Устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум

 

Устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум. Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для улучшения качества приема сигналов радиосвязи в широком диапазоне частот. Задачей полезной модели является автоматическое определение канала радиосвязи, в котором отношение сигнал-шум максимально, с одновременной расстановкой остальных каналов в порядке ухудшения отношения сигнал-шум. Для решения этой задачи известное устройство поиска каналов радиосвязи предлагается дополнить индикатором, блоком управления, последовательно соединенными блоком сравнения и записи уровней сигналов, буфером памяти, блоком выбора номера частоты и расстановки частот, шифратором, передатчиком, антенным переключателем, последовательно соединенными схемой накопления с усреднением, усилителем мощности, аналого-цифровым преобразователем, блоком определения экстремумов, генератором напряжений пороговых уровней с соответствующим изменением межблочных связей. За счет этого анализируются все каналы и частоты радиосвязи, среди них определяется канал с максимальным отношением сигнал-шум. При этом для каждого канала определяется порог работоспособности, что позволяет сравнивать их между собой по качеству. Кроме того, появляется возможность передачи потенциальному источнику сообщений закодированной информации о наиболее чистом от шумов канале, обеспечивая тем самым оптимальные условия приема полезных сообщений.

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для улучшения качества приема сигналов радиосвязи в широком диапазоне частот.

Известно устройство автоматического поиска наилучшего канала радиосвязи [1], содержащее антенну, выход которой связан со входом приемника, N вторых входов которого соединены с соответствующими N выходами коммутатора частот приема (КЧП), вход которого связан с выходом блока сравнения (БС) и входом триггера, выход которого соединен с первым входом схемы "И", второй вход которой связан со вторым выходом приемника, а выход - с входом блока предварительного времени анализа (БПВА), второй выход которого подключен ко входу линии задержки, выход которой соединен со вторым входом триггера, причем первый выход блока основного времени анализа (БОВА) соединен со входом ключа, выход которого связан с первым выходом приемника и первым входом БС, второй вход которого подключен к выходу дополнительного ключа, второй вход которого соединен с первым выходом блока формирования импульса «Проба» (БФИП), первый вход которого связан с третьим выходом БОВА, четвертый выход которого подключен ко второму входу коммутатора порогов, выход которого связан с первым входом дополнительного ключа, а первый вход - со вторым выходом БФИП, второй вход которого подключен к первому выходу БПВА, второй выход которого соединен с третьим входом коммутатора порогов.

Данное устройство действительно способно автоматически определять канал радиосвязи с малым уровнем шумов и помех. Однако при последовательном просмотре и анализе всех возможных частот приема в интересах поиска наилучшего канала радиосвязи данное устройство прекращает свою работу при нахождении хотя бы одного подходящего (удовлетворяющего критерию) канала, который может уступать по величине отношения сигнал-шум другим каналам. Другими словами, при нахождении канала с уровнем шума, меньшим заранее выбранного значения (порога), анализ и поиск прекращаются и последующие каналы (частоты) не проверяются, что не приводит к оптимальному результату. Это является существенным недостатком устройства [1].

Задачей полезной модели является автоматическое определение канала радиосвязи, в котором отношение сигнал-шум максимально, с одновременной расстановкой остальных каналов в порядке ухудшения отношения сигнал-шум.

Для решения этой задачи известное устройство [1] предлагается дополнить индикатором, блоком управления (БУ), последовательно соединенными блоком сравнения и записи уровней сигналов (БСЗУС), буфером памяти (БП), блоком выбора номера частоты и расстановки частот (БВНЧРЧ), шифратором, передатчиком, антенным переключателем (АП), последовательно соединенными схемой накопления с усреднением (СНУ), усилителем мощности, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), блоком определения экстремумов (БОЭ), генератором напряжений пороговых уровней (ГНПУ) с соответствующим изменением межблочных связей.

