RU2365051C1 - Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems - Google Patents
Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365051C1 RU2365051C1 RU2008126974/09A RU2008126974A RU2365051C1 RU 2365051 C1 RU2365051 C1 RU 2365051C1 RU 2008126974/09 A RU2008126974/09 A RU 2008126974/09A RU 2008126974 A RU2008126974 A RU 2008126974A RU 2365051 C1 RU2365051 C1 RU 2365051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- multiplier
- fms
- delay line
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и радиомониторингу и может быть использовано в цифровых системах связи и радиомониторинге, в частности в устройствах синхронизации и приема фазоманипулированных сигналов (ФМС).The invention relates to radio measurement technology and radio monitoring and can be used in digital communication systems and radio monitoring, in particular in devices for synchronizing and receiving phase-shifted signals (PMS).
Широкое распространение в цифровых системах связи получил многостанционный доступ с временным разделением каналов (МДВР). Обычно цифровые системы связи с МДВР используют для передачи в одном направлении группы каналов на основе использования группового цифрового сигнала, разбиваемого на пакеты и кадры. Каждый пакет или кадр содержит преамбулу, необходимую для синхронизации, и информативную часть. При формировании преамбулы, как правило, используются процессы с дискретным спектром, а при формировании информативной части используются ФМС с псевдослучайной манипулирующей функцией, имеющие сплошной спектр.Widespread in digital communication systems received multiple access with time division multiplexing (TDMA). Typically, digital TDMA communication systems are used to transmit groups of channels in one direction based on the use of a group digital signal, which is split into packets and frames. Each packet or frame contains the preamble necessary for synchronization, and an informative part. In the formation of the preamble, as a rule, processes with a discrete spectrum are used, and in the formation of the informative part, FMSs with a pseudo-random manipulating function having a continuous spectrum are used.
При радиомониторинге ФМС с неизвестной формой для вскрытия спектрально-временной структуры используются спектральные и корреляционные методы. При приеме высокоскоростных ФМС автокорреляционные методы обеспечивают по сравнению со спектральными методами более высокую точность оценки временной структуры при меньшей аппаратурной сложности и заслуживают особого внимания.In radio monitoring of FMS with an unknown shape, spectral and correlation methods are used to open the spectral-temporal structure. When receiving high-speed FMS, autocorrelation methods provide, in comparison with spectral methods, higher accuracy in estimating the time structure with lesser hardware complexity and deserve special attention.
В современных системах с МДВР применяют два способа организации цифрового потока:In modern systems with mdvr there are two ways to organize the digital stream:
1) при фиксированной длительности кадров используют пакеты переменной длительности;1) for a fixed duration of frames using packets of variable duration;
2) при фиксированной длительности пакетов изменяют период повторения пакетов в кадре.2) for a fixed duration of packets, the repetition period of packets in a frame is changed.
Известен автокорреляционный измеритель параметров случайного ФМС [1], содержащий последовательно соединенные перемножитель, ко входу которого подключены выход линии задержки, полосовой фильтр и фильтр нижних частот (интегратор), при этом выход генератора скорости перестройки линии задержки подключен соответственно к первому входу линии задержки, соединенному со вторым выходом перемножиеля, первым входом измерителей частоты, ко вторым входам которых подключен соответствующий выход полосового фильтра через нелинейный элемент и первый и второй фильтры нижних частот.A known autocorrelation meter of random FMS parameters [1], containing a series-connected multiplier, to the input of which a delay line output, a band-pass filter and a low-pass filter (integrator) are connected, while the output of the delay line tuning speed generator is connected respectively to the first input of the delay line connected with the second output of the multiplier, the first input of the frequency meters, to the second inputs of which the corresponding output of the bandpass filter is connected through a nonlinear element and the first and a second low pass filter.
Признаками данного аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются автокоррелятор, включающий линию задержки, перемножитель, фильтр нижних частот. К причинам, препятствующим достижению технического результата, следует отнести отсутствие возможности вскрытия спектрально-временной структуры ФМС в системах связи с МДВР.The signs of this analogue, which coincide with the essential features of the claimed device, are an autocorrelator including a delay line, a multiplier, a low-pass filter. The reasons that impede the achievement of the technical result include the lack of the possibility of opening the spectral-temporal structure of the FMS in communication systems with TDMA.
Известен также автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного ФМС [2], содержащий два перемножителя, линию задержки, фильтр нижних частот, вентиль, счетчик импульсов, измеритель базы, генератор скорости перестройки линии задержки, полосовой фильтр, нелинейный элемент, фильтры нижних частот, измерители частоты и длительности посылок, блок регистрации.Also known is an autocorrelation meter of pseudo-random FMS parameters [2], containing two multipliers, a delay line, a low-pass filter, a valve, a pulse counter, a base meter, a delay line tuner, a band-pass filter, a nonlinear element, low-pass filters, frequency and duration meters parcels, registration block.
Признаками данного аналога, совпадающего с существенными признаками заявляемого устройства, являются автокоррелятор, включающий линию задержки, перемножитель, фильтр нижних частот.The signs of this analogue, which coincides with the essential features of the claimed device, are an autocorrelator including a delay line, a multiplier, a low-pass filter.
К причинам, препятствующим достижению технического результата, следует отнести низкую достоверность вскрытия спектрально-временной структуры ФМС в системах связи с МДВР.The reasons that impede the achievement of the technical result include the low reliability of opening the spectral-temporal structure of the FMS in communication systems with TDMA.
