Системы обнаружения и измерения параметров сигналов со скачкообразным изменением частоты

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) представляет собой один изэффективных методов расширения спектра, при котором сигнал занимает полосу частот значительно

Системы обнаружения и измерения параметров сигналов со скачкообразным изменением частоты

Дипломная работа

Радиоэлектроника

Другие дипломы по предмету

Радиоэлектроника

Сдать работу со 100% гаранией
1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»

Инженерно-технологическая академия Южного федерального университета (ТРТИ)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

на тему: «Системы ОБНАРУЖЕНИЯ и измерения параметров сигналовсО скачкообразным изменением частоты»

Введение

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) представляет собой один изэффективных методов расширения спектра, при котором сигнал занимает полосу частот значительно более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации. Рабочая частота сигнала перестраивается в широких пределах выделенного для связи частотного диапазона в соответствии с псевдослучайным кодом, известным только на приемной стороне и неизвестным всем, кто пытается перехватить радиопередачу или организовать постановку помех.

Проблемам организации связи при использовании сигналов ППРЧ посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов, обзор которых приведен в [1]. Отличительной особенностью подавляющего числа отечественных и зарубежных публикаций по данной тематике является использование сигнально-кодовых конструкций, основанных на применении сигналов М-ичной частотной манипуляции совместно с блоковым кодированием. При этом, как правило, рассеяние энергии передаваемого сигнала во времени (память канала) не учитывается из-за невысоких скоростей передачи дискретных сообщений.

В главе описывается прием сигналов ПППРЧ, использующих фазовую модуляцию (на примере ФМ-4), в канале с рассеянием и неизвестными параметрами, обсуждается алгоритм приема таких сигналов, оценивается помехоустойчивость приема.

1. Анализ методов обнаружения и определения сигналов

1.1 Общие сведения о формировании и приеме сигналов ППРЧ

В последнее время на зарубежных трассах с ППРЧ стали широко использоватьсяметоды фазовой манипуляции совместно со свёрточным кодированием при высокихскоростях передачи (например, в декаметровом канале связи в полосе канала тональнойчастоты скорость составляет от 4800 бит/с и выше). Такие сигналы ППРЧ порождены, какправило, разбиением на короткие пакеты (порядка 100 М-ичных символов) давно известныхи широко применяемых сигналов последовательной передачи (например, американского стандарта STANAG) с «большими» размерами исходных рабочих пакетов. Решение задачи обнаружения и обработки таких сигналов представляет особый интерес для целейрадиомониторинга.При методе ППРЧ [2] расширение спектра обеспечивается путем скачкообразногоизменения несущей частоты в выделенном для работы системы радиосвязи (СРС) диапазонеWs. Под скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройкуодной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов. Сигналы сППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае модулированныхрадиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне Ws. Числоперестраиваемых частот и порядок их чередования определяются псевдослучайными кодами.

Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированностьпсевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот ивременного положения, что позволяет на приемной стороне СРС обеспечить частотную ивременную синхронизацию сигналов. Для абонента, которому передаваемое сообщение непредназначено (или для постановщика помех), закон перестройки несущей частоты в СРС сППРЧ неизвестен, что исключает прием сигналов или возможность создания эффективныхспособов его подавления.

Фундаментальный принцип псевдослучайности сигналов препятствует системе радиоразведки осуществить надежный прием передаваемого сигнала, а системе радиоэлектронного противодействия (РЭП) добиваться эффективного воздействия на СРС сППРЧ организованных помех, и вынуждает систему РЭП с ограниченной мощностьюпередатчика распределять соответствующим образом спектральную плотность мощностипомехи по частотному диапазону СРС.

Перестройка несущей частоты (скачок) может происходить в такой полосе частот,которая включает в себя несколько частотных каналов. Каждый канал можно рассматриватькак спектральную область с центральной частотой, значение которой является одной извозможных несущих частот в выделенном диапазоне. Каналы могут быть или смежными(соприкасающимися), или разнесенными друг от друга неиспользованными спектральными областями. Такой метод формирования сигналов ППРЧ позволяет исключать в случаенеобходимости из всей совокупности частотных каналов те каналы, которые занятысильными помехами или в которых имеют место устойчивые замирания.

