Алгоритм ускоренного поиска по времени задержки псевдослучайных сигналов с фазовой манипуляцией Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

A. G. Prohorkin, D. G. Mitrofanon Antiaircraft Defense Academy, Russia, Smolensk

RESERCH RESULTS IN STUDYING THE POSSIBILITIES OF AIR OBJECT IDENTIFICATION SIGNS OUT OF TARGET REFLECTION

Improving methodologies to form radio-location images of flying objects are presented. The advanced methods of creating radio-location images of aerodynamic flying objects are demonstrated. Full-size experiments' results in creating one-dimensional transverse radio-location images of flying objects are revealed.

© Прохоркин А. Г., Митрофанов Д. Г., 2010

УДК 621.391

А. П. Романов, Ю. В. Крылов Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск А. Ю. Середа ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

АЛГОРИТМ УСКОРЕННОГО ПОИСКА ПО ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

Рассматривается разработанный алгоритм ускоренного поиска по времени задержки псевдослучайных сигналов с фазовой манипуляцией. Проведен анализ помехоустойчивости системы.

Выражение, описывающее псевдослучайный (ПС) сигнал с фазовой манипуляцией {0, р} на интервале времени [0, Т], можно представить в виде

ь

s(t) = £ Ас ■ гесЦ/ - (к —1) $ • sin[<V + (к)], (1)

к =1

где к е 1, Ь — порядковый номер элемента анализируемого ПС-сигнала; Ь - число элементов в ПС-сигнале; Ас- значение амплитуды элементов ПС-сигнала; т - длительность элемента ПС-сигнала; гей[ ] - импульс единичной амплитуды длительностью т, такой что

rect[t - (k - 1)ф =

1 при (k -1) < t < кф 0 при (к -1) ф> t > кф

(2)

qs (к) е {0,1} - к-й двоичный элемент кодовой последовательности, посредством которой производится фазовая манипуляция в ПС-сигнале на передающей стороне.

Предлагаемый алгоритм поиска ПС-сигнала основан на методе вычисления значений огибающей через вычисление значения ее квадратур (рис. 1). Для этого используется опорный генератор ОГ, формирующий гармонический сигнал на несущей частоте юо, фазовые манипуляторы ФМ, посредством которых производится манипуляция фазы сигналов (один из сигналов сдвинут по фазе на п/2) с несущей частотой юо в соответствии с двоичным кодом опорного ПС-сигнала ь

qo(I,) = ^ GIгей [/ — (I — 1)т] (где GI - двоичный

ПС-сигнал) единичной амплитуды, получаемого с генератора кода Гпс.п, умножители ПС-сигналов х и интеграторы | произведений сигналов. Интегрирование проводится в течение длительности т каждого I элемента опорного ПС-сигнала (рис. 2, а), начиная с 1 и по Ь включительно, и заканчивается формированием значений поэлементных корреляций Кт^с)(1)

(компонентов матрицы-столбца [Кщ ^ Ктс ]).

Схема выборки и ее хранения СВХ обеспечивает хранение в течение времени т выборки результатов интегрирования (значений поэлементных корреляций Кт^с)(1)). В течение длительности I элемента опорного ПС-сигнала согласно I - 1 выборке К1Х(с)(1 - 1) и в соответствии со знаками 2ц (компонентами I - 1 столбца знаковой матрицы №пц]) производится накопление компонентов матрицы [ Кх ] ([ Кс ]) квадратурных

корреляций в виде

ks(c)i =Ё zn( j, i)Kts(c)( j) +

j=1

+Zn(l -1, i)Kts(c)(l -1)

(3)

где (1н( )) - знаковая функция, 1н{) е {—1,1}, здесь ( ) -аргумент знаковой функции: логическая функция равнозначности от двух двоичных переменных «, принимающая значения 0 или 1; ] - текущие номера элементов опорного ПС-сигнала, при которых были предварительно накоплены компоненты матрицы [ К ] ([ Кс ]) квадратурных корреляций.

Системы управления, космическая навигация и связь

Рис. 1. Структурная схема алгоритма поиска ПС-сигнала (обозначения см. в тексте)

Яо(1 )

p +1

L-1 L

to ti t2 tt

tp tp+i

tL-2 tL-1 tL

T = L t

qsp ( k )

p -1 p p+1| | |l -1 L 1 2 1 2 i p-1 p p +1

t0 t1 t2 tk

tL-р tL-p+1 tL-p+2

tL-1 tL

KTS ( L -1)

Kts (1) Kts (2) ... Kts C)| ■■■ | ... ... | ... KTS (L)

4-2

чл

Рис. 2. Диаграммы элементов ПС-сигналов и корреляций: а - опорного ПС-сигнала So(t); б - анализируемого ПС-сигнала s(t); в - поэлементных корреляций KTs(k, l) = KTs(l, l) = K„(l)

С достижением текущего номера ] = Ь все накопленные квадратурные корреляции (компоненты матриц [ Кл. ], [Кс ]) подвергаются нелинейному сложению в блоке нелинейного сложения БНС в форме К(О = к2 + кС и по полученным Ь значениям корреляций К(г) в решающей схеме РС определяется максимальное значение корреляции К(т) и номер максимального значения корреляции т = р - 1.

