ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК Российский патент 1994 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для поиска и обнаружения фазоманипулированных (ФМн) сигналов, визуальной оценки их несущей частоты и пеленгации источника излучения указанных сигналов в двух плоскостях.

Наиболее близким к предлагаемому является панорамный приемник, который обеспечивает поиск и обнаружение ФМн-сигналов, а также визуальную оценку их несущей частоты, но не позволяет осуществлять пеленгацию источника излучения ФМн-сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей приемника путем точной и однозначной пеленгации источника излучения ФМн-сигналов в двух плоскостях.

Цель достигается тем, что в приемник введены второй гетеродин, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, и четыре измерительных канала приема, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и индикатора, причем к выходу ключа последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты.

Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг. 1; взаимное расположение антенн и принцип пеленгации источника излучения ФМн-сигналов в двух плоскостях показаны на фиг. 2.

Панорамный приемник содержит первую антенну 1, генератор 2 развертки, первый гетеродин 3, первый смеситель 4, первый усилитель 5 первой промежуточной частоты, обнаружитель 6, умножитель 7 частоты на восемь, первый 8 и второй 9 измерители ширины спектра, блок 10 сравнения, пороговый блок 11, ключ 12, линию 13 задержки, первый перемножитель 14, полосовые фильтры 15₁. . . 15_n, амплитудные детекторы 16₁. . . 16_n, видеоусилители 17₁. . . 17_n, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) 18₁. . . 18_n, второй гетеродин 19, второй смеситель 20, усилитель 21 второй промежуточной частоты, вторую 22, третью 23, четвертую 24 и пятую 25 антенны, третий 26, четвертый 27, пятый 28 и шестой 29 смесители, второй 30, третий 31, четвертый 32 и пятый 33 усилители первой промежуточной частоты, второй 34, третий 35, четвертый 36 и пятый 37 перемножители, первый 38, второй 39, третий 40 и четвертый 41 узкополосные фильтры, первый 42, второй 43, третий 44 и четвертый 45 фазовые детекторы, первый 46, второй 47, третий 48 и четвертый 49 индикаторы. К выходу генератора 2 развертки последовательно подключены гетеродин 3, смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом антенны 1, усилитель 5 первой 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 первой промежуточной частоты, пороговый блок 11, ключ 12, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 первой промежуточной частоты, линия 13 задержки, перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом ключа 12, и 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 вторым выходом генератора 2 развертки. К выходу ключа 12 последовательно подключены смеситель 20, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 19, и усилитель 21 второй промежуточной частоты. Каждый из измерительных каналов приема содержит последовательно включенные антенну 22(23-25), смеситель 26(27-29), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3, усилитель 30(31-33) первой промежуточной частоты, перемножитель 34(35-37), узкополосный фильтр 38(39-41), фазовый детектор 42(43-45), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 19 и индикатор 46(47-49).

Пеленгация источника излучения ФМн-сигналов предлагаемым приемником осуществляется фазовым методом, которому свойственно противоречие между требованиями обеспечения точности измерений и однозначности отсчета угла.

Действительно согласно формулам
Δϕ₁= 2sinα; =Δϕ₂= 2sinβ , где d₁ - измерительная база (расстояние между антеннами);
λ - длина волны;
α - угол прихода радиоволн в азимутальной плоскости;
β - угол прихода радиоволн в угломерной плоскости, приемник тем чувствительнее к изменению углов α и β, чем больше относительный размер базы d₁/λ. Однако с ростом d₁/λ уменьшаются значения угловых координат α и β, при которых разности фаз Δϕ₁ и Δϕ₂превосходят значение 2 π, т. е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно путем использования двух измерительных баз в каждой плоскости, между относительными размерами которых устанавливается следующее соотношение:
< < .

При этом меньшая база d₁ образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база d₂ - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Причем измерительные базы образуют прямой угол, в вершине которого расположена первая антенна опорного канала приема.

Панорамный приемник работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df 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 18₁. . . 18_n, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона Df. Ключ 12 в исходном состоянии всегда закрыт.

