Пристрій виявлення косинусоїдальних цифрових і радіолокаційних сигналів

Реферат: Пристрій виявлення косинусоїдальних цифрових та радіолокаційних сигналів належить до радіотехніки, зокрема до радіоприймальних пристроїв, та може бути використаним в сучасних системах обробки цифрових і радіолокаційних сигналів. В пристрій введений вхідний фільтр, після перемножувача коливань, два диференціатори з двома розв'язуючими підсилювачами, діод з резистивним навантаженням та вихідний фільтр нижніх частот - фільтр Баттерворта щонайменше четвертого порядку. Після подвійного диференціювання сигнал на виході діода має вид відрізка косинусоїди, з точністю до знака, і трохи послаблюється. Шум після подвійного диференціювання стає високочастотним і дуже суттєво послаблюється фільтром нижніх частот, частота зрізу якого вибирається із умови отримання найбільшого відношення сигнал/шум. Технічним результатом є поліпшення співвідношення сигнал/шум. UA 102040 C2 (12) UA 102040 C2 UA 102040 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід стосується радіотехніки, зокрема радіоприймальних пристроїв, та може бути використаним в сучасних системах обробки сигналів. Відомі пристрої виявлення цифрових і радіолокаційних відеосигналів містять перемножувач коливань, оптимальний фільтр, ключ одержання вибірок, схему прийняття рішень та схему керування [1] - Скляр Б. Цифровая связь: пер. с англ. - М.: Вильяме, 2003. - 1104 с. Однак, ці пристрої дозволяють поліпшити відношення сигнал/шум за потужністю на величину, що дорівнює базі сигналу. В сучасних системах обробки база сигналу не перевищує 1-2. Тобто, виграш схеми дорівнює приблизно 0-3 дБ. В основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій виявлення косинусоїдальних сигналів, який би забезпечував значно більший виграш у відношенні сигнал/шум, ніж існуючі технічні рішення. З цією метою в пристрої виявлення косинусоїдальних сигналів, який містить перемножувач коливань, ключ одержання вибірок, схему прийняття рішень та схему керування. Новим є те, що в нього введений фільтр 1 на виході перемножувача, блок обробки, який містить два диференціатори 2, 4, два розв'язуючих підсилювачі 3, 5 і діод з резистивним навантаженням та вихідний фільтр нижніх частот 6 - фільтр Баттерворта не нижче 4-го порядку (фіг. 1). В пристрої, що заявляється, поставлена задача вирішується за рахунок того, що після перемножувача приймача встановлюють фільтр з частотою зрізу, яка вибирається із умови неспотвореної передачі косинусоїдального відеоімпульсу, тобто fзр   /( 2Т с ) , Т с - тривалість сигналу (імпульсу); після фільтра встановлюють блок обробки, який містить каскадне з'єднання двох диференціаторів з двома розв'язуючими підсилювачами і діод з резистивним навантаженням, на виході блока обробки встановлюють фільтр нижніх частот - фільтр Баттерворта не нижче 4-го порядку, вихід цього фільтра з'єднаний з входом ключа одержання вибірок. При подвійному диференціюванні косинусоїдального імпульсу (фіг. 2) сигнал на виході другого розв'язуючого підсилювача має вид такого ж відрізка косинусоїди, послабленого і з протилежним знаком, а також містить дві дельта-функції (фіг. 3). За допомогою діода дельтафункції усуваються (не проходять далі); таким чином, з точністю до знака спектр і форма сигналу на виході блока обробки практично залишаються незмінними. Як відомо, енергетичний спектр шуму після подвійного диференціювання буде мати вигляд: Gвих()  G0 (Kp  д)4 , де G0 - рівномірний енергетичний спектр шуму на виході фільтра, що розташований після перемножувача, K p - результуючий коефіцієнт передачі диференціатора і розв'язуючого підсилювача,  д - стала часу диференціатора, яка вибирається із умови  дзр  0,1. Потужність шуму на виході фільтра нижніх частот буде такою: 35  2 Рв их  в их  1 зр 1 1 4 2 4  G0 (K p  д) K ()d  2 mG0  5 (K p  дm ) , 2 0 (1) де K 2 ( ) - квадрат модуля коефіцієнта передачі фільтра Баттерворта, причому у смузі 40 частот від 0 до m K 2 ()  1 , а за межами цієї смуги практично дорівнює нулю. Тут m частота зрізу фільтра Баттерворта, яка вибирається із умови отримання максимуму відношення сигнал/шум на виході пристрою. Якщо б шум не підлягав обробці (подвійному диференціюванню), то на виході фільтра нижніх частот (ФНЧ) потужність шуму була б рівною:  1 зр 1 2    G0K ()d  2 mG0 , 2 0 2 45 (2) Знайдемо коефіцієнт виграшу за потужністю для шуму Kш  2 2 в их  (1/ 2)С0 m  5 (1/ 2)С0 m  (K p  дm ) 4  5 (K p  дm )4 1 , (3) UA 102040 C2 Сигнал після подвійного диференціювання можна записати у такому вигляді: 2   дК р    К     Т  cos t   A д р   t  с S" (t )  