RU2773481C1 - Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal - Google Patents

Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal Download PDF

Info

Publication number
RU2773481C1
RU2773481C1 RU2021124768A RU2021124768A RU2773481C1 RU 2773481 C1 RU2773481 C1 RU 2773481C1 RU 2021124768 A RU2021124768 A RU 2021124768A RU 2021124768 A RU2021124768 A RU 2021124768A RU 2773481 C1 RU2773481 C1 RU 2773481C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
spectra
delay
time
intervals
Prior art date
Application number
RU2021124768A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Песцов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2773481C1 publication Critical patent/RU2773481C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: invention relates to measuring and radio receiving technology and can be used in systems that measure the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal. The method includes several stages: fast Fourier transform (FFT) of input signals; alignment of input signals according to the power level of spectral components; formation of several control sum signals; FFT of sum signals; the introduction of additional auxiliary time delays that contribute to the expansion of the measurement range and the formation of IM in the spectra of control sum signals; the formation of a set of spectral intervals of IM in the sum spectra by means of phase shifts between the terms of control sum signals, the MPF of the set of spectral intervals of IM in the sum spectra; the calculation of the delay time based on the measurements of the intervals of IM in the control sum signals.
EFFECT: main signal processing consists in performing FFT and simple mathematical operations, which increases performance and simplifies the implementation of this method for determining the delay time.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной и радиоприемной технике и может найти использование в системах, осуществляющих измерение временной задержки между копиями недетерминированного псевдослучайного сигнала.The invention relates to measuring and radio receiving equipment and can be used in systems that measure the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal.

Существует спектральный способ измерения временных задержек, описанный в источниках (Гершман С.Г. Тужилкин Ю.И. Об интерференции широкополосных шумовых сигналов. - Акустический журнал. 1965, т.11; и патент RU №864167 от 15.09.81 МПК G01R 23/00). В основе этого способа лежит факт появления в суммарном (многолучевом) сигнале характерных признаков интерференции, при частотном представлении сигнала они будут выглядеть как резкий «провал» уровня спектральных составляющих при интерференционном минимуме и «подъем» при максимуме.There is a spectral method for measuring time delays described in the sources (Gershman S.G. Tuzhilkin Yu.I. On the interference of broadband noise signals. - Acoustic journal. 1965, v.11; and patent RU No. 864167 dated 15.09.81 IPC G01R 23 / 00). This method is based on the fact that characteristic signs of interference appear in the total (multipath) signal; with a frequency representation of the signal, they will look like a sharp “dip” in the level of the spectral components at the interference minimum and a “rise” at the maximum.

Интерференционный минимум (ИМ) и максимум амплитуд суммарных составляющих спектра обусловлен значениями углов фазового сдвига между двух слагаемых, близкими к 180 и 0 градусов соответственно. Один из исходных и суммарный спектры представлены на Фиг. 1.The interference minimum (IM) and the maximum amplitudes of the total components of the spectrum are due to the values of the phase shift angles between the two terms, close to 180 and 0 degrees, respectively. One of the initial and total spectra are shown in Fig. one.

Частотный интервал (dƒ) между интерференционными минимумами, (ИМ) расположенными на суммарном спектре, определяет значение задержки (dT) между сигналами:The frequency interval (dƒ) between the interference minima (MI) located on the total spectrum determines the value of the delay (dT) between the signals:

Figure 00000001
Figure 00000001

Возможность появления нескольких ИМ в полосе спектра (dF) сигнала определяется условием:The possibility of the appearance of several MIs in the spectrum band (dF) of the signal is determined by the condition:

Figure 00000002
Figure 00000002

Недостаток спектрального способа - низкая точность определения времени задержки, обусловленная многолучевостью, неравномерностью группового времени задержки сигнала и нерегулярным составом спектральных составляющих, определяющих местоположение ИМ на частотной шкале. Спектральный состав сигнала определяется частотами сигнала модуляции. Ошибки в определении значения частоты ИМ приводят к ошибке в определения частотного интервала и соответственно расчетного значения времени задержки.The disadvantage of the spectral method is the low accuracy of determining the delay time due to multipath, uneven group delay time of the signal and the irregular composition of the spectral components that determine the location of the IM on the frequency scale. The spectral composition of the signal is determined by the frequencies of the modulation signal. Errors in determining the value of the MI frequency lead to an error in determining the frequency interval and, accordingly, the calculated value of the delay time.

