Патент на изобретение №2208916

(54) СПОСОБ ПОИСКА МНОГОЛУЧЕВОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ, СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКИ РАЗМЕРА КЛАСТЕРА СИГНАЛОВ ЛУЧЕЙ И БЛОК, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ

(57) Реферат:

Группа изобретений, созданных в едином изобретательском замысле, относится к радиотехнике, в частности к способу поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройству для его реализации, способу обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блоку для его реализации, и может быть использована в системах сотовой радиосвязи с кодовым разделением каналов (система CDMA). Достигаемым техническим результатом является улучшение характеристик поиска многолучевого широкополосного сигнала, которое достигается за счет обнаружения и одновременной обработки компонент кластера многолучевого сигнала лучей и одиночных сигналов лучей. Преимуществом предлагаемого способа поиска многолучевого сигнала является улучшение характеристик поиска, которое достигается за счет выполнения коррекции фазы каждой компоненты многолучевого принятого сигнала лучей, обнаружения и одновременной обработки компонент кластера сигнала лучей. Устройство для реализации способа поиска многолучевого сигнала содержит антенну, приемник, блок формирования опорных сигналов, блок корреляции, коммутатор, блок обнаружения одиночных сигналов лучей, блок управления, блок сравнения с порогом, первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, блок коррекции фазы и блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей. Преимуществом предлагаемого способа обнаружения и оценки размера сигналов лучей, которое достигается путем суммирования в скользящем окне компонент кластера многолучевого сигнала лучей, вычисления отношений модулей полученных сумм к порогу и выбора максимального отношения. По размеру и положению скользящего окна, соответствующего этому максимальному значению, определяют размер кластера и его временное положение. Блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей содержит первое и второе оперативные запоминающие устройства, интегратор, узел вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, узел выбора максимума, узел управления, узел вычисления порога, первый и второй регистры, первый и второй сумматоры. 4 с. и 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Группа изобретений, созданных в едином изобретательском замысле, относится к радиотехнике, в частности к способу поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройству для его реализации, способу обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блоку для его реализации, и может быть использована в системах сотовой радиосвязи с кодовым разделением каналов (системах CDMA).

В сотовых системах радиосвязи, в частности системах CDMA, прием широкополосных сигналов ведется в условиях многолучевого распространения сигналов.

В городских районах многолучевость возникает при отражении передаваемого сигнала от окружающих зданий, машин и других объектов.

В системах связи с широкополосными сигналами многолучевое распространение используется, как правило, для повышения достоверности передачи информации за счет корреляционного разделения сложных сигналов, пришедших по разным путям и суммирования их после демодуляции.

Анализ многолучевого распространения широкополосных сигналов и способов их обработки приведен в статье Дж. Л. Турина [1, Дж. Л. Турин. Введение в широкополосные методы борьбы с многолучевостью распространения радиосигналов и их применение в городских системах цифровой связи. ТИИЭР, т. 68, 3, март 1980, с.30-58.] и в книге А. Витерби [2, Andrew J. Viterbi. CDMA Principles of Spread Spectrum Communication. Addison-Wesly Publishing Company, 1995.]
Согласно рекомендациям ITU-R для IMT-2000 [3, Recommendation ITU-R M.I 225 Guidelines for evaluation of radio transmission technologies for IMT-2000] лучи могут находиться на нескольких смежных временных позициях области неопределенности. Совокупность лучей сигнала, для которых интервал задержки между любыми двумя смежными лучами менее или равен одному чипу расширяющей ПСП, называется кластером сигналов лучей.

Фиг. 1 иллюстрирует кластер лучей сигнала: (а) распределение плотности мощности лучей, (б) чип псевдослучайной последовательности.

Результаты исследования профиля многолучевости приведены в статье [4, Саид С. Гассемзальде, Дональд Л. Шиллинг, Сион Хадад, К. Парса. Статистика многолучевого фединга для CDMA-сигнала прямой последовательности на частоте 2 ГГц в микросотах и внутри помещений. IEEE, 1994, 0-7803-1828-5/94, с. 604-607].

При приеме широкополосных многолучевых сигналов выполняется процедура поиска, которая, как правило, представляет собой сканирование области неопределенности с обнаружением сигнала в каждой ее точке.

Известны различные способы и устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала, например способ и устройство, описанные [5, Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. Пестрякова В.Б. – М.: Советское радио. 1973, с.31-38].

Способ поиска широкополосных сигналов [5] заключается в том, что формируют два опорных сигнала, представляющие собой копии принимаемого сигнала, сдвинутые по фазе относительно друг друга на /2, определяют сигнал взаимной корреляции между принимаемым сигналом и опорными сигналами путем перемножения и накопления синфазных компонент на интервале длительности сигнала, вычисляют квадратичные значения синфазной и квадратурной составляющих сигнала взаимной корреляции, полученные величины суммируют и из суммы извлекают квадратный корень, формируют выходную величину, которую после окончания сигнала сравнивают с заданным уровнем порога и по результатам сравнения принимают решение об обнаружении сигнала.

Устройство [5, Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. Пестрякова В. Б. – М.: Советское радио, 1973, приведено на с.33, фиг. 2,3,6].

Устройство-аналог [5] содержит квадратурный коррелятор, включающий последовательно соединенные первый перемножитель, первый интегратор, первый квадратор и второй перемножитель, второй интегратор, второй квадратор, сумматор и блок извлечения квадратного корня, а также устройство содержит генератор копии принимаемого сигнала, ключ, пороговое устройство и формирователь порога, при этом первые входы перемножителей объединены и образуют вход устройства, вторые входы перемножителей соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора копии принимаемого сигнала, выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен со входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора копии сигнала, выход ключа соединен с первым входом порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу формирователя порога, выход порогового устройства является выходом устройства.

Способ и устройство поиска широкополосных сигналов [5] реализуют следующим образом.

Генератор копии принимаемого сигнала формирует два опорных сигнала, представляющие собой копии принимаемого сигнала, сдвинутые по фазе относительно друг друга на /2, и подает их на вторые входы первого и второго перемножителей.

В квадратурном корреляторе определяют сигнал взаимной корреляции между принимаемым сигналом и опорными сигналами путем перемножения и накопления синфазных компонент на интервале длительности сигнала, вычисляют квадратичные значения синфазной и квадратурной составляющих сигнала взаимной корреляции, полученные величины суммируют и из суммы извлекают квадратный корень. Полученная величина через ключ, который по управляющему сигналу с генератора копии принимаемого сигнала замыкается в момент окончания накопления сигнала, поступает на первый вход порогового устройства, на второй вход которого поступает сигнал с формирователя порога. Пороговое устройство сравнивает полученную величину с заданным уровнем порога и по результатам сравнения принимает решение об обнаружении сигнала.

Недостатком этого технического решения является то, что поиск компонент многолучевого широкополосного сигнала выполняется независимо друг от друга, то есть принимается решение об обнаружении сигнала на конкретной временной позиции.

Этот подход является неоптимальным для обработки многолучевого широкополосного сигнала.

Известно другое техническое решение способ и устройство поиска широкополосного сигнала, описанные в монографии А. Витерби [6, Andrew J. Viterbi. CDMA: principles of spread spectrum communication. Includes bibliographical references and index. ISBN 0-201-63374-4. I Title. TK 5103.45.V57 1995].

Способ поиска широкополосного сигнала по Витерби заключается в том, что осуществляют квадратурное преобразование принимаемого сигнала, образуя синфазную и квадратурную составляющие сигнала, формируют опорный сигнал, представляющий копию принимаемого сигнала, определяют сигнал взаимной корреляции принимаемого сигнала с опорным сигналом путем перемножения синфазной и квадратурной составляющих принимаемого сигнала с опорным сигналом и накопления, образуя последовательность значений сигнала взаимной корреляции, вычисляют квадраты синфазной и квадратурной компонент полученной последовательности значений сигнала взаимной корреляции, полученные величины суммируют на интервале обнаружения и накапливают, формируют выходную величину, которую сравнивают с заданным уровнем порога и по результатам сравнения принимают решение об обнаруженном сигнале.

Устройство содержит первый и второй перемножители, первые входы которых объединены и являются информационным входом устройства, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом генератора несущей частоты, причем второй вход первого перемножителя соединен с выходом генератора несущей частоты непосредственно, а второй вход второго перемножителя – через фазовращатель, выходы первого и второго перемножителей соответственного соединены с первыми входами первого и второго фильтров низкой частоты, блок корреляции, содержащий последовательно соединенные первый перемножитель и первый накопительный сумматор и второй перемножитель и второй накопительный сумматор, первый и второй входы блока корреляции, образованные первыми входами первого и второго перемножителей блока корреляции, соединены соответственно с выходами первого и второго фильтров низкой частоты, третий вход блока корреляции, образованный объединенными вторыми входами первого и второго перемножителей блока корреляции, соединен с выходом генератора опорного сигнала, первый и второй выходы блока корреляции, образованные выходами первого и второго накопительных сумматоров, соединены соответственно со входами первого и второго квадраторов, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входу сумматора, выход которого соединен со входом блока некогерентного накопления, выход которого подключен к блоку сравнения с порогом, выход которого является выходом устройства.

Способ и устройство [6] работают следующим образом. Смесь входного сигнала и шума поступает на первые входы первого и второго перемножителей, на вторые входы которых поступает сигнал с генератора несущей частоты, причем на второй вход первого перемножителя -непосредственно, а на второй вход второго перемножителя – через фазовращатель. Выходной сигнал с первого и второго перемножителей фильтруют на низкой частоте в первом и втором фильтрах низкой частоты. Таким образом осуществляют квадратурное преобразование принимаемого сигнала.

Генератор опорного сигнала формирует опорный сигнал, представляющий копию принимаемого сигнала, и подает на третий вход блока корреляции (образованный вторыми входами первого и второго перемножителей блока корреляции), на первый и второй вход блока корреляции поступает выходной сигнал соответственно с первого и второго фильтров низкой частоты. Выходные сигналы первого и второго перемножителей блока корреляции поступают соответственно на входы первого и второго накопительных сумматоров. Таким образом вычисляют величину взаимной корреляции между принимаемым и опорным сигналами путем перемножения и накопления.