Из известных изобретений, пригодных для вскрытия спектрально- временной структуры ФМС, наиболее близкой по технической сущности является способ автокорреляционного приема шумоподобного сигнала [3], реализуемый автокоррелятором с квадратурной обработкой, содержащим два перемножителя, линию задержки, два фазовращателя, два интегратора, два квадратора, сумматор, устройство извлечения квадратного корня, амплитудный ограничитель и триггер, при этом вход устройства соединен со входами первого перемножителя, линии задержки и первого фазовращателя, выход первого фазовращателя соединен с первым входом второго перемножителя, выход линии задержки соединен со вторым входом первого перемножителя и через второй фазовращатель со вторым входом второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей через последовательно включенные интегратор и квадратор соединены с первым и вторым входом сумматора, а выход сумматора через последовательно включенные блок извлечения корня квадратного и амплитудный ограничитель подключен ко входу триггера.Of the known inventions suitable for opening the spectral-temporal structure of the FMS, the closest in technical essence is the method of autocorrelation receiving a noise-like signal [3], implemented by an autocorrelator with quadrature processing, containing two multipliers, a delay line, two phase shifters, two integrators, two quadrators, an adder, a square root extractor, an amplitude limiter and a trigger, while the input of the device is connected to the inputs of the first multiplier, delay line and the first phase switch, the output of the first phase shifter is connected to the first input of the second multiplier, the output of the delay line is connected to the second input of the first multiplier and through the second phase shifter with the second input of the second multiplier, the outputs of the first and second multipliers are connected to the first and second input of the adder through series-connected integrator and quadrator, and the output of the adder through a series-connected square root extraction unit and an amplitude limiter is connected to the trigger input.
Признаками прототипа, совпадающего с существенными признаками заявляемого устройства, являются два перемножителя, линия задержки, фазовращатель, два интегратора, сумматор, устройство извлечения квадратного корня.The signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed device, are two multipliers, a delay line, a phase shifter, two integrators, an adder, a square root extraction device.
К недостаткам прототипа следует отнести: 1) отсутствие возможности вскрытия спектрального состава ФМС; 2) низкая помехоустойчивость при оценивании временных параметров фрагментов ФМС.The disadvantages of the prototype include: 1) the lack of autopsy of the spectral composition of the FMS; 2) low noise immunity when evaluating the time parameters of FMS fragments.
Задачи, на решение которых направлено заявляемое устройство:The tasks to be solved by the claimed device:
1) повышение достоверности при вскрытии спектрального состава ФМС;1) increasing the reliability when opening the spectral composition of the FMS;
2) повышение помехоустойчивости при оценивании временных параметров ФМС.2) increased noise immunity when evaluating the temporal parameters of the FMS.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство введены:The technical result is achieved by the fact that in the known device introduced:
а) второй канал автокоррелятора с квадратурной обработкой (АКО), обеспечивающий высокий уровень достоверности вскрытия спектрального состава ФМС за счет одновременной обработки двух ординат корреляционных функций фрагментов ФМС;a) the second channel of the autocorrelator with quadrature processing (AKO), providing a high level of reliability of opening the spectral composition of the FMS due to the simultaneous processing of two ordinates of the correlation functions of the fragments of the FMS;
б) управитель, обеспечивающий повышение помехоустойчивости автокорреляционного устройства за счет подстройки параметров автокорреляторов с квадратурной обработкой и перехода от аналогового к дискретному интегрированию;b) the manager, providing increased noise immunity of the autocorrelation device by adjusting the parameters of autocorrelators with quadrature processing and the transition from analog to discrete integration;
в) генератор тактовых импульсов, два пороговых устройства, два счетчика и решающее устройство, обеспечивающие принятие гипотез о спектральном составе фрагментов ФМС и формирование оценок временных параметров пакетов и кадров ФМС.c) a clock pulse generator, two threshold devices, two counters and a deciding device, which ensure the adoption of hypotheses about the spectral composition of FMS fragments and the formation of estimates of the temporal parameters of packets and FMS frames.
Для достижения технического результата в устройство, включающее в себя перемножители (1, 2), фазовращатель (3), линию задержки (4), коммутируемые интеграторы (5, 6), квадраторы (7, 8), сумматор (9), устройство извлечения квадратного корня (26), вход автокорреляциого устройства соединен со входами фазовращателя (3) и линии задержки (4), а также с первым входом перемножителя (2), выход фазовращателя (3) соединен с первым входом перемножителя (1), выход линии задержки (4) соединен со вторыми входами перемножителей (1, 2), выход перемножителя (1) соединен через последовательно включенные коммутируемый интегратор (5) и квадратор (7) с первым входом сумматора (9), выход перемножителя (2) соединен через последовательно включенные коммутируемый интегратор (6), квададратор (8) со вторым входом сумматора (9), выход которого соединен со входом устройства извлечения квадратного корня (26), дополнительно введены: второй автокоррелятор с квадратурной обработкой (29), включающий в себя перемножители (12, 13), фазовращатель (15), линию задержки (14), коммутируемые интеграторы (16, 17), квадраторы (18, 19), сумматор (20), устройство извлечения квадратного корня (27), а также пороговые устройства (10, 21), счетчики (11, 22), управитель (23), генератор тактовых импульсов (24), решающее устройство (25).To achieve a technical result, a device including multipliers (1, 2), a phase shifter (3), a delay line (4), switched integrators (5, 6), quadrators (7, 8), an adder (9), an extraction device square root (26), the input of the autocorrelation device is connected to the inputs of the phase shifter (3) and the delay line (4), as well as to the first input of the multiplier (2), the output of the phase shifter (3) is connected to the first input of the multiplier (1), the output of the delay line (4) connected to the second inputs of the multipliers (1, 2), the output of the multiplier (1) is connected through the last In addition, the switched integrator (5) and the quadrator (7) with the first input of the adder (9) are connected, the output of the multiplier (2) is connected via a series-connected switching integrator (6), the quad -rator (8) with the second input of the adder (9), the output of which is connected with the input of the square root extraction device (26), the following are additionally introduced: a second autocorrelator with quadrature processing (29), which includes multipliers (12, 13), a phase shifter (15), a delay line (14), switched integrators (16, 17) , quadrators (18, 19), adder (20), device removed square root (27), as well as threshold devices (10, 21), counters (11, 22), a ruler (23), a clock generator (24), and a solving device (25).
