ПРИЕМНИК Российский патент 1994 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для поиска и обнаружения фазоманипулированных (ФМн) сигналов, а также визуальной оценки их основных параметров.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является панорамный приемник, выбранный в качестве прототипа, который обеспечивает поиск и обнаружение ФМн сигналов в заданном диапазоне частот Дf, а также визуальную оценку их несущей частоты, но не позволяет визуально оценить такие основные параметры, как закон фазовой манипуляции, величину скачков фазы Δϕ, длительность τ_n и количество N элементарных посылок.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем визуальной оценки закона фазовой манипуляции, величины скачков фазы, кратность фазовой манипуляции, длительности и количества элементарных посылок обнаруженного фазоманипулированного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены (n+1)-й амплитудный детектор, частотный детектор, дифференцирующий блок, второй генератор развертки, (n+1)-й и (n+2)-ой полосовые фильтры, делитель частоты на восемь, фазовращатель на 90^о, (n+1)-ю и (n+2)-ю электроннолучевую трубку, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены (n+1)-ый амплитудный детектор, дифференцирующий блок, второй генератор развертки и горизонтальный электрод (n+1)-ой электронно-лучевой трубки, вертикальный электрод которой через частотный детектор соединен с выходом ключа, к выходу умножителя частоты на восемь последовательно подключены (n+1)-й полосовой фильтр, делитель частоты на восемь, (n+2)-ой полосовой фильтр, фазовращатель на 90^о и вертикальный электрод (n+2)-ой электронно-лучевой трубки, горизонтальный электрод которой соединен с выходом (n+2)-го полосового фильтра, а управляющий электрод - с выходом частотного детектора.

Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг. 1. Вид возможных осциллограмм изображен на фиг. 2. Временные диаграммы, поясняющие работу приемника, показаны на фиг. 3.

Панорамный приемник содержит антенну 1, первый генератор 2 развертки, гетеродин 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, обнаружитель 6, усилитель 7 частоты на восемь, первый измеритель 8 ширины спектра, второй измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, пороговый блок 11, ключ 12, линию 13 задержки, перемножитель 14, n каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных полосового фильтра 15i, амплитудного детектора 16i, видеоусилителя 17i и вертикального электрода ЭЛТ 18i, горизонтальный электрод которой соединен с выходом генератора 2 развертки (i = 1, 2, . . . , n), частотный детектор 9, (n + 1)-й амплитудный детектор 20, дифференцирующий блок 21, второй генератор 22 развертки, (n+1)-ю ЭЛТ 23, (n+2)-ой полосовой фильтр 24, делитель 25 частоты на восемь, (n+2)-ой полосовой фильтр 26, фазовращатель 27 на 90^о и (n+1)-ю ЭЛТ 28. Причем к выходу генератора 2 развертки последовательно подключены гетеродин 3, смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом антенны 1, усилитель 5 промежуточной частоты, умножитель 7 частоты на восемь, измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, второй вход которого через измеритель 8 ширины спектра соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, пороговый блок 11, ключ 12, второй ход которого соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, линия 13 задержки, перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом ключа 12, и n каналов обработки. К выходу усилителя 5 промежуточной частоты последовательно подключены (n+1)-й амплитудный детектор 20, дифференцирующий блок 1, генератор 22 развертки и горизонтальный электрод (n+1)-ой ЭЛТ 23, вертикальный электрод которой через частотный детектор 19 соединен с выходом ключа 12. К выходу умножителя 7 частоты на восемь последовательно подключены (n+1)-й полосовой фильтр 24, делитель 25 частоты на восемь, (n+2)-ой полосовой фильтр 26, фазовращатель 27 на 90^о и вертикальный электрод (n+1)-ой ЭЛТ 28, горизонтальный электрод которой соединен с выходом полосового фильтра 26, а управляющий электрод - с выходом частотного детектора 19.

