Устройство для оценки времени приема радиосигнала, прошедшего приземный канал распространения радиоволн

 

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения радиосигналов. Сущность полезной модели состоит в том, что в известное устройство, содержащее один вход и один выход, детектор, блок измерения момента прихода, дополнительно введены второй детектор, второй блок измерения момента прихода радиосигнала, блок вычисления пеленга, блок расчета фазовых сдвигов, два цифровых фазовращателя, два сумматора, третий блок измерения момента прихода радиосигнала, третий детектор, блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала, четвертый блок измерения момента прихода радиосигнала. В полезной модели используется 3 совместных алгоритма обработки радиосигналов: додетекторная обработка, последетекторная обработка, обработка в отдельных каналах. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение - повышение точности определения момента прихода радиосигнала.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения радиосигналов.

Известно устройство для определения момента прихода радиосигнала в условиях многолучевого распространения, содержащее блок формирования вектора корреляций входного сигнала с совокупностью опорных передаваемых сигналов, блок формирования векторов оценок комплексных амплитуд, включающих амплитуды и фазы прямого и отраженных сигналов для каждого из значений задержки прямого сигнала, блок формирования функционала правдоподобия и блок определения момента прихода прямого сигнала на основе поиска максимума функционала правдоподобия [1].

Недостатком такого устройства является низкая точность определения момента прихода радиосигнала, поскольку данное устройство является одноканальным, и в нем отсутствует совместная додетекторная и последетекторная обработка принимаемого сигнала, повышающая точность определения момента прихода принимаемого радиосигнала (методы додетекторной и последетекторной обработки принимаемого сигнала имеют различную эффективность). Недостатком данного устройства также является то, что его работа осуществляется только по известному сигналу, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким к заявляемому объекту, является устройство для оценки времени прихода радиосигнала, содержащее один вход и один выход, каскадно-соединенные коррелятор, блок формирования прямоугольных импульсов, детектор и блок измерения момента прихода радиосигнала. [2]

Недостатком устройства-прототипа является низкая точность определения момента прихода радиосигнала, поскольку данное устройство является одноканальным, и в нем отсутствует совместная додетекторная и последетекторная обработка принимаемого сигнала, повышающие точность определения момента прихода принимаемого радиосигнала. Недостатком данного устройства также является то, что работа осуществляется только по известному сигналу, что ограничивает его область применения данного устройства.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель - повышение точности определения момента прихода радиосигнала. Решение поставленной задачи, достигается тем, что в устройство для оценки времени прихода радиосигнала, содержащее один вход и один выход, каскадно-соединенные: детектор, блок измерения момента прихода радиосигнала, дополнительно введены второй, третий и четвертый входы, каскадно-соединенные второй детектор и второй блок измерения момента прихода радиосигнала, блок вычисления пеленга, имеющий четыре входа, соединенные с четырьмя входами устройства, и один выход, блок расчета фазовых сдвигов, вход которого соединен с выходом блока вычисления пеленга, первый и второй цифровые фазовращатели, имеющие по три входа, первые и вторые из которых соединены с четырьмя входами устройства, а третий - с выходом блока расчета фазовых сдвигов, и по два выхода, первый сумматор, содержащий четыре входа, первый и второй из которых соединены с двумя выходами первого цифрового фазовращателя, а третий и четвертый - с выходами второго цифрового фазовращателя, и два выхода, каскадно-соединенные третий детектор и третий блок измерения момента прихода радиосигнала, блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала, имеющий четыре входа, первый, второй и четвертый из которых, соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего блоков измерения момента прихода радиосигнала, и один выход, соединенный с выходом устройства, второй сумматор, имеющий два входа, первый из которых соединен со вторым выходом первого детектора, а второй вход - со вторым выходом второго детектора, и один выход, четвертый блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом второго сумматора, и один выход, соединенный с третьим входом блока выбора наименьшего значения оценки момента прихода радиосигнала.

Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

На чертеже обозначено: 1, 2, 3 и 4 - первый, второй, третий и четвертый входы устройства; 5 - блок вычисления пеленга; 6 - блок расчета фазовых сдвигов; 7 и 8 первый и второй цифровые фазовращатели; 9 - первый сумматор; 10 - третий детектор; 11 - третий блок измерения момента прихода радиосигнала; 12 - блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала; 13 и 14 - первый и второй детекторы; 15 - второй сумматор; 16 - четвертый блок измерения момента прихода радиосигнала; 17 - первый блок измерения момента прихода радиосигнала; 18 - второй блок измерения момента прихода радиосигнала; 19 - выход устройства;

Работа предлагаемого устройства для оценки времени прихода радиосигнала, основана на реализации в нем трех совместных алгоритмов оценки момента прихода радиосигнала. Рассмотрим каждый из них в отдельности.

Алгоритм додетекторного суммирования сигналов осуществляется следующим образом. На входы 1, 2, 3 и 4 устройства поступают квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые затем поступают на четыре входа блока вычисления пеленга 5, и одновременно - на первые и вторые входы первого 7 и второго 8 цифровых фазовращателей. В блоке вычисления пеленга 5, производится оценка направления прихода сигнала, после чего данные о пеленге поступают в блок расчета фазовых сдвигов 6, где вычисляется разность фаз между принятыми сигналами. Сигналы с выхода блока расчета фазовых сдвигов 6, поступают на входы цифровых фазовращателей 7 и 8, в которых производится выравнивание фаз квадратурных составляющих сигнала. Сигналы, с выходов цифровых фазовращателей 7 и 8 поступают на первый сумматор 9. Амплитуда суммарного сигнала при додетекторном суммировании сигналов на выходе антенной решетки в n-ом временном дискрете определяется выражением:

,

где Aci(n) и Asi (n) - отсчеты квадратурных составляющих сигнала в момент времени n; N - число суммируемых каналов; iфв - фазовый сдвиг.

Просуммированные квадратурные составляющие сигнала поступают на третий детектор 10, в котором производится выделение огибающей сигнала, огибающая сигнала поступает на вход третьего блока измерения момента прихода радиосигнала 11, в котором пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. С выхода последнего сигнал поступает на вход блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 12.

Алгоритм последетекторного суммирования сигналов осуществляется следующим образом. На входы 1, 2, 3 и 4 устройства поступают квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые затем поступают на входы детекторов 13 и 14, в детекторах производится выделение огибающей сигнала отдельно для каждого канала. Далее огибающие сигнала поступают на вход второго сумматора 15, где огибающие суммируются. Амплитуда суммарного сигнала на выходе схемы последетекторного суммирования сигналов в n-ом временном дискрете описывается выражением:

,

где Аci(n), Аsi(n) - отсчеты квадратурных составляющих сигнала в момент времени n; N - число суммируемых каналов.

С выхода второго сумматора 15 сигнал поступает на вход четвертого блока измерения момента прихода радиосигнала 16, в котором пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. Далее сигнал поступает на вход блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 8.

Оценка момента прихода радиосигнала в отдельных каналах осуществляется следующим образом. На входы 1, 2, 3 и 4 устройства, поступают квадратурные составляющие принимаемого сигнала, которые поступают на входы детекторов 13 и 14, где производится выделение огибающей сигнала отдельно для каждого канала. Огибающие сигнала поступают на входы измерителей момента прихода радиосигнала 17 и 18, в которых пороговым методом оценивается момент прихода радиосигнала. Далее сигналы поступают на входы блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 12. В блоке выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала 12 происходит выбор наименьшего значения момента прихода радиосигнала, среди сигналов, поступивших на его входы.