На чертеже приведена структурная схема автокорреляционного устройства (АУ), где 1, 2, 12, 13 - перемножители (П1, П2, П3, П4); 3, 15 - фазовращатели (Фв1, Фв2); 4, 14 - линии задержки (ЛЗ1, ЛЗ2); 5, 6, 16, 17 - коммутируемые интеграторы (И1, И2, И3, И4); 7, 8, 18, 19 - квадраторы (Кв1, Кв2, Кв3, Кв4); 9, 20 - сумматоры (C1, С2); 10, 21 - пороговые устройства (ПУ1, ПУ2); 11, 22 - счетчики (CЧ1, СЧ2); 23 - управитель (Упр); 24 - генератор тактовых импульсов (ГТИ); 25 - решающее устройство (РУ); 26, 27 - устройство извлечения квадратного корня (УИК1), УИК2); 28, 29 - автокорреляторы с квадратурной обработкой (AKO1, АКО2).The drawing shows a structural diagram of an autocorrelation device (AU), where 1, 2, 12, 13 are multipliers (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ); 3, 15 - phase shifters (Фв 1 , Фв 2 ); 4, 14 - delay lines (LZ 1 , LZ 2 ); 5, 6, 16, 17 - switched integrators (And 1 , And 2 , And 3 , And 4 ); 7, 8, 18, 19 - quadrators (Qu 1 , Qu 2 , Qu 3 , Qu 4 ); 9, 20 - adders (C 1 , C 2 ); 10, 21 - threshold devices (PU 1 , PU 2 ); 11, 22 - counters (SCh 1 , SCh 2 ); 23 - ruler (Upr); 24 - a clock generator (GTI); 25 - a decisive device (RU); 26, 27 — square root extraction device (PEC 1 ), PEC 2 ); 28, 29 - autocorrelators with quadrature processing (AKO 1 , AKO 2 ).
Возможность достижения поставленной задачи изобретения подтверждается приведенным ниже анализом работы АУ.The ability to achieve the objectives of the invention is confirmed by the following analysis of the operation of the AU.
Для обеспечения высокой помехоустойчивости радиомониторинг (РМ) фазоманипулированных сигналов (ФМС) в системах связи с МДВР осуществляется в несколько этапов.To ensure high noise immunity, radio monitoring (RM) of phase-shifted signals (PMS) in communication systems with TDMA is carried out in several stages.
На первом этапе осуществляется обнаружение и предварительное оценивание средней частоты ФМС и ширина спектра ФМС . Поскольку для ФМС имеем Δfs=2/Tэ, где Tэ - длительность элемента манипулирующей последовательности, то на первом этапе также оценивается .At the first stage, the detection and preliminary estimation of the average frequency of the FMS and FMS spectrum width . Since for FMS we have Δf s = 2 / T e , where T e is the duration of the element of the manipulating sequence, then at the first stage it is also estimated .
Второй этап предназначен для вскрытия спектрально-временной структуры пакетов ФМС, что позволяет затем перейти к третьему этапу РМ, посвященному перехвату выбранных каналов передачи информации систем связи с МДВР.The second stage is designed to open the spectral-temporal structure of the FMS packets, which then allows you to go to the third stage of the RM, dedicated to intercepting selected channels for transmitting information of communication systems with TDMA.
В данном изобретении в рамках второго этапа РМ рассмотрим принципы построения АУ.In this invention, in the framework of the second stage of the RM, we consider the principles of building AC.
На вход АУ поступает аддитивная смесьThe additive mixture is fed to the input of the AU
y(t)=S(t)+n(t) при t0≤t≤t0+Tc;y (t) = S (t) + n (t) for t 0 ≤t≤t 0 + T c ;
S(t)=UmsП(t)cos[2πfst+φs],S (t) = U ms P (t) cos [2πf s t + φ s ],
где S(t) - ФМС; Ums, fs, φs - амплитуда, частота и фаза ФМС; П(t) - манипулирующая функция; n(t) - гауссовая стационарная помеха; t0, Тc - начало и длительность сеанса РМ.where S (t) is the FMS; U ms , f s , φ s - amplitude, frequency and phase of the FMS; P (t) is the manipulating function; n (t) is the Gaussian stationary noise; t 0 , T c - the beginning and duration of the PM session.
ФМС в системах с МДВР состоят из пакетов и кадров, в которых используются как детерминированные, так и стохастические манипулирующие функции.FMS in systems with TDMA consist of packets and frames, which use both deterministic and stochastic manipulating functions.
Для случая, когда в П(t) используется детерминированная последовательность элементов с коэффициентами αk одного и того же знака, энергетический спектр G(f) соответствует фрагменту в виде гармонического колебания (Г):For the case when a determinate sequence of elements with coefficients α k of the same sign is used in P (t), the energy spectrum G (f) corresponds to a fragment in the form of harmonic oscillation (G):
при t1≤t≤t1+Tг, at t 1 ≤t≤t 1 + T g ,
где t1, Tг - момент начала и длительность фрагмента гармонического колебания.where t 1 , T g - the moment of onset and the duration of the fragment of harmonic oscillation.
Автокорреляционная функция фрагмента ФМС R1(τ), соответствующая гармоническому колебанию, имеет вид:The autocorrelation function of the FMS fragment R 1 (τ), corresponding to harmonic oscillation, has the form:
, при τ∈[0,Tгк]; , at τ∈ [0, T hk ];
; ωs=2πfs, ; ω s = 2πf s ,
где r1(τ) - нормированная огибающая автокорреляционной функции R1(τ).where r 1 (τ) is the normalized envelope of the autocorrelation function R 1 (τ).
Для случая, когда в П(t) используется детерминированная последовательность элементов по закону меандра, энергетический спектр двухпозиционного ФМС с манипуляцией [0, π] имеет вид:For the case when a deterministic sequence of elements according to the law of the meander is used in P (t), the energy spectrum of the two-position FMS with manipulation [0, π] has the form:
при t2≤t≤t2+Tм,at t 2 ≤t≤t 2 + T m ,
где - круговая частота манипуляции, t2, Tм - момент начала и длительность элемента ФМС с манипуляцией по закону меандра (М).Where - circular frequency of manipulation, t 2 , T m - the moment of start and duration of the FMS element with manipulation according to the law of the meander (M).