Панорамный приемник работает следующим образом. Просмотр заданного диапазона частот Дf осуществляется с помощью генератора 2 развертки, который периодически с периодом Т_п по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 3. Одновременно генератор 2 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 18. . 18_n, которая используется как ось частоты, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона Дf. Ключ 12 в исходном состоянии всегда закрыт. Принимаемый ФМн-сигнал
U_c(t) = V_c cos[ω_ct + ϕ_c(t) + ϕ_c] , 0 ≅ t ≅ Tc, где V_c, ω_c, ϕ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;
ϕ_K(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодомM(t) (см. фиг. 3а), причем ϕ_K(t) = const при K τ_n < t < (K + 1) τ_n и может изменяться скачком на Δ ϕ при t = K τ_n , т. е. на границах между элементарными посылками (K + 1, 2, . . , . N-1);
τ_n, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с = N τ_n); с выхода антенны 1 поступает на первый вход смесителя 4, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 3 линейно изменяющейся частоты
U_г(t) = V_г cos(ω_гt + π γt² + ϕ_г), 0 ≅ t ≅ Т_п, где V_г, ω_г, ϕ_г, Т_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина,
γ= - скорость изменения частоты гетеродина (скорость изменения частоты первой гармоники гетеродина).

На выходе смесителя 4 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 5 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
U_пр1(t) = V_пр cos[ ω_прt + ϕ_K(t) -
-π γ₁t² + ϕ_пр] , 0 ≅ t ≅ T_с, где U_пр= K₁U_с·U_г ;
K₁ - коэффициент передачи смесителя;
ω_пр = ω_с - ω_г - промежуточная частота;
ϕ_пр = ϕ_с - ϕ_г - промежуточная начальная фаза; которое представляет собой сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн). Это напряжение поступает на вход обнаружителя 6, состоящего из умножителя 7 частоты на восемь, измерителей 8 и 9 ширины спектра, блока 10 сравнения, порогового блока 11 ключа 12.

На выходе умножителя 7 частота на восемь образуется напряжение
U₁(t) = U_пр cos[8 ω_прt - 8 π γ₁t² + 8 ϕ_пр] ,
0 ≅ t ≅ T_с,
Так как 8 ϕ_K(t) = 0,8 при приеме сигнала с однократной фазовой манипуляцией [ФМн-2, ϕ_K(t) = 0, π] , 8 ϕ_K(t) = 0,4π, 8π, 12π при приеме сигнала с двукратной фазовой манипуляцией [ФМн-4, ϕ_K(t) = 0, π/2, π, 3/2π] , 8 ϕ_K(t) = 0,2 π, 4π , 6π , 8π, 10π , 12π, 14π при приеме сигнала с трехкратной фазовой манипуляцией [ФМн-8, ϕ_K(t) = 0, π /4, π/2, 3/4π, π, 5/4π m 3/2π , 7/4π ] , то в указанном колебании манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δf₁ восьмой гармоники определяется длительностью Т_с сигнала (Δf₁ = 1/Т_с), тогда как ширина спектра Δf_сФМн-сигнала определяется длительностью его элементарных посылок (Δf_c = 1/ τ_n), т. е. ширина спектра Δf₁ восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δf_с выходного сигнала: Δf_c/Δf₁ = N. Следовательно, при умножении частоты ФМн-сигнала на восемь его спектр "сворачивается" в N раз. Это и позволяет ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов.

Ширина спектра Δf_с входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 8, а ширина спектра Δf₁ восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 9. Напряжения V и V₁, пропорциональные Δf_c и Δf₁ соответственно, с выходов измерителей 8 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как V >>V₁, то на выходе блока 10 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень V_пор в пороговом блоке 11.

Пороговый уровень V_пор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня V_пор в пороговом блоке 11 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 12, открывая его. При этом напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты через открытый ключ 12 одновременно поступает на первый вход перемножителя 14 и на вход линии 13 задержки, на выходе которой образуется напряжение
U_пр2(t) = U_пр1(t -τ_з) = V_пр^. cos[ ω_пр(t -
-τ_з) + ϕ_K(t - τ_з) - π γ₁(t -τ_з)² + ϕ_пр] ,
0 ≅ t ≅ T_c, где τ_з - время задержки линии 13 задержки.

