Псевдослучайная перестройка рабочей частоты. Помехозащищенность систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Способ приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и устройство для его осуществления

Еще в школьной программе есть положение о том, что любое движение одного тела можно зафиксировать только лишь относительно иного тела. Это положение и называют термином «относительность движения». По картинкам учебников было понятно, что для стоящего на берегу реки плывущей мимо лодки складывается из ее скорости и скорости течения реки. После такого детального рассмотрения становится ясно, что относительность движения окружает нас во всех аспектах нашей жизни. Скорость объекта - величина относительная, но и производная от нее, ускорение, также становится Важность такого вывода состоит в том, что именно ускорение имеется в составе формулы второго закона Ньютона (основного закона механики). По этому закону любая сила, воздействующая на тело, дает ему пропорциональное ей ускорение. Относительность движения заставляет задать дополнительный вопрос: относительно какого тела придается ускорение?

В данном законе нет никаких пояснений на этот счет, но путем простых логических умозаключений можно прийти к выводу, что, поскольку сила является мерой воздействия одного тела (1) на другое (2), то эта же сила сообщает телу (2) ускорение относительно тела (1), а не просто какое-то абстрактное ускорение.

Относительность движения - это зависимость определенной какого-либо тела, определенного пути, скорости и перемещения от выбранных систем отсчета. В аспекте кинематики любые применяемые системы отсчета равноправны, но при этом все кинематические характеристики этого движения (траектория, скорость, перемещение) в них разные. Все величины, зависящие от выбранной системы отсчета, с помощью которой будут производиться их измерения, называются относительными.

Относительность движения, определение которой довольно сложно дать без детального рассмотрения других понятий, требует точного математического расчета. Говорить о том, движется тело или нет, можно тогда, когда абсолютно ясно, относительно чего (тела отсчета) меняется его положение. Система отсчета представляет собой совокупность таких элементов, как тело отсчета, а также связанных с ним системы координат и системы отсчета времени. По отношению к этим элементам и рассматривается движение любых тел или Математически движение объекта (точки) по отношению к избранной системе отсчета описывается уравнениями, устанавливающими, как изменяются во времени координаты, которые определяют положение объекта в этой системе. Такие уравнения, определяющие относительность движения, называют уравнениями движения.

В современной механике любое движение объекта является относительным, поэтому его следует рассматривать только по отношению к другому объекту (телу отсчета) или целой системе тел. Например, нельзя просто указать, что Луна движется вообще. Правильным высказыванием будет то, что Луна движется по отношению к Солнцу, Земле, звездам.

Часто в механике и систему отсчета увязывают не с телом, а с целым континуумом базовых тел (настоящих или вымышленных), которые определяют систему координат.

В кинофильмах нередко показывают движение относительно различных тел. Так, например, в одних кадрах показывают поезд, который движется на фоне какого-то пейзажа (это движение относительно поверхности Земли), а в следующих - купе вагона, в окнах которого мелькают деревья (движение относительно одного вагона). Любое движение или покой тела, являющийся частным случаем движения, относительны. Поэтому, отвечая на простой вопрос, движется или покоится тело, и как оно движется, нужно уточнять, относительно каких объектов рассматривается его движение. Выбор систем отсчета, как правило, производится в зависимости от поставленных условий задачи.

Можно ли быть неподвижным и при этом двигаться быстрее автомобиля Формулы 1? Оказывается, можно. Любое движение зависит от выбора системы отсчета, то есть любое движение относительно. Тема сегодняшнего урока: «Относительность движения. Закон сложения перемещений и скоростей». Мы узнаем, как выбрать систему отсчета в том или ином случае, как при этом найти перемещение и скорость тела.

Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. В этом определении ключевой является фраза «относительно других тел». Каждый из нас относительно какой-либо поверхности неподвижен, но относительно Солнца мы совершаем вместе со всей Землей орбитальное движение со скоростью 30 км/с, то есть движение зависит от системы отсчета.

Система отсчета - совокупность системы координат и часов, связанных с телом, относительно которого изучается движение. Например, описывая движения пассажиров в салоне автомобиля, систему отсчета можно связать с придорожным кафе, а можно с салоном автомобиля или с движущимся встречным автомобилем, если мы оцениваем время обгона (рис. 1).

Рис. 1. Выбор системы отсчета

Какие же физические величины и понятия зависят от выбора системы отсчета?

1. Положение или координаты тела

Рассмотрим произвольную точку . В различных системах она имеет разные координаты (рис. 2).

Рис. 2. Координаты точки в разных системах координат

2. Траектория

Рассмотрим траекторию точки, находящейся на пропеллере самолета, в двух системах отсчета: системе отсчета, связанной с пилотом, и системе отсчета, связанной с наблюдателем на Земле. Для пилота данная точка будет совершать круговое вращение (рис. 3).