Автокорреляционная функция фрагмента ФМС с манипулирующей функцией по закону меандра R2(τ) имеет вид:The autocorrelation function of the FMS fragment with a manipulating function according to the law of the meander R 2 (τ) has the form:
при (i-1)Тэ≤τ≤iTэ; , at (i-1) T e ≤τ≤iT e ; ,
. .
Для случаев, когда манипулирующая последовательность П(t) представляет собой псевдослучайную последовательность элементов (ПСП), энергетический спектр и автокорреляционная функция ФМС при равновероятных скачках фазы Δφ∈[0,π] имеют вид:For cases where the manipulating sequence P (t) is a pseudorandom sequence of elements (PSP), the energy spectrum and the FMS autocorrelation function for equiprobable phase jumps Δφ∈ [0, π] have the form:
; ;
при t3≤t<t3+Tи; , at t 3 ≤t <t 3 + T and ; ,
где t3, Tи - момент начала и длительность фрагмента ФМС с манипуляцией ПСП (И).where t 3 , T and - the moment of the beginning and the duration of the FMS fragment with the manipulation of the SRP (I).
В общем случае в системах с МДВР ФМС имеют в своем составе все вышеперечисленные фрагменты.In the general case, in systems with TDMA, the FMS incorporates all of the above fragments.
Поскольку при проведении РМ, как правило, осуществляется обработка ФМС с неизвестной формой, то наличие в составе ФМС фрагментов различных типов приводит к нестационарному характеру энергетического спектра, параметры которого зависят от априорно неизвестных состава, длительности и закона формирования манипулирующей функции.Since during PM, as a rule, FMS is processed with an unknown shape, the presence of fragments of various types in the FMS results in an unsteady nature of the energy spectrum, the parameters of which depend on a priori unknown composition, duration, and the law of formation of the manipulating function.
Для вскрытия спектрально-временной структуры таких ФМС, так же как и локально-стационарных случайных процессов, в условиях большой априорной неопределенности о временных параметрах наиболее простая аппаратурная реализация обеспечивается при использовании адаптивного многоканального корреляционного анализа.To reveal the spectral-temporal structure of such FMS, as well as locally stationary random processes, under conditions of great a priori uncertainty about the time parameters, the simplest hardware implementation is provided using adaptive multi-channel correlation analysis.
Анализ законов изменения нормированных огибающих автокорреляционных функций вышерассмотренных фрагментов ФМС показывает, что для их аппроксимации достаточно иметь информацию о двух ординатах огибающей коэффициента автокорреляции rs(τ). Для классификации таких фрагментов ФМС, как Г, М и И, достаточно использовать набор ординат:An analysis of the laws of variation of the normalized envelopes of the autocorrelation functions of the above FMS fragments shows that for their approximation it suffices to have information about the two ordinates of the envelope of the autocorrelation coefficient r s (τ). To classify such FMS fragments as G, M, and I, it is enough to use a set of ordinates:
поскольку при этом для Г имеем , , для М имеем , , для И имеем Кроме того, имеется возможность классификации защитного промежутка (3), так как при отсутствии ФМС имеем , .since for Γ we have , , for M we have , , for And we have In addition, it is possible to classify the protective gap (3), since in the absence of FMS we have , .
Типовая структура пакета ФМС приведена на рис.1, Пр - преамбула; Г - гармонический фрагмент; М - меандровый фрагмент; И - информационная часть; З - защитный промежуток; П - пакет; К - кадр; t1, t2, t3, t4 - моменты начала Г и Пр, М, И, З; t5, t6 - моменты окончания пакета (П) и кадра (К); ΔТ - интервал временной неопределенности.The typical structure of the FMS package is shown in Fig. 1, Pr - preamble; G is the harmonic fragment; M - meander fragment; And - the information part; Z is the protective gap; P - package; K - frame; t 1 , t 2 , t 3 , t 4 - the moments of the beginning of G and Pr, M, I, Z; t 5 , t 6 - the moments of the end of the packet (P) and frame (K); ΔТ - time uncertainty interval.
Из структуры пакета следует, чтоFrom the package structure it follows that
ΔT=t1-t0<Tб, Tг=t2-t1=nгTэ; Тм=t3-t2=nмTэ;ΔT = t 1 -t 0 <T b , T g = t 2 -t 1 = n g T e ; T m = t 3 -t 2 = n m T e ;
Ти=t4-t3=nиTэ; Tпр=Tг+Tм; Tз=t5-t4=nзТэ,T and = t 4 -t 3 = n and T e ; T ol = T g + T m ; T s = t 5 -t 4 = n s T e
Тп=t5-t1=Tг+Tм+Tм+Tи+Tз; Tк=t6-t1=nкTп;T p = t 5 -t 1 = T g + T m + T m + T and + T s ; T to = t 6 -t 1 = n to T p ;
nп=nг+nм+nи+nз,n p = n g + n m + n and + n s ,
где Tг, Tм - длительность гармонического и меандрового фрагментов; Tпр - длительность преамбулы; Tи - длительность информационной части пакета; Tз - длительность защитного промежутка; Tп, Tк - длительности пакета и кадра; nг, nм, nи, nз, nп, nк - количество элементов в Г, М, И, 3, П, К.where T g , T m - the duration of the harmonic and meander fragments; T ol - the duration of the preamble; T and - the duration of the information part of the package; T s - the duration of the protective gap; T p , T to - the duration of the packet and frame; n g , n m , n and , n s , n p , n k - the number of elements in G, M, I, 3, P, K.
Для вскрытия спектрально-временной структуры ФМС необходимо осуществить классификацию компонентов Г, М, И, 3, П, а также оценивать временные параметры t1, Тг, Tм, Tи, Тп, Тк.To open the spectral-temporal structure of the FMS, it is necessary to classify the components G, M, I, 3, P, and also evaluate the time parameters t 1 , T g , T m , T u , T p , T k .