A  T   Т   Т   2 с  с    c   5   Тс    t    2    ,    (4) Сигнал S" (t ) зображено на фіг. 3. Введемо умову, щоб потужність шуму при подвійному диференціюванні на виході блока обробки була б такою ж, як і на вході. При цьому 1 (K p  д  m ) 4  1 , звідки знаходимо K p  104 5 , 5 тому що  д зр  0,1 . При цьому сигнал на виході блока обробки послаблюється. Знайдемо коефіцієнт послаблення сигналу: 10 2   дК р Kc    Т с      2      0,1 10 4 5  5 ,       зр  2  (2fзр )    (5) Послаблення сигналу за потужністю при цьому дорівнює 12,9 дБ. Крім того, сигнал ще додатково послаблюється вихідним ФНЧ. Як показують розрахунки, оптимальне співвідношення (зр / m ) дорівнює 2 , при цьому 15 згідно з (3) можна отримати: Kш 20 25 30 35 40 45  зр    4 4 5  0,1)   (10 (K p  д m )  m 5 5 4      зр     m 4   ,   (6) при зр / m  2 маємо K ш  32 дБ . Сигнал при цьому за рахунок ФНЧ послаблюється на 7 дБ. Сумарне послаблення сигналу в пристрої становить, таким чином, 20 дБ. Очевидно, що виграш у відношенні сигнал/шум, який забезпечує пристрій становить: K в  K ш  20  12 дБ , що значно краще, ніж у існуючих системах. На кресленні (Фіг. 1) наведена структурна схема пристрою. Пристрій містить фільтр 1 на виході перемножувача, блок обробки, який вміщує каскадне з'єднання двох диференціаторів 2, 4 і двох розв'язуючих підсилювачів 3, 5 та діод D з резистивним навантаженням R , вихідний фільтр нижніх частот 6, ключ одержання вибірок K в , схему прийняття рішень(СПР) - 7, схему керування (СК) - 8, при цьому вхід пристрою з'єднаний з виходом перемножувача приймача, вихід фільтра 1 з'єднаний з входом першого диференціатора, вихід першого диференціатора з'єднаний з входом першого розв'язуючого підсилювача, вихід першого розв'язуючого підсилювача з'єднаний з входом другого диференціатора, вихід другого диференціатора з'єднаний з входом другого розв'язуючого підсилювача, вихід якого з'єднаний з входом діода D з резистивним навантаженням R , вихід діода з'єднаний з входом фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот з'єднаний з входом ключа одержання вибірок K в , вихід ключа K в з'єднаний з входом схеми прийняття рішень, вихід якої і є виходом пристрою, на керуючий вхід ключа одержання вибірок надходить імпульсна послідовність від схеми керування (СК), яка запускається від кіл тактової синхронізації конкретної системи обробки сигналів. Пристрій працює наступним чином. Суміш корисного косинусоїдального відеоімпульсу тривалістю Tc і шуму надходить після фільтра демодулятора на вхід блока обробки, де піддається подвійному диференціюванню і подальшій фільтрації за допомогою вихідного фільтра нижніх частот. Після подвійного диференціювання сигнал на виході діода має вид відрізка косинусоїди (з точністю до знака) і трохи послаблюється. Шум після диференціювання стає високочастотним і суттєво послаблюється вихідним фільтром нижніх частот. Як показують розрахунки, виграш пристрою становить 12 дБ. На керуючий вхід ключа одержання вибірок надходять прямокутні імпульсні послідовності від схеми керування. 2 UA 102040 C2 Пристрій є сумісним з вже існуючими системами цифрового зв'язку і радіолокаційними системами, тому що розміщується після перемножувача приймача, ніяк не впливає на смугу робочих частот систем обробки і структуру каналу зв'язку в цілому. Є дуже ефективним для систем обробки інформації з малим рівнем потужності. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Пристрій виявлення косинусоїдальних цифрових і радіолокаційних сигналів, що містить перемножувач коливань, ключ одержання вибірок, схему прийняття рішень та схему керування, який відрізняється тим, що в нього додатково введено фільтр, блок обробки, який містить два диференціатори з двома розв'язуючими підсилювачами, діод з резистивним навантаженням та фільтр нижніх частот, який являє собою фільтр Баттерворта щонайменше четвертого порядку, причому вхід фільтра з'єднаний з виходом перемножувача, вихід фільтра з'єднаний зі входом першого диференціатора, вихід першого диференціатора з'єднаний зі входом першого розв'язуючого підсилювача, вихід цього підсилювача з'єднаний зі входом другого диференціатора, вихід другого диференціатора з'єднаний зі входом другого розв'язуючого підсилювача, вихід цього підсилювача з'єднаний зі входом діода з резистивним навантаженням, вихід діода з'єднаний зі входом фільтра нижніх частот, вихід цього фільтра з'єднаний зі входом ключа одержання вибірок Kв, вихід ключа Kв з'єднаний зі входом схеми прийняття рішень, вихід якої і є виходом пристрою. 3 UA 102040 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4