Выходные сигналы с блока корреляции, образованные выходными сигналами первого и второго накопительных сумматоров, поступают на входы первого и второго квадраторов, где вычисляют квадраты синфазной и квадратурной компонент полученных значений сигнала взаимной корреляции.

Полученные квадраты компонент суммируют в выходном сумматоре, образуя квадрат модуля значений сигнала взаимной корреляции. Затем последовательно накапливают в блоке некогерентного накопления квадраты модулей значений сигнала взаимной корреляции на интервале обнаружения, сравнивают с заданным уровнем порога в блоке и по результатам сравнения принимают решение об обнаружении сигнала.

Недостатками этого технического решения является то, что поиск компонент многолучевого широкополосного сигнала выполняется независимо друг от друга. То есть принимается решение об обнаружении сигнала на конкретной временной позиции. Такой подход является неоптимальным для обработки кластера сигналов.

Количество энергии, заключенной в сигнале при многолучевом распространении неизменно. Поэтому чем больше на входе приемника независимых компонент многолучевого широкополосного сигнала, тем меньше энергия каждого из них, тем меньше отношение сигнал/шум в каждом луче. Характеристики поиска (вероятности ложной тревоги и пропуска сигнала) зависят от отношения сигнал/шум. Следовательно, с увеличением компонент многолучевого сигнала ухудшаются характеристики поиска.

Наиболее близким техническим решением к заявляемым объектам группы изобретений – способу поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройству для его реализации является изобретение [7, патент США 5805648. Method and apparatus for performing search acquisition in a CDMA communication system, hit. Cl. H 04 L 7/00].

Способ-прототип заключается в следующем: проводят многократное сканирование области неопределенности, при сканировании в каждой точке области неопределенности выполняют перемножение принимаемого и опорного сигнала, когерентное накопление полученного произведения, вычисление модуля, некогерентное накопление модулей когерентного накопления; результаты некогерентного накопления сравнивают с порогом, если порог превышен, то эта точка области неопределенности перепроверяется на следующей стадии поиска; на каждом этапе поиска параметры (число некогерентных накоплений, величина порога, размер окна) поиска меняются; на последнем этапе поиска принимают решение о величине задержки полезного сигнала).

Устройство-прототип (фиг. 2) содержит: антенну 1, приемник 2, генератор псевдослучайных последовательностей (ГПСП) 3, квадратурный коррелятор 4, первый 5 и второй 6 когерентные аккумуляторы, узел вычисления модуля 8, некогерентный аккумулятор 9 и узел вычисления порога 10, блок управления 12.

В устройстве-прототипе коррелятор 4, первый 5 и второй 6 когерентные аккумуляторы функционально вычисляют корреляцию входного сигнала с опорным сигналом. Поэтому эти блоки целесообразно представить, как блок корреляции 7 (как показано на фиг.2). Узел вычисления модуля 8, некогерентный аккумулятор 9 и узел вычисления порога 10 в совокупности функционально выполняют обнаружение сигналов лучей. Поэтому эти блоки целесообразно представить, как блок обнаружения сигналов лучей 11 (как показано на фиг.2).

На фиг.2 в соответствии с описанием прототипа показано: выход антенны 1 соединен со входом приемника 2, первый и второй выходы приемника 2 соединены соответственно с первым и вторым входами блока корреляции 7, при этом первый и второй входы блока корреляции 7 являются соответственно синфазным и квадратурным входами, образующими информационный вход блока корреляции 7, первый и второй входы блока корреляции 7 образованы соответственно первым и вторым входами квадратурного коррелятора 4, третий и четвертый входы блока корреляции 7, являющиеся соответственно синфазным и квадратурным входами опорного сигнала блока корреляции 7, соединены соответственно с первым и вторым выходами ГПСП, третий и четвертый входы блока корреляции 7 образованы соответственно третьим и четвертым входами квадратурного коррелятора 4, пятый вход блока корреляции 7, являющийся соответственно управляющим входом, соединен соответственно с первым выходом блока управления 12, формирующего на этом выходе сигнал управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции для синфазной и квадратурной составляющих сигнала, пятый вход блока корреляции 7 образован объединенными первыми входами первого 5 и второго 6 когерентных аккумуляторов, первый и второй выходы квадратурного коррелятора 4 соединены соответственно со вторыми входами первого 5 и второго 6 когерентных аккумуляторов, выход первого 5 когерентного аккумулятора, образующий первый выход блока корреляции 7, соединен с первым входом блока обнаружения сигналов лучей 11, выход второго 6 когерентного аккумулятора, образующий второй выход блока корреляции 7, соединен со вторым входом блока обнаружения сигналов лучей 11, первый и второй входы блока 11 образованы соответственно первым и вторым входами узла вычисления модуля 8, выход узла вычисления модуля 8 соединен с первым входом некогерентного аккумулятора 9, второй вход некогерентного аккумулятора 9, образующий третий вход блока 11, соединен с четвертым выходом блока управления 12, выход некогерентного аккумулятора 9 соединен с первым входом узла вычисления порога 10, второй вход узла вычисления порога 10, образующий четвертый вход блока 11, соединен с пятым выходом блока управления 12, выход блока вычисления порога 10, образующий выход блока 11, соединен со входом блока управления 12, второй выход которого соединен со входом ГПСП 3, третий выход блока управления 12 является выходом устройства, на третьем выходе блок управления 12 формирует сигнал, определяющий временное положение сигнала луча.

Работает способ и устройство (прототип) следующим образом. Входной сигнал поступает на антенну 1. Проводится многократное сканирование области неопределенности с использованием приемника 2. При сканировании в каждой точке области неопределенности выполняют перемножение принимаемого и опорного сигнала, когерентное накопление полученного произведения, используя для выполнения этих операций ГПСП 3, квадратурный коррелятор 4, первый 5 и второй 6 когерентные аккумуляторы. В узле 8 вычисляют модуль полученного когерентного накопления произведения. В некогерентном аккумуляторе 9 выполняют некогерентное накопление модулей когерентного накопления полученного произведения. Результаты некогерентного накопления сравнивают с порогом в узле 10, если порог превышен, то эта точка области неопределенности перепроверяется на следующей стадии поиска; на каждом этапе поиска параметры (число некогерентных накоплений, величина порога, размер окна) поиска меняются; на последнем этапе поиска принимают решение о величине задержки полезного сигнала.

Недостатками способа и устройства прототипа является то, что поиск компонент многолучевого широкополосного сигнала выполняется независимо друг от друга. То есть, при поиске обнаружение каждой из компонент многолучевого сигнала осуществляется независимо от других.

Такой подход является неоптимальным для обработки кластера сигналов.

Характеристики поиска компонент многолучевого сигнала можно улучшить путем обработки не отдельных компонент, а кластера сигналов в целом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блоку для его реализации, входящих в заявляемую группу изобретений, является изобретение [8, патент РФ 2164057, Способ обнаружения кластера многолучевого сигнала и устройство для его реализации, МПК ⁷ Н 04 В 7/216, Н 04 L 7/00].

Способ – прототип обнаружения кластера многолучевого сигнала заключается в том, что, формируют опорный сигнал и L-1 дополнительных опорных сигналов, совпадающих по форме с опорным сигналом, представляющим собой копию принимаемого сигнала, задерживают опорный сигнал в соответствии с гипотезой о задержке принимаемого сигнала, задерживают дополнительные опорные сигналы в соответствии с гипотезой об области задержки лучей кластера обнаруживаемого сигнала, вычисляют вектор сигнала взаимной корреляции между принимаемым и опорным сигналами, определяя его как исходный вектор взаимной корреляции, вычисляют векторы сигналов взаимной корреляции между принимаемым и дополнительными опорными сигналами, определяя их как L-1 дополнительных исходных векторов взаимной корреляции, выполняют Q этапов преобразований над L исходными векторами взаимной корреляции, где Q1, при этом если Q=l, то выполняют только первый этап преобразования, который заключается в том, что преобразуют каждый из L исходных векторов взаимной корреляции в К вторичных векторов взаимной корреляции путем поворота исходного вектора взаимной корреляции на углы (К-1)₀, при этом шаг поворота вектора ₀ выбирают таким образом, чтобы (К-1)₀ не превышало 2 при максимальном К, образуя при этом L групп по К вторичных векторов взаимной корреляции; образуют К^L суммарных векторов взаимной корреляции, каждый из которых представляет сумму вторичных векторов взаимной корреляции, содержащих по одному вторичному вектору взаимной корреляции из каждой группы таким образом, чтобы каждая из полученных сумм отличалась от любой другой по крайней мере одним вторичным вектором взаимной корреляции; вычисляют модули полученных суммарных векторов взаимной корреляции и из них выделяют максимальный, если Q>1, то выполняют первый этап преобразования, а затем на каждом последующем этапе преобразуют каждый из L исходных для данного этапа векторов взаимной корреляции, обеспечивающих максимальный суммарный вектор взаимной корреляции на предыдущем этапе, в R вторичных векторов взаимной корреляции путем поворота исходного вектора взаимной корреляции на углы (R-1)_R, при этом шаг поворота вектора _R, выбирают таким образом, чтобы (R-1)_R не превышало шаг поворота вектора на предыдущем этапе при максимальном R, образуя таким образом L групп по R вторичных векторов взаимной корреляции; образуют R^L суммарных векторов взаимной корреляции, содержащих по одному вектору из каждой группы, таким образом, чтобы каждый из полученных суммарных векторов взаимной корреляции отличался от любых других по крайней мере одним вектором взаимной корреляции; вычисляют модули полученных суммарных векторов взаимной корреляции и из них определяют максимальный, который используют в качестве выходной величины, которую сравнивают с заданным уровнем порога и по результатам сравнения принимают решение об обнаружении сигнала.