Метод ППРЧ широко применяют в подвижных СРС и в тех случаях, когда требуетсяэнергию передаваемого сигнала рассредоточить 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 частотеTh. В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте Th и длительностиинформационных символовTs ППРЧ может быть классифицирована на: межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную (в частном случае при двоичной ЧМи без кодирования – на межбитовую, побитовую и внутрибитовую).

При межсимвольной ППРЧ n информационных символов, n ≥ 2, передаются на одной частоте, при этом Th = nTs. При посимвольной ППРЧ передача каждого символаведется на своей рабочей частоте, длительность скачка частоты Th равна длительности символа Ts. В случае внутрисимвольной ППРЧ расширение спектра достигается за счетразнесения символов на независимые частотные элементы (субсимволы), каждый изкоторых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью (ПСП), при этом Th=Ts/L, гдеL – число скачков рабочей частоты внутри одного символа (уровень разнесения).

В системах радиосвязи с ППРЧ может использоваться как когерентная, так и некогерентная обработка сигналов. Основным видом модуляции при передаче данных в СРСмедленной и особенно с быстрой ППРЧ является М-ичнаянекогерентная ЧМ, в частностидвоичная ЧМ. В СРС с медленной ППРЧ применяются и другие виды модуляции, например:двоичная ФМ, квадратурная ФМ (ФМ-4), относительная ФМ (ОФМ), манипуляция сминимальным сдвигом фазы [5, 6].

Рассматриваемая ниже система ППРЧ с ФМ-4 может быть в данной классификациипозиционирована как медленная межсимвольная ППРЧ.

С целью обеспечения в СРС с ППРЧ статистической независимости ошибок приприеме символов на передающей стороне осуществляется так называемое перемежениесимволов, при котором каждый символ кодового слова передается по отдельному частотному каналу [3, 7]. Таким образом, перемежение превращает сигнал во временной области вбесструктурную 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 смедленной, так и быстрой перестройкой частоты позволяет корректироватьпакеты ошибок,обусловленные замираниями сигнала и импульсными помехами на отдельных участкахдиапазон частот СРС.

Структурные схемы передающих и приемных устройств, использующих ППРЧ, достаточно просты.

Основные элементы структурных схем передатчика и приемника СРС с ППРЧ прицифровой одноканальной модуляции изображены на рис. 2.1а и б, (где обозначено: ГПСК –генератор псевдослучайного кода, ( ) - символ оценки).

а)

б)

Рис. 2.1 Структурные схемы одноканальных приемно-передающих устройств сигналов ППРЧ

На рис 2.2 приведен фрагмент частотно-временной матрицы (ЧВМ) сигнала одноканальной СРС с ППРЧ, где квадратами с наклонной штриховкой обозначенычастотные каналы, занятые элементами сигнала (Fs – ширина полосы одного частотного канала; Mf – число частотных каналов, Mf=Ws/Fs.)

В такой СРС в интервале между переключениями частот имеется только одна несущая частота и соответствующий канал передачи. При одноканальной модуляции в СРС используется, как правило, медленная ППРЧ, а в качестве модуляции может применяться ЧМ без разрыва фазы, при которой сигнал изменяет несущую частоту от одного скачка к другому, сохраняя в то же время непрерывность фазы. Частотная манипуляция без разрыва фазы позволяет сформировать сигналы со сравнительно узкой шириной спектра.

Рис. 2.2 Частотно-временная матрица одноканальной СРС с ППРЧ

Как было указано выше, с медленной ППРЧ может использоваться и фазовая модуляция, в частности ФМ-4. Структурные схемы передатчиков и приемников остаются, в принципе, такими же, как и в случае использования частотной модуляции. Однако в задачах радиоразведки схема приемника сильно усложняется, т.к. псевдослучайный закон изменения частоты в месте приема не известен. Не известны в общем случае и вид модуляции и скорость передачи. Использование панорамного приемника, который «просматривает» весь доступный для связи частотный диапазон, позволяет лишь зафиксировать факт использования ППРЧ и осуществить запись наблюдаемых реализаций сигнала с целью поэтапного решения следующих задач:

- обнаружение сигнала ППРЧ и установление используемого вида псевдослучайной последовательности (ПСП);

- определение используемого вида модуляции;

- определение скорости передачи или длительности тактового интервала при передаче М-ичных символов;

- демодуляция и декодирование наблюдаемых сигналов в условиях априорной неопределенности относительно свойст

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>