Рис. 3. Круговое вращение

В то время как для наблюдателя на Земле траекторией данной точки будет винтовая линия (рис. 4). Очевидно, что траектория зависит от выбора системы отсчета.

Рис. 4. Винтовая траектория

Относительность траектории. Траектории движения тела в различных системах отсчета

Рассмотрим, как меняется траектория движения в зависимости от выбора системы отсчета на примере задачи.

Задача

Какой будет траектория точки на конце пропеллера в разных СО?

1. В СО, связанной с летчиком самолета.

2. В СО, связанной с наблюдателем на Земле.

Решение:

1. Относительно самолета ни летчик, ни пропеллер не перемещаются. Для летчика траектория точки будет казаться окружностью (рис. 5).

Рис. 5. Траектория точки относительно летчика

2. Для наблюдателя на Земле точка движется двумя способами: вращаясь и двигаясь вперед. Траектория будет винтовой (рис. 6).

Рис. 6. Траектория точки относительно наблюдателя на Земле

Ответ : 1) окружность; 2) винтовая линия.

На примере данной задачи мы убедились, что траектория - это относительное понятие.

В качестве самостоятельной проверки предлагаем вам решить следующую задачу:

Какой будет траектория точки на конце колеса относительно центра колеса, если это колесо совершает поступательное движение вперед, и относительно точек, находящихся на земле (неподвижный наблюдатель)?

3. Перемещение и путь

Рассмотрим ситуацию, когда плывет плот и в какой-то момент с него спрыгивает пловец и стремится переправиться на противоположный берег. Перемещение пловца относительно рыбака, сидящего на берегу, и относительно плота будет разным (рис. 7).

Перемещение относительно земли называют абсолютным, а относительно движущегося тела - относительным. Перемещение движущегося тела (плота) относительно неподвижного тела (рыбака) называют переносным.

Рис. 7. Перемещение пловца

Из примера следует, что перемещение и путь являются относительными величинами.

4. Скорость

С помощью предыдущего примера можно легко показать, что скорость тоже относительная величина. Ведь скорость - это отношение перемещения ко времени. Время у нас одно и то же, а перемещение разное. Следовательно, скорость будет разной.

Зависимость характеристик движения от выбора системы отсчета называется относительностью движения .

В истории человечества были и драматичные случаи, связанные как раз с выбором системы отсчета. Казнь Джордано Бруно, отречение Галилео Галилея - все это следствия борьбы между сторонниками геоцентрической системы отсчета и гелиоцентрической системы отсчета. Уж очень сложно было человечеству привыкнуть к мысли о том, что Земля - это вовсе не центр мироздания, а вполне обычная планета. А движение можно рассматривать не только относительно Земли, это движение будет абсолютным и относительно Солнца, звезд или любых других тел. Описывать движение небесных тел в системе отсчета, связанной с Солнцем, намного удобнее и проще, это убедительно показали сначала Кеплер, а потом и Ньютон, который на основании рассмотрения движения Луны вокруг Земли вывел свой знаменитый закон всемирного тяготения.

Если мы говорим, что траектория, путь, перемещение и скорость являются относительными, то есть зависят от выбора системы отсчета, то про время мы этого не говорим. В рамках классической, или Ньютоновой, механики время есть величина абсолютная, то есть протекающее во всех системах отсчета одинаково.

Рассмотрим, как находить перемещение и скорость в одной системе отсчета, если они нам известны в другой системе отсчета.

Рассмотрим предыдущую ситуацию, когда плывет плот и в какой-то момент с него спрыгивает пловец и стремится переправиться на противоположный берег.

Как же связано перемещение пловца относительно неподвижной СО (связанной с рыбаком) с перемещением относительно подвижной СО (связанной с плотом) (рис. 8)?

Рис. 8. Иллюстрация к задаче

Перемещение в неподвижной системе отсчета мы назвали . Из треугольника векторов следует, что . Теперь перейдем к поиску соотношения между скоростями. Вспомним, что в рамках Ньютоновой механики время является абсолютной величиной (время во всех системах отсчета течет одинаково). Значит, каждое слагаемое из предыдущего равенства можно разделить на время. Получаем:

Это скорость, с которой движется пловец для рыбака;

Это собственная скорость пловца;

Это скорость плота (скорость течения реки).

Задача на закон сложения скоростей

Рассмотрим закон сложения скоростей на примере задачи.

Задача

Два автомобиля движутся навстречу друг другу: первый автомобиль со скоростью , второй - со скоростью . С какой скоростью сближаются автомобили (рис. 9)?