За счет этого анализируются все каналы и частоты радиосвязи, и среди них определяется канал или совокупность каналов с максимальным отношением сигнал-шум. При этом для каждого канала определяется порог работоспособности, что позволяет сравнивать их между собой по качеству. Кроме того, появляется возможность передачи потенциальному источнику сообщений закодированной информации о наиболее чистом от шумов канале или каналах, обеспечивая тем самым оптимальные условия приема полезных сообщений.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум. Согласно схеме устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум содержит последовательно соединенные АП 2, приемник 3, СНУ 4, усилитель мощности 5, АЦП 6, БСЗУС 7, БП 14, БВНЧРЧ 13, шифратор 12 и передатчик 11, подключенный своим выходом к входу АП 2, а также содержит антенну 1, КЧП 10, ГНПУ 9, коммутатор порогов 8, БУ 15, БОЭ 16 и индикатор 17. При этом N выходов КЧП 10 подключены к соответствующим N вторым входам приемника 3, а вход КЧП 10 - к выходу БВНЧРЧ 13. Выход БУ 15 связан со вторым входом коммутатора порогов 8 и третьим входом БСЗУС 7. Вход-выход антенны 1 соединен с вход-выходом АП 2, а выход ГНПУ 9 - с первым входом коммутатора порогов 8. Выход АЦП 6 подключен также к входу БОЭ 16, выход которого соединен со входом ГНПУ 9. Второй выход БВНЧРЧ 13 связан при этом со входом индикатора 17. Выход коммутатора порогов 8 подключен к второму входу БСЗУС 7.

Устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум работает следующим образом.

До поступления на вход КЧП 10 сигнала с кодом выбранной частоты (или выбранных частот) приема КЧП 10 поочередно перестраивает приемник 3 на одну из N фиксированных частот, перекрывающих диапазон приема. Приемник 3 имеет возможность работать на одной из N частот, т.е. всего предусмотрено N частот приема информации. Для перестройки на n-ю частоту на соответствующий n-й второй вход приемника 3 подается управляющий сигнал логической единицы с соответствующего n-го выхода КЧП 10. Период перестройки приемника 3 на очередную частоту определяется периодом следования логических единиц с выхода КЧП 10. Логическая единица формируется только на одном из выходов блока 10. На других выходах в это время сигнал либо отсутствует, либо его величина соответствует логическому нулю.

С выхода приемника 3 шумовое напряжение n-го канала (канала с n-й частотой) совместно с полезными сигналами, если таковые имеют место, поступают на СНУ 4, предназначенную для выделения среднего уровня шумовых напряжений канала. Блок 4 может представлять собой последовательно соединенные интегратор и делитель. Интегратор складывает уровни поочередно поступающих сигналов шума, используя для этого свой малый интервал дискретизации, а делитель определяет их средний уровень путем деления накопленного суммарного сигнала на число просуммированных сигналов.

Среди суммируемых сигналов могут оказаться и полезные, так как их нахождение является случайным событием. Однако полезные сигналы дискретны, непродолжительны, коротки, а шумовое напряжение непрерывно во времени. Поэтому возможное присутствие полезных сигналов не может существенно повлиять на выделяемый средний уровень шума.

Сигнал с выхода СНУ 4, соответствующий среднему уровню шума, усиливается по мощности в усилителе мощности 5 и поступает на вход АЦП 6 для перевода его из аналитической в цифровую форму. После этого цифровой сигнал среднего уровня шума n-го канала поступает на первый вход БСЗУС 7, где запоминается. Блок сравнения и записи уровней сигналов 7 в отличие от блока сравнения прототипа выполнен с возможностью записи уровней сигналов, поступающих на его первый вход в различные моменты времени. Конструктивно БСЗУС 7 представляет собой электронно-вычислительную машину или микропроцессор [2,3], в оперативной памяти которого могут быть сохранены уровни поступающих сигналов и другая информация. Через интервал времени пер, достаточный для усреднения шумового напряжения, КЧП 10 переключает приемник 3 в режим приема сигнала следующей (n+1)-й частоты, и операция запоминания среднего уровня шумового напряжения в БСЗУС 7 повторяется.

