Стационарный защищённый комплекс,

Методы обработки, обеспечивающие накопление принимаемого сигнала в течение его приёма и одновременно частотный анализ, основаны на использовании рециркуляции сигнала в системе с положительной обратной связью. При этом в качестве основного элемента памяти используется линия задержки.

Схема обработки может быть представлена в виде рис.5, в котором принимаемый широкополосный сигнал поступает на демодуряторы , смешивается (перемножается) с опорными сигналами при различных временных задержках и результат перемножения подаётся на рециркуляторы , обеспечивающие накопление.

Рис. 5. Схема многоканального обнаружения сигнала на основе

принципа рециркуляции

 

В этой схеме: - демодуляторы, - амплитудные детекторы, - рециркуляторы, - линии задержки, ∑ - сумматор, ГПСП - генератор псевдослучайной последовательности, СС – схема сравнения, ПУ – пороговое устройство, – перемножитель.

Время задержки опорных сигналов в соседних каналах отличается на длительность тактового импульса опорного сигнала . В качестве оценки времени задержки приходящего сигнала принимается время задержки опорного сигнала того канала, выходной эффект которого максимален и превышает определённый уровень порогового устройства (ПУ).

Рассмотрим рециркулятор с линией задержки на секунд и с коэффициентом усиления, равном единице (перемножитель закорочен). Если на вход поступает синусоидальное колебание с угловой частотой, краткой , то колебания приходящие и прошедшие линию задержки имеют одинаковую фазу и их амплитуды линейно складываются. После рециркуляций амплитуда суммарного колебания превышает амплитуду входящего колебания в раз.

При произвольной частоте входного сигнала, когда время задержки не равно целому числу периодов, суммирование колебаний происходит с разными фазами, что приводит к менее эффективному накоплению сигнала. В этом случае приходящий сигнал имеет фазовый сдвиг по отношению к задержанному, который можно компенсировать, сообщая соответствующее фазовое опережение, или, что-то же самое, приращение частоты приходящему или задержанному сигналу.

Пусть между входным сигналом и задержанным имеется разность фаз

.

Произвольную угловую частоту можно представить как

, , (4)

где – целое число. Тогда фазовый сдвиг задержанного сигнала относительно приходящего с частотой равен

, (5)

и если исключить целое число периодов, то задержанный сигнал отличается от приходящего сигнала на угол .

Для осуществления синфазного сложения колебаний нужно сообщить задержанному опережение по фазе, равное , что можно сделать, если увеличить угловую скорость задержанного сигнала на величину относительно приходящего сигнала. Тогда синфазное сложение векторов и произойдёт через время от момента поступления сигнала в рециркулятор. Момент времени определяется из соотношения

.

При другой величине и той же дополнительной угловой частоте синфазное сложение произойдёт в другой момент времени .

Если вектор задержанного сигнала имеет такую дополнительную угловую скорость, что за время он совершает полный оборот относительно вектора входного сигнала, то есть , то на интервале будет происходить когерентное накопление сигнала с угловыми частотами

. (6)

Используя зависимость между моментом времени , когда происходит когерентное сложение сигнала при многократной циркуляции, и частотой , можно анализировать спектр сигнала, введя в кольцо рециркулятора смеситель (перемножитель) создающий постоянный сдвиг частоты задержанного сигнала.

Из (5) следует, что при сдвиг частоты , а ; то есть сдвиг частоты в рециркуляторе равен значению допплеровского отклонения частоты в радиоканале.

Анализ работы рециркулятора со сдвигом частоты и кратным накоплением при наличии эффекта Допплера показывает, что величина сигнала на выходе детекторов определяется как

.

В окрестности точки эта зависимость достигает максимального значения и равна . Максимальному значению сигнала соответствует частота . Длительность огибающей выходного сигнала на уровне половины максимального значения равна . Полоса частот, соответствующая огибающей на половинном уровне равна , то есть рециркулятор эквивалентен набору фильтров с полосами пропускания в пределах полосы частот .

Показано [ ], что помеха в виде нормального случайного процесса с нулевым средним и постоянной спектральной плотностью при прохождении через рециркулятор закон распределения не изменяет, а следовательно отношение сигнал/шум на выходе рециркулятора

,

то есть отношение сигнал/шум на выходе рециркулятора возрастает в раз по сравнению с отношением на входе. Частота откликов на выходе рециркулятора (канальная скорость)

.