На выходе перемножителя 14 образуется напряжение
U_б1(t) = Vб. cos[ω_б1t + ϕ_K1(t) -
- ϕ_б1] , 0 ≅ t ≅ T_c, где U= K₂U2п

Несущая частота напряжения биений ω_б1 = 2π γ₁ τ_з = const. Следовательно, при фиксированном времени задержки τ_з на выходе перемножителей 14 образуется моночастотный сигнал биений, несущая частота ω_б1 которого зависит от скорости изменения частоты γ_i(i = 1, 2, . . . , n гетеродина 3. Скорость изменения частоты преобразования сигнала, поступающего на вход автокоррелятора, зависит от номера гармоники частоты гетеродина 3, взаимодействующей с несущей частотой принимаемого ФМн-сигнала.

Частота настройки полосового фильтра 15₁ выбирается равной
ω_н1 = ω_б1 = 2π γ₁ τ_з, частота настройки полосового фильтра 15₂ выбирается равной
ω_н2 = ω_б2 = 2π γ₂ τ_з, а частота настройки полосового фильтра 15n выбирается равной
ω_нn = ω_бn = 2π γ_n τ_з, где γ_n = nγ₁ - скорость изменения n-ой гармоники частоты гетеродина.

Напряжение U_бi(t) с выхода полосового фильтра 15i поступает на вход амплитудного детектора 16i, где оно детектируется и после усиления в видеоусилителе 17i поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 18i, на экране которой образуется импульс (частотная метка).

Положение частотной метки на горизонтальной развертке ЭЛТ 18i однозначно определяет несущую частоту ω_с принимаемого ФМн-сигнала (i = 1, 2, . . . , n).

Следовательно, номер гармоники частоты гетеродина 3, с которой взаимодействует несущая частота принимаемого ФМн-сигнала, определяется номером полосового фильтра того канала, на экране ЭЛТ которого наблюдается частотная метка (см. фиг. 2а).

Напряжение U_пр1(t) (см. фиг. 3б) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты одновременно поступает на вход амплитудного детектора 20 и через который ключ 12 на вход частотного детектора 19. На выходе последнего образуется последовательность коротких разнополярных импульсов (см. фиг. 3в) временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы входного ФМн-сигнала (см. фиг. 3б). Амплитудный детектор 20 выделяет огибающую спектра (см. фиг. 3ж), которая дифференцирующим блоком 21 преобразуется в два коротких разнополярных импульсов (см. фиг. 3з). Причем коротким положительным импульсом запускается, а коротким отрицательным импульсом закрывается генератор 22 развертки, который формирует пилообразное напряжение (см. фиг. 3и). Это напряжение используется в качестве напряжения развертки и подается на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 23, на экране которой образуется горизонтальная развертка. Длина указанной развертки пропорциональна длительности Т_с обнаруженного ФМн-сигнала. На вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 23 подается последовательность коротких разнополярных импульсов (см. фиг. 3в) с выхода частотного детектора 19, которую визуально можно наблюдать на ее экране (см. фиг. 2б).

Причем минимальное "расстояние" между короткими разнополярными импульсами соответствует длительности τ_n элементарных посылок (см. фиг. 3а). Подсчитав число скачков фазы ν (количество коротких разнополярных импульсов), можно оценить количество N элементарных посылке. Между числом скачков фазы ν и количеством N элементарных посылок существует следующая зависимость
ν = 0,5(N-1).

По количеству и порядку следования коротких разнополярных импульсов оценивается закон фазовой манипуляции.

Для визуальной оценки величины скачков фазы Δ ϕ и кратности фазовой манипуляции обнаруженного ФМн-сигнала используется ЭЛТ 28 с круговой разверткой. Причем круговая развертка формируется с помощью напряжения, выделяемого непосредственно из обнаруженного ФМн-сигнала. С этой целью напряжение U₁(t) (см. фиг. 3г) с выхода умножителя 7 частоты на восемь выделяется полосовым фильтром 24 и подается на вход делителя 25 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение
U₂(t) = V_пр cos( ω_прt - π γ₁t² + ϕ_пр),
0 ≅ t ≅ Tс которое выделяется полосовым фильтром 26 и используется для формирования круговой развертки ЭЛТ 28. Для этого напряжение U₂(t) (см. фиг. 3д) подается непосредственно на горизонтально-отклоняющие пластины, а через фазовращатель 27 на 90^о на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 90. На управляющий (модулирующий) электрод ЭЛТ 28 поступает последовательность коротких разнополярных импульсов (см. фиг. 3в), которая осуществляет модуляцию электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 28 образуется изображение в виде ярких точек (см. фиг. 2, в, г, д). Причем количество ярких точек равно кратности m фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними определяет величину скачков фазы Δ ϕ. При попадании в полосу пропускания усилителя 5 промежуточной частоты следующего ФМн-сигнала работа приемника происходит аналогичным образом.

Таким образом, предлагаемый приемник по сравнению с прототипом обеспечивает визуальную оценку не только несущей частоты обнаруженного фазоманипулированного сигнала, но и других его параметров таких, как закон фазовой манипуляции, величину скачков фазы Δ ϕ, кратность m фазовой манипуляции, длительность сигнала Т_с, длительность τ_n и количество N элементарных посылок. Тем самым функциональные возможности панорамного приемника расширены. (56) Авторское свидетельство СССР N 1661661, кл. G 01 R 23/00, 1989.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для поиска и обнаружение фазоманипулированных сигналов, а также визуальной оценки их основных параметров. Панорамный приемник содержит антенну 1, два генератора развертки 2, 22, гетеродин 3, смеситель 4, два усилителя промежуточной частоты 5, 7, обнаружитель 6, два измерителя ширины спектра 8, 9, блок сравнения 10, пороговый блок 11, ключ 12, линию задержки 13, перемножитель 14, n-каналов обработки, каждый из которых состоит из полосового фильтра 15, амплитудного детектора 16, видеоусилителя 17, вертикального электрода 18, /n + 1/ - амплитудный детектор 20, дифференцирующий блок 21, второй генератор развертки 22, /n + 1/ -ю ЭЛТ 23, /n + 2/ - полосовой фильтр 24, 26, делитель частоты 25, фазовращатель 27, /n + 2/-ю ЭЛТ 28. 3 ил.

ПРИЕМНИК, содержащий последовательно включенные приемную антенну, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом первого генератора развертки, усилитель промежуточной частоты, умножитель частоты на восемь, второй измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, линию задержки, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом ключа, и n каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных полосового фильтра, амплитудного детектора, видеоусилителя и вертикального электрода электронно-лучевой трубки, горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом первого генератора развертки, отличающийся тем, что в него введены (n + 1)-й амплитудный детектор, частотный детектор, дифференцирующий блок, второй генератор развертки, (n + 1)-й и (n + 2)-й полосовые фильтры, делитель частоты на восемь, фазовращатель на 90^o, (n + 1)- и (n + 2)-ю электронно-лучевую трубки, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены (n + 1)-й амплитудный детектор, дифференцирующий блок, второй генератор развертки и горизонтальный электрод (n + 1)-й электронно-лучевой трубки, вертикальный электрод которой через частотный детектор соединен с выходом ключа, к выходу умножителя частоты на восемь последовательно подключены (n + 1)-й полосовой фильтр, делитель частоты на восемь, (n + 2)-й полосовой фильтр, фазовращатель на 90^o и вертикальный электрод (n + 2)-й электронно-лучевой трубки, горизонтальный электрод которой соединен с выходом (n + 2)-й полосового фильтра, а управляющий электрод - с выходом частотного детектора.