Рис. 9. Иллюстрация к задаче

Решение

Применим закон сложения скоростей. Для этого перейдем от привычной СО, связанной с Землей, к СО, связанной с первым автомобилем. Таким образом, первый автомобиль становится неподвижным, а второй движется к нему со скоростью (относительная скорость). С какой скоростью, если первый автомобиль неподвижен, вращается вокруг первого автомобиля Земля? Она вращается со скоростью и скорость направлена по направлению скорости второго автомобиля (переносная скорость). Два вектора, которые направлены вдоль одной прямой, суммируются. .

Ответ: .

Границы применимости закона сложения скоростей. Закон сложения скоростей в теории относительности

Долгое время считалось, что классический закон сложения скоростей справедлив всегда и применим ко всем системам отсчета. Однако порядка лет назад оказалось, что в некоторых ситуациях данный закон не работает. Рассмотрим такой случай на примере задачи.

Представьте себе, что вы находитесь на космической ракете, которая движется со скоростью . И капитан космической ракеты включает фонарик в направлении движения ракеты (рис. 10). Скорость распространения света в вакууме составляет . Какой же будет скорость света для неподвижного наблюдателя на Земле? Будет ли она равна сумме скоростей света и ракеты?

Рис. 10. Иллюстрация к задаче

Дело в том, что тут физика сталкивается с двумя противоречащими концепциями. С одной стороны, согласно электродинамике Максвелла, максимальная скорость - это скорость света, и она равна . С другой стороны, согласно механике Ньютона, время является абсолютной величиной. Задача решилась, когда Эйнштейн предложил специальную теорию относительности, а точнее ее постулаты. Он первым предположил, что время не является абсолютным. То есть где-то оно течет быстрее, а где-то медленнее. Конечно, в нашем мире небольших скоростей мы не замечаем данный эффект. Для того чтобы почувствовать эту разницу, нам необходимо двигаться со скоростями, близкими к скорости света. На основании заключений Эйнштейна был получен закон сложения скоростей в специальной теории относительности. Он выглядит следующим образом:

Это скорость относительно неподвижной СО;

Это скорость относительно подвижной СО;

Это скорость подвижной СО относительно неподвижной СО.

Если подставить значения из нашей задачи, то получим, что скорость света для неподвижного наблюдателя на Земле будет составлять .

Противоречие было решено. Также можно убедиться, что если скорости очень малы по сравнению со скоростью света, то формула для теории относительности переходит в классическую формулу для сложения скоростей.

В большинстве случаев мы будем пользоваться классическим законом.

Сегодня мы выяснили, что движение зависит от системы отсчета, что скорость, путь, перемещение и траектория - это понятия относительные. А время в рамках классической механики - понятие абсолютное. Научились применять полученные знания, разобрав некоторые типовые примеры.

Список литературы

1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.

1. Интернет-портал Class-fizika.narod.ru ().
2. Интернет-портал Nado5.ru ().
3. Интернет-портал Fizika.ayp.ru ().

Домашнее задание

1. Дать определение относительности движения.
2. Какие физические величины зависят от выбора системы отсчета?

Интенсивное развитие метода ППРЧ и его применение в военных целях началось с 1941 г., когда австрийская киноактриса, эмигрировавшая в США, X. Ламар и американский композитор Д. Анталь подали патент на устройство помехоустойчивого радиоуправления противокорабельной торпедой. В предлагаемом устройстве коррекция движения торпеды осуществлялась с самолета путем передачи сигналов с ППРЧ и запоминания опорного сигнала. Синхронизация передаваемых и принимаемых частот достигалась двумя барабанами, один из которых размешался на торпеде, а второй – на самолете, на которые наматывалась бумажная лента с одинаковыми зашифрованными кодом прорезями .

При методе ППРЧ расширение спектра обеспечивается путем скачкообразного изменения несущей частоты в выделенном для работы СРС диапазоне . Под скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройку одной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов. Сигналы с ППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне . Число перестраиваемых частот и порядок их чередования определяются псевдослучайными кодами.

Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне СРС обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Для постановщика помех закон перестройки несущей частоты в СРС с ППРЧ неизвестен, что исключает возможность создания эффективных способов подавления. Фундаментальный принцип псевдослучайности сигналов препятствует системе РЭП добиваться эффективного воздействия на СРС с ППРЧ организованных помех и вынуждает систему РЭП с ограниченной мощностью передатчика распределять соответствующим образом спектральную плотность мощности помехи по частотному диапазону СРС.

Перестройка несущей частоты (скачок) может происходить в такой полосе частот, которая включает в себя несколько частотных каналов. Каждый канал можно рассматривать как спектральную область с центральной частотой, значение которой является одной из возможных несущих частот в выделенном диапазоне. Каналы могут быть или смежными (соприкасающимися), или разнесенными друг от друга неиспользованными спектральными областями. Такой метод формирования сигналов с ППРЧ позволяет исключать в случае необходимости из всей совокупности частотных каналов те каналы, которые заняты сильными помехами, или в которых имеет место устойчивые замирания. Такой процесс условно называется формированием «спектральных провалов» |8]. Вполне очевидно, что создание спектральных провалов приводит к уменьшению числа действующих частотных каналов СРС.

