способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации
Классы МПК: | H04L7/027 выделение синхронизирующего или тактового сигнала из принятого сигнала, например, путем использования резонансных или полосно-пропускающих цепей G01R23/00 Устройства для измерения частоты, анализаторы спектра частот |
Автор(ы): | Подчиненко Н.Е. (RU), Скрипкин А.А. (RU), Щербачев В.А. (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-12-03 публикация патента:
20.08.2004 |
Изобретение относится к технике связи и может использоваться для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении. Техническим результатом является возможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией за счет квадратурного разложения входного сигнала относительно номинала центральной частоты с низкочастотной фильтрацией синфазной и квадратурной компонент и формирования комплексного сигнала из отфильтрованных компонент. Способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала включает разделение сигнала на две равные компоненты, частотное преобразование обеих компонент с последующей низкочастотной фильтрацией, перемножение отфильтрованных сигналов и нахождение преобразования Фурье от сигнала, при этом одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно относительно номинала центральной частоты сигнала, другую - квадратурно относительно той же частоты, фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной отфильтрованному синфазному сигналу, и мнимой частью, равной отфильтрованному квадратурному сигналу, находят Фурье-образ от сформированного комплексного сигнала, находят аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала получают как полусумму найденных аргументов максимума. Устройство, реализующее способ, содержит разветвитель, первый смеситель, первый фильтр нижних частот, второй смеситель, второй фильтр нижних частот, Фурье-процессор, гетеродин, фазовращатель и арифметическое устройство. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, включающий разделение сигнала на две равные компоненты, частотное преобразование обоих компонент с последующей низкочастотной фильтрацией каждой из преобразованных по частоте компонент сигнала, перемножение отфильтрованных сигналов и нахождение преобразования Фурье от сигнала, отличающийся тем, что одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно относительно номинала центральной частоты сигнала, другую - квадратурно относительно той же частоты, фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала, формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной фильтрованному синфазному сигналу, и мнимой частью, равной отфильтрованному квадратурному сигналу, Фурье-образ находят от сформированного комплексного сигнала, находят аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала получают как полусумму найденных аргументов максимума.2. Устройство для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, содержащее последовательно включенные разветвитель, являющийся входом устройства, первый смеситель и первый фильтр нижних частот (ФНЧ), при этом вход второго ФНЧ подключен ко второму выходу разветвителя через второй смеситель, а также Фурье-процессор и гетеродин, подключенный ко второму входу первого смесителя, отличающееся тем, что вход действительной компоненты сигнала Фурье-процессора, формирующего комплексный сигнал и вычисляющего Фурье-образ комплексного сигнала, подключен к выходу первого ФНЧ, а вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора подключен к выходу второго ФНЧ, второй вход второго смесителя подключен к выходу гетеродина через фазовращатель, а к выходу Фурье-процессора подключено арифметическое устройство, выход которого является выходом устройства.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике связи и может использоваться для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении.Извлечение информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала имеет очень большое значение в системах дальней космической связи с космическими аппаратами (КА) типа Mars Polarlander, Mars Pathfinder [1] или с КА типа Voyager и Galileo [2].Известен ряд способов извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей для сигналов с двухпозиционной фазовой манипуляцией, основанных на априорном знании информации, содержащейся в модулирующем сообщении [5, 6], что существенно усложняет процесс обработки [7] и делает их малоприемлемыми в чрезвычайных ситуациях, когда такая информация может оказаться недоступной. Для преодоления указанных недостатков были созданы способ и устройство извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной фазовой манипуляцией, не требующие априорного знания информации, содержащейся в модулирующем сообщении [7].Однако в настоящее время в системах дальней космической связи с космическими аппаратами, в системах пейджинговой связи продолжают широко использовать сигналы с двухпозиционной частотной манипуляцией (2ЧМн или FSK - Frequency Shift Keying) [3, 4, 8-10], для которых способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала [5-7] неприменимы.Для сигналов, использующих спектрально эффективные методы модуляции при наличии априорного знания о модулирующем сообщении, возможно точное извлечение информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с использованием способа [11]. Известны для сигналов с 2 ЧМн, в случае если разнос равен минимальному сдвигу, способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала [12] без априорной информации о модулирующем сообщении, основанные на нелинейных операциях четвертого порядка, приводящие к снижению точности оценивания [15], поскольку при таких операциях примерно в четыре раза уменьшается отношение мощности несущей сигнала к спектральной плотности мощности шума [8]. Кроме того, указанные способы извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала для сигналов с 2 ЧМн, когда разнос между частотами манипуляции не равен минимальному сдвигу, неприменимы, поскольку при нелинейных операциях с таким сигналом его несущая не восстанавливается [8].Наиболее близким к предлагаемому способу извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала без априорной информации о модулирующем сообщении, по совокупности используемых действий над сигналом, является способ [7], основанный на нелинейной операции второго порядка, принятый за прототип.Согласно этому способу:1. Разделяют сигнал на две равные компоненты.2. Преобразуют по частоте первую компоненту сигнала, смешивая ее с гетеродинирующим сигналом, частота которого ниже частоты несущей сигнала.3. Преобразуют по частоте вторую компоненту сигнала, смешивая ее с вторым гетеродинирующим сигналом, частота которого выше частоты несущей сигнала.4. Низкочастотно фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала.5. Перемножают отфильтрованные сигналы.6. Низкочастотно фильтруют результат перемножения.7. Находят преобразование Фурье от отфильтрованного результата перемножения.