Устройство – прототип (фиг. 3) содержит L блоков корреляции 7₁-7_L , L блоков формирования вторичных векторов взаимной корреляции 13₁-13_L , блок объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14, блок вычисления модуля 15, блок выбора максимума 16, блок оценки и коррекции фазы 17 и блок сравнения с порогом 18, при этом первые и вторые входы блоков корреляции 7₁-7_L объединены и являются соответственно синфазными и квадратурными входами, образующими информационный вход устройства, третьи входы блоков корреляции 7₁-7_L являются опорным и соединены с выходами генератора опорного сигнала 3, синфазный и квадратурный выходы каждого из L блоков корреляции 7₁-7_L, представляющие исходный вектор взаимной корреляции, соединены соответственно с первыми и вторыми входами, соответствующего им, из L таких блоков, блока формирования вторичных векторов взаимной корреляции 13₁-13_L первый и второй выходы каждого блока формирования вторичных векторов взаимной корреляции, соответствующие синфазным и квадратурным составляющим вторичного вектора взаимной корреляции, соединены с соответствующими им входами блока объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14, образуя на его входе сигнал, представляющий L групп по два вторичных вектора взаимной корреляции, первый и второй выходы блока объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14, представляющие синфазную и квадратурную составляющие 2^L суммарных векторов взаимной корреляции, являются выходами блока объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14, которые соединены с соответствующими им входами блока вычисления модуля 15, выходы которого соединены с соответствующими им входами блока выбора максимума 16, блок выбора максимума 16, формирующий на одном из выходов сигнал, определяющий суммарный вектор с максимальным модулем, соединен с первым входом блока оценки и коррекции фазы 17, а на другом выходе – формирующий сигнал, определяющий номер сумматора блока объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14, на выходе которого получен максимальный суммарный вектор, соединен со вторым входом блока оценки и коррекции фазы 17, блок оценки и коррекции фазы 17, формирующий на выходах управляющие сигналы, определяющие угол поворота исходных векторов взаимной корреляции, соединен с дополнительными входами блоков формирования вторичных векторов взаимной корреляции 13₁-13_L, дополнительный выход блока оценки и коррекции фазы 17, определяющий максимальный из полученных суммарных векторов после завершения Q этапного преобразования, соединен со входом блока сравнения с порогом 18, выход которого является выходом устройства.

Работает устройство – прототип следующим образом.

Генератор опорного сигнала 3 формирует опорный сигнал, представляющий копию принимаемого демодулированного сигнала и L-1 дополнительных опорных сигналов, совпадающих по форме с опорным сигналом. Задерживают опорный сигнал в соответствии с гипотезой о задержке принимаемого сигнала и задерживают дополнительные опорные сигналы в соответствии с гипотезой об области задержки лучей кластера обнаруживаемого сигнала. Генератор опорного сигнала 3 подает опорные сигналы на соответствующие им третьи входы блоков корреляции 7₁-7_L на первый и второй входы которых поступает входной информационный сигнал.

В блоке корреляции 7₁ вычисляют синфазную и квадратурную составляющие принимаемого многолучевого сигнала и опорного сигнала, образуя исходный вектор взаимной корреляции. В блоках корреляции 7_L-1 вычисляют синфазные и квадратурные составляющие обнаруживаемого кластера многолучевого сигнала и дополнительных опорных сигналов, образуя таким образом L-1 дополнительных исходных векторов взаимной корреляции. Таким образом в блоках корреляции 7₁-7_L вычисляют L исходных векторов взаимной корреляции.

L исходных векторов взаимной корреляции с выходов блоков корреляции 7₁-7_L поступают на соответствующие им входы блоков формирования вторичных векторов взаимной корреляции 13₁-13_L В каждом блоке формирования вторичных векторов взаимной корреляции исходные вектора взаимной корреляции поступают на первые и вторые входы, на дополнительные входы которых поступают поворачивающие множители с блока оценки и коррекции фазы 17. Исходные вектора взаимной корреляции преобразуют во вторичные вектора взаимной корреляции путем поворота исходного вектора взаимной корреляции на 0 и +180 градусов, образуя таким образом на выходе блоков 13₁-13_L L групп по два вторичных вектора взаимной корреляции в каждой (поворот на +180 и ноль градусов).

L групп по два вторичных вектора взаимной корреляции с блоков 13₁-13_L поступают на соответствующие им входы блока объединения вторичных векторов взаимной корреляции 14. В блоке 14 образуют 2^L суммарных векторов, каждый из которых представляет сумму вторичных векторов, содержащих по одному вторичному вектору из каждой группы таким образом, чтобы каждая из полученных сумм отличалась от любой другой, по крайней мере, одним вторичным вектором.

2^L суммарных векторов с блока 14 поступают на блок вычисления модуля 15, в котором вычисляют модули полученных суммарных векторов.

Значения модулей суммарных векторов с блока 15 поступают на блок выбора максимума 16.

Блок выбора максимума 16, который определяет максимальный суммарный вектор из полученных сумм вторичных векторов. Эта операция выполняется путем последовательного считывания значений модулей суммарных векторов и определения максимального из них. При этом в элементе памяти запоминается номер входа с максимальным значением модуля. Этот номер равен номеру сумматора с максимальным значением суммарного вектора. На выходе блок 16 формирует два значения: на первом выходе – максимальное значение модуля, а на втором – номер сумматора, на выходе которого получен максимальный вектор и выдает эти значения соответственно на первый и второй входы блока оценки и коррекции фазы 17.

На втором этапе в блоке оценки и коррекции фазы 17 по номеру сумматора с максимальным выходным вектором определяют углы поворотов слагаемых максимального суммарного вектора. Затем каждый исходный вектор поворачивают на угол, равный углу поворота на первом этапе, и на угол, равный сумме угла поворота на первом этапе и угла +. Таким образом, формируют две группы по два вектора в каждой.

Затем выполняют 2^L суммирований и определяют максимальный суммарный вектор.

На третьем этапе в блоке оценки и коррекции фазы 17 по номеру сумматора с максимальным суммарным вектором определяют углы поворотов слагаемых максимального суммарного вектора. Затем каждый исходный вектор поворачивают на угол, равный повороту на втором этапе, и на угол, равный сумме угла поворота на первом этапе и угла минус . Таким образом, формируют две группы по два вектора в каждой.

Затем выполняют суммирование векторов и определяют максимальный суммарный вектор.

После завершения третьего этапа преобразования блок оценки и коррекции фазы 17 выдает на блок сравнения с порогом 18 модуль максимального вектора.

В блоке 18 сравнивают значение модуля с заданным уровнем порога и по результатам сравнения принимают решение об обнаружении кластера сигнала.

Способ и устройство – прототип позволяют обнаружить кластер сигналов лучей, однако при этом они не выполняют оценку размера кластера сигналов лучей. Это означает, что при обнаружении многолучевого сигнала размер обрабатываемого сигнала может превышать размер кластера. То есть в состав обрабатываемого сигнала могут входить шумовые компоненты. Это приводит к ухудшению параметров обнаружения.

Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, – это улучшение характеристик поиска многолучевого широкополосного сигнала, которое достигается за счет обнаружения и одновременной обработки компонент кластера многолучевого сигнала лучей и одиночных сигналов лучей.

Поставленная задача достигается путем использования заявляемой группы изобретений; способа поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройства для его реализации, способа обнаружения и оценки размера кластера сигнала лучей и устройства его реализующего.

Для достижения поставленной задачи в способ поиска многолучевого широкополосного сигнала, заключающийся в том, что выполняют последовательное сканирование области неопределенности, формируют опорный сигнал, представляющий собой копию принимаемого сигнала, при сканировании вычисляют комплексную величину корреляции между принимаемым сигналом и сформированным опорным сигналом, образуя комплексную величину взаимной корреляции, выполняют обнаружение сигнала, согласно изобретению дополнительно вводят следующую последовательность действий (операций):
выполняют последовательное сканирование области неопределенности с шагом, равным или меньше одного чипа расширяющей псевдослучайной последовательности (ПСП),
формируют дополнительно L-1 опорных сигналов, совпадающих по форме с опорным сигналом, причем все L сформированные опорные сигналы сдвинуты относительно друг друга на один элемент ПСП или менее,
при сканировании вычисляют комплексные величины взаимной корреляции между принимаемым сигналом и L-1 дополнительно сформированными опорными сигналами, образуя дополнительно L-1 комплексных величин взаимной корреляции,
выделяют из L комплексных величин взаимной корреляции J комплексных величин взаимной корреляции, модуль которых превышает заданное значение порога P₁,
– из J комплексных величин взаимной корреляции выделяют:
смежные комплексные величины взаимной корреляции, сдвинутые по времени относительно друг друга на один чип или менее чипа, определяя их как группы комплексных величин взаимной корреляции,
оставшиеся комплексные величины взаимной корреляции, которые сдвинуты относительно смежных комплексных величин взаимной корреляции более чем на чип, определяют как независимые комплексные величины взаимной корреляции,
– в каждой группе комплексных величин взаимной корреляции выполняют коррекцию фаз каждой комплексной величины взаимной корреляции,
– выполняют обнаружение и определяют размер кластера сигналов лучей, используя для этого группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, запоминают размер кластера сигналов лучей и его временное положение,
выполняют обнаружение одиночных сигналов лучей, используя для этого независимые комплексные величины взаимной корреляции, запоминают временные положения обнаруженных одиночных сигналов лучей.

При этом коррекцию фаз каждой комплексной величины взаимной корреляции выполняют путем умножения на комплексную величину с модулем, равным единице, и с фазой, равной оценке фазы комплексной величины взаимной корреляции, взятой с противоположным знаком.