Метод ППРЧ широко применяют в подвижных СРС и в тех случаях, когда требуется энергию передаваемого сигнала рассосредоточить по возможно более широкой полосе частот. Ширина занимаемой полосы частот при этом принципиальных ограничений не имеет с точки зрения параметров разрабатываемой СРС.

Временной интервал между переключениями частот называется длительностью частотного элемента (или периодом) и характеризует собой время работы на одной частоте .

В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте и длительности информационных символов ППРЧ может быть классифицирована : на межсимвольную посимвольную и внутрисимвольную (в частном случае при двоичной ЧМ и без кодирования – на межбитовую, побитовую и внутрибитовую).

При межсимвольной ППРЧ n информационных символов, , передаются на одной частоте, при этом . При посимвольной ППРЧ передача каждого символа ведется на своей рабочей частоте, длительность скачка частоты равна длительности символа . В случае внутрисимвольной ППРЧ расширение спектра достигается за счет разнесения символов на независимые частотные элементы (субсимволы), каждый из которых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной ПСП, при этом, , где - число скачков рабочей частоты внутри одного символа (уровень разнесения).

Огибающая частотного элемента (скачка частоты) в силу специфики его формирования не является постоянной и состоит из различных составляющих определенной длительности. На рис. 1.5 изображена огибающая и временные интервалы отдельных составляющих частотного элемента при межсимвольной ППРЧ.

Учитывая , на рис.1.5 обозначено: – интервал времени, в лечение которого частотный синтезатор не выдает напряжения («мертвое» время); - интервалы времени нарастания и спада фронтов частотного элемента, соответственно; - интервал времени, в течение которого частотный элемент имеет полную амплитуду и передаются информационные и кодовые символы («активное» время); суммарное время называется интервалом переключения.

С учетом введенных обозначений длительность скачка частоты . Отметим, что для хранения информационных и кодовых символов в течение интервала переключения используется буферная схема. Имеющееся в буферной схеме содержимое извлекается и передается за интервал времени .

Между требуемой скоростью передачи данных от источника информации и временными интервалами частотного элемента существуют вполне определенные связи. Так, если - требуемая скорость передачи данных, то число символов, которое должно быть передано за длительность частотного элемента , будет равно . Теперь активный интервал времени может быть представлен в виде:

где - длительность передаваемого символа на интервале времени .

Использовав приведенные выражения для и , получим

Из последнего равенства следует: 1) , что вполне очевидно из определений временных интервалов частотного элемента; 2) время переключения () нельзя произвольно уменьшать по целому ряду причин, например: из-за «звона» на выходе фильтра промежуточной частоты приемника; из-за усиления помехи от соседних частотных каналов приемника и др. Кроме того, серьезные ограничения по времени нарастания и спада зачастую связаны со спектральными перекрытиями частотных элементов различных СРС, находящихся в данном районе. Для устранения спектральных наложений требуется, как указано в ,

где - постоянная величина, которая обычно лежит в пределах ; эта величина определяет ширину спектра частотного элемента.

В общем случае, учитывая составляющие частотного элемента сигнала, скорость перестройки частоты при межсимвольной ППРЧ связана со скоростью передачи данных и скоростью передачи символов неравенством

.

В идеальном случае, когда можно пренебречь влиянием взаимных помех или спектральных наложений, скорости и связаны простым соотношением

Таким образом, скорость переключения частотных элементов является функцией скорости передачи данных от источника информации.

Для сравнения различных СРС с ППРЧ в качестве одного из отличительных признаков используется скорость скачков частоты в единицу времени. По этому признаку различают СРС с медленной, средней и быстрой скоростью перестройки частотных элементов. Так как эта скорость не стандартизирована, то условно перестройка считается медленной при 100-300 скачках в секунду (ск/с), а при 1000 ск/с и более имеет место быстрая перестройка; скорость ППРЧ между этими двумя значениями считается средней. Хотя скорость ППРЧ и используется при сравнении СРС, однако она имеет косвенное значение. Самым важным параметром любой СРС с ППРЧ с точки зрения помехоустойчивости является фактическое время работы на одной частоте. Этот параметр и характеризует способность СРС с ППРЧ «уходить» от помехи РЭП.