С учетом вышеизложенного при построении АУ можно ограничиться двумя каналами автокорреляторов с квадратурной обработкой (АКО), в одном из которых временной сдвиг, вносимый ЛЗ1, равен τ1=1/2 Тэ, а в другом временной сдвиг, вносимый ЛЗ2, равен τ2=Тэ.In view of the above, when constructing UE can confine two channels autocorrelators quadrature processing (ACH), one of which time-shift introduced by LZ 1 equals τ 1 = 1/2 T e, but in another time shift introduced LZ 2 is τ 2 = T e .
Для уменьшения погрешности оценивания временных параметров фрагментов ФМС в АУ предлагается перейти от усреднения по времени к усреднению по множеству за счет использования вместо аналогового усреднения дискретного усреднения за счет использования коммутируемых интеграторов (КИ) с импульсной реакцией при t0+(j-1)T≤tj≤t0+jT; j∈[1, Nc]; T≥3Tэ, где Т - постоянная времени КИ; Nc - количество циклов интегрирования, соответствующих длительности сеанса РМ.To reduce the error in estimating the time parameters of FMS fragments in AC, it is proposed to switch from averaging over time to averaging over a set due to the use of discrete averaging instead of analog averaging due to the use of switched integrators (CI) with impulse response at t 0 + (j-1) T≤t j ≤t 0 + jT; j∈ [1, N c ]; T≥3T e , where T is the time constant of KI; N c is the number of integration cycles corresponding to the duration of the PM session.
При воздействии на вход AKO1 и AKO2 аддитивной смеси y2(1) на выходе коммутируемых интеграторов (5, 6) и (16, 17) имеем квадратурные составляющиеWhen the additive mixture y 2 (1) is exposed to the input AKO 1 and AKO 2 at the output of the switched integrators (5, 6) and (16, 17), we have quadrature components
; ;
; ;
где Us1(t), Us2(t) - косинусная и синусная составляющие компонентов, обусловленных взаимодействием типа «сигнал-сигнал»; Usn1(t), Usn2(t) - косинусная и синусная составляющие компонентов, обусловленных взаимодействием типа «сигнал-помеха»; Un1(t), Un2(t) - косинусная и синусная составляющие компонентов, обусловленных взаимодействием типа «помеха-помеха».where U s1 ( t ), U s2 (t) are the cosine and sine components of the components due to the signal-to-signal interaction; U sn1 (t), U sn2 (t) - cosine and sine components of the components due to the interaction of the "signal-to-noise"; U n1 (t), U n2 (t) are the cosine and sine components of the components due to the interference-noise type of interaction.
При использовании КИ компоненты «сигнал-сигнал» имеют следующий вид:When using KI, the signal-to-signal components are as follows:
, ,
где Kп - коэффициент передачи с размерностью 1/В.where K p - gear ratio with a dimension of 1 / V.
Для обеспечения инвариантности амплитуды выходного эффекта от частоты ФМС To ensure the invariance of the amplitude of the output effect from the frequency of the FMS
fs в АКО используется квадратурная обработка, и при этом на выходе устройства извлечения квадратного корня (УИК) получаем:f s in AKO, quadrature processing is used, and at the same time, at the output of the square root extraction device (PEC), we obtain:
при t0+(j-1)T≤t≤t0+jT. at t 0 + (j-1) T≤t≤t 0 + jT.
Наибольшая помехоустойчивость АУ обеспечивается при подаче на вход порогового устройства (ПУ) наряду с напряжением Us(t), стробирующего напряженияThe greatest noise immunity of the AC is provided when a threshold device (PU) is supplied to the input along with the voltage U s (t), the gating voltage
где Where
где Uс - амплитуда; rect[x] - временное окно; τc - длительность строба.where U with the amplitude; rect [x] - time window; τ c - the duration of the strobe.
На том интервале времени, когда выполняется условие Us(t)>Uпop, где Uпор - пороговое напряжение, на выходе ПУ получаем последовательность импульсов с нормированной амплитудойIn the time interval when the condition U s (t)> U pop is satisfied , where U pore is the threshold voltage, at the output of the PU we obtain a sequence of pulses with a normalized amplitude
при tн+(i-1)T≤t≤tн+(i-1)T+τc; at t n + (i-1) T≤t≤t n + (i-1) T + τ c ;
i∈[1, Nф]; Nф=Тф/Т;i∈ [1, N f ]; N f = T f / T;
где tн, Тф - начало и длительность обнаруженного фрагмента ФМС; Nф - количество импульсов на выходе ПУ.where t n , T f - the beginning and duration of the detected FMS fragment; N f - the number of pulses at the output of the PU.
После подсчета количества импульсов в счетчике (Сч) в решающем устройстве (РУ) обеспечивается оценивание временных параметров фрагмента ФМС: , .After counting the number of pulses in the counter (MF) in the decider (RU), the time parameters of the FMS fragment are estimated: , .
Для обеспечения синхронизации при функционировании КИ, ПУ и РУ используется генератор тактовых импульсов (ГТИ), момент начала работы которого t0 и период повторения импульсов Т устанавливают по командам, поступающим от Упр. Кроме того, Упр обеспечивает подстройку ЛЗ1 до τ1=l/2 Тэ и ЛЗ2 до τ2=Тэ.To ensure synchronization during the operation of KI, PU and RU, a clock pulse generator (GTI) is used, the start time of which t 0 and the pulse repetition period T are set according to the commands received from Ex. In addition, Upr provides tuning LZ 1 to τ 1 = l / 2 T e and LZ 2 to τ 2 = T e .
