RU2687884C1 - Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка - Google Patents

Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка Download PDF

Info

Publication number
RU2687884C1
RU2687884C1 RU2018122030A RU2018122030A RU2687884C1 RU 2687884 C1 RU2687884 C1 RU 2687884C1 RU 2018122030 A RU2018122030 A RU 2018122030A RU 2018122030 A RU2018122030 A RU 2018122030A RU 2687884 C1 RU2687884 C1 RU 2687884C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
frequency
value
information
shift
Prior art date
Application number
RU2018122030A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Викторович Егоров
Сергей Александрович Лобов
Михаил Леонидович Маслаков
Андрей Николаевич Мингалев
Михаил Сергеевич Смаль
Александр Евгеньевич Тимофеев
Original Assignee
Акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" (АО "РИМР")
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 Акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" (АО "РИМР") filed Critical Акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" (АО "РИМР")
Priority to RU2018122030A priority Critical patent/RU2687884C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2687884C1 publication Critical patent/RU2687884C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах одночастотной передачи данных, а также в системах радиозондирования для измерения доплеровского смещения несущей частоты сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении. Техническим результатом является определение доплеровского смещения частоты по информационному (т.е. неизвестному) фазоманипулированному сигналу с абсолютной, относительной или фазоразностной фазовой манипуляцией. Для этого принимают информационный фазоманипулированный сигнал, соответствующий N символам, оценивают значения фаз Ф, Ф, Фкаждых трех соседних символов, вычисляют разности фаз ΔФ=Ф-2⋅Ф+Фи ΔФ=Ф-Ф, преобразовывают полученные разности фаз ΔФ'=atan2(sin(ΔФ), cos(ΔФ)) и ΔФ'=atan2(sin(ΔФ), cos(ΔФ)), вычисляют разность преобразованных разностей фаз ΔΨ=ΔФ'-ΔФ', после чего вычисляют экспоненту, получая значение ехр(i⋅ΔΨ), суммируют с накоплением получаемые N-2 значения экспонентпосле чего вычисляют фазу суммарного накопленного вектораполучая значение фазы ψ, которое умножают на коэффициент 1/(4πT)=F/(4π), где T- длительность символа, F- частота следования символов, в результате получая значение доплеровского сдвига частоты. 1 ил.

