приёма сигнала

Сигнал (точнее свёртка сигнала) на выходе согласованного фильтра появляется через время , равное его длительности после поступления на его вход. При наличии мешающих флуктуаций требуется уточнить временное положение сигнала в заданном интервале и определить переданный символ (0 или 1) в каждый последующий момент , где .

Решение заключается в выборке и технической реализации такого способа отсчёта, который бы обеспечивал малую ошибку измерений и надёжную работу при возможно большем уровне помех, что сводится к обнаружению тактовых точек, слежению за изменением их временного положения и различению переданных символов информационной кодограммы.

Предложено решающее устройство поиска сигнала, функциональные схемы которых изображены на рис.1 и на рис.2.

Рис. 1. Функциональная схема решающего устройства

Рис. 2. Функциональная схема устройства поиска

На рисунках 1 и 2 обозначено:

СФ – согласованный фильтр; Д – детектор; И – логическая схема И; НЕ – логическая схема отрицания; ИЛИ – логическая схема ИЛИ; У – реверсивный счётчик; ГТЧ – генератор тактовой частоты; ГС – генератор строба; Сч – счётчик; – случайный импульсный поток.

Существенным в данной схеме является устройство последовательного поиска по типу реверсивного счётчика, защищённое авторским свидетельством на изобретение. Работа устройства описана в [65, 138] и поясняется диаграммой рис.3.

Рис. 3. Диаграмма работы устройства поиска

Предположим, что Рл – вероятность появления помехи (ложное обнаружение на каждом из тактов 1, 2, …, (В-1)), а (1-Рл) – вероятность её отсутствия; Рп – вероятность наличия сигнала на В-ом такте, а (1-Рп) – вероятность его отсутствия.

Местоположение такта В может быть найдено при Рп> Рл. В этом случае при достаточно большом времени анализа число импульсов, поступивших на этом такте, превышает число импульсов, поступивших на любом из остальных тактов.

Пусть в некоторый исходный момент времени накопитель Y находится в состоянии О₁. При этом вентиль И₁ открыт, а И₄ закрыт. При поступлении сигнала (импульса) на одном из тактов 1, 2, …, В накопитель переходит в состояние , вентиль И₁ закрывается, а И₄ открывается и счётчик Сч начинает отсчитывать такты. Через В тактов, то есть ровно через один период , счётчик запускает генератор строба, который открывает вентили И2, И3. При наличии сигнала в стробе накопитель переводится в состояние , счётчик Сч продолжает отсчитывать такты и ещё через один период снова запускает генератор строба.

При отсутствии сигнала через вентиль И₃ поступает импульс, возвращающий накопитель У в состояние , вследствие чего вентиль И₄ закрывается, а И₁ открывается и устройство ждёт поступления очередного импульса.

Для накопителя типа реверсивного счётчика, диаграмма работы показана на рис.3. Вначале, после выхода из состояния , наличие сигнала в стробе переводит накопитель только на один шаг вправо, а отсутствие сигнала сбрасывает его в состояние . В случае, когда на одноимённых тактах в К следующих подряд периодах сигнал в стробе присутствует, имеется основание считать этот сигнал полезным, и накопитель переводится в состояние . Теперь уже для сброса накопителя в состояние потребуется отсутствие сигнала в стробе в следующих подряд периодах.

Предложенная схема имеет среднее время синхронизации

(1)

и среднее время синхронной работы

, (2)

где

; (3)

- среднее число шагов пребывания системы (4)

в синхронном состоянии;

- вероятность ложного (5)

обнаружения символа

- вероятность правильного обнаружения символа; (6)

- пороговое напряжения; - относительный порог решающего устройства;

- интеграл вероятности;

, (7)

в соответствии с [91].

Время, определяемое выражением (1), (2), не даёт ответ о вероятности благоприятного исхода поиска сигнала за этот интервал. Целесообразно его связать с передачей кодограммы определённой длины. Обозначив пропуск команды как , а ложное обнаружение команды как , можно получить [40, 114]

(8)

(9)

где - целая часть , определяется как наибольшее целое число, не превышающее .

На рис.4, 5 представлены результаты расчёта вероятности пропуска и вероятности ложного обнаружения команды. Видно, что при и вероятности правильного обнаружения отдельного импульса вероятность пропуска пачки импульсов (команды) при длине пачки . При том же значении и вероятности ложного обнаружения одиночного импульса вероятность ложного приёма команды при длине пачки .

На основании анализа расчётов по формулам (8), (9) при заданных и ; ; определено среднее количество шагов поиска .

Вероятности ; по кривым обнаружения соответствует отношение сигнал/помеха на входе решающей схемы (13лД), а на входе приёмника .

Рис. 4. Вероятность пропуска пачки импульсов

Рис. 5. Вероятность ложного обнаружения пачки импульсов

На рис. 6 представлена зависимость вероятности ошибки символа от отношения сигнал/шум для различных режимов работы.

Рис. 6. Вероятность ошибки символа

а – для противоположных сигналов (различение);

б – для ортогональных сигналов (различение);

в – обнаружение сигналов с неизвестной амплитудой;

Спектр передаваемых (принимаемых) сигналов не может превышать половины значений несущей частоты, поэтому в расчётах для примера в диапазоне ДВ (30÷ 300) кГц и нижней части СВ диапазона (300÷ 3000) кГц принята ширина полосы сигнала ≤ 120 кГц ( кГц). Длительность сигнала . Помехоустойчивость обнаружения для случая без потерь и время поиска сигнала (кодограммы) в зависимости от базы сигнала представлены в табл.1.

Таблица 1.

Условия: ; ; ; ; кГц
В
	-14	-17	-20	-23
	0, 5

Выводы

1. Одной из основных задач при передаче информации широкополосными сигналами является оптимизация режима синхронизации (поиска) по причинам:

затраты времени на поиск сигнала ограничивают оперативные характеристики системы управления;

для обеспечения заданных вероятностей пропуска и ложного обнаружения сигнала в режиме поиска требуется большее отношение сигнал/помеха по сравнению с отношением в режиме различения сигналов, что ограничивает дальность доведения информации.

2. Из анализа методов ускоренного поиска широкополосного сигнала следует, что предпочтительными являются:

поиск сигнала на основе использования согласованного фильтра;

поиск сигнала многоканальным корреляционным приёмником;

для космического канала с допплеровским смещением частоты метод поиска, обеспечивающий накопление принимаемого сигнала в течение времени приёма и одновременно частотный анализ на основе циркуляции сигнала в системе с положительной обратной связью.

3. Показано, что рециркулятор эквивалентен набору узкополосных фильтров в пределах допплеровской неопределённости частоты, где - число циркуляций. Время поиска по частоте сокращается, а помехоустойчивость увеличивается в раз.