На выходе каждого канала АУ для различных фрагментов ФМС имеем:At the output of each AU channel for various FMS fragments, we have:
- при приеме фрагмента с ГК- when taking a fragment with HA
, ,
j∈[1, nг]; ;j∈ [1, n g ]; ;
- при приеме фрагмента с ФМ-М- when receiving a fragment with FM-M
, ,
j∈[1, nм]; ;j∈ [1, n m ]; ;
- при приеме фрагмента с ФМ-ПСП- when receiving a fragment with FM-PSP
, ,
j∈[1, nи]; ;j∈ [1, n and ]; ;
где Us1k(t), Us2k(t) - напряжения на выходе AKO1 и АКО2, обусловленные взаимодействием типа «сигнал-сигнал».where U s1k (t), U s2k (t) are the voltage at the output of AKO 1 and AKO 2 , due to the interaction of the signal-to-signal type.
В защитном промежутке в связи с отсутствием сигнала имеемIn the protective gap, due to the absence of a signal, we have
, ,
j∈[1, nз]; .j∈ [1, n s ]; .
С учетом действия помехи n(t) для вскрытия спектрально-временной структуры пакета используются алгоритмы обнаружения «n» из «n», характеризуется следующими соотношениями:Given the action of interference n (t), the detection algorithms “n” from “n” are used to open the spectral-temporal structure of the packet, characterized by the following relationships:
при at
при at
при at
при at
где Нг, Нм, Ни, Из - гипотезы о наличии фрагментов Г, М, И, З; Uyk1(T), Uy2k(T) - выходной эффект в AKO1 и АКO2 с учетом помехи n(t); , , , - оценки моментов начала фрагментов Г, М, И, З; , , , - оценки длительности фрагментов Г, М, И, З; , , , - оценки количества импульсов при обнаружении фрагментов Г, М, И, З.where N g , N m , N and , And s - the hypothesis of the presence of fragments G, M, I, Z; U yk1 (T), U y2k (T) - output effect in AKO 1 and AKO 2 taking into account the interference n (t); , , , - estimates of the moments of the beginning of fragments G, M, I, Z; , , , - estimates of the duration of fragments G, M, I, Z; , , , - estimates of the number of pulses when detecting fragments G, M, I, Z.
На основе информации о структуре пакета определяются момент начала и длительность пакета .Based on information about the structure of the package, the moment of start and packet duration .
При необходимости вскрытия структуры и параметров кадров накапливается информация о наборе пакетов и затем принимается решение по аналогичным алгоритмам.If it is necessary to open the structure and parameters of the frames, information about the set of packets is accumulated and then a decision is made according to similar algorithms.
Достоверность вскрытия спектрально-временной структуры фрагментов и пакета ФМС при использовании алгоритмов обнаружения типа «n» из «n» характеризуется следующими соотношениями:The reliability of opening the spectral-temporal structure of fragments and the FMS packet when using detection algorithms of type “n” from “n” is characterized by the following relationships:
Рп=1-(Рош1+Рош2);P n = 1- (P Osh1 + P Osh2 );
Рош1=Рошг+Рлтм+Роши+Рлтз;P OSH = P OSH + P LTM + P OSH + P LTZ ;
Рош2=Рошг+Рошм+Рлти+Рлтз;P OSH = P OSH + P OSHM + P LTI + P LTS ;
Рошг=1-Рог; Рошм=1-Ром; Роши=1-Рои;R oshg = 1-P og ; P osm = 1-P ohm ; P osh = 1-P oi ;
; βг=1-Dг; ; β g = 1-D g ;
; βм=1-Dм; ; β m = 1-D m ;
; βи=1-Dи; ; β and = 1-D and ;
Рлтз=nзα; Рлтм=nмα; Рлти=nиα,P ltz = n s α; P ltm = n m α; P lti = n and α,
где Рош1, Рош2 - вероятность ошибочного вскрытия спектрального состава пакета ФМС в AKO1 и АКО2; Рп - вероятность правильного вскрытия спектрального состава пакета ФМС в АУ; Рошг, Рошм, Роши - вероятность ошибочных решений при обнаружении фрагментов ФМС: Г, М, И; Рог, Ром, Рои, - вероятности правильного обнаружения фрагментов Г, М, И; Dг, βг - вероятности правильного обнаружения и пропуска отрезков фрагмента Г ФМС за время Т одного цикла интегрирования; Dм, where R OSH , R OSH - the probability of erroneous opening of the spectral composition of the FMS package in AKO 1 and AKO 2 ; R p - the probability of the correct opening of the spectral composition of the FMS package in AC; R oshg , R oshm , R oshi - the probability of erroneous decisions when detecting FMS fragments: G, M, I; R og , R om , R oi , - probabilities of the correct detection of fragments G, M, I; D g , β g - the probability of correct detection and skipping of the segments of the fragment F of the FMS for the time T of one integration cycle; D m
βм - вероятности правильного обнаружения и пропуска отрезков фрагмента М ФМС за время Т одного цикла интегрирования; Dи, βи - вероятности правильного обнаружения и пропуска отрезков фрагмента И ФМС за время Т одного цикла интегрирования; α - вероятность ложных тревог за время Т одного цикла интегрирования; Рлтм, Рлти, Рлтз - вероятность ложных тревог за время длительности фрагментов ФМС: М, И, З.β m - the probability of correct detection and skipping of segments of the fragment M FMS for the time T of one integration cycle; D and , β and are the probabilities of the correct detection and omission of segments of the fragment And the FMS for the time T of one integration cycle; α is the probability of false alarms during the time T of one integration cycle; R LTM , R LTI , R LTZ - the probability of false alarms during the duration of the FMS fragments: M, I, Z.
При использовании многоциклового дискретного интегрирования в АУ среднеквадратичные погрешности оценивания моментов начала фрагментов ФМС σti и длительности фрагментов ФМС σTj определяются следующими соотношениями:When using multi-cycle discrete integration in AC, the mean square errors of estimating the moments of the beginning of FMS fragments σt i and the duration of fragments of FMS σT j are determined by the following relations:
при i∈[1, 5]; при j∈[1, 5]. when i∈ [1, 5]; for j∈ [1, 5].