Description

Способ относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использован в системах одночастотной передачи данных, а также в системах радиозондирования для измерения доплеровского смещения несущей частоты сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении.
Как известно, доплеровское смещение несущей частоты сигнала может быть вызвано движением источника и/или приемника, а также движением отражающей радиосигнал поверхности (например, для КВ радиосвязи характерно изменение высоты слоя ионосферы). В частности, наличие доплеровского смещения частоты приводит к значительному снижению помехоустойчивости систем передачи данных.
Для повышения эффективности современных систем радиосвязи, необходимо постоянно знать условия распространения между передающей и приемной сторонами на заданной частоте в конкретный момент времени. Для этого осуществляют тестирование (зондирование) канала, с целью получения оценок параметров канала, таких как отношение сигнал/шум (ОСШ), наличие многолучевости, доплеровское смещение частоты и другие. Для такого тестирования в подавляющем большинстве систем используют различные тестовые сигналы.
В частности, для измерения доплеровского смещения частоты часто используют сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Например, в патенте РФ №2316898 [RU Способ одновременного измерения частотных зависимостей доплеровского смещения частоты и времени распространения коротковолновых сигналов в ионосферной радиолинии, 10.02.2008], или в способе оценки доплеровского смещения описанным в [Sharif B.S., Neashan J., Hinton O.R., Adams A.E. A computationally efficient doppler compensation system for underwater acoustic communication // Oceanic Engineering, IEEE Journal of. - 2000. Vol. 25, №.1. - P. 52-61].
Также известны способы, в которых для оценки доплеровского смещения излучается узкополосный тональный (гармонический) сигнал на одной несущей частоте или модулированный псевдослучайной М-последовательностью. Для случая использования гармонического сигнала принятый сигнал преобразуют с использованием преобразования Фурье, получают спектр, выбирают сигнал с максимальной частотой, который соотносят со значением несущей частоты излученного для определения доплеровского масштабирующего коэффициента и затем определяют величину доплеровского смещения [Оппенгейм Э. Применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1980, 553 с.]. При использовании модулированных сигналов обычно применяют различные корреляционные методы, например, [Johnson М., Freitag L., Stojanovic М. Improved Doppler tracking and correction for underwater acoustic communications // in Proc. ICASSP '97, Munich, Germany, Apr. 1997, P. 575-578].
Недостаток указанных способов заключается в том, что для оценки доплеровского смещения частоты используются специальные тестовые сигналы, что снижает информационную скорость.
Известен патент №4706286 [US Sturza; Mark A., Method and circuit for extraction of Doppler information from a pseudonoise modulated carrier, November 10, 1987], основанный на нелинейной операции второго порядка и принятый за прототип. Способ, описанный в указанном патенте предполагает: смешивание принятого сигнала с гетеродинной частотой меньше предполагаемой частоты доплеровского сдвига хотя бы в два раза, а также смешивание принятого сигнала с гетеродинной частотой больше предполагаемой частоты доплеровского сдвига хотя бы в два раза, фильтрацию низкочастотных компонент, смешивание полученных низкочастотных компонент и последующую низкочастотную фильтрацию, после чего путем преобразования Фурье получение оценки доплеровского сдвига частоты.
Недостатком прототипа является то, что данный описанный способ дает серьезную ошибку при определении доплеровского сдвига частоты для сигналов с фазовой манипуляцией, на длительности символа которых укладывается не целое число периодов (например, для авиационных модемов стандарта ARINC 635). Кроме того точность получаемой оценки напрямую связаны с выбранной частотой дискретизации и числом отсчетов на котором вычисляется преобразование Фурье и, в ряде существующих систем передачи данных (например, в КВ и УКВ системах) будет также давать значительную погрешность.
Целью изобретения является определение (получение оценки) доплеровского смещения частоты по информационному фазоманипулированному сигналу.
Поставленная цель достигается тем, что способ
состоит в том, что принимают информационный фазоманипулированный сигнал, соответствующий N символам, оценивают значения фаз Ф1, Ф2, Ф3 каждых трех соседних символов, вычисляют разности фаз ΔФ1=Ф3-2⋅Ф2+Ф1 и ΔФ2=Ф3-Ф1, преобразовывают полученные разности фаз ΔФ'1=atan2(sin(ΔФ1), cos(ΔФ1)) и ΔФ'2=atan2(sin(ΔФ2), cos(ΔФ2)), вычисляют разность преобразованных разностей фаз ΔΨ=ΔФ'2-ΔФ'1, после чего вычисляют экспоненту, получая значение ехр(i⋅ΔΨ), суммируют с накоплением получаемые N-2 значения экспонент
Figure 00000001
после чего вычисляют фазу суммарного накопленного вектора
Figure 00000002
получая значение фазы ψ, которое умножают на экспонент
Figure 00000003
при этом при n=0 значение вектора обнуляют, т.е.
Figure 00000004
после чего вычисляют
Figure 00000005
а при n=N-2 вычисляют фазу суммарного накопленного вектора
Figure 00000006
получая значение фазы
Figure 00000007
которое умножают на коэффициент 1/(4πТсимв)=Fсимв/(4π), где Тсимв - длительность символа, Fсимв - частота следования символов, в результате получая значение доплеровского сдвига частоты.
На фиг. 1 представлена структурная схема способа определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка. Она содержит:
1 - линия задержки;
2(1), 2(2), 2(3) - фазовый детектор;
3 - первый сумматор;
4 - второй сумматора;
5(1), 5(2) - преобразователь фазы;
6 - третий сумматор;
7 - блок вычисления экспоненты;
8 - сумматор накопитель;
9 - счетчик;
10 - вычислитель фазы;
11 - умножитель на коэффициент.
Работа способа осуществляется следующим образом. Принимают информационный фазоманипулированный сигнал, соответствующий N символам, который подают на вход линии задержки 1. Модуляция сигнала может быть абсолютной, относительной или фазоразностной фазовой манипуляцией. При этом сигнал является информационным, т.е. его модулированная информационная последовательность бит заранее неизвестна. На первом, втором и третьим выходах линии задержки 1 получают сигналы, соответствующие трем соседним символам, т.е. 1-й, 2-й, 3-й символы, затем 2-й, 3-й, 4-й символы и т.д.
Сигналы, соответствующие трем соседним символам подают на вход фазовых детекторов 2(1), 2(2), 2(3), на выходе которых получают абсолютные значения фаз соответствующих символов Ф3, Ф2, Ф1, каждый из которых содержит следующие компоненты:
Фk=ϕk+ψ+k⋅2π⋅Δƒ⋅Тсимв+ξk,
где k - номер символа, ϕk - значение фазы символа (0, π), ψ - постоянное смещение фазы, Δƒ - значение доплеровского сдвига частоты, Тсимв - длительность символа (при этом Тсимв=1/Fсимв), ξk - погрешность фазы, связанная с шумом.
Значения фаз соответствующих символов Ф3, Ф2, Ф1 с выхода фазовых детекторов 2(1), 2(2), 2(3) подают на входы первого и второго сумматоров 3, 4. При чем, значение фазы Ф3 с выхода фазового детектора 2(1) подают на четвертый вход первого сумматора 3 и второй вход второго сумматора 4, значение фазы Ф2 с выхода фазового детектора 2(2) подают на второй и третий входы первого сумматора 3 со знаком минус, значение фазы Ф1 с выхода фазового детектора 2(3) подают на первый вход первого сумматора 3 и первый вход второго сумматора 4 со знаком минус. В результате на выходе первого сумматора 3 получают разность фаз ΔФ1=Ф3-2⋅Ф2+Ф1, являющуюся разностью фаз второго порядка (страницы 39-43 в [Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами. М.: Радио и связь. - 1991. - 296 с.]). На выходе второго сумматора 4 разность фаз ΔФ2=Ф3-Ф1. Полученные разности фаз подают на вход соответствующих первого и второго преобразователя фазы 5(1), 5(2), в которых преобразовывают полученные разности фаз следующим образом:
Figure 00000008
Figure 00000009
Функция atan2(y,x) - вычисляет арктангенс от значения у/х, причем α=atan2(Y,X) на интервале - π≤α≤π [страница 336, Nelson H.F. Beebe. The Mathematical-Function Computation Handbook: Programming Using. Springer. - 2017.].
С выхода первого преобразователя фазы 5(1) на первый вход третьего сумматор 6 подают значение
Figure 00000010
со знаком минус, а с выхода второго преобразователя фазы 5(2) на второй вход третьего сумматор 6 подают значение
Figure 00000011
В результате на выходе третьего сумматора 6 получают разность преобразованных разностей фаз:
Figure 00000012
которую подают на вход блока вычисления экспоненты 7. В блоке вычисления экспоненты 7 вычисляют экспоненту, получая значение ехр(i⋅ΔΨ), которое передают на первый вход сумматора накопителя 8. На второй вход сумматора накопителя 8 с выхода счетчика 9 поступает номер n=0,1…N-2, при чем, при поступлении n=0 накопленное значение вектора обнуляют, т.е.
Figure 00000013
В сумматоре накопителе 8 вычисляют
Figure 00000014
а при поступлении с выхода счетчика 9 на второй вход сумматора накопителя 8 номера n=N-2 текущее накопленное значение вектора
Figure 00000015
подают на выход вычислителя фазы 10, в котором получают значение фазы
Figure 00000016
Полученное значение фазы ψ подают на вход умножителя на коэффициент 11, в котором умножают на коэффициент 1/(4πТсимв)=Fсимв/(4π), где Тсимв - длительность символа, Fсимв - частота следования символов, в результате на выходе получают значение доплеровского сдвига частоты.
Предлагаемый способ обеспечивает определение доплеровского смещения частоты по информационному (т.е. неизвестному) фазоманипулированному сигналу с абсолютной, относительной или фазоразностной фазовой манипуляцией.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ требует значительно меньшее количество вычислительных операций, т.к. все операции умножения и сложения производятся с отдельными значениями, а в прототипе с векторами отсчетов входного сигнала и сигналов гетеродинов. Кроме того, в заявляемом способе точность получаемой оценки доплеровского смещения частоты выше и практически не зависит от выбранной частоты дискретизации.