На рис.1.6, а-г изображены фрагменты частотно-временной матрицы (ЧВМ) сигналов: с межбитовой ППРЧ и двоичной ЧМ (рис. 1.6, а); с побитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ, при которой каналы символов 1 и 0 соприкасаются на частотной оси (смежные каналы) (рис. 1.6, б); с побитовой ППРЧ и случайной двоичной ЧМ, когда каналы символов 1 и 0 не соприкасаются (несмежные каналы) и выбираются независимо друг от друга во всей полосе частот (рис. 1.6, в); с внутрибитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ (рис. 1.6, г).

Квадратом с горизонтальными линиями обозначен основной канал (канал передачи), по которому в соответствующие отрезки времени передаются элементы сообщения, а квадратом с наклонными линиями – дополнительный канал, в котором в эти же отрезки времени элементы сообщения отсутствуют; Fs - ширина полосы одного частотного канала; - число частотных каналов,.

В системах радиосвязи с ППРЧ может использоваться как когерентная, так и некогерентная обработка сигналов. Основным видом информационной модуляции при передаче данных в СРС с медленной и, особенно, с быстрой ППРЧ является -ичная некогерентная ЧМ, в частности двоичная ЧМ. В СРС с медленной ППРЧ применяются и другие виды модуляции, например: двоичная ФМ; квадратурная ФМ; относительная ФМ (ОФМ); манипуляция с минимальным сдвигом фазы .

С целью обеспечения в СРС с ППРЧ статистической независимости ошибок при приеме символов на передающей стороне осуществляется так называемое перемежение, при котором каждый символ кодового слова передается по отдельному частотному каналу . Таким образом, перемежение превращает сигнал во временной области в бесструктурную форму, что затрудняет создание оптимальных помех. С целью восстановления исходного порядка символов на приемной стороне требуется операция деперемежения символов. Применение перемежения и деперемежения символов в СРС как с медленной, так и быстрой перестройкой частоты позволяет корректировать пакеты ошибок, вызываемые импульсными помехами на отдельных участках диапазона частот СРС.

Владельцы патента RU 2280326:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и в системах контроля систем радиосвязи с ППРЧ. Технический результат: обеспечение возможности приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки рабочей частоты. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый (1) и второй (3) полосовые фильтры, первый (2) и второй (16) перемножители, демодулятор (4), первую (5), вторую (7), третью (8) и четвертую (9) линии задержки, перестраиваемый синтезатор (6) частот, первый (10), второй (11), третий (12) и четвертый (13) анализаторы спектра, первый (14) и второй (15) вычитатели, компаратор (17) и устройство (18) поиска максимальной составляющей, превысившей порог. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Предлагаемые способ и устройство относятся к области радиотехники и могут найти применение в системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и в системах контроля систем радиосвязи с ППРЧ.

Известны способы и устройства для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (авт. свид. СССР №№403084, 1291984, 1381721, 1742741, 1760471; патенты РФ №№2161863, 2215370, 2219656; патенты США №№5077538, 5379046; патенты WO №№96/10309, 96/19877. "Зарубежная радиоэлектроника", 1979, №3, с.42-51; Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. - М.: Сов. радио, 1978, с.29-30; Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. - М.: Радио и связь, 2000 г., с.24, рис.1.7, б и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, реализованный в устройстве, описанном в монографии В.И.Борисова и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты" - М.: Радио и связь, 2000 г., стр.24, рис.1.7, б, выбранный в качестве базового.

Структурная схема устройства, в котором реализован способ-прототип, представлена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1, 3 - первый и второй полосовые фильтры;

2 - перемножитель (смеситель);

4 - демодулятор;

5 - генератор псевдослучайного кода;

6 - перестраиваемый синтезатор частот.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 1, сигнальный вход которого является входом устройства, перемножитель 2, второй полосовой фильтр 3 и демодулятор 4, выход которого является выходом устройства, а также генератор 5 псевдослучайного кода, n выходов которого соединены с управляющими n входами перестраиваемого синтезатора частот 6, выход которого соединен с вторым опорным входом перемножителя 2.

Устройство, реализующее базовый способ, работает следующим образом.

На вход устройства поступает входная смесь, содержащая сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ 0 , модулированных информацией, несущие частоты которых меняются по заданному псевдослучайному коду (программе псевдослучайной перестройки), а также узкополосные помехи, частоты которых совпадают с частотами сигнала.

Входная смесь поступает на вход блока 1, где осуществляется ее фильтрация в полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. С выхода блока 1 входная смесь поступает на вход блока 2, на второй опорный вход которого поступает опорный сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, формируемый блоком 6, на управляющие n входы которого подается псевдослучайный код с n выходов блока 5, определяющий закон перестройки частоты блока 6. В результате перемножения входного сигнала с синхронным с ним опорным сигналом осуществляется свертка входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на промежуточную частоту, которая фильтруется блоком 3 в полосе пропускания ΔF, согласованной с длительностью τ 0 и демодулируется в блоке 4, с выхода которого подается на выход устройства.