Величина постоянной времени Т КИ выбирается на основе компромисса между параметрами достоверности вскрытия спектрального состава пакета ФМС и величиной погрешности оценивания временных параметров фрагментов пакета ФМС.The value of the time constant T KI is selected on the basis of a compromise between the reliability parameters of opening the spectral composition of the FMS packet and the error in estimating the time parameters of fragments of the FMS packet.
При Δfn Tэ≤10, то есть когда, учитывая, что Δfn=2/Tэ, имеем Т≤5Тэ, распределение эффекта на выходе УИК соответствует закону Релея-Райса, и тогда характеристики помехоустойчивости АКО могут быть рассчитаны следующим образом:When Δf n T e ≤10, that is, when, given that Δf n = 2 / T e , we have T≤5T e , the distribution of the effect at the output of the PEC corresponds to the Rayleigh-Rice law, and then the noise immunity characteristics of the AKO can be calculated as follows :
; ; j∈[1, 3]; ; ; j∈ [1, 3];
; ;
j=1≡Г; j=2≡M; j=3≡И;j = 1≡Г; j = 2≡M; j = 3≡I;
; ; , ; ; ,
где Dj - вероятность правильного обнаружения элементов j-го фрагмента ФМС за время Т; Q(gj, gп) - функция Маркума; I0(…) - функция Бесселя нулевого порядка; gj - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе УИК при приеме j-го фрагмента ФМС на одном цикле интегрирования; gп - нормированный порог; g2 вх - входное отношение сигнал/помеха по мощности; Ps - мощность ФМС на входе АУ; σ2 n - дисперсия помехи n(t) на входе АУ; Δfn - шумовая полоса на входе АУ; rsj(τ) - огибающая коэффициента автокорреляции ФМС при приеме j-го фрагмента; Nn - спектральная плотность помехи n(t) на входе АУ.where D j is the probability of the correct detection of elements of the jth fragment of the FMS during time T; Q (g j , g p ) is the Markum function; I 0 (...) is the zero-order Bessel function; g j is the signal-to-noise ratio for the voltage at the output of the PEC when receiving the j-th FMS fragment in one integration cycle; g p - normalized threshold; g 2 in - input signal-to-noise ratio in power; P s is the power of the FMS at the input of AC; σ 2 n is the dispersion of the noise n (t) at the input of the AC; Δf n is the noise band at the input of the AU; r sj (τ) is the envelope of the FMS autocorrelation coefficient when receiving the jth fragment; N n is the spectral density of interference n (t) at the input of AC.
Учитывая, что в AKO1 τ1=1/2 Тэ, то при этом rs1(τ1)→1; rs2(τ1)→0; rs3(τ1)→0,5; а в АКО2 τ2=Тэ и при этом rs1(τ2)→1; rs2(τ2)→1; rs3(τ2)→0.Given that AKO 1 τ 1 = 1/2 T e, then with r s1 (τ 1) → 1; r s2 (τ 1 ) → 0; r s3 (τ 1 ) → 0.5; and in AKO 2 τ 2 = T e and at the same time r s1 (τ 2 ) → 1; r s2 (τ 2 ) → 1; r s3 (τ 2 ) → 0.
Для иллюстрации полученных соотношений определим характеристики достоверности вскрытия спектрального состава и временных параметров фрагментов пакетов ФМС при следующих исходных данных: Тэ=2·10-6 с; Тг=3-10-5 с; Т=10-5 с; Тм=3-10-5 с; Ти=10-4 с; Тз=2·10-5 с; Тп=1,8·10-4 с.To illustrate the obtained relations, we determine the characteristics of the reliability of opening the spectral composition and time parameters of fragments of the FMS packets with the following initial data: T e = 2 · 10 -6 s; T g = 3-10 -5 s; T = 10 -5 s; T m = 3-10 -5 s; T and = 10 -4 s; T s = 2 · 10 -5 s; T p = 1.8 · 10 -4 s.
При gп=4,2 имеем α=10-4 и Рлти=10-2, Рлтм=3·10-3, Рлтз=2·10-3.When g p = 4,2 we have α = 10 -4 and P lt = 10 -2 , P ltm = 3 · 10 -3 , P ltz = 2 · 10 -3 .
Для обеспечения Рп≥0,9 наиболее высокие требования по помехоустойчивости предъявляются к этапу вскрытия структуры пакета ФМС, соответствующего обработке фрагмента И, поскольку rs3(τ1)=1/2rs1(τ1), то есть энергетические потери равны 6дБ, и кроме того, количество элементов ФМС nи>>nг и составляет nи=102.To ensure Pn ≥0,9 highest noise immunity requirements for stage opening MBF packet structure corresponding fragment treatment and, since r s3 (τ 1) = 1/2 r s1 (τ 1) that is equal to the energy loss of 6dB , and in addition, the number of PMS elements n and >> n g and is n and = 10 2 .
Для обеспечения Роши=8·10-2 необходимо, чтобы βи=8·10-4. При этом в AKO1 при τ1=1/2 Тэ требуется, чтобы gз=gи=8,5; а .To ensure R osh = 8 · 10 -2 it is necessary that β and = 8 · 10 -4 . In the AKO 1 when τ 1 = 1 / 2T e require that g and h = g = 8.5; but .
Тогда, поскольку для тех же данных g1г=17, g2г =17 и g2м=17, получаем βг=βм=10-4, а Рошг=3·10-7; Рошм=3·10-7.Then, since for the same data g 1r = 17, g 2r = 17 and g 2m = 17, we obtain β g = β m = 10 -4 , and P osr = 3 · 10 -7 ; R OSHM = 3 · 10 -7 .
Таким образом, для обеспечения Рп>0,9 необходимо иметь gвx≥4. Среднеквадратические погрешности оценивания моментов начала фрагментов пакета ФМС σti и длительность фрагментов пакета ФМС σТi составляютThus, to ensure P n > 0.9, it is necessary to have g bx ≥4. The root-mean-square errors of estimating the moments of the onset of fragments of the FMS package σt i and the duration of the fragments of the FMS package σT i are
σti=2,9 Тэ=5,8·10-6 с; σTi=5,8 Тэ=11,6·10-6 с,σt i = 2.9 T e = 5.8 · 10 -6 s; σT i = 5.8 T e = 11.6 · 10 -6 s,
то есть погрешности σti и σТi значительно меньше Тпр.that is, the errors σt i and σT i are much less than T, etc.