Запоминание уровней проводится на интервале времени, равном пер N, в результате чего в БСЗУС 7 запоминаются средние уровни сигналов шума всех N каналов радиосвязи. Коммутатор порогов 8 поочередно подает со своего выхода на второй вход БСЗУС 7 уровни порогов, вырабатываемые ГНПУ 9. Для того, чтобы ГНПУ 9 имел конкретный диапазон изменения пороговых уровней, на его вход подаются сигналы максимального и минимального средних уровней шума с выхода БОЭ 16. Эти сигналы определяются БОЭ 16 путем сравнения величин сигналов, поступающих с выхода АЦП 6. Найденные экстремумы (максимум и минимум) используются ГНПУ 9 для установления диапазона изменения порогов. Нижний уровень этого диапазона должен быть ниже зафиксированного БОЭ 16 минимума, а верхний - выше зафиксированного максимума. Разделение (квантование) установленного диапазона изменения порогов на S равных дискретных интервалов приводит к формированию S порогов, используемых затем в БСЗУС 7.

Блок управления 15 предназначен для управления работой блоков 7 и 8. Сигнал с выхода БУ 15 разрешает коммутатору порогов 8 подать на второй вход БСЗУС 7 напряжение первого порога, а блоку сравнения - произвести сравнение всех N запомненных средних уровней шума с этим порогом. Если средний уровень шума в n-м канале оказывается ниже поданного напряжения порога (пороги подаются в порядке возрастания), то номер этого канала вместе с номером (или с уровнем) порога, превысившего его, запоминаются в БП 14 и в дальнейших сравнениях в БСЗУС 7 не участвуют. По истечении времени сравнения Тер, достаточного для сравнения всех средних значений шума с порогом, БУ 15 подает очередной сигнал разрешения на входы коммутатора порогов 8 и БСЗУС 7. Коммутатор порогов 8 по приходу этого сигнала подключает к второму входу БСЗУС 7 очередной порог, а сам БСЗУС 7 сравнивает с ним все оставшиеся в массиве анализа средние уровни шума каналов радиосвязи.

Так, последовательно направляя на БСЗУС 7 все S уровней порогов, определяются номера каналов с соответствующим средним уровнем шума. Вся эта информация запоминается в БП 14.

С выхода ПБ 14 информация об уровне шума в каналах подается в БВНЧРЧ 13, который определяет номера каналов с минимальным уровнем шума. Для этого сравниваются номера порогов, при которых соответствующие каналы были исключены из анализа в БСЗУС 7. Очевидно, что лучшими будут признаны каналы или частоты, номера которых поступили в БП 14 и БВНЧРЧ 13 ранее других, т.е. на одном из первых циклов сравнения. Однако таких каналов может оказаться несколько, что ставит их в одинаковое предпочтительное положение. В этом случае БВНЧРЧ 13 выбирает не один, а несколько свободных от шума каналов и подает их номера на вход КЧП 10 поочередно или по определенному алгоритму, переключая тем самым приемник 3 в режим приема информации только по этим каналам.

Чем меньше уровень шума в канале, тем выше в нем (при постоянстве уровня полезного сигнала) отношение сигнал-шум. Таким образом, выбранный блоком 13 канал (каналы) отличается от других максимальной величиной отношения сигнал-шум. Блок 13 предназначен также для расстановки каналов или (что то же самое) соответствующих частот в приоритетный ряд по критерию уменьшения отношения сигнал-шум. Номера каналов или частот в порядке ухудшения качества приема со второго выхода БВНЧРЧ 13 подаются на вход индикатора 17, где визуализируются для оповещения обслуживающего персонала.

При необходимости приема сообщений от вполне конкретного источника номер выбранного канала зашифровывается в шифраторе 12 и в шифрованном виде подготавливается передатчиком 11 для излучения в эфир. Передатчик 11 подает зашифрованную (временными кодовыми расстановками) и усиленную по мощности последовательность импульсов с кодом номера наилучшего канала через АП 2 в антенну 1, которая и излучает эту совокупность импульсов в направлении предполагаемого источника полезных сообщений.

Все новые элементы устройства являются широко известными в радиотехнике, технике связи и теории обработки сигналов [2-8], что говорит об осуществимости и реализуемости предложенного устройства.