Для решения поставленной задачи в устройство поиска многолучевого широкополосного сигнала, содержащее антенну, приемник, блок формирования опорных сигналов, блок корреляции, блок управления и блок обнаружения одиночных сигналов лучей, выход антенны соединен со входом приемника, первый и второй выходы приемника, соединены соответственно с первым и вторым входами блока корреляции, при этом первый и второй входы блока корреляции являются соответственно синфазным и квадратурным входами, образующими информационный вход блока корреляции, третий и четвертый входы блока корреляции, являющиеся соответственно синфазным и квадратурным входами опорного сигнала блока корреляции, соединены соответственно с первым и вторым выходами блока формирования опорных сигналов, пятый вход блока корреляции, являющийся соответственно управляющим входом, соединен соответственно с первым выходом блока управления, формирующего на этом выходе сигнал управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, первый вход блока управления соединен с выходом блока обнаружения одиночных сигналов лучей, второй выход блока управления, формирующего на этом выходе сигнал управления сдвигами опорных сигналов, соединен со входом блока формирования опорных сигналов, третий выход блока управления, формирующего на третьем выходе сигнал, определяющий временное положение сигнала одиночного луча, является первым выходом устройства, согласно изобретению введены:
L-1 первых и L-1 вторых дополнительных выходов блока формирования опорных сигналов, являющихся соответственно синфазными и квадратурными выходами опорного сигнала, которые соединены с соответствующими им L-1 третьими и L-1 четвертыми входами блока корреляции,
L-1 первых дополнительных выходов блока управления, являющихся сигналами управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, которые соединены с соответствующими им L-1 пятыми входами блока корреляции,
коммутатор, блок вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции, блок сравнения с порогом, первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, блок коррекции фазы и блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей,
при этом введены новые связи: 2L выходов блока корреляции, формирующего на этих выходах сигналы L комплексных величин взаимной корреляции, соединены с соответствующими им 2L первыми входами коммутатора, второй вход коммутатора и первый вход второго оперативного запоминающего устройства объединены и соединены с четвертым выходом блока управления, формирующего на этом выходе управляющий сигнал коммутации последовательностью записи L комплексных величин взаимной корреляции, блок управления, формирующий на пятом выходе управляющий сигнал, определяющий интервал записи и считывания величин взаимной корреляции, соединен с первым входом первого оперативного запоминающего устройства и вторым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй вход первого оперативного запоминающего устройства и вход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции объединены и соединены с выходом коммутатора, выход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции, соединен со входом блока сравнения с порогом, блок сравнения с порогом, на выходе которого сформирован сигнал превышения заданного значения порога, соединен со вторым входом блока управления, шестой выход блока управления соединен с объединенными третьими входами первого и второго запоминающих устройств, первое оперативное запоминающее устройство, формирующее на первом и втором выходах значения J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено соответственно с первым и вторым входами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, второе запоминающее устройство, формирующее на выходе сигнал о номерах J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено с третьим входом блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, формирующий на первом и втором выходах выделенные группы комплексных величин взаимной корреляции, соединен соответственно с первым и вторым входами блока коррекции фазы и первым и вторым входами блока обнаружения одиночных сигналов лучей, на третьем выходе – выделенные независимые комплексные величины взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения одиночных сигналов лучей, на четвертом выходе – сигнал, определяющий интервал поступления каждой группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен с первым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, на пятом выходе – сигнал о временных сдвигах групп скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен со вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и третьим входом блока управления, блок коррекции фазы, формирующий на выходе скорректированные величины выделенных групп комплексных величин взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, первый выход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, формирующего на первом выходе сигнал о размере кластера сигналов лучей, является вторым выходом устройства, на втором выходе – сигнал о временном положении кластера сигналов лучей, является третьим выходом устройства, на третьем выходе – сигнал, определяющий временной интервал обработки группы величин взаимной корреляции, соединен с четвертым входом блока управления, седьмой выход блока управления соединен с четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей.

Для достижения поставленной задачи в способ обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, заключающемся в том, что обнаружение кластера сигналов лучей выполняют в Q этапов, при обнаружении кластера сигналов лучей используют сформированные комплексные величины взаимной корреляции между принимаемым сигналом и опорными сигналами, суммируют комплексные величины взаимной корреляции, формируют выходные величины, согласно изобретению вводят следующую последовательность действий (операций):
– одновременно с обнаружением кластера сигналов лучей выполняют оценку размера кластера сигналов в Q этапов, где Q=N-1, N -количество комплексных величин взаимной корреляции в выделенной группе величин взаимной корреляции, причем на каждом этапе:
– формируют скользящее окно, размер которого равен W=N-q+1, где q – номер текущего этапа,
– выполняют сканирование выделенной группы комплексных величин корреляции скользящим окном с шагом, равным шагу поиска,
– на каждом шаге сканирования суммируют комплексные величины взаимной корреляции, находящиеся внутри сформированного скользящего окна, и вычисляют отношения модулей полученных сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, установленным для каждого размера скользящего окна, и запоминают их и соответствующие им временные положения и размеры скользящих окон, если эти отношения превышают значение единицы,
– после завершения Q этапов сканирования из запомненных отношений модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порогов выбирают максимальное значение, и по размеру и положению скользящего окна, соответствующего этому максимальному значению, определяют размер кластера и его временное положение, которые используют в качестве выходных величин.

Для решения поставленной задачи в блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, содержащий узел вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции и узел выбора максимума, согласно изобретению дополнительно введены:
последовательно соединенные первое оперативное запоминающее устройство и интегратор, узел вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, второе оперативное запоминающее устройство, узел управления, узел вычисления порога, первый и второй регистры, первый и второй сумматоры,
при этом соответственно введены новые связи: первый вход первого оперативного запоминающего устройства является третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, вход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции соединен с выходом интегратора, выход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции соединен с первым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, выход которого соединен с первым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый входы второго оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами узла управления, первый, второй и третий выходы второго оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами узла выбора максимума, первый выход которого является первым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй выход узла выбора максимума соединен с первым входом первого сумматора, выход которого является вторым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй вход первого сумматора соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, вход второго регистра является четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, первый вход первого регистра и вход узла управления объединены, образуя первый вход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй вход первого регистра является вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, четвертый выход узла управления соединен со вторым входом первого оперативного запоминающего устройства, пятый выход узла управления соединен со входом узла вычисления порога, выход которого соединен со вторым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, шестой выход узла управления является третьим выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей.

Сопоставительный анализ заявляемого способа поиска многолучевого широкополосного сигнала с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается наличием новых существенных признаков, – это то, что последовательное сканирование области неопределенности выполняют с шагом, равным или меньше одного чипа расширяющей псевдослучайной последовательности (ПСП), формируют дополнительно L-1 опорных сигналов, совпадающих по форме с опорным сигналом, причем все L сформированные опорные сигналы сдвинуты относительно друг друга на один элемент ПСП или менее, при сканировании вычисляют комплексные величины взаимной корреляции между принимаемым сигналом и L-1 дополнительно сформированными опорными сигналами, образуя дополнительно L-1 комплексных величин взаимной корреляции, выделяют из L комплексных величин взаимной корреляции J комплексных величин взаимной корреляции, модуль которых превышает заданное значение порога Р₁ из J комплексных величин взаимной корреляции выделяют: смежные комплексные величины взаимной корреляции, сдвинутые по времени относительно друг друга на один чип или менее чипа, определяя их как группы комплексных величин взаимной корреляции, оставшиеся комплексные величины взаимной корреляции, которые сдвинуты относительно смежных комплексных величин взаимной корреляции более чем на чип, определяют как независимые комплексные величины взаимной корреляции; в каждой группе комплексных величин взаимной корреляции выполняют коррекцию фаз каждой комплексной величины взаимной корреляции, выполняют обнаружение и определяют размер кластера сигналов лучей, используя для этого группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, запоминают размер кластера сигналов лучей и его временное положение, выполняют обнаружение одиночных сигналов лучей, используя для этого независимые комплексные величины взаимной корреляции, запоминают временные положения обнаруженных одиночных сигналов лучей.

Эти существенные отличительные признаки позволяют получить новый технический эффект, а именно – обнаруживать не отдельные компоненты кластера сигналов лучей, а кластер сигналов в целом и таким образом улучшить характеристики поиска многолучевого широкополосного сигнала.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства для реализации способа поиска многолучевого широкополосного сигнала с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается наличием следующих существенных отличительных признаков: введены L-1 первых и L-1 вторых дополнительных выходов блока формирования опорных сигналов, являющихся соответственно синфазными и квадратурными выходами опорного сигнала, которые соединены с соответствующими им L-1 третьими и L-1 четвертыми входами блока корреляции, L-1 первых дополнительных выходов блока управления, являющихся сигналами управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, которые соединены с соответствующими им L-1 пятыми входами блока корреляции, введены коммутатор, блок вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции, блок сравнения с порогом, первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, блок коррекции фазы и блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, а также введены новые связи, перечисленные в отличительной части формулы изобретения, между упомянутыми блоками.

Эти существенные отличительные признаки заявляемого устройства позволяют полностью реализовать все признаки заявляемого способа поиска многолучевого широкополосного сигнала и обнаруживать не отдельные компоненты кластера сигналов лучей, а кластер сигналов в целом и таким образом улучшить характеристики поиска многолучевого широкополосного сигнала.

Сопоставительный анализ заявляемого способа поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройства для его реализации с другими техническими решениями (аналогами), известными в данной области техники, не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формул изобретения. Следовательно, заявляемый способ и устройство для его реализации отвечают критериям: “новизна”, “существенные отличия”, “неочевидность” и отвечают изобретательскому уровню.

Сопоставительный анализ заявляемого способа обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей с прототипом показал, что заявляемый способ существенно отличается от прототипа, а именно: одновременно с обнаружением кластера сигналов лучей выполняют оценку размера кластера сигналов в Q этапов, где Q= N-1, N – количество комплексных величин взаимной корреляции в выделенной группе величин взаимной корреляции, причем на каждом этапе: формируют скользящее окно, размер которого равен W= N-q+1, где q – номер текущего этапа, выполняют сканирование выделенной группы комплексных величин корреляции скользящим окном с шагом, равным шагу поиска, на каждом шаге сканирования суммируют комплексные величины взаимной корреляции, находящиеся внутри сформированного скользящего окна, и вычисляют отношения модулей полученных сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, установленным для каждого размера скользящего окна, и запоминают их, если эти отношения превышают значение единицы, и соответствующие им временные положения и размеры скользящих окон, после завершения Q этапов сканирования из вычисленных отношений модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порогов выбирают максимальное значение, и по размеру и положению скользящего окна, соответствующего этому максимальному значению, определяют размер кластера и его временное положение, которые используют в качестве выходных величин.

Эти существенные отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют получить новый технический эффект – одновременно с обнаружением кластера сигналов лучей определять его размер.

Сопоставительный анализ заявляемого блока для реализации способа обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей с прототипом показал, что заявляемый блок существенно отличается от прототипа, т.е. согласно изобретению дополнительно введены первое оперативное запоминающее устройство, интегратор, узел вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, второе оперативное устройство, первый и второй сумматоры, первый и второй регистры, узел вычисления порога и узел управления, а также соответственно введены новые связи между перечисленными узлами и элементами блок-схемы.

Сопоставительный анализ заявляемого способа обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блока его реализующего с другими техническими решениями (аналогами) не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формул изобретения. Следовательно, заявляемый способ и блок для его реализации отвечают критериям: “новизна”, “существенные отличия”, “неочевидность” и отвечают изобретательскому уровню.

А в совокупности заявляемая группа изобретений: способ поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройство для его реализации, способ обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блок, его реализующий, позволяет улучшить характеристики поиска многолучевого широкополосного сигнала за счет обнаружения не отдельных компонент кластера сигналов лучей, а кластера сигналов в целом, т.е. решить поставленную задачу.

Описание заявляемой группы изобретений поясняется графическими материалами.

Фиг. 1 иллюстрирует кластер многолучевого сигнала: (а) распределение плотности мощности лучей сигнала, б) чип псевдослучайной последовательности).

На фиг.2 выполнена блок-схема устройства-прототипа для устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала.

На фиг.3 показана блок-схема устройства обнаружения кластера многолучевого сигнала.

На фиг.4 показана блок-схема заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала.

На фиг. 5 показан пример выполнения блока корреляции 7 для реализации заявляемого устройства.

На фиг.6 показан пример выполнения блока формирования опорных сигналов 3 для реализации заявляемого устройства.

На фиг.7 показан пример выполнения блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11 для реализации заявляемого устройства.

На фиг. 8 показан пример выполнения блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 для реализации заявляемого устройства.

На фиг.9 показан пример выполнения блока коррекции фазы 25 для реализации заявляемого устройства.

На фиг. 10 показана блок-схема заявляемого блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

На фиг.11 показан пример выполнения блока управления 12 для заявляемого устройства.

Заявляемое устройство поиска многолучевого широкополосного сигнала (фиг. 4) содержит антенну 1, приемник 2, блок формирования опорных сигналов 3, блок корреляции 7, блок управления 12 и блок обнаружения одиночных сигналов лучей 11, выход антенны 1 соединен со входом приемника 2, первый и второй выходы приемника 2, соединены соответственно с первым и вторым входами блока корреляции 7, при этом первый и второй входы блока корреляции 7 являются соответственно синфазным и квадратурным входами, образующими информационный вход блока корреляции 7, третий и четвертый входы блока корреляции 7, являющиеся соответственно синфазным и квадратурным входами опорного сигнала блока корреляции, соединены соответственно с первым и вторым выходами блока формирования опорных сигналов 3, пятый вход блока корреляции 7, являющийся управляющим входом, соединен соответственно с первым выходом блока управления 12, формирующего на этом выходе сигнал управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, первый вход блока управления 12 соединен с выходом блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11, второй выход блока управления 12, формирующего на этом выходе сигнал управления сдвигами опорных сигналов, соединен со входом блока формирования опорных сигналов 3, третий выход блока управления 12, формирующего на третьем выходе сигнал, определяющий временное положение сигнала одиночного луча, является первым выходом устройства, согласно изобретению введены: L-1 первых и L-1 вторых дополнительных выходов блока формирования опорных сигналов, являющихся соответственно синфазными и квадратурными выходами опорного сигнала, которые соединены с соответствующими им L-1 третьими и L-1 четвертыми входами блока корреляции, L-1 первых дополнительных выходов блока управления, являющихся сигналами управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, которые соединены с соответствующими им L-1 пятыми входами блока корреляции, коммутатор 19, блок вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции 20. блок сравнения с порогом 21, первое 22 и второе 23 оперативные запоминающие устройства, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, блок коррекции фазы 25 и блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, при этом 2L выходов блока корреляции 7, формирующего на этих выходах сигналы L комплексных величин взаимной корреляции, соединены с соответствующими им 2L первыми входами коммутатора 19, второй вход коммутатора 19 и первый вход второго оперативного запоминающего устройства 23 объединены и соединены с четвертым выходом блока управления 12, формирующего на этом выходе управляющий сигнал коммутации последовательностью записи L комплексных величин взаимной корреляции, блок управления 12, формирующий на пятом выходе управляющий сигнал, определяющий интервал записи и считывания величин взаимной корреляции, соединен пятым выходом с первым входом первого оперативного запоминающего устройства 22 и вторым входом второго оперативного запоминающего устройства 23, второй вход первого оперативного запоминающего устройства 22 и вход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции 20 объединены и соединены с выходом коммутатора 19, выход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции 20, соединен со входом блока сравнения с порогом 21, блок сравнения с порогом 21, на выходе которого сформирован сигнал превышения заданного значения порога, соединен со вторым входом блока управления 12, шестой выход блока управления 12 соединен с объединенными третьими входами первого 22 и второго 23 запоминающих устройств, первое оперативное запоминающее устройство 22, формирующее на первом и втором выходах J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено соответственно с первым и вторым входами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, второе запоминающее устройство 23, формирующее на выходе сигнал о номерах J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено с третьим входом блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, формирующий на первом и втором выходах выделенные группы комплексных величин взаимной корреляции, соединен соответственно с первым и вторым входами блока коррекции фазы 25 и первым и вторым входами блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11, на третьем выходе – выделенные независимые комплексные величины взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11, на четвертом выходе – сигнал, определяющий интервал поступления каждой группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен с первым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, на пятом выходе – сигнал о временных сдвигах групп скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен со вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26 и третьим входом блока управления 12, блок коррекции фазы 25, формирующий на выходе скорректированные величины выделенных групп комплексных величин взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, первый выход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, формирующего на первом выходе сигнал о размере кластера сигналов лучей, является вторым выходом устройства, на втором выходе – сигнал о временном положении кластера сигналов лучей, является третьим выходом устройства, на третьем выходе – сигнал, определяющий временной интервал обработки группы величин взаимной корреляции, соединен с четвертым входом блока управления 12, седьмой выход блока управления 12 соединен с четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

Блок корреляции 7 (фиг.5) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит L квадратурных корреляторов 4₁-4_L и соответственно каждому квадратурному коррелятору первый и второй когерентные аккумуляторы соответственно 5₁-5_L-6₁-6_L, первые входы L квадратурных корреляторов 4₁-4_L, объединены, образуя первый синфазный вход блока корреляции 7, вторые входы L квадратурных корреляторов 4₁-4_L объединены, образуя второй квадратурный вход блока корреляции 7, третий вход каждого из L квадратурных корреляторов 4₁-4_L образует третьи синфазные входы опорных сигналов блока корреляции, четвертый вход каждого из L квадратурных корреляторов 4₁-4_L образует четвертые квадратурные входы опорных сигналов блока корреляции 7, первый выход каждого, из L, квадратурного коррелятора 4₁-4_L соединен со вторым входом первого когерентного аккумулятора, соответствующего данному квадратурному коррелятору, второй выход каждого, из L, квадратурного коррелятора 4₁-4_L соединен со вторым входом второго когерентного аккумулятора, соответствующего данному квадратурному коррелятору, первые входы L первых когерентных аккумуляторов 5₁-5_L и первые входы L вторых когерентных аккумуляторов 6₁-6_L объединены, образуя пятый вход блока корреляции 7, выходы L первых когерентных аккумуляторов 5₁-5_L и выходы L вторых когерентных аккумуляторов 6₁-6_L образуют 2L выходов блока корреляции 7.

Блок формирования опорных сигналов 3 (фиг.6) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит генератор псевдослучайных последовательностей 29 (ГПСП) и первую 27 и вторую 28 линии задержки, при этом вход ГПСП 29 является входом блока формирования опорных сигналов 3, первый выход ГПСП 29, формирующего на этом выходе синфазный опорный сигнал, соединен со входом первой 27 линии задержки, второй выход ГПСП 29, формирующего на этом выходе квадратурный опорный сигнал, соединен со входом второй 28 линии задержки, выходы первой 27 и второй 28 линий задержки являются выходами блока формирования опорных сигналов 3, соответственно синфазными и квадратурными выходами сформированных L опорных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на один элемент ПСП или менее.

Блок обнаружения одиночных сигналов лучей 11 (фиг.7) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит последовательно соединенные узел вычисления модуля 8, некогерентный аккумулятор 9 и узел вычисления порога 10, выход которого является выходом блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11, второй вход некогерентного аккумулятора 9 является третьим входом блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11, а первый и второй входы узла вычисления модуля 8 являются соответственно первым и вторым входами блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11.

Блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 (фиг.8) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит первый 30, второй 31, третий 32 и четвертый 33 регистры и узел сравнения 34, при этом входы первого 30, второго 31 и третьего 32 регистров являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, выходы первого 30 и второго 31 регистров являются соответственно первым и вторым выходами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, выход третьего 32 регистра соединен с первым входом узла сравнения 34 и входом четвертого 33 регистра, выход четвертого 33 регистра соединен со вторым входом узла сравнения 34 и является пятым выходом блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, первый и второй выходы узла сравнения 34 являются соответственно четвертым и третьим выходами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24.

Блок коррекции фазы 25 (фиг.9) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит последовательно соединенные узел оценки фазы величин взаимной корреляции 35 и перемножитель 36, при этом первые входы узла оценки фазы величин взаимной корреляции 35 и перемножителя 36 объединены, образуя первый вход блока коррекции фазы 25, вторые входы узла оценки фазы величин взаимной корреляции 35 и перемножителя 36 объединены, образуя второй вход блока коррекции фазы 25, выход перемножителя 36 является выходом блока коррекции фазы 25.

Блок обнаружения и оценки кластера сигналов лучей 26 (фиг.10) для заявляемого способа обнаружения и оценки кластера сигналов лучей содержит узел вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции 39 и узел выбора максимума 42, согласно изобретению дополнительно введены: последовательно соединенные первое оперативное запоминающее устройство 37 и интегратор 38, узел вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога 40, второе оперативное запоминающее устройство 41, узел управления 43, узел вычисления порога 44, первый 45 и второй 45 регистры, первый 46 и второй 47 сумматоры, при этом: первый вход первого оперативного запоминающего устройства 37 является третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, вход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции 39 соединен с выходом интегратора, выход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции 39 соединен с первым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога 40, выход которого соединен с первым входом второго оперативного запоминающего устройства 41, второй, третий и четвертый входы второго оперативного запоминающего устройства 41 соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами узла управления 43, первый, второй и третий выходы второго оперативного запоминающего устройства 41 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами узла выбора максимума 42, первый выход которого является первым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, второй выход узла выбора максимума 42 соединен с первым входом первого сумматора 46, выход которого является вторым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, второй вход первого сумматора 46 соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого 45 и второго 48 регистров, вход второго регистра 48 является четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, первый вход первого регистра 45 и вход узла управления 43 объединены, образуя первый вход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, второй вход первого регистра 45 является вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, четвертый выход узла управления 43 соединен со вторым входом первого оперативного запоминающего устройства 37, пятый выход узла управления 43 соединен со входом узла вычисления порога 44, выход которого соединен со вторым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога 40, шестой выход узла управления 43 является третьим выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

Блок управления 12 (фиг.11) для заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала содержит сдвиговый регистр 49, первый 50, второй 51, третий 52 и четвертый 53 счетчики, первый 54, второй 55, третий 56, четвертый 57 и пятый 58 логические элементы “И”, умножитель 59, первый 60 и второй 61 логические элементы “ИЛИ”, первый 62 и второй 63 триггеры, инвертор 64, сумматор 65, регистр 66, генератор тактовых импульсов 67, при этом L первых выходов сдвигового регистра 49 являются соответственно первыми выходами блока управления 12, второй выход сдвигового регистра 49 является вторым выходом блока управления и соединен объединенными первыми входами первого логического элемента; “И” 60 и первого триггера 62, вход сдвигового регистра 49 объединен со входом третьего счетчика 52 и соединен с выходом первого счетчика 50, вход первого счетчика 50, первый вход первого логического элемента “И” 54 и первый вход пятого логического элемента “И” 58 объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов 67, вход второго счетчика 51 соединен с выходом первого логического элемента “И” 54, первый выход второго счетчика 51 является четвертым выходом блока управления 12, а второй выход второго счетчика 51 соединен со вторым входом первого триггера 62 и вторым входом первого логического элемента “ИЛИ” 60, выход первого триггера 62 соединен с объединенными входом инвертора 64, первым входом третьего логического элемента “И” 56 и вторым входом первого логического элемента “И” 54 и является пятым выходом блока управления 12, выход инвертора 64 соединен с первым входом второго логического элемента “ИЛИ” 61, второй вход которого объединен со вторым входом пятого логического элемента “И” и соединен с выходом третьего логического элемента “И” 56, второй вход третьего логического элемента “И” 56 является вторым входом блока управления 12, первый вход сумматора 65 является третьим входом блока управления 12, выход сумматора соединен со входом регистра 66, выход которого соединен с первым входом четвертого логического элемента “И” 57, выход которого является третьим выходом блока управления 12, второй вход четвертого логического элемента “И” 57 является первым входом блока управления 12, выход третьего счетчика 52 соединен со входом умножителя 59, выход которого соединен со вторым входом сумматора 65 и является седьмым выходом блока управления 12, выход второго логического элемента “И” 55 является шестым выходом блока управления 12, первый вход второго логического элемента “И” 55 соединен с выходом второго логического элемента “ИЛИ” 61, второй вход второго логического элемента “И” 55 соединен с первым выходом четвертого счетчика 53, второй выход которого соединен с первым входом второго триггера 63, второй вход второго триггера 63 объединен с первым входом четвертого счетчика 53 и соединен с выходом первого логического элемента “ИЛИ” 60, выход второго триггера 63 соединен с третьим входом пятого логического элемента “И” 58, четвертый вход которого является четвертым входом блока управления 12, выход пятого логического элемента “И” 58 соединен со вторым входом четвертого счетчика 53.

Реализуют заявляемый способ поиска многолучевого широкополосного сигнала на устройстве, блок-схема которого показана на фиг.4.

Входной сигнал из антенны 1 поступает в приемник 2, который его усиливает, фильтрует, преобразует на видеочастоту и преобразует в цифровую форму. Цифровые отсчеты синфазной и квадратурной составляющей сигнала с приемника 2 поступают на первый синфазный и второй квадратурный входы блока корреляции 7, образуя информационный вход блока 7.

Блок формирования опорных сигналов 3 формирует L синфазных и L квадратурных опорных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на один элемент ПСП или менее, эти сигналы поступают соответственно на третьи и четвертые входы блока корреляции 7.

Блок управления 12 формирует управляющий сигнал интервалом когерентных накоплений величин взаимной корреляции соответственно для синфазной и квадратурной составляющих сигнала, который поступает с первого выхода блока управления 12 на пятый вход блока корреляции 7.

Блок корреляции 7, содержащий L параллельных квадратурных корреляторов 4₁-4_L (фиг. 5), каждый из которых представляет собой канал обнаружения сигналов лучей, вычисляет комплексные величины взаимной корреляции между сигналом, поступающим из приемника 2 и L опорными сигналами, образуя, таким образом на выходе, L комплексных величин взаимной корреляции (2L выходов).

Выходные сигналы с блока корреляции 7 поступают на первые входы коммутатора 19.

С помощью коммутатора 19, блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции 20, блока сравнения с порогом 21 и блока управления 12, из L комплексных величин взаимной корреляции выделяют Q комплексных величин взаимной корреляции, модуль которых превышает заданное значение порога и записывают их в первое оперативное запоминающее устройство 22 (ОЗУ).

С помощью блока управления 12 определяют номера выделенных Q комплексных величин взаимной корреляции, которые равны номерам каналов обнаружения (квадратурным корреляторам) блока корреляции 7, на выходе которых они получены и записывают их во второе оперативное запоминающее устройство 23 (ОЗУ).

Блок управления 12 формирует управляющий сигнал, который поступает с пятого выхода на второй вход второго оперативного запоминающего устройства 23 (ОЗУ) и первый вход первого оперативного запоминающего устройства 22. По этому управляющему сигналу ОЗУ 22 записывает комплексные величины взаимной корреляции, ОЗУ 23 записывает номера выделенных Q комплексных величин взаимной корреляции.

Затем Q комплексных величин взаимной корреляции, а также номера этих величин, считываются из ОЗУ 22 и ОЗУ 23 соответственно и поступают на блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24.

В блоке выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 из Q комплексных величин взаимной корреляции выделяют смежные комплексные величины взаимной корреляции, сдвинутые по времени относительно друг друга на один чип или менее чипа. Полученные группы комплексных величин взаимной корреляции поступают с первого и второго выходов блока 24 соответственно на первый и второй входы блока коррекции фазы 25 и первый и второй входы блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11.

С третьего выхода блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 на третий вход блока обнаружения одиночных сигналов лучей 11 поступают независимые комплексные величины взаимной корреляции, которые сдвинуты относительно выделенных групп смежных комплексных величин взаимной корреляции более чем на чип, и синхросигнал для выполнения обработки этих величин в блоке обнаружения одиночных сигналов.

Выделенные группы комплексных величин взаимной корреляции поступают в блок коррекции фазы 25.

С четвертого и пятого выходов блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 на первый и второй входы блока обнаружения кластеров сигналов лучей 26 поступает сигнал, определяющий интервал поступления каждой группы комплексных величин взаимной корреляции и сигнал о временных сдвигах группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции.

В блоке 25 в каждой группе комплексных величин взаимной корреляции выполняют коррекцию фазы каждой комплексной величины взаимной корреляции. Коррекцию фазы каждой комплексной величины взаимной корреляции выполняют, например, путем умножения на комплексную величину с модулем, равным единице, и с фазой, равной оценке фазы комплексной величины взаимной корреляции, взятой с противоположным знаком. Скорректированные величины поступают на блок обнаружения и оценки размера кластеров сигналов лучей 26.

Блок 26 выполняет обнаружение кластеров сигналов лучей и определяет временное положение обнаруженного кластера сигналов лучей, на выходе формирует два выходных сигнала: с первого выхода поступает сигнал о размере обнаруженного кластера сигналов лучей, а со второго выхода – сигнал о временном положении обнаруженного кластера сигналов лучей.

Блок управления 12 формирует управляющие сигналы для блока корреляции 7, блока формирования опорных сигналов 3, коммутатора 19, первого 22 и второго 23 оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) и блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26 и обеспечивает совместную работу всех блоков устройства для выполнения поставленной задачи.

Для лучшего понимания работы заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала рассмотрим подробнее работу блоков, входящих в структуру этого устройства. Блок-схемы этих устройств приведены как примеры для реализации заявляемого устройства.

Для формирования L комплексных величин взаимной корреляции блок корреляции 7 содержит L квадратурных корреляторов 4₁-4_L (фиг.5), каждый из которых представляет собой канал обнаружения сигнала луча. Каждому квадратурному коррелятору ₁-4_L соответствует первый и второй когерентные аккумуляторы соответственно 5₁-5_L и 6₁-6_L, которые по управляющему сигналу с блока 12 осуществляют когерентное накопление величин взаимной корреляции соответственно для синфазной и квадратурной составляющих сигнала.

По поступившим сигналам блок корреляции 7 вычисляет комплексные величины взаимной корреляции между сигналом, поступающим из приемника 2 и L опорными сигналами, накапливает их на установленном интервале накопления, получая на выходе L комплексных величин взаимной корреляции.

Для вычисления L комплексных величин взаимной корреляции необходимо сформировать L синфазных и L квадратурных опорных сигналов, поэтому целесообразно выполнить блок формирования опорных сигналов 3 как показано на фиг.6. ГПСП 29 формирует соответственно синфазный и квадратурный опорные сигналы и подает соответственно на входы первой 27 и второй 28 линий задержки. Первая 27 линия задержки формирует на выходах L синфазных опорных сигналов, а вторая 28 линия задержки – L квадратурных опорных сигналов, которые являются синфазными и квадратурными опорными сигналами блока 3.

Блок обнаружения одиночных сигналов лучей 11 (фиг.6) может быть выполнен различным образом. Например, может быть выполнен так же, как и в прототипе. Схема этого устройства выполнена таким образом, что позволяет обнаруживать сигналы лучей, но не способна обнаруживать кластеры лучей сигналов, и не выполняет оценку размера кластера сигналов лучей. Поэтому авторы сознательно не изменили структуру этого блока, оставив блок-схему прежней, изменили связи (сигналы, поступающие на входы этого блока), настроив работу блока таким образом, чтобы он осуществлял обнаружение одиночных сигналов лучей. Поэтому блок 11 упомянут в ограничительной части формулы (это общий признак с прототипом), а связи – первый, второй и третий входы, соединенные соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 24 являются новыми, они включены в отличительную часть формулы изобретения.

Блок обнаружения одиночных сигналов лучей выполнен в виде последовательно включенных блоков вычисления модуля 8, некогерентного аккумулятора 9 и узла вычисления порога. Синхросигнал с блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 определяет моменты времени, в которые необходимо выполнять сравнение с порогом.

В блоке выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 (фиг. 8) входные синфазная и квадратурная составляющие величины взаимной корреляции (Q выделенных комплексных величин взаимной корреляции), а также номер последующей величины, который равен номеру канала обнаружения (квадратурного коррелятора) блока корреляции 7, на выходе которого получена эта величина, записываются в регистры 30-32.

Входные синфазная и квадратурная составляющие величины взаимной корреляции с выходов регистров первого 30 и второго 31 регистров поступают на выход блока 24.

При записи в регистры 30-32 последующей величины взаимной корреляции ее номер перезаписывается в четвертый регистр 33, а в третий регистр 32 записывается номер “новой” последующей величины. Таким образом, в одном регистре 33 записан номер текущей величин взаимной корреляции, а в другом 32 – последующей. Выходные сигналы этих регистров 32 и 33 сравниваются в узле сравнения 34. Если номера отличаются на единицу, то узел сравнения 34 формирует сигнал, определяющий интервал поступления группы комплексных величин взаимной корреляции. В противном случае – синхросигнал для блока обнаружения одиночных сигналов (признак одиночного сигнала лучей).

Номера текущих величин взаимной корреляции, сигнал, определяющий интервал поступления группы комплексных величин взаимной корреляции и синхросигнал для блока обнаружения одиночных сигналов (признак одиночного сигнала лучей) поступают на выходы блока 24.

В блоке коррекции фазы 25 (фиг.9) выходные сигналы с блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 поступают на объединенные первые и вторые входы узла оценки фазы величин взаимной корреляции 35 и перемножителя 36. В узле 35 выполняется оценка фазы величины взаимной корреляции. Полученная оценка фазы величины взаимной корреляции поступает на третий вход перемножителя 36. В перемножителе 36 эта величина умножается на комплексную величину с модулем, равным единице, и с фазой, равной оценке фазы комплексной величины взаимной корреляции, взятой с противоположным знаком. Полученное значение поступает на третий вход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

Рассмотрим подробнее работу блока обнаружения и оценки размера кластеров сигналов лучей 26 (фиг.10), так как этот блок в составе заявляемого устройства поиска многолучевого широкополосного сигнала выполняет обнаружение и оценку размера кластера сигналов лучей, т.е. реализует второй заявляемый способ в заявляемой группе изобретений. Этот блок полностью реализует все признаки второго заявляемого способа, отличается новизной и неочевидностью решения задачи.

В блоке обнаружения и оценки размера кластеров сигналов лучей 26 (фиг. 10) скорректированные величины взаимной корреляции, принадлежащие к одной группе, записываются в первое оперативное запоминающее устройство 37 (ОЗУ). Запись величин в первое ОЗУ 37 выполняется по сигналу о временных сдвигах группы обрабатываемых комплексных величин с блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24, который поступает на первый вход блока обнаружения и оценки размера кластеров сигналов лучей 26 и затем на узел управления 43. Этот блок формирует сигнал записи для первого ОЗУ 37. Сигнал о временных сдвигах группы обрабатываемых комплексных величин взаимной корреляции записывается в регистр 45 по сигналу, определяющему интервал поступления группы комплексных величин взаимной корреляции, который поступает с блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 на второй вход блока 26.

Обнаружение и оценку размера кластера сигналов лучей выполняют в Q этапов, где Q=N-1, N – количество комплексных величин взаимной корреляции в записанной группе.

На каждом этапе выполняют сканирование записанной группы комплексных величин корреляции скользящим окном размером W=N-q+l, где q – номер текущего этапа. Сканирование выполняется путем многократного считывания из первого ОЗУ 37 W= N-q+l комплексных величин взаимной корреляции. При первом считывании первым считывается первый элемент группы, а последним – элемент группы с номером W. При втором считывании первым считывается второй элемент группы, а последним – элемент группы с номером W+1. При каждом считывании номера первого и последнего считываемых элементов увеличиваются на единицу. Считывание заканчивается после считывания последнего элемента в группе. Например, пусть группа состоит из пяти элементов, а размер окна равен трем. Тогда при первом считывании считываются первый второй и третий элементы, при втором – второй, третий и четвертый элементы, при третьем – третий, четвертый и пятый элементы. Считывание на этом заканчивается, так как считан последний элемент в группе.

При каждом считывании выполняют последовательное суммирование с накоплением величин взаимной корреляции, используя для этого интегратор 38, вычисление модуля этой суммы и вычисление отношения полученного модуля к значению порога, установленного для этого скользящего окна, используя для этих операций соответственно узлы 39 и 40.

Если отношение полученного модуля к значению порога больше единицы (в узле 40), то во втором ОЗУ 41 запоминают величину полученного отношения и соответствующее ему временное положение и размер скользящего окна. Временное положение окна определяется номером первого считываемого элемента группы. Величины временного положения и размера скользящего окна записываются во второе ОЗУ 41 с узла управления 43.

После завершения Q этапов вычислений, из всех полученных отношений модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порогов выбирают максимальное значение, используя для этой операции узел выбора максимума 42. Для этого величины отношений модулей и соответствующие им временные положения и размеры скользящего окна считываются из второго ОЗУ 41 на узел выбора максимума 42, который определяет максимальное отношение и запоминает соответствующее ему временное положение и размер скользящего окна. По размеру скользящего окна, соответствующего этому максимальному значению, определяют размер кластера.

Сигнал, определяющий размер кластера, с первого выхода узла выбора максимума 42 поступает на первый выход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

Временное положение скользящего окна относительно временного положения первой величины из группы обрабатываемых комплексных величин со второго выхода узла выбора максимума 42 поступает на первый вход первого сумматора 46, а на второй вход первого сумматора 46 со второго сумматора 47 поступает значение временного положения группы обрабатываемых комплексных величин относительно начала области поиска, которое равно сумме временного положения группы обрабатываемых комплексных величин относительно временного положения первой из L комплексных величин и временному положению этой величины относительно границы области поиска, которые записаны в первый 45 и второй 48 регистры соответственно. Выходной сигнал первого сумматора 46 определяет временное положение кластера и поступает на второй выход блока 26.

Узел управления 43 управляет последовательностью операций записи и считывания первого ОЗУ 37), вычислений отношений модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к соответствующим значениям порогов, записи и считывания второго ОЗУ 41 (управляющие входы).

После завершения Q этапов вычислений, узел управления 43 формирует сигнал окончания обнаружения кластера сигналов лучей (шестой выход), который является третьим выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26.

Блок управления 12 можно реализовать различным образом. Один из возможных вариантов реализации блока управления 12 приведен на фиг.11.

Блок управления 12 (фиг.11) работает следующим образом.

Первый счетчик 50 формирует сигнал окончания интервала накопления, который поступает на входы сдвигового регистра и третьего счетчика.

СL первых выходов сдвигового регистра 49 соответственно на первые выходы блока управления 12 поступают сигналы, управляющие длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции. Со второго выхода регистра 49 на второй выход блока управления 12, на первый вход первого логического элемента “ИЛИ” 60 и первый вход первого триггера 62 поступает сигнал сдвига опорного генератора на L элементов псевдослучайной последовательности (чипов).

Сигнал сдвига опорного генератора устанавливает первый триггер 62 в “единичное состояние”, при котором с выхода первого триггера 62 поступает сигнал с уровнем “логической единицы”. “Единичное состояние” первого триггера 62 соответствует состоянию считывания выходных значений корреляторов и их записи в первое ОЗУ 22. Выходной сигнал первого триггера 62, определяющий интервал записи и считывания из первого 22 и второго 23 ОЗУ, поступает на пятый выход блока управления 12. “Единичный” выходной сигнал первого триггера 62 разрешает прохождение тактовых импульсов через схему первого логического элемента “И” 54 на второй счетчик 51, который формирует сигнал, управляющий переключением (коммутацией) выходных сигналов блока корреляции 7 при их считывании и записи в первое ОЗУ 22.

Для записи в первое 22 и второе 23 ОЗУ четвертым счетчиком 53 формируется сигнал адреса записи. При этом в начальное состояние счетчик устанавливается сигналом сдвига опорного генератора, прошедшего через второй логический элемент “ИЛИ” 55, а адрес меняется только при поступлении с блока сравнения с порогом сигнала превышения порога.

После завершения записи в первое 22 и второе 23 ОЗУ, второй счетчик 51 формирует сигнал окончания записи, который через первый логический элемент “ИЛИ” 60 устанавливает четвертый счетчик 53 в начальное состояние, первый триггер 62 – в нулевое состояние (сигнал “нулевого” логического уровня на выходе) и второй триггер 63 в единичное состояние. После чего выполняется считывание из первого 22 и второго 23 ОЗУ.

При считывании четвертый счетчик 53 формирует сигнал адреса считывания. Если с блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26 поступает сигнал, который определяет временной интервал обработки группы величин взаимной корреляции в блоке обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26, то считывание прекращается до завершения обработки. Для этого тактовые импульсы и сигнал, который определяет временной интервал обработки, объединяются по логической схеме во втором логическом элементе “И” 55.