В заключение приведем сравнение достоверности вскрытия структуры пакета ФМС при использовании предлагаемого АУ и автокоррелятора, реализованного на основе прототипа [3]. Поскольку в прототипе индикация моментов скачков фазы ФМС осуществляется на основе фиксации коротких импульсов с длительностью τи=Тэ-τ1≤0,5 Тэ, то для их фиксации необходимо, чтобы постоянная интегрирования прототипа Т0 выбиралась из условия Т0≤Ти.In conclusion, we present a comparison of the reliability of opening the structure of the FMS package when using the proposed AU and autocorrelator based on the prototype [3]. Since in the prototype the indication of the moments of jumps in the phase of the FMS is carried out on the basis of fixing short pulses with a duration of τ and = T e -τ 1 ≤0.5 T e , for their fixation it is necessary that the integration constant of the prototype T 0 be selected from the condition T 0 ≤T and .
При этом прототип уступает АУ в помехоустойчивости пропорционально , то есть энергетический выигрыш АУ составляет 10 дБ.In this case, the prototype is inferior to the AU in noise immunity in proportion , that is, the energy gain of the AC is 10 dB.
В том случае, когда в прототипе, как и в АУ, gвx=4, за счет существенного возрастания Рош и Рлт вскрытие структуры ФМС становится недостоверным, а фиксация моментов скачков фазы затруднена из-за большого количества дополнительных импульсов, соответствующих ложным тревогам.In the case when in the prototype, as in AU, g bx = 4, due to a significant increase in Р Ош and Р лт, the opening of the FMS structure becomes unreliable, and the fixation of the moments of phase jumps is difficult due to the large number of additional pulses corresponding to false alarms .
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает оперативное вскрытие спектрально-временной структуры ФМС с МДВР с высокой достоверностью и малой погрешностью оценивания временных параметров фрагментов ФМС.Thus, the proposed device provides prompt opening of the spectral-temporal structure of the FMS with TDMA with high reliability and low error in estimating the temporal parameters of FMS fragments.
Реализация устройства не вызывает затруднений. Все его функциональные узлы являются типовыми и могут быть выполнены на современной элементной базе.The implementation of the device is not difficult. All its functional units are typical and can be performed on a modern element base.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №560343. 1976. Дикарев В.И., Романенко В.А. Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала.1. USSR Copyright Certificate No. 560343. 1976. Dikarev V.I., Romanenko V.A. Autocorrelation meter of pseudo-random phase-manipulated signal parameters.
2. Авторское свидетельство СССР №921104. 1982. Дикарев В.И., Романенко В.А. Автокорреляционный измеритель параметров псевдослучайного фазоманипулированного сигнала.2. USSR copyright certificate No. 921104. 1982. Dikarev V.I., Romanenko V.A. Autocorrelation meter of pseudo-random phase-manipulated signal parameters.
3. Патент РФ №2309550. 2007 г. Ипатов А.В., Дикарев В.И. Способ автокорреляционного приема шумоподобного сигнала.3. RF patent No. 2309550. 2007 Ipatov A.V., Dikarev V.I. A method for autocorrelation receiving a noise-like signal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126974/09A RU2365051C1 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126974/09A RU2365051C1 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2365051C1 true RU2365051C1 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008126974/09A RU2365051C1 (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365051C1 (en) |
-
2008
- 2008-07-02 RU RU2008126974/09A patent/RU2365051C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106461749B (en) | For determining the method, apparatus and computer program of arrival time | |
EP0008160A1 (en) | Programmable digital tone detector | |
NO147394B (en) | FAILURE, SPECIAL PRESSURE FAILURE, AND PROCEDURE FOR ITS MANUFACTURING. | |
CN103199887A (en) | General capture method applied to direct spread spectrum signal | |
CN105324970B (en) | The detection of duplicate transmissions simultaneously | |
RU159121U1 (en) | ADAPTIVE AUTOCORRELATION SIGNAL DEMODULATOR WITH RELATIVE PHASE MANIPULATION | |
CN100472393C (en) | Time delay measurement | |
CN107888336B (en) | Satellite-borne ADS-B signal header detection system and method | |
RU2365051C1 (en) | Autocorrelation device for opening of wavelength-time structure of signals of digital communication systems | |
RU2425394C2 (en) | Method of detecting distorted pulsed signals | |
RU2634382C2 (en) | Digital detector of phase-animated signals | |
RU2595952C2 (en) | Method of character synchronization when receiving code pulse modulation - phase-shift keying with familiar structure | |
EP3126868B1 (en) | A method and a system for a precise measurement of a distance | |
RU2550757C1 (en) | Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver | |
US20110122919A1 (en) | Synchronising a receiver to a signal having known structure | |
RU2626332C1 (en) | Method of demodulation of signal | |
US3546585A (en) | Short duration signal burst frequency meter | |
RU2661256C2 (en) | Method of elevators remote control and device for its implementation | |
RU154377U1 (en) | EXPRESS ANALYZER OF SHORT-TERM RADIO EMISSIONS | |
RU2327592C1 (en) | Method of processing automatic continuous locomotive signaling (acls) and device to this effect | |
RU2726221C1 (en) | Method of determining parameters of frequency-coded signals in an autocorrelation receiver | |
RU2709184C1 (en) | Method of protecting channels with frequency manipulation from artificial radio interference | |
RU158894U1 (en) | ADAPTIVE DIGITAL SPECTRAL ANALYZER | |
RU163281U1 (en) | 180 ° SIGNAL DETECTOR WITH ABSOLUTE PHASE MANIPULATION | |
RU2543567C2 (en) | Method of character synchronisation when receiving code pulse modulation or frequency keying with familiar structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100703 |