Предложенное техническое решение без потери помехоустойчивости приёма позволяет не производить поиск сигнала в частотной области, остаётся поиск сигнала только во временной области. Количество временных позиций равно В.

Выигрыш в количестве анализируемых ячеек частотно-временной плоскости составит

.

Если временная область неопределённости сигнала анализируется приёмником из рециркуляторов, то максимальное время обнаружения сигнала равно

,

Так для приёмника с параметрами бит/с; ; Гц; ; максимальное время поиска не превышает 0,1 с.

Следует отметить ещё один фактор при наличии эффекта Допплера, ухудшающий условия приёма. Это трансформация временного масштаба принимаемого сигнала, в результате которого даже при строгом совпадении начала опорного сигнала с началом принимаемого сигнала при отсутствии в приёмнике фазовой автоподстройки с течением времени накапливается «временной разбег» между ними. Наступает момент, когда взаимокорреляционная функция уменьшается по абсолютной величине и расширяется во времени.

Снизить влияние этого фактора удаётся предварительной коррекцией частоты передатчика (частично компенсацией эффекта Допплера) на основе априорных знаний о траектории движения передатчика относительно приёмника.

Выводы

 

1. Одной из основных задач при передаче информации широкополосными сигналами является оптимизация режима синхронизации (поиска) по причинам:

затраты времени на поиск сигнала ограничивают оперативные характеристики системы управления;

для обеспечения заданных вероятностей пропуска и ложного обнаружения сигнала в режиме поиска требуется большее отношение сигнал/помеха по сравнению с отношением в режиме различения сигналов, что ограничивает дальность доведения информации.

2. Из анализа методов ускоренного поиска широкополосного сигнала следует, что предпочтительными являются:

поиск сигнала на основе использования согласованного фильтра;

поиск сигнала многоканальным корреляционным приёмником;

для космического канала с допплеровским смещением частоты метод поиска, обеспечивающий накопление принимаемого сигнала в течение времени приёма и одновременно частотный анализ на основе циркуляции сигнала в системе с положительной обратной связью.

3. Показано, что рециркулятор эквивалентен набору узкополосных фильтров в пределах допплеровской неопределённости частоты, где - число циркуляций. Время поиска по частоте сокращается, а помехоустойчивость увеличивается в раз.

 

 

ВОПРОС1

Система каналов радиоуправления представляет собой организационно-техническое объединение радиотехнических комплексов и средств различных диапазонов волн, взаимодополняющих друг друга и образующих сеть информационного взаимодействия в любых условиях обстановки, размещённых на рассредоточенных в пространстве пунктах управления и ретрансляторах, логически увязанных единой задачей надёжной доставки информации до управляемых объектов за строго ограниченное время. Систему каналов радиоуправления можно представить в виде, изображённом на рис.1.

Рис.1.

 

Радиотехнические комплексы находятся на втором иерархическом уровне системы каналов радиоуправления, являются основными звеньями её внешнего контура и непосредственно реализуют целевые задачи информационного взаимодействия объектов.

Они классифицируются по назначению или охвату территории информационного взаимодействия (глобальные, промежуточные, локальные); по виду базирования (космические, морские, наземные – стационарные, мобильные); по функциональному назначению (приёмные, передающие, приёмопередающие).

Радиотехнические средства (приёмники, источники генерирования сигналов, передающие устройства, антенно-фидерные и согласующие устройства, вводно-защитные устройства от ЭМИ), составляющие основу радиотехнических комплексов занимают следующий иерархический уровень (третий).

И, наконец, на самом низком уровне находятся функциональные элементы, узлы, блоки. (УВЧ, УПЧ, синтезаторы частоты, преобразователи и т.д.).

Сегодня правомерно в отдельный иерархический уровень выделять элементную базу (в т.ч. БИС, ПЛИС, процессоры, АЦП, ЦАП), т.к. многие элементы представляют собой систему на кристалле.

Все комплексы имеют взаимные связи и через ретрансляторы, взаимно дополняя друг друга, образуют сеть каналов радиоуправления, которая может быть представлена в виде рис.2.

На этом рисунке обозначено:

– количество ветвей, (сред);

– количество источников в каждой ветви;

 

Каждая ветвь представляет собой некоторое количество источников передачи информации определённой среды (космическая, проводная, радиорелейная, ВОЛС и т.д.). В этой сети:

– вероятность доведения информации от -го источника в -той ветви.