В описании изобретения (патент RU №864167 от 15.09.81 МПК G01R 23/00) анализируются недостатки спектрального способа и предлагается для повышения точности измерения задержки использовать комбинированный способ - дополнительно к спектральному измерению добавить непосредственно измерение интервала ИМ во временной области, выделив эти участки спектра селектирующими фильтрами. Измеренные данные накапливаются, и затем по наиболее вероятным значениям определяется время задержки.In the description of the invention (patent RU No. 864167 dated 15.09.81 IPC G01R 23/00) the shortcomings of the spectral method are analyzed and it is proposed to use a combined method to improve the accuracy of delay measurement - in addition to the spectral measurement, add directly the measurement of the MI interval in the time domain, highlighting these parts of the spectrum selective filters. The measured data are accumulated and then the delay time is determined from the most probable values.

Этот модифицированный спектральный способ измерения времени задержки как способ, соответствующий функциональному назначению, возьмем в качестве прототипа.We will take this modified spectral method for measuring the delay time as a method corresponding to the functional purpose as a prototype.

Недостатком этого способа является низкое быстродействие и вызванная этим низкая помехозащищенность в условиях изменения времени задержки. Также нерегулярный состав частот модуляции, определяющих значение интервала ИМ во временной области, (временной интервал ИМ - пересечение колебания сигнала с нулевой отметкой) приводит к «дрожанию» измеренных значений временных интервалов, то есть к снижению точности измерений.The disadvantage of this method is the low speed and the resulting low noise immunity in terms of changing the delay time. Also, the irregular composition of the modulation frequencies that determine the value of the MI interval in the time domain (the MI time interval is the intersection of the signal fluctuation with the zero mark) leads to “jitter” of the measured values of the time intervals, that is, to a decrease in the measurement accuracy.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышения быстродействия и точности определения времени задержки между двумя копиями псевдослучайного недетерминированного сигнала.The technical result of the claimed invention is to increase the speed and accuracy of determining the delay time between two copies of a pseudo-random non-deterministic signal.

Технический результат достигается применением спектрально-фазового способа, формирующего «спектрально-фазовую сетку» (СФС) ИМ, представляющую собой, несколько одновременно созданных на множестве спектров суммарного сигнала и сдвинутых по частоте интервалов ИМ. Это позволяет распараллелить процесс измерения частотных интервалов ИМ во всех созданных спектрах суммарных сигналов и затем за счет усреднения одновременных измерений повысить точность определения времени задержки.The technical result is achieved by using a spectral-phase method that forms a “spectral-phase grid” (SPS) of MI, which is several MI intervals simultaneously created on a plurality of spectra of the total signal and shifted in frequency. This makes it possible to parallelize the process of measuring MI frequency intervals in all created spectra of sum signals and then, by averaging simultaneous measurements, to increase the accuracy of determining the delay time.

