for extracting information about the Doppler frequency shift of the carrier signal, containing a series-connected splitter that is the input of the device, the first mixer and the first low-pass filter (LPF), while the input of the second LPF is connected to the second output of the splitter through the second mixer, as well as the Fourier a processor and a local oscillator connected to the second input of the first mixer, characterized in that the input of the real component of the Fourier processor signal that forms the complex signal and calculates the Fourier image of a multiplex signal is connected to the output of the first low-pass filter, and the input of the imaginary component of the Fourier processor signal is connected to the output of the second low-pass filter, the second input of the second mixer is connected to the local oscillator output through a phase shifter, and an arithmetic device is connected to the output of the Fourier processor, the output of which is the output of the device.
RU2002132388/09A 2002-12-03 2002-12-03 Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency RU2234810C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132388/09A RU2234810C1 (en) 2002-12-03 2002-12-03 Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132388/09A RU2234810C1 (en) 2002-12-03 2002-12-03 Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002132388A RU2002132388A (en) 2004-07-20
RU2234810C1 true RU2234810C1 (en) 2004-08-20

Family

ID=33413414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002132388/09A RU2234810C1 (en) 2002-12-03 2002-12-03 Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234810C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483319C2 (en) * 2011-08-17 2013-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method of measuring time of arrival of signal and apparatus for realising said method
RU2518443C2 (en) * 2012-01-13 2014-06-10 Михаил Васильевич Смелов Composite optimum filtering method for detection of weak signals
RU2524673C1 (en) * 2013-03-07 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method of measuring phase shift variations of centre frequency of minimum frequency shift-keyed signals and apparatus for implementing said method
RU183781U1 (en) * 2018-06-14 2018-10-02 Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения", Патентное бюро DEVICE FOR DOPPLER FREQUENCY DEFINITION DETERMINATION DETERMINATION BY THE INFORMATION PHASOMANIPULATED SIGNAL BY APPROXIMATION OF PHASE DEFLECTION

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483319C2 (en) * 2011-08-17 2013-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method of measuring time of arrival of signal and apparatus for realising said method
RU2518443C2 (en) * 2012-01-13 2014-06-10 Михаил Васильевич Смелов Composite optimum filtering method for detection of weak signals
RU2524673C1 (en) * 2013-03-07 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Method of measuring phase shift variations of centre frequency of minimum frequency shift-keyed signals and apparatus for implementing said method
RU183781U1 (en) * 2018-06-14 2018-10-02 Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения", Патентное бюро DEVICE FOR DOPPLER FREQUENCY DEFINITION DETERMINATION DETERMINATION BY THE INFORMATION PHASOMANIPULATED SIGNAL BY APPROXIMATION OF PHASE DEFLECTION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2866400B1 (en) Satellite navigation signal and generation method, generation device, receiving method and receiving device therefor
CN103634065B (en) The generation and processing of CDMA signals
EP2924899B1 (en) Constant envelope signal generation method and device, and receiving method and device for double-frequency four-component spread spectrum signals
US8649415B2 (en) Signals, system, method and apparatus
US11567351B2 (en) Methods for computation-free wideband spectral correlation and analysis
US9306779B2 (en) Chaotic communication systems and methods
CN104375151A (en) Navigation signal receiver and relieving method
CN101902423B (en) Alternate binary offset carrier (AltBOC) signal acquisition device
US6944231B2 (en) Demodulation of multiple-carrier phase-modulated signals
CN102437985B (en) Method and device for modulating dual-quadrature phase shift keying signal
CN103297380A (en) Non-equal power quadrature phase shift keying signal modulation method and device
CN103748846A (en) Method and module for estimating frequency bias in a digital-telecommunications system
Khairullin et al. Selection of the initial shift for PSK signal constellation in the presence of intersymbol interference
RU2234810C1 (en) Method and device for extracting information about doppler shift of signal carrier frequency
Zhang et al. Unbalanced AltBOC: a Compass B1 candidate with generalized MPOCET technique
CN108957492B (en) L1C/A and L1C combined capturing method of GPS
CN101881834A (en) System and method for receiving CBOC (Community-Based Outpatient Clinic) modulating signal
RU2233452C2 (en) Method of extraction of information on doppler shift of signal carrier frequency and device for realization of this method
Bhandarkar et al. Realization and performance analysis of FPGA based offset quadrature phase shift keying (OQPSK) modem
RU2289148C1 (en) Signal detector
Yarlykov Navigational cosGBOC Signals in Promising Satellite Radio-Navigation Systems
JPH08292246A (en) Delay lock loop used in gps signal receiver
Baran et al. Phase noise impact on ber in space communication
RU183917U1 (en) RADIO NAVIGATION SYSTEM SIGNAL FREQUENCY MONITORING DEVICE
RU2234813C1 (en) Waveform envelope detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121204