Помехоустойчивость рассматриваемого алгоритма поиска оценивается через вероятность ошибки Ро. Ошибка возникает при распознавании одного из Ь ПС-сигналов длительностью т в присутствии флук-туационной помехи со спектральной плотностью Ыа. Вероятность ошибки - это вероятность того, что значение какой-либо корреляции К(г) в момент поиска максимального значения для г ф р -1 окажется больше, чем значение корреляции К(г) при г = р -1. Для таких ПС-сигналов коэффициент взаимной корреляции равен -1/Ь и при Ь >> 1 эти ПС-сигналы будут очень близки к ортогональным. При некогерентном

приеме L ортогональных ПС-сигналов вероятность ошибки определяется по формуле [1]:

P0 = 1 -J t exp I-

x/0(V2hi )

(t2 + 2h2)

1 - exp I -

dt,

(4)

где И2 = А2хЬ/2Nо - отношение сигнал/помеха на входе системы поиска ПС-сигнала; N - спектральная плотность мощности помехи. Момент поиска ПС-сигнала с шагом поиска т начинается с момента времени /0, совпадающего с началом р элемента анализируемого ПС-сигнала, и вероятность ошибки Ро будет в этом случае наименьшей при заданном ОСП И2, так как значение корреляции К(р -1) будет наибольшим (рис. 2, а, б). Так, при И = 5,94 и Ь = 20 000 вероятность ошибки будет не больше 1 ■ 10-4.

Предложенный алгоритм поиска ПС-сигнала может быть использован в приемной аппаратуре межспутниковой радиолинии бортового информаци-

1

а

б

в

о

онно-навигационного комплекса космического аппарата «Глонасс-К». Применение этого алгоритма способствует уменьшению времени на синхронизацию, увеличению времени на измерение и, следовательно, снижению погрешности измерения. Приведенная вероятность ошибок подтверждается результатами моделирования работы схемы поиска в присутствии

флуктуационной помехи и соответствует оптимальному некогерентному приему ПС-сигналов.

Библиографическая ссылка

1. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М. : Радио и связь, 1985.

А. P. Romanov, Yu. V. Krylov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

А. Yu. Sereda

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

ALGORITHM OF ADVANCED SEARCH AT TIME DELAY OF PSEUDORANDOM SIGNALS WITH PHASE MANIPULTION

In the given work the developed algorithm of the accelerated search in time of a delay ofpseudo-casual signals with phase manipulation is considered. The analysis of a noise stability of system is carried out.

© Романов А. П., Середа А. Ю., Крылов Ю. В., 2010

УДК 621.372.01

А. П. Романов, Ю. В. Крылов Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск А. Ю. Середа ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

СХЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА

Представлена схема восстановления несущей сигнала с фазовой манипуляцией, имеющая преимущества перед схемой Костаса вследствие меньшей дисперсии фазовой ошибки. Также в ходе проведенных исследований было доказано, что схема формирования опорного напряжения имеет преимущество в отсутствие ложного захвата.

Схема формирователя опорного напряжения (ФОН) (см. рисунок) работает следующим образом. Пусть принятый сигнал определяется по формуле

Uc (t) = U ^os^t + pE (i) + jc

(1)

Напряжение u1 получается путем возведения в квадрат: u1 = Ц2cos(2ю01 + 2ф), Ц - путем сдвига на 90° напряжения гетеродина, управляемого напряжением (ГУН): Ц2 = Цг^ш(2ю,/ + 2ф). Далее оно смешивается в смесителе, выполненном на перемножителе, с принятым сигналом:

Ц ^) = и2 ^) • и0 ^) = 2 и0 • иг2 (яп(^ + ре(0 -1 2

ф + 2ф) = - Ц • иг2 + 2ф-рЕ(0 -Фс). (2)

Тогда напряжение на выходе перемножителя и фильтра нижних частот будет

U 4(t) = U o(t) -U 3(t) = 1U 0

2 U„2:

<(sin(ro0t + 2j - pE(i) - jc - pE(i) + jc - ю01) = = 1U02 - Uг2 (sin(-2pE(i) + 2j - 2jc) =

= 1U02 -Uг2 sin2Dj .

(3)

ХНЧФ

Исследуемая схема ФОН

Если Аф = 0, то напряжение на выходе фильтра нижних частот Ц ^) будет максимальным и приведет к синхронизации ГУН с сигналом. Если Аф^ 0, то напряжение на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ)