3.2. Сигналы Баркера

Кодовая последовательность сигнала Баркера состоит из символов и характеризуется АКФ вида

где

Знак последней строке (3.28) зависит от величины

В табл. 3.2 приведены известные кодовые последовательности Баркера. В последнем столбце таблицы приведен уровень боковых пиков автокорреляционной функции (1).

Таблица 3.2. Кодовые последовательности Баркера и АКФ

Комплексные огибающие сигнала Баркера для и его АКФ изображены на рис. 3.4, а АКФ сигнала Баркера для — на рис. 3.6 [12].

Кодовые последовательности, обладающие свойством (3.28), для не найдены.

Рис. 3.6. АКФ сигналов Баркера с

Рис. 3.7. Амплитудный и фазовый спектры кодовых последовательностей Баркера с и 13

Спектр кодовой последовательности. Амплитудный спектр кодовой последовательности может быть найден непосредственно из выражения (3.10). Энергетичеокий спектр кодовой последовательности Баркера при описывается выражением

а при

где На рис. 3.7, а изображены зависимости

рассчитанные по формулам (3.29), (3.30) для Из рисунка видно, что амплитудные спектры при имеют или провал, или пик. Фазовые спектры для сигналов Баркера были рассчитаны численно и изображены на рис. для тех же что и амплитудные спектры.

На рис. 3.8 изображены амплитудные спектры сигналов Баркера с и 13, построенные согласно формуле (3.8), т. е. при перемножении спектра одиночного импульса (3.6) на спектр кодовой последовательности (3.29) или (3.30) [12].

Тело неопределенности. На рис. 3.9 и 3.10 изображены для построенные в соответствии с формулой (2.23) при

Дискретные значения полученные для соединены прямыми линиями. Как видно из рис. 3.9, 3.10, основной пик тела неопределенности окружен довольно большими боковыми пиками. Вдоль оси боковые пики не изображены, так как при выбранном смещении частоты (3.31) сечения проходят через нули сечения Для максимальное значение бокового пика равно для максимальное значение бокового пика — . Наличие относительно больших боковых пиков на плоскости представляется естественным, так как сигналы Баркера (см. табл. 3.2) похожи на сигнал с линейной частотной модуляцией сигнал): чем больше

Рис. 3.8. Амплитудные спектры сигналов Баркера с

Рис. 3.9. Тело неопределенности сигнала Баркера с

Рис. 3.10. Тело неопределенности сигнала Баркера с

время (аргумент сигнала), тем чаще происходит смена знаков импульсов. Однако боковые пики сигналов Баркера меньше, чем в случае ЛЧМ сигнала. Объясняется это свойством фазоманипулированных сигналов: если есть один боковой пик определенной величины, то таких пиков на плоскости должно быть по крайней мере четыре вследствие симметрии тела неопределенности относительно осей

Формирование и обработка сигналов Баркера. Формирование сигналов Баркера может осуществляться несколькими способами, так же, как и произвольного ФМ сигнала. Общие методы формирования и обработки ФМ сигналов будут подробно рассмотрены в гл. 21, 22. Поскольку сигналы Баркера были первыми ШПС, причем с наилучшими АКФ, рассмотрим кратко один из возможных способов формирования и обработки сигналов Баркера.

На рис. 3.11 изображен генератор сигнала Баркера с Генератор синхроимпульсов (ГСИ) формирует узкие прямоугольные синхроимпульсы (рис. 3.12, а), период следования которых равен длительности сигнала Баркера длительность одиночного (единичного) прямоугольного импульса.

Рис. 3.11. Генератор сигнала Баркера с

Рис. 3.12. Временные диаграммы процесса формирования сигнала Баркера с

Генератор синхроимпульсов запускает генератор одиночных импульсов (ГОИ), который в свою очередь формирует одиночные прямоугольные импульсы длительностью то и периодом Т (рис. 3.12, б). Одиночные прямоугольные импульсы поступают на вход многоотводной линии задержки (МЛЗ), которая имеет секций с отводами через интервалы времени, равные то. Число отводов, включая начало линии, равно 7. Так как кодовая последовательность Баркера с имеет вид то импульсы с первого, второго, третьего и шестого отводов (счет ведется от начала линии) поступают на вход сумматора непосредственно, а импульсы с четвертого, пятого и седьмого отводов поступают «а вход сумматора через инверторы (ИН), которые превращают положительные одиночные импульсы в отрицательные, т. е. осуществляют изменение фазы на . Поэтому инверторы называются также фазовращателями. На выходе сумматора имеет место видеосигнал Баркера (рис. 3.12, в), который затем поступает на один вход балансного

модулятора (БМ), на другой вход которого подается радиочастотное колебание (рис. 3.12, г) на несущей частоте, формируемое генератором несущей частоты (ГНЧ). Балансный модулятор осуществляет фазовую манипуляцию радиочастотного колебания ГНЧ в соответствии с кодовой последовательностью Баркера: видеоимпульсу с амплитудой 1 соответствует радиоимпульс с фазой

О, а видеоимпульсу с амплитудой —1 — радиоимпульс с фазой Таким образом, на выходе балансного модулятора имеет место радиочастотный сигнал Баркера (рис. 3.12, д). Следует отметить, что в генераторе сигнала Баркера многоотводная линия задержки (рис. 3.11) является видеочастотной.

Оптимальная обработка сигналов Баркера так же, как и других ШПС, производится либо с помощью согласованных фильтров, либо с помощью корреляторов. Возможно несколько способов построения согласованных фильтров и корреляторов, отличающихся друг от друга в техническом выполнении, но обеспечивающих одно и то же максимальное отношение сигнал-помеха на выходе. На рис. 3.13 приведена схема согласованного фильтра для сигнала Баркера с N = 7.

Рис. 3.13. Согласованный фильтр сигнала Баркера с

С выхода усилителя промежуточной частоты приемника (на схеме рис. 3.13 приемник не показан) сигнал поступает на согласованный фильтр одиночного импульса (СФОИ), который производит оптимальную Обработку (фильтрацию) одиночного прямоугольного радиоимпульса с центральной частотой, равной промежуточной частоте приемника. На выходе СФОИ радиоимпульс имеет треугольную огибающую (ом. рис. 2.8). Треугольные радиоимпульсы с длительностью по основанию то поступают на МЛЗ, которая имеет 6 секций и 7 отводов (включая начало линии). Отводы следуют через то. Так как импульсная характеристика согласованного фильтра совпадает с зеркально отраженным сигналом, то кодовую импульсную характеристику фильтра для сигнала Баркера с следует устанавливать в соответствии с последовательностью . Поэтому радиоимпульсы со второго, пятого, шестого и седьмого отводов МЛЗ поступают сумматор непосредственно, а радиоимпульсы с первого, третьего и четвертого отводов — через инверторы (ИН), которые меняют фазу на На выходе сумматора имеет место АКФ сигнала Баркера, огибающая которой приведена рис. 3.6.

Необходимо отметить, что при оптимальной обработке радиочастотного сигнала Баркера все элементы схемы рис. 3.13 являются

радиочастотными, т. е. СФОИ, MЛ3, ИН и сумматор должны работать на промежуточной частоте и иметь необходимую полосу пропускания, которая определяется шириной спектра сигнала Баркера.

Если сигналы Баркера используются в электросвязи, т. е. их передача осуществляется по широкополосному кабелю, то в схеме генератора, изображенной на рис. 3.11, нет необходимости в ГНЧ и БМ, а все элементы схемы согласованного фильтра (рис. 3.13) являются видеочастотными, в том числе и МЛЗ.