Узкополосные помехи за счет перемножения с перестраиваемым по частоте опорным сигналом превращаются на выходе блока 2 в радиоимпульсы длительностью τ 0 , которые могут отличаться от радиоимпульсов полезного сигнала только амплитудой. Радиоимпульсы, сформировавшиеся в блоке 2, фильтруются блоком 3 и демодулируются блоком 4, при этом их влияние сводится к искажению принимаемой информации.

Базовый способ, реализованный в устройстве, представленном на фиг.1, основан на фильтрации входной смеси, содержащей сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и помехи в полосе частот ΔF, равной полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот ΔF(ΔF≪Δƒ), согласованной с шириной спектра внутриимпульсной информационной модуляции сигнала на каждой из его N частот, и его демодуляции.

Базовый способ заключается в следующей последовательности действий над входной смесью.

Входную смесь, содержащую сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющей собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ 0 , несущие частоты которых меняются по псевдослучайной программе (коду), и помехи фильтруют в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Результат фильтрации перемножают с синхронным опорным колебанием, представляющим собой сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, частота которого ƒ оп отличается от частоты входного сигнала ƒ с на постоянную величину ƒ пр, равной промежуточной частоте:

Результат перемножения, представляющий собой свертку входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты на промежуточную частоту, равную ƒ пр, фильтруют в полосе частот ΔF, согласованной с шириной спектра внутриимпульсной информационной модуляции. При этом помехи на частотах, отличающихся от ƒ c , в полосу пропускания второго полосового фильтра не попадают и не проходят на демодулятор. Отфильтрованный в полосе частот сигнал на промежуточной частоте демодулируют.

Однако базовый способ не обеспечивает возможности для приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки его рабочей частоты.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности приема и демодуляции сигнала в условиях априорной неопределенности программы псевдослучайной перестройки его рабочей частоты.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанному на фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, перемножении результата фильтрации с синхронным опорным сигналом с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот ΔF, согласованной с длительностью излучения сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты τ 0 на каждой из N частот перестройки, и его демодуляции, выбирают измерительный временной интервал τ AC результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ последовательно задерживают на интервалы времени τ AC τ 0 -τ AC и τ AC , формируя тем самым четыре измерительных интервала, длительностью τ AC каждый, определяют на измерительных интервалах амплитудные скользящие спектры S 1 (ƒ),S 2 (ƒ),S 3 (ƒ) и S 4 (ƒ) соответственно и разности амплитудных скользящих спектров S 21 (ƒ)=S 2 (ƒ)-S 1 (ƒ) и S 34 (ƒ)=S 3 (ƒ)-S 4 (ƒ), перемножают полученные разности амплитудных скользящих спектров между собой

S 2134 (ƒ)=S 21 (ƒ)×S 34 (ƒ),

полученную спектральную функцию S 2134 (ƒ) сравнивают с пороговым уровнем S ПОР, который выбирают таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации только шумовых составляющих спектральной функции S 2134 (ƒ), в случае превышения порогового уровня S ПОР принимают решение о том, что частота спектральной составляющей спектральной функции S 2134 (ƒ), превысившей порог S ПОР, равна несущей частоте принимаемого импульса сигнала ƒ с, полученное значение несущей частоты ƒ c текущего импульса сигнала используют для формирования опорного сигнала с частотой ƒ оп =ƒ c -ƒ пр, причем результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ перед перемножением с синхронным опорным сигналом задерживают по времени на величину

τ 3 =τ 0 +τ АС +τ 2134 ,

где S 2134 (f) - время, затрачиваемое на формирование и обработку спектральной функции S 2134 (f).

Поставленная задача решается тем, что устройство для приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее первый полосовой фильтр, вход которого является входом устройства, последовательно включенные перестраиваемый синтезатор частот, первый перемножитель, второй полосовой фильтр и демодулятор, выход которого является выходом устройства, снабжено четырьмя линиями задержки, четырьмя анализаторами спектра, двумя вычитателями, вторым перемножителем, компаратором и устройством поиска максимальной спектральной составляющей, превышающей порог, причем выход первого полосового фильтра через первую линию задержки соединен со вторым входом первого перемножителя, к выходу первого полосового фильтра последовательно подключены вторая линия задержки, второй анализатор спектра, первый вычитатель, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом первого полосового фильтра, второй перемножитель, компаратор и устройство поиска максимальной спектральной составляющей, превышающей порог, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого синтезатора частот, к выходу второй линии задержки последовательно подключены третья линия задержки, четвертая линия задержки, четвертый анализатор спектра и второй вычитатель, второй вход которого через третий анализатор спектра соединен с выходом третьей линии задержки, а выход подключен к второму входу второго перемножителя.