Предлагаемый спектрально-фазовый способ измерения задержки, основанный на создания «спектрально-фазовой сетки» ИМ, которая представляет собой множество суммарных спектров (шириной dF), в каждом из которых присутствуют интервалы спектральных огибающих ИМ (dƒ), сдвинутые между собой по частоте (АД Последовательный сдвиг по частоте интервалов ИМ осуществляется с помощью определенного приращения фазы (Δф) одного из слагаемых сигналов. Значение приращения фазы Δф в градусах, дающее сдвиг по частоте Δƒ, определяется по формуле:The proposed spectral-phase method for measuring the delay, based on the creation of a “spectral-phase grid” of MI, which is a set of total spectra (dF wide), each of which contains intervals of the MI spectral envelopes (dƒ), shifted from each other in frequency (BP Sequential shift in the frequency of MI intervals is carried out using a certain phase increment (Δf) of one of the terms of the signals.The value of the phase increment Δf in degrees, giving a frequency shift Δƒ, is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Суммарные спектры с интервалами спектральных огибающих ИМ, сдвинутых по частоте, представлены на Фиг. 2, 3, 4, 5. Повышение точности определения времени задержки достигается за счет усреднения множества одновременно измеренных частотных интервалов в спектрах суммарных сигналов.The total spectra with frequency-shifted MI spectral envelope intervals are shown in Fig. 2, 3, 4, 5. Increasing the accuracy of determining the delay time is achieved by averaging a set of simultaneously measured frequency intervals in the spectra of the sum signals.

Способ включает в себя несколько этапов:The method includes several steps:

- быстрое преобразование Фурье (БПФ) входных сигналов;- fast Fourier transform (FFT) of input signals;

- выравнивание входных сигналов по уровню спектральных составляющих;- alignment of input signals according to the level of spectral components;

- формирование нескольких контрольных суммарных сигналов;- formation of several control total signals;

- БПФ суммарных сигналов;- FFT of total signals;

- введение вспомогательных временных задержек, способствующих расширению диапазона измерений временных задержек и формированию ИМ в спектрах контрольных суммарных сигналов;- the introduction of auxiliary time delays, contributing to the expansion of the measurement range of time delays and the formation of IM in the spectra of control total signals;

- формирование СФС интерференционных минимумов спектра;- formation of SPS interference minima of the spectrum;

- усреднение значений фазовых интерференционных минимумов спектра по частоте и времени;- averaging the values of the phase interference minima of the spectrum over frequency and time;

- определение времени задержки по результатам усредненных значений интерференционных минимумов.- determination of the delay time based on the results of the averaged values of the interference minima.

Структурная схема, реализующая данный способ измерения времени задержки, представлена на Фиг. 6.A block diagram that implements this method for measuring the delay time is shown in Fig. 6.

Один из входных сигналов поступает на управляемый аттенюатор 1, выполняющий выравнивание уровней мощности спектральных составляющих, затем сигнал подается на управляемую линию задержки 2 в которой осуществляется установка дополнительной временной задержки, позволяющей сформировать в спектре суммарного сигнала интерференционные минимумы. Затем после разветвления в схеме 3 сигналы поступают на линейку управляемых фазовращателей - схема 4. Управляемые фазовращатели за счет установки в них определенного фазового сдвига выполняют частотное позиционирование интервалов спектральных огибающих ИМ в спектрах суммарных сигналов. Сигналы с определенными фазовыми сдвигами поступают на один из входов сумматоров 5. Второй входной сигнал после выравнивания в схеме 1, установки временной задержки в схеме 2 и формирования фазового сдвига в схеме 4 подается на другой вход сумматоров 5. Сформированные таким образом суммарные сигналы поступают на схемы 6, осуществляющие быстрое преобразование Фурье (БПФ). Спектральные данные о сигналах поступают на схему 7, производящую измерение интервалов спектральных огибающих ИМ и выполняющую расчет времени задержки.One of the input signals is fed to the controlled attenuator 1, which equalizes the power levels of the spectral components, then the signal is fed to the controlled delay line 2, in which an additional time delay is set, which makes it possible to form interference minima in the spectrum of the total signal. Then, after branching in circuit 3, the signals are fed to a line of controlled phase shifters - circuit 4. Controlled phase shifters, by setting a certain phase shift in them, perform frequency positioning of the intervals of the MI spectral envelopes in the spectra of the sum signals. Signals with certain phase shifts are fed to one of the inputs of the adders 5. The second input signal, after equalization in circuit 1, setting the time delay in circuit 2 and the formation of a phase shift in circuit 4, is fed to the other input of the adders 5. The total signals thus formed are fed to the circuits 6 that perform a Fast Fourier Transform (FFT). The spectral data about the signals are fed to circuit 7, which measures the intervals of the spectral envelopes of the MI and performs the calculation of the delay time.