Claims (1)

  1. Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа фазового отклонения 2 порядка, состоящий в том, что принимают информационный фазоманипулированный сигнал, соответствующий N символам, оценивают значения фаз Ф1, Ф2, Ф3 каждых трех соседних символов, вычисляют разности фаз ΔФ1=Ф3-2⋅Ф2+Ф1 и ΔФ2=Ф3-Ф1, преобразовывают полученные разности фаз
    Figure 00000017
    и
    Figure 00000018
    вычисляют разность преобразованных разностей фаз
    Figure 00000019
    после чего вычисляют экспоненту, получая значение ехр(i⋅ΔΨ), суммируют с накоплением получаемые N-2 значения экспонент
    Figure 00000020
    при этом при n=0 значение вектора обнуляют, т.е.
    Figure 00000021
    после чего вычисляют
    Figure 00000022
    а при n=N-2 вычисляют фазу суммарного накопленного вектора
    Figure 00000023
    получая значение фазы
    Figure 00000024
    которое умножают на коэффициент 1/(4πТсимв)=Fсимв/(4π), где Тсимв - длительность символа, Fсимв - частота следования символов, в результате получая значение доплеровского сдвига частоты.
RU2018122030A 2018-06-14 2018-06-14 Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка RU2687884C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122030A RU2687884C1 (ru) 2018-06-14 2018-06-14 Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122030A RU2687884C1 (ru) 2018-06-14 2018-06-14 Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687884C1 true RU2687884C1 (ru) 2019-05-16

Family

ID=66578772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122030A RU2687884C1 (ru) 2018-06-14 2018-06-14 Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687884C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751097C2 (ru) * 2019-08-30 2021-07-08 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Устройство определения фазы радиолокационного сигнала
RU2792418C1 (ru) * 2022-01-02 2023-03-22 Акционерное общество "Челябинский Радиозавод "Полет" Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706286A (en) * 1983-12-30 1987-11-10 Litton Systems, Inc. Method and circuit for extraction of Doppler information from a pseudo-noise modulated carrier
EP0656698B1 (en) * 1993-11-26 2001-08-22 NTT DoCoMo, Inc. A frequency error correction in a DSSS receiver
RU2195772C2 (ru) * 1996-09-30 2002-12-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Определение сдвигов частоты в системах связи
RU2316898C1 (ru) * 2006-07-04 2008-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Марийский государственный университет" Способ одновременного измерения частотных зависимостей доплеровского смещения частоты и времени распространения коротковолновых сигналов в ионосферной радиолинии
RU161949U1 (ru) * 2015-12-30 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Вычислитель для автокомпенсации сдвигов фазы помех

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706286A (en) * 1983-12-30 1987-11-10 Litton Systems, Inc. Method and circuit for extraction of Doppler information from a pseudo-noise modulated carrier
EP0656698B1 (en) * 1993-11-26 2001-08-22 NTT DoCoMo, Inc. A frequency error correction in a DSSS receiver
RU2195772C2 (ru) * 1996-09-30 2002-12-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Определение сдвигов частоты в системах связи
RU2316898C1 (ru) * 2006-07-04 2008-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Марийский государственный университет" Способ одновременного измерения частотных зависимостей доплеровского смещения частоты и времени распространения коротковолновых сигналов в ионосферной радиолинии
RU161949U1 (ru) * 2015-12-30 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Вычислитель для автокомпенсации сдвигов фазы помех

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751097C2 (ru) * 2019-08-30 2021-07-08 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Устройство определения фазы радиолокационного сигнала
RU2792418C1 (ru) * 2022-01-02 2023-03-22 Акционерное общество "Челябинский Радиозавод "Полет" Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4616282B2 (ja) Ｇｐｓ信号の迅速な捕捉方法及び装置
US10928495B2 (en) Method for distance determination
Borio et al. Composite GNSS signal acquisition over multiple code periods
CN104459743B (zh) 一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法
CN111158026B (zh) 一种boc信号的边峰消除方法
RU2687884C1 (ru) Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка
Tamazin et al. Robust fine acquisition algorithm for GPS receiver with limited resources
RU183781U1 (ru) Устройство определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу путем аппроксимации фазового отклонения
EP3362818B1 (en) Satellite navigation receiver with fixed point sigma rho filter
RU186027U1 (ru) Устройство определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу путем взвешенной аппроксимации фазового отклонения
Tawk et al. A new FFT-based algorithm for secondary code acquisition for Galileo signals
JP2020134169A (ja) 位置検出システム及び位置検出方法
Won et al. Noniterative filter-based maximum likelihood estimators for GNSS signal tracking
JP5519223B2 (ja) 衛星信号受信装置
EP1847838B1 (en) Method and apparatus for frequency estimation
RU2563889C1 (ru) Цифровой обнаружитель радиосигналов в условиях шума неизвестной интенсивности
Darvin et al. Analysis of autocorrelation based frequency measurement algorithm for IFM receivers
RU2583537C1 (ru) Автокомпенсатор доплеровской фазы пассивных помех
JP3809432B2 (ja) 受信信号処理装置及び衛星測位システム
JP2017125807A (ja) Ｍ符号変調マイクロ波測距装置
RU2472167C1 (ru) Цифровой измеритель мощности сигнала и мощности помехи в полосе пропускания канала радиоприемника в реальном масштабе времени
JP2000162317A (ja) ドップラ周波数測定方法およびドップラソナー
Wang et al. An efficient time-frequency algorithm for weak signal acquisition of modernized GNSS signals
Viet et al. A nonlinear method of multipath mitigation for new GNSS signals
RU2550315C1 (ru) Доплеровский фазометр пассивных помех