В силу того, что с увеличением длительности измерительного интервала τ AC точность измерения несущей частоты растет, а качество селекции входных импульсов по длительности снижается, величина τ AC выбирается таким образом, чтобы обеспечить компромисс между указанными параметрами.

Величина τ АС выбирается с одной стороны исходя из требуемой точности оценивания несущей частоты импульсов сигнала с ППРЧ в силу того, что длительность интервала измерения пропорциональна реализуемой точности измерения частоты, а с другой стороны, исходя из требуемого качества селекции входных импульсных сигналов по длительности в силу того, что качество селекции тем выше, чем короче интервал анализа.

Под текущим амплитудным спектром входной смеси понимается амплитудный спектр, сформированный к текущему моменту времени t ТЕК по фрагменту входной смеси на интервале от t ТЕК -τ AC до t ТЕК.

В качестве анализаторов спектра, формирующих скользящий амплитудный спектр входной смеси на интервале анализа τ АС, могут быть использованы устройства, включающие последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и вычислитель быстрого преобразования Фурье на интервале τ АС. В этом случае операции вычисления разностей амплитудных спектров, вычисления произведения полученных разностей, сравнения с пороговым уровнем и выбора максимальной спектральной составляющей, превысившей порог, могут быть реализованы с использованием арифметико-логических устройств.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.2. Временные и частотные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Устройство содержит последовательно включенные первый полосовой фильтр 1, вход которого является входом устройства, первую линию задержки 5, первый перемножитель 2, второй полосовой фильтр 3 и демодулятор 4, выход которого является выходом устройства. К выходу первого полосового фильтра 1 последовательно подключены вторая линия задержки 7, второй анализатор спектра 11, первый вычитатель 14, второй вход которого через первый анализатор спектра 10 соединен с выходом полосового фильтра 1, второй перемножитель 16, компаратор 17, устройство 18 поиска максимальной спектральной составляющей, превысившей порог, перестраиваемый синтезатор 6 частот, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя 2. К выходу второй линии задержки 7 последовательно подключены третья линия задержки 8, четвертая линия задержки 9, четвертый анализатор 13 спектра и второй вычитатель 15, второй вход которого через третий анализатор 12 спектра соединен с выходом третьей линии задержки 8, а выход подключен к второму входу второго перемножителя 16.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Входная смесь, содержащая сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ 0 с внутриипульсной информационной модуляцией и шириной спектра Δƒ, несущие частоты которых меняются в соответствии с заданной программой псевдослучайной перестройки рабочей частоты, а также узкополосные помехи и помеховые радиоимпульсы длительностью, отличной от τ 0 , поступают на вход первого полосового фильтра 1, где осуществляется ее фильтрация в полосе частот, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

С выхода первого полосового фильтра 1 входная смесь поступает на вход первой линии задержки 5, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ АС, на вход первого анализатора 10 спектра, вычисляющего амплитудный скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ АС, и на вход второй линии задержки 7, обеспечивающей задержку на интервал времени τ АС. С выхода второй линии задержки 7 входная смесь поступает на вход второго анализатора 11 спектра, вычисляющего амплитудный скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ АС, и на вход третьей линии задержки 8, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ 0 -τ АС (фиг.3).

С выхода третьей линии задержки 8 входная смесь поступает на вход третьего анализатора 12 спектра, вычисляющего скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ АС, и на вход четвертой линии задержки, обеспечивающей задержку сигнала на интервал τ АС, с выхода которой она поступает на вход четвертого анализатора 13 спектра, вычисляющего скользящий спектр входной смеси на интервале времени τ АС. На временной диаграме, представленной на фиг.3, изображены основные временные соотношения при обработке сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, состоящем из радиоимпульсов длительностью τ 0 . На данной диаграмме интервалы, на которых первым, вторым, третьим и четвертым анализаторами спектра формируются соответствующие скользящие спектры, обозначены цифрами 1, 2, 3 и 4 соответственно.

Сформированные в текущий момент времени в первом 10 и втором 11 анализаторах спектра амплитудные скользящие спектры S 1 (ƒ) и S 2 (ƒ) соответственно, поступают на два входа вычитателя 14, в котором определяется их разность

S 2l (ƒ)=S 2 (ƒ)-S 1 (ƒ).

Сформированные в текущий момент времени в третьем 12 и четвертом 13 анализаторах спектра амплитудные скользящие спектры S 3 (ƒ) и S 4 (ƒ) соответственно, поступают на два входа вычитателя 15, в котором определяется их разность

S 34 (ƒ)=S 3 (ƒ)-S 4 (ƒ).

Разности амплитудных спектров S 21 (ƒ) и S 34 (ƒ) с выходов вычитателей 14 и 15 поступают на два входа перемножителя 16, который вычисляет спектральную функцию в виде произведения

S 2134 (ƒ)=S 21 (ƒ)×S 34 (ƒ).