Алгоритм работы устройства, реализующий данный способ измерения задержки, включает в себя следующие действия:The device operation algorithm that implements this delay measurement method includes the following steps:

- для увеличения диапазона измеряемого времени задержки, и возможности получения интерференционных минимумов в один из пары сигналов вводится временная задержка;- to increase the range of the measured delay time, and the possibility of obtaining interference minima, a time delay is introduced into one of the pair of signals;

- для повышения точности одновременно выполняется N количество измерений частотных интервалов ИМ- to improve accuracy, N number of measurements of MI frequency intervals are performed simultaneously

в N количестве суммарных сигналов (которые имеют одинаковую задержку и определенный задаваемый фазовый сдвиг слагаемых сигналов формирующих сдвиг ИМ по частоте);in the N number of total signals (which have the same delay and a certain specified phase shift of the terms of the signals forming the MI frequency shift);

- суммарные сигналы одновременно подвергаются быстрым преобразованиям Фурье. Таким образом, формируется N - количество контрольно-измерительных спектров, имеющих за счет определенного фазового сдвига между слагаемыми сигналов, различные сдвинутые по частоте интервалы спектральных огибающих ИМ. Это позволяет из N количества контрольно-измерительных спектров в один момент времени получать N количество измерений значений интервалов dƒiИМ;- the sum signals are simultaneously subjected to fast Fourier transforms. Thus, N is formed - the number of control and measurement spectra, which, due to a certain phase shift between the terms of the signals, have different frequency-shifted intervals of the spectral envelopes of the MI. This allows from N number of control-measuring spectra at one time to obtain N number of measurements of the values of the intervals dƒ i MI;

- на основании полученных данных о значениях интервалов dƒiИМ осуществляется расчет усредненного значения времени задержки dT по формуле:- based on the data obtained on the values of the intervals dƒ i IM, the average value of the delay time dT is calculated using the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

Максимальное практическое значение N, определяющее точность расчета времени задержки, определяется по формуле:The maximum practical value N, which determines the accuracy of the calculation of the delay time, is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где R - разрешающая способность анализатора спектра по частоте (количество точек БПФ, приходящееся на единицу частоты).where R is the frequency resolution of the spectrum analyzer (number of FFT points per unit frequency).

При расчете алгоритма работы устройства основная обработка сигналов будет заключаться в выполнении быстрого преобразования Фурье и простых математических операций, что повысит быстродействие и упростит реализацию данного способа определения времени задержки.When calculating the device operation algorithm, the main signal processing will be to perform a fast Fourier transform and simple mathematical operations, which will increase performance and simplify the implementation of this method for determining the delay time.

Claims (2)

Способ измерения задержанных во времени псевдослучайных недетерминированных сигналов, в котором в двух сигналах, представленных в виде частотного спектра, выровненных по уровню, образующих в контрольных суммарных спектрах несколько интерференционных минимумов (ИМ), позволяющий по значению разности частот соседних ИМ определять время задержки, отличающийся тем, что для увеличения диапазона измеряемого времени задержки, в один из сигналов вводящий дискретную временную задержку, для повышения точности измерения формирующий N количество суммарных сигналов, имеющих фиксированную временную задержку и различный определенный фазовый сдвиг слагаемых, одновременно подвергающий суммарные сигналы быстрым преобразованиям Фурье и таким образом формирующий N количество контрольных суммарных спектров, имеющих одинаковую временную задержку и различный фазовый сдвиг слагаемых; позволяющий производить в контрольных суммарных спектрах в один момент времени N количество измерений, сдвинутых по частоте значений интервалов dƒi-ИМ, и на основании измеренных данных dƒi обеспечивающий получение усредненного значения времени задержки dT по формулеA method for measuring time-delayed pseudo-random non-deterministic signals, in which two signals, presented in the form of a frequency spectrum, leveled in level, forming several interference minima (IMs) in the control total spectra, which makes it possible to determine the delay time by the value of the frequency difference of neighboring IMs, which differs in that , which, in order to increase the range of the measured delay time, introduces a discrete time delay into one of the signals, to increase the measurement accuracy, it generates N the number of total signals having a fixed time delay and a different defined phase shift of the terms, simultaneously subjecting the total signals to fast Fourier transforms and thus forming N is the number of control total spectra having the same time delay and different phase shift terms; allowing to make in the control summary spectra at one time N the number of measurements shifted in frequency of the values of the intervals dƒ i -IM, and based on the measured data dƒ i providing the average value of the delay time dT according to the formula
Figure 00000006
Figure 00000006
RU2021124768A 2021-08-19 Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal RU2773481C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773481C1 true RU2773481C1 (en) 2022-06-06

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU864167A1 (en) * 1979-12-24 1981-09-15 Войсковая часть 10729 Method of measuring time delays in multi-beam channel
SU1045133A1 (en) * 1982-06-16 1983-09-30 Войсковая часть 10729 Method of measuring signal time delays in multi-beam channel
RU2003158C1 (en) * 1991-01-18 1993-11-15 Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Method for determination of time delay of one pseudo-random signal relative to another
RU2506702C2 (en) * 2011-12-28 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" Device for synchronisation in radio communication system with pseudorandom operational frequency readjustment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU864167A1 (en) * 1979-12-24 1981-09-15 Войсковая часть 10729 Method of measuring time delays in multi-beam channel
SU1045133A1 (en) * 1982-06-16 1983-09-30 Войсковая часть 10729 Method of measuring signal time delays in multi-beam channel
RU2003158C1 (en) * 1991-01-18 1993-11-15 Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Method for determination of time delay of one pseudo-random signal relative to another
RU2506702C2 (en) * 2011-12-28 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" Device for synchronisation in radio communication system with pseudorandom operational frequency readjustment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10914782B2 (en) Test system and test method for testing a device under test
US10845401B2 (en) Nonlinear distortion detection
US8581571B2 (en) Measuring apparatus, testing apparatus and measuring method
US10958362B1 (en) Method and system for determining group delay between periodic radio frequency (RF) signals
CN109813962B (en) Frequency conversion system group delay measurement method and system based on Hilbert transform
US11206090B2 (en) Error measurement method using a time-variant stopband test signal
RU2773481C1 (en) Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal
RU2435168C1 (en) Method for harmonic analysis of periodic multifrequency signal
CN105282086A (en) Double-tone quadrature measuring method for frequency conversion system group delay
RU2335781C1 (en) Method of signal reciprocal delay measurement with program operating frequency tuning (poft)
JP4141961B2 (en) Method of measuring effective directivity and / or effective source port consistency of system calibrated vector network analyzer, method of creating calibration standard set
CN113702701B (en) Amplitude-phase characteristic measurement method based on comb wave signals
US9350470B1 (en) Phase slope reference adapted for use in wideband phase spectrum measurements
JP6910791B2 (en) Signal measurement method
EP4119954A1 (en) Measurement system
RU2551400C1 (en) Method of harmonic analysis of periodic multifrequency signal against the noise background
US10911085B1 (en) Method and apparatus for performing signal augmentation
US10120008B2 (en) Method and apparatus for estimating the noise introduced by a device
US6873923B1 (en) Systems and methods for performing analysis of a multi-tone signal
RU2341808C1 (en) Device for measurement of signal/noise ratio
Sarson Group delay filter measurement using a chirp
RU2826857C1 (en) Analogue-to-digital signal analyser
US10013015B2 (en) Fast auto-balancing AC bridge
US7705609B2 (en) Phase frequency distortion measurement system
JP2012185009A (en) Azimuth detecting device