– вероятность недоведения информации от -го источника в -той ветви.

– вероятность недоведения информации (ни от одного источника) в -той ветви.

– вероятность доведения информации в -той ветви.

– вероятность недоведения информации ни по одной ветви .

– вероятность доведения информации хотя бы от одного источника какой-либо ветви системы в целом.

Каждый радиотехнический комплекс представляет собой сложную подсистему, состоящую из множества технических средств, устройств и функциональных элементов и характеризуемую ещё большим множеством параметров. К ним относятся рабочая длина волны , занимаемая в «эфире» полоса частот , максимальная дальность доведения информации , излучаемая мощность , помехозащищённость приёмной аппаратуры, полоса пропускания передающей и приёмной антенн, коэффициент полезного действия передающего комплекса, время поиска сигнала, время непрерывной работы, стабильность выходных частот, количество ретрансляций для обслуживания заданной территории, вероятность правильного доведения информации, за время не превышающее заданное, время приведения комплекса к радиоизлучению и другие.

Проектирование системы (комплекса) представляет сложный творческий процесс и состоит из двух этапов. На первом этапе проводится обоснование исходных данных (ТТТ, ТТЗ) для проектирования в виде следующих подгрупп:

1. Совокупность условий ,

2. Совокупность ограничений на структуру и параметры проектируемой системы ;

3. Совокупность показателей качества системы (вектор)

;

4. Совокупность ограничений, накладываемых на показатели качества

.

Выбор состава вектора является одной из ответственных задач проектирования, что объясняется невозможностью полно и достаточно охарактеризовать каким-то одним числом или даже совокупностью конечного набора чисел любого требования, предъявляемого к системе. Модель функционирования также является достаточно приближённой и в некоторой степени идеализированной.

На втором этапе ведётся проектирование системы для сформулированных исходных данных. Из всех систем, удовлетворяющих совокупностиисходных данных , оптимальной считается такая система , которая обладает наилучшим значением критерия качества. Отыскание оптимальной системы (синтез системы) производится путём сочетания математических и эвристических методов на основе инженерного опыта, приближённых расчётов, инженерной интуиции и творческих способностей разработчиков.

Синтез системы (комплекса) включает в себя решение следующих основных задач:

1. Отыскание оптимальных принципов построения системы (видов передатчика и приемника и характера их взаимодействия, формы сигнала, способов модуляции и обработки);

2. Оптимизация параметров системы (длина волны, чувствительность и помехоустойчивость ПРМ, излучаемая мощность передающего комплекса, размер антенны), дальность доведения информации за заданное время;

3. Выбор оптимального варианта построения системы (комплекса) из конечного числа вполне определённых вариантов , ,..., .

Таким образом, инженерный синтез систем (комплексов) представляет собой сочетание всех видов и методов синтеза с учётом всех существенных показателей качества (глобальный синтез), синтеза с учётом отдельных существенных показателей качества (частный синтез), математического и эвристического синтеза структуры, оптимизации параметров и дискретного выбора системы. Математический синтез, как правило, применяется при оптимизации функциональных элементов и блоков по одному отдельному параметру. Например, синтез оптимального приёмника по критерию наибольшего отношения сигнал/шум, синтез передатчика по критерию стоимости, синтез согласующего устройства по критерию к.п.д. Математический синтез системы по совокупности показателей качества чаще всего бывает весьма далёким от действительности из-за сложности математического описания условий работы системы, поэтому всякая сложная система разбивается на части и оптимизация проводится для каждой из них по критерию предпочтения. В каждом конкретном случае проектирования существует некоторое наиболее целесообразное число частей, на которое следует разбить систему, чтобы получить решение для системы в целом, наиболее близкое к оптимальному.

Систему каналов радиоуправления целесообразно расчленить по следующим признакам:

1. по назначению: глобальные, промежуточные, локальные;

2. по диапазону рабочих частот ( ): КНЧ, СДВ, ДВ-СВ, КВ, УКВ, ДЦВ; смВ, ммВ, лазерные линии;

3. по выполняемым функциям: приёмный комплекс, передающий комплекс, приёмо-передающий комплекс;

4. по виду базирования:

стационарный защищённый комплекс,