Как видно из описания, предлагаемое устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум устраняет основной недостаток прототипа, заключающийся в рекомендации одного (не всегда наилучшего) из каналов, свободных от шумов и помех, в качестве пригодного для радиосвязи. В результате предложенным устройством выбирается не первый из пригодных по определенному критерию каналов, а все наилучшие каналы с максимальным отношением сигнал-шум, а остальные расставляются в порядке ухудшения качества приема, что можно использовать как дополнительную полезную информацию, решая другие родственные задачи.

Источники информации

1. А.С. СССР 362497 от 13.12.1972 г. МПК Н04В 1/10. Устройство автоматического поиска каналов радиосвязи. Романенко К.И., Плотникова Л.А. и др. Заявлено 30.04.1971. Бюллетень изобретений 1977 г. 2 (прототип).

2. Кузьмин С.3. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М., Радио и связь, 1986. 352 с.

3. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М., Радио и связь, 1984. 152 с.

4. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.

5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. - М.: Сов. радио, 1973. - 496 с.

6. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория. Справочник / Под ред. Я.Д.Ширмана. М., Радиотехника, 2007. 512 с.

7. Селекция и распознавание на основе локационной информации / Под ред. А.Л. Горелика. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.

8. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / Под ред. Л.Т. Тучкова. - М.: Радио и связь, 1985. - 236 с.

Устройство автоматического определения каналов радиосвязи с максимальным отношением сигнал-шум, содержащее антенну, коммутатор порогов, коммутатор частот приема и приемник, причем N вторых входов приемника соединены с соответствующими N выходами коммутатора частот приема, где N - общее число частот приема или каналов радиосвязи, отличающееся тем, что дополнительно вводят блок управления, индикатор, последовательно соединенные блок сравнения и записи уровней сигналов, буфер памяти, блок выбора номера частоты и расстановки частот, шифратор, передатчик, антенный переключатель, последовательно соединенные схему накопления с усреднением, усилитель мощности, аналого-цифровой преобразователь, блок определения экстремумов и генератор напряжений пороговых уровней, при этом вход индикатора соединяют со вторым выходом блока выбора номера частоты и расстановки частот, первый выход которого подключают ко входу коммутатора частот приема, первый вход приемника соединяют с выходом антенного переключателя, а выход - со входом схемы накопления с усреднением, вход-выход антенны связывают с вход-выходом антенного переключателя, выход аналого-цифрового преобразователя подключают к первому входу блока сравнения и записи уровней сигналов, второй вход которого связывают с выходом коммутатора порогов, первый вход которого соединяют с выходом генератора напряжений пороговых уровней, а второй вход - с выходом блока управления и третьим входом блока сравнения и записи уровней сигналов, причем третий вход блока сравнения и записи уровней сигналов является входом для сигнала разрешения сравнения поступающих на первый вход сигналов с порогами, подаваемыми на второй вход.



 

Похожие патенты:

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.

Проектирование многоцелевого автоматизированного приемопередающего узла управления и радиосвязи относится к радиотехнике и может быть использовано в сетях радиосвязи широкого применения и в радиопеленгации, в частности, в ведомственных неоднородных радиосетях коротковолновой (КВ), ультракоротковолновой (УКВ), спутниковой радиосвязи и в радиопеленгации источников радиоизлучений (ИРИ) стационарного и мобильного базирования.

Полезная модель относится к внешним спутниковым навигационным приемникам, которые могут найти широкое применение для приема навигационных сигналов от двух глобальных спутниковых навигационных систем: ГЛОНАСС и GPS.

Полезная модель относится к технике связи и может быть использована в наземных станциях спутниковой связи

Полезная модель относится к оптоэлектронике и может быть использована в конструировании и разработке аппаратуры, применяемой при физических и биологических исследованиях, а также в медицинской практике и служит для стабилизации интенсивности спектральных линий излучения газоразрядных ламп

Вертолет // 126322

Полезная модель относится к области навигации, а точнее к измерению и прогнозированию параметров морского волнения с помощью неконтактных измерителей

Полезная модель относится к системам радиолокационного обнаружения воздушных объектов и в частности - к устройствам обнаружения беспилотных летательных аппаратов с малой радиолокационной заметностью
Наверх