Третий счетчик 52 формирует номер сдвига опорного сигнала на L (L – число корреляторов) шагов поиска. Произведение этого номера на L определяет номер сдвига опорного сигнала первого коррелятора, который поступает на блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей 26 и на вход сумматора 65. На первый вход сумматора 65 с блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции 24 поступает сигнал, определяющий сдвиг одиночного луча относительно сдвига опорного сигнала первого коррелятора. На выход сумматора 65 поступает сигнал, определяющий сдвиг одиночного луча относительно начала области поиска. Этот сдвиг, определяющий временное положение обнаруженного сигнала одиночного луча, записывается в регистр и при наличии признака обнаружения одиночного луча поступает на третий выход блока управления 12.

Преимуществом заявляемой группы изобретений, включающей способ поиска многолучевого широкополосного сигнала и устройство для его реализации, способ обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и блок, его реализующий, созданных в едином изобретательском замысле, по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники является то, что заявляемая группа изобретений в совокупности позволяет улучшить характеристики поиска многолучевого широкополосного сигнала за счет обнаружения не отдельных компонент кластера сигналов лучей, а кластера сигналов в целом.

Кроме того, предлагаемая группа изобретений реализуется на известных в радиотехнике блоках и элементах, что позволяет использовать их в современных сотовых системах радиосвязи и в системах CDMA второго, третьего и четвертого поколений.

Формула изобретения

1. Способ поиска многолучевого широкополосного сигнала, заключающийся в том, что выполняют последовательное сканирование области неопределенности, формируют опорный сигнал, представляющий собой копию принимаемого сигнала, при сканировании вычисляют комплексную величину корреляции между принимаемым сигналом и сформированным опорным сигналом, образуя комплексную величину взаимной корреляции, выполняют обнаружение сигнала, отличающийся тем, что последовательное сканирование области неопределенности выполняют с шагом, равным или меньше одного чипа расширяющей псевдослучайной последовательности (ПСП), формируют дополнительно L-1 опорных сигналов, совпадающих по форме с опорным сигналом, причем все L сформированные опорные сигналы сдвинуты относительно друг друга на один элемент ПСП или менее, при сканировании вычисляют комплексные величины взаимной корреляции между принимаемым сигналом и L-1 дополнительно сформированными опорными сигналами, образуя дополнительно L-1 комплексных величин взаимной корреляции, выделяют из L комплексных величин взаимной корреляции J комплексных величин взаимной корреляции, модуль которых превышает заданное значение порога P₁, из J комплексных величин взаимной корреляции выделяют: смежные комплексные величины взаимной корреляции, сдвинутые по времени относительно друг друга на один чип или менее чипа, определяя их как группы комплексных величин взаимной корреляции, оставшиеся комплексные величины взаимной корреляции, которые сдвинуты относительно смежных комплексных величин взаимной корреляции более чем на чип, определяют как независимые комплексные величины взаимной корреляции, в каждой группе комплексных величин взаимной корреляции выполняют коррекцию фаз каждой комплексной величины взаимной корреляции, выполняют обнаружение и определяют размер кластера сигналов лучей, используя для этого группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, запоминают размер кластера сигналов лучей и его временное положение, выполняют обнаружение одиночных сигналов лучей, используя для этого независимые комплексные величины взаимной корреляции, запоминают временные положения обнаруженных одиночных сигналов лучей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коррекцию фаз каждой комплексной величины взаимной корреляции выполняют путем умножения на комплексную величину с модулем, равным единице, и с фазой, равной оценке фазы комплексной величины взаимной корреляции, взятой с противоположным знаком.

3. Устройство поиска многолучевого широкополосного сигнала, содержащее антенну, приемник, блок формирования опорных сигналов, блок корреляции, блок управления и блок обнаружения одиночных сигналов лучей, выход антенны соединен со входом приемника, первый и второй выходы приемника соединены соответственно с первым и вторым входами блока корреляции, при этом первый и второй входы блока корреляции являются соответственно синфазным и квадратурным входами, образующими информационный вход блока корреляции, третий и четвертый входы блока корреляции, являющиеся соответственно синфазным и квадратурным входами опорного сигнала блока корреляции, соединены соответственно с первым и вторым выходами блока формирования опорных сигналов, пятый вход блока корреляции, являющийся соответственно управлениям входом, соединен соответственно с первым выходом блока управления, формирующего на этом выходе сигнал управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, первый вход блока управления соединен с выходом блока обнаружения одиночных сигналов лучей, второй выход блока управления, формирующего на этом выходе сигнал управления сдвигами опорных сигналов, соединен со входом блока формирования опорных сигналов, третий выход блока управления, формирующего на третьем выходе сигнал, определяющий временное положение сигнала одиночного луча, является первым выходом устройства, отличающееся тем, что введены L-1 первых и L-1 вторых дополнительных выходов блока формирования опорных сигналов, являющихся соответственно синфазными и квадратурными выходами опорного сигнала, которые соединены с соответствующими им L-1 третьими и L-1 четвертыми входами блока корреляции, L-1 первых дополнительных выходов блока управления, являющихся сигналами управления длительностью интервала когерентных накоплений величин взаимной корреляции, которые соединены с соответствующими им L-1 пятыми входами блока корреляции, коммутатор, блок вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции, блок сравнения с порогом, первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции фазы и блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, при этом 2L выходов блока корреляции, формирующего на этих выходах сигналы L комплексных величин взаимной корреляции, соединены с соответствующими им 2L первыми входами коммутатора, второй вход коммутатора и первый вход второго оперативного запоминающего устройства объединены и соединены с четвертым выходом блока управления, формирующего на этом выходе управляющий сигнал коммутации последовательностью записи L комплексных величин взаимной корреляции, блок управления, формирующий на пятом выходе управляющий сигнал, определяющий интервал записи и считывания величин взаимной корреляции, соединен с первым входом первого оперативного запоминающего устройства и вторым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй вход первого оперативного запоминающего устройства и вход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции объединены и соединены с выходом коммутатора, выход блока вычисления модулей комплексных величин взаимной корреляции соединен со входом блока сравнения с порогом, блок сравнения с порогом, на выходе которого сформирован сигнал превышения заданного значения порога, соединен со вторым входом блока управления, шестой выход блока управления соединен с объединенными третьими входами первого и второго запоминающих устройств, первое оперативное запоминающее устройство, формирующее на первом и втором выходах значения J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено соответственно с первым и вторым входами блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, второе запоминающее устройство, формирующее на выходе сигнал о номерах J выделенных комплексных величин взаимной корреляции, соединено с третьим входом блока выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, блок выделения групп комплексных величин взаимной корреляции, формирующий на первом и втором выходах выделенные группы комплексных величин взаимной корреляции, соединен соответственно с первым и вторым входами блока коррекции фазы и первым и вторым входами блока обнаружения одиночных сигналов лучей, на третьем выходе – выделенные независимые комплексные величины взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения одиночных сигналов лучей, на четвертом выходе – сигнал, определяющий интервал поступления каждой группы скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен с первым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, на пятом выходе – сигнал о временных сдвигах групп скорректированных комплексных величин взаимной корреляции, соединен со вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей и третьим входом блока управления, блок коррекции фазы, формирующий на выходе скорректированные величины выделенных групп комплексных величин взаимной корреляции, соединен с третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, первый выход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, формирующего на первом выходе сигнал о размере кластера сигналов лучей, является вторым выходом устройства, на втором выходе – сигнал о временном положении кластера сигналов лучей, является третьим выходом устройства, на третьем выходе – сигнал, определяющий временной интервал обработки группы величин взаимной корреляции, соединен с четвертым входом блока управления, седьмой выход блока управления соединен с четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей.

4. Способ обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, заключающийся в том, что обнаружение кластера сигналов лучей выполняют в Q этапов, при обнаружении кластера сигналов лучей используют сформированные комплексные величины взаимной корреляции между принимаемым сигналом и опорными сигналами, суммируют комплексные величины взаимной корреляции, формируют выходные величины, отличающийся тем, что одновременно с обнаружением кластера сигналов лучей выполняют оценку размера кластера сигналов в Q этапов, где Q= N-1, N – количество комплексных величин взаимной корреляции в выделенной группе величин взаимной корреляции, причем на каждом этапе формируют скользящее окно, размер которого равен W= N-q+1, где q – номер текущего этапа; выполняют сканирование выделенной группы комплексных величин корреляции скользящим окном с шагом; равным шагу поиска, на каждом шаге сканирования суммируют комплексные величины взаимной корреляции, находящиеся внутри сформированного скользящего окна, и вычисляют отношения модулей полученных сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, установленным для каждого размера скользящего окна, и запоминают их, если эти отношения превышают значение единицы, и соответствующие им временные положения и размеры скользящих окон, после завершения Q этапов сканирования из запомненных отношений модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порогов выбирают максимальное значение и по размеру и положению скользящего окна, соответствующего этому максимальному значению, определяют размер кластера и его временное положение, которые используют в качестве выходных величин.

5. Блок обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, содержащий узел вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции и узел выбора максимума, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные первое оперативное запоминающее устройство и интегратор, узел вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, второе оперативное запоминающее устройство, узел управления, узел вычисления порога, первый и второй регистры, первый и второй сумматоры, при этом первый вход первого оперативного запоминающего устройства является третьим входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, вход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции соединен с выходом интегратора, выход узла вычисления модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции соединен с первым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, выход которого соединен с первым входом второго оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый входы второго оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами узла управления, первый, второй и третий выходы второго оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами узла выбора максимума, первый выход которого является первым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй выход узла выбора максимума соединен с первым входом первого сумматора, выход которого является вторым выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй вход первого сумматора соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, вход второго регистра является четвертым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, первый вход первого регистра и вход узла управления объединены, образуя первый вход блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, второй вход первого регистра является вторым входом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей, четвертый выход узла управления соединен со вторым входом первого оперативного запоминающего устройства, пятый выход узла управления соединен с входом узла вычисления порога, выход которого соединен со вторым входом узла вычисления отношения модулей сумм комплексных величин взаимной корреляции к значениям порога, шестой выход узла управления является третьим выходом блока обнаружения и оценки размера кластера сигналов лучей.

РИСУНКИ