В компараторе 17 осуществляется сравнение спектральной функции S 2134 (ƒ) с пороговым уровнем S ПОР.

Принцип формирования спектральной функции S 2134 (ƒ) для взаимного положения интервалов формирования амплитудных спектров и импульсов сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, изображенного на фиг.3, иллюстрируется фиг.4.

Превышение порогового уровня S пор возможно только в том случае, когда взаимное положение текущего импульса сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и интервалов формирования скользящих спектров первым 10, вторым 11, третьим 12 и четвертым 13 анализаторами спектра соответствует положению, изображенному на фиг.3. В этом случае значение спектральной составляющей спектральной функции S 2134 (ƒ), превысившей порог S ПОР, равно несущей частоте ƒ с принимаемого импульса сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Полученное значение несущей частоты ƒ с текущего импульса сигнала используется для настройки синтезатора 6 частот таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия:

ƒ ОП =ƒ с -ƒ пр

При этом величина задержки τ 3 первой линии задержки 5 выбирается исходя из длительности импульсов τ 0 , составляющих сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, интервала анализа τ АС, необходимого для формирования текущего скользящего спектра четвертым 13 анализатором спектра и времени τ 2134 , затрачиваемого на определение спектральной функции S 2134 (ƒ), сравнение ее с пороговым уровнем S ПОР и оценивание значения несущей частоты текущего импульса

τ 3 =τ 0 + AC +τ 2134 .

Величина порога S ПОР выбирается таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации шумовых спектральных составляющих функции S 2134 (ƒ).

При взаимном положении текущего сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и интервалов формирования скользящих спектров первым 10, вторым 11, третьим 12 и четвертым 13 анализаторами спектра не соответствующему положению, изображенному на фиг.3, например, как это показано на фиг.5, превышения порога S ПОР не происходит, что поясняется диаграммами на фиг.5 и 6.

В случае, если входная смесь содержит узкополосный сигнал с фиксированной несущей частотой, он не обнаруживается за счет использования алгоритма определения спектральной функции S 2134 (ƒ) и, следовательно, не влияет на работу устройства. Если входная смесь содержит импульсный сигнал длительностью, отличной от τ 0 , он также не обнаруживается за счет использования алгоритма определения спектральной функции S 2134 (ƒ)и не влияет на работу устройства. Данные положения иллюстрируются диаграммами на фиг.7 и 8.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с базовыми и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают возможность приема и демодуляции сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с заданной длительностью излучения, равной τ 0 , на каждой из N частот без априорного знания программы псевдослучайной перестройки рабочей частоты на фоне мешающих радиосигналов в виде узкополосных и импульсных помех, возможно являющихся элементами других сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. При этом обеспечивается измерение несущих частот импульсов принимаемого сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, что может быть использовано дополнительно для вскрытия программы псевдослучайной перестройки.

1. Способ приема сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, основанный на фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ, занимаемой сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, перемножении результата с синхронным опорным сигналом с последующей фильтрацией результата перемножения в полосе частот Δƒ, согласованной с длительностью излучения сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты τ 0 на каждой из N его частот программы перестройки, и его демодуляции, отличающийся тем, что вычисляют на измерительных интервалах длительностью амплитудные скользящие спектры результата фильтрации входной смеси, где - спектр, вычисленный на первом измерительном интервале, - спектры результата фильтрации входной смеси, задержанной на соответственно, и разности амплитудных скользящих спектров S 21 (ƒ)=S 2 (ƒ)-S 1 (ƒ) и S 34 (ƒ)=S 3 (ƒ)-S 4 (ƒ), перемножают полученные разности амплитудных скользящих спектров между собой

S 2134 (ƒ)=S 21 (ƒ)·S 34 (ƒ),

полученную спектральную функцию S 2134 (ƒ) сравнивают с пороговым уровнем S ПОР, который выбирают таким образом, чтобы исключить его превышение за счет флуктуации только шумовых составляющих спектральной функции S 2134 (ƒ), в случае превышения порогового уровня S ПОР принимают решение о том, что частота спектральной составляющей спектральной функции S 2134 (ƒ), превысившей порог S ПОР, равна несущей частоте принимаемого импульса сигнала ƒ c , полученное значение несущей частоты ƒ c текущего импульса сигнала используют для формирования опорного сигнала с частотой ƒ ОП =ƒ С -ƒ ПР, где - промежуточная частота, причем результат фильтрации входной смеси в полосе частот Δƒ перед перемножением с синхронным опорным сигналом задерживают по времени на величину τ 3 =τ 0 +τ АС +τ 2134 , где τ 2134 (ƒ) - время, затрачиваемое на формирование и обработку спектральной функции S 2134 (ƒ).