Пороговый метод оценки прихода импульсного сигнала реализуется следующим образом. N последовательных отсчетов огибающей сигнала в окне регистрации, начиная с первого, сравниваются с заданным пороговым уровнем р. В случае превышения всеми N отсчетами сигнала порогового уровня принимается решение о том, что моменту прихода радиосигнала соответствует первый отсчет в окне регистрации. Если один или несколько из N отсчетов сигнала не превысили заданный порог, то принимается решение о том, что моменту прихода не соответствует первый отсчет сигнала. Далее с заданным порогом сравнивается N отсчетов сигнала, начиная со второго, третьего и последующих отсчетов до тех пор, пока, начиная с i-го отсчета в N отсчетах подряд, не будет превышен порог р. В этом случае за момент прихода радиосигнала принимается временное положение первого из N отсчетов превысивших порог.

Алгоритм функционирования измерителя с цифровым порогом описывается условием: если s(i)>ps(i+1)>ps(i+N)>р, то tпр=i, где - логическая операция «И»; s(i),, s(i+N) - отсчеты огибающей сигнала в пределах окна регистрации; р - пороговый уровень; i - момент времени; tпр - момент прихода радиосигнала; N - длительность окна анализа.

Повышение точности определения момента прихода радиосигнала, по сравнению с прототипом, достигается за счет увеличения числа каналов и введения совместной оценки момента прихода принимаемого радиосигнала, в алгоритмах додетекторного и последетекторного суммирования сигналов, и составляет не менее полутора раз.

Источники информации, использованные при составлении описания полезной модели:

1. Патент РФ 2278470, кл. Н04В 1/68, Н04В 7/08. Способ синхронизации радиосигнала. Заявл. 03.11.2003 г.

2. Патент США 6675018, кл. H04Q 7/20, U.S.CL. 455/456.1, опубликован 6.01.2004 - прототип.

Устройство для оценки времени приема радиосигнала, прошедшего приземный канал распространения радиоволн, содержащее один вход и один выход и блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход и один выход, отличающееся тем, что в нем дополнительно образованы второй, третий и четвертый входы и введены первый и второй блоки выделения огибающих сигналов, имеющие по два входа, соединенных соответственно с первым и вторым, третьим и четвертым входами устройства, и по одному выходу, второй блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом второго блока выделения огибающей сигнала, и один выход, блок вычисления пеленга, имеющий четыре входа, соединенных с четырьмя входами устройства, и один выход, блок расчета фазовых сдвигов, имеющий один вход, соединенный с выходом блока вычисления пеленга, и один выход, первый и второй цифровые фазовращатели, имеющие по три входа и по два выхода, первый и второй входы первого цифрового фазовращателя соединены с первым и вторым входами устройства, первый и второй входы второго цифрового фазовращателя соединены с третьим и четвертым входами устройства, а третьи входы первого и второго цифровых фазовращателей - с выходом блока расчета фазовых сдвигов, первый сумматор, содержащий четыре входа, первый и второй из которых соединены с двумя выходами первого цифрового фазовращателя, а третий и четвертый - с выходами второго цифрового фазовращателя, и два выхода, третий блок выделения огибающей сигнала, имеющий два входа, соединенных с выходами первого сумматора, и один выход, третий блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом третьего блока выделения огибающей сигнала, и один выход, блок выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала, имеющий четыре входа, первый, второй и четвертый из которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего блоков измерения момента прихода радиосигнала, и один выход, являющийся выходом устройства, второй сумматор, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом первого блока выделения огибающей сигнала, а второй вход - с выходом второго блока выделения огибающей сигнала, и один выход, четвертый блок измерения момента прихода радиосигнала, имеющий один вход, соединенный с выходом второго сумматора, и один выход, соединенный с третьим входом блока выбора наименьшего значения момента прихода радиосигнала, при этом вход первого блока измерения момента прихода радиосигнала соединен с выходом первого блока выделения огибающей сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокации и может найти применение в импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сантиметрового диапазона для обнаружения воздушных и наземных целей, измерения их координат и параметров движения

Полезная модель относится к области информационных технологий, а именно, к сетям передачи пакетов информационных данных, и может быть использована при построении базовых станций сверхвысокоскоростной самоорганизующейся сети миллиметрового Е-диапазона радиоволн
Наверх