Недостатком способа-прототипа является невозможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией, поскольку при используемых в способе-прототипе нелинейных операциях с таким сигналом его несущая не восстанавливается [8].Устройство-прототип [7] своим входом подключено через последовательно включенные разветвитель, первый смеситель и первый фильтр нижних частот (ФНЧ) к первому входу перемножителя, второй вход которого подключен ко второму входу разветвителя через последовательно включенные второй смеситель и второй ФНЧ. Между Фурье-процессором, выход которого является выходом устройства-прототипа, и выходом перемножителя включен третий ФНЧ. К второму входу первого смесителя устройства-прототипа подключен первый гетеродин, а к второму входу второго смесителя устройства-прототипа подключен второй гетеродин.Недостатком устройства-прототипа так же является невозможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией.Техническим результатом изобретения является возможность извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала с двухпозиционной частотной манипуляцией за счет квадратурного разложения входного сигнала, относительно номинала центральной частоты (с низкочастотной фильтрацией синфазной и квадратурной компонент), формирования комплексного сигнала из отфильтрованных компонент и за счет использования расположения дискретных составляющих в Фурье-образе комплексного сигнала.Технический результат достигнут тем, что в способе извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, включающем разделение сигнала на две равные компоненты, частотное преобразование обеих компонент с последующей низкочастотной фильтрацией каждой из преобразованных по частоте компонент сигнала, и вычисление преобразования Фурье от сигнала, согласно изобретению одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно, относительно номинала центральной частоты сигнала, другую - квадратурно, относительно той же частоты, фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала, формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной отфильтрованному синфазному сигналу, и мнимой частью, равной отфильтрованному квадратурному сигналу, Фурье-образ вычисляют от сформированного комплексного сигнала, определяют аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот, а доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала получают как полусумму найденных аргументов максимума.Способ реализуется устройством для извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала, своим входом подключенным через последовательно включенные разветвитель и первый смеситель к первому фильтру нижних частот (ФНЧ), при этом второй ФНЧ подключен ко второму входу разветвителя через второй смеситель, содержащее Фурье-процессор и гетеродин, подключенный ко второму входу первого смесителя, согласно изобретению Фурье-процессор выполнен комплексным, у которого вход действительной компоненты сигнала подключен к выходу первого ФНЧ, а вход мнимой компоненты сигнала Фурье-процессора подключен к выходу второго ФНЧ, второй вход второго смесителя подключен к выходу гетеродина через фазовращатель, а к выходу Фурье-процессора подключено арифметическое устройство, выход которого является выходом устройства.На чертеже приведена структурная схема устройства, в котором реализуется предложенный способ.Согласно предлагаемому способу:1. Разделяют сигнал на две равные компоненты.2. Одну компоненту сигнала преобразуют по частоте синфазно относительно номинала центральной частоты сигнала.3. Другую компоненту сигнала преобразуют по частоте квадратурно относительно номинала центральной частоты сигнала.4. Фильтруют каждую из преобразованных по частоте компонент сигнала в полосе низких частот, равной полуширине полосы спектра сигнала.5. Формируют комплексный сигнал с действительной частью, равной отфильтрованной синфазной компоненте сигнала, и мнимой частью, равной отфильтрованной квадратурной компоненте сигнала.6. Вычисляют Фурье-образ от сформированного комплексного сигнала.7. Определяют аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области отрицательных частот и аргумент максимума Фурье-образа сигнала в области положительных частот.8. Получают доплеровский сдвиг частоты несущей сигнала как полусумму найденных аргументов максимума.Как известно [13, 14], сигнал с двухпозиционной частотной манипуляцией может быть представлен в виде![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-2t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234680/966.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234671/960.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234671/960.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-3t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-4t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-5t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-6t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-7t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234627/920.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-8t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-9t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-10t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-11t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234539/916.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-12t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-13t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-14t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-15t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-16t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-17t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-18t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-19t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-20t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-21t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234539/916.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-22t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234539/916.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234637/969.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234712/8800.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/2234810-23t.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234539/916.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234539/916.gif)
![способ извлечения информации о доплеровском сдвиге частоты несущей сигнала и устройство для его реализации, патент № 2234810](/images/patents/234/2234810/402.gif)
Класс H04L7/027 выделение синхронизирующего или тактового сигнала из принятого сигнала, например, путем использования резонансных или полосно-пропускающих цепей
Класс G01R23/00 Устройства для измерения частоты, анализаторы спектра частот