Принимаемые ФМн-сигналы
U₁(t) = U_c ˙ Cos[2 π f_ct + ϕ_к(t) + ϕ₁] ;
U₂(t) = U_c ˙ Cos[2 π f_ct + ϕ_к(t) + ϕ₂] ;
U₃(t) = U_c ˙ Cos[2 π f_ct + ϕ_к(t) + ϕ₃] ;
U₄(t) = U_c ˙ Cos[2 π f_ct + ϕ_к(t) + ϕ₄] ;
U₅(t) = U_c ˙ Cos[2 π f_ct + ϕ_к(t) + ϕ₅] , где U_с, f_c, Т_с, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄, ϕ₅ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;
ϕ_к(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом, причем ϕ_к(t) = const при К τ_и < t < (K+1)x τ_и и может изменяться скачком при t = K τ_и, т. е. на границах между элементарными посылками (К = 0,1,2. . . , N-1);
τ_и, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлены сигналы длительностью Т_с(Т_с = N τ_и), с выходов антенн 1,22-25 поступают на первые входы смесителей 4, 26-29, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 3 линейно изменяющейся частоты
U_г1 (t) = U_г1 ˙ Cos(2 π f_г1 t +
+ πγ₁t²+ϕ_г1), 0 ≅ t ≅ Т_п, где U_г1, f_г1, Т_п, ϕ_г1 - амплитуда, начальная фаза, период повторения и начальная фаза напряжения гетеродина 3;
γ₁= - скорость изменения частоты гетеродина (скорость изменения первой гармоники частоты гетеродина).

На выходе смесителей 4, 26-29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 5, 30-33 выделяются напряжения первой промежуточной (разностной) частоты
U_пр1(t) = U_пр1 ˙ Сos[2 π f_пр1t +
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр1] ;
U_пр2(t) = U_пр1 ˙ Cos[2 π f_пр1t +
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр2] ;
U_пр3(t) = U_пр1 ˙ Cos[2 π f_пр1t +
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр3] ;
U_пр4(t) = U_пр1 ˙ Cos[2 π f_пр1t +
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр4] ;
U_пр5(t) = U_пр1 ˙ Cos[2 π f_пр1t +
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр5] , где U_пр1 = · К₁· U_c · U_г1; 0 ≅ t ≅T_с,
К₁ - коэффициент передачи смесителей;
f_пр1 = f_c - f_г1 - первая промежуточная частота;
ϕ_пр1 = ϕ₁ - ϕ_г1;
ϕ_пр2 = ϕ₂ - ϕ_г1;
ϕ_пр3 = ϕ₃ - ϕ_г1;
ϕ_пр4 = ϕ₄ - ϕ_г1;
ϕ_пр5 = ϕ₅ - ϕ_г1, которые представляют собой сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн).

Напряжение U_ПР1(t) с выхода усилителя 5 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 6, состоящего из умножителя 7 частоты на восемь, измерителей 8 и 9 ширины спектра, блока 10 сравнения, порогового блока 11 и ключа 12.

На выходе умножителя 7 частоты на восемь образуется напряжение
U₆(t) = U_пр1 Cos(16 π f_пр1 t -
- 8 πγ₁t²+8ϕ_пр1), 0 ≅ t ≅ T_c.

Так как 8 ϕ_к(t) = { 0,8 π} при приеме сигнала с однократной фазовой манипуляцией [ФМн-2, ϕ_к(t) = { 0, π} ] , 8 ϕ_к(t) = { 0,4π , 8π, 12 π} при приеме сигнала с двукратной фазовой манипуляцией [ФМн-4, ϕ_к(t) = { 0, π/2, π, 3/2π } ] , 8 ϕ_к(t) = { 0,2 π , 4π , 6 π , 8 π, 10 π, 12 π, 14π} ] при приеме сигнала с трехкратной фазовой манипуляцией [ФМн-8, ϕ_к(t) = { 0, π/4, π /2, 3/4 π , π , 5/4 π, 3/2 π, 7/4 π} ] , то в указанном колебании манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δ f₁ восьмой гармоники определяется длительностью Т_ссигнала (Δf₁ = 1/T_c), тогда как ширина спектра Δ f_c ФМн-сигнала определяется длительностью τ_и его элементарных посылок (Δf_c = 1/τ_и), т. е. ширина спектра Δ f₁ восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δf_c входного сигнала:
Δ f_c/Δ f₁ = N.

Следовательно, при умножении частоты ФМн-сигнала на восемь его спектр "сворачивается" в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов.

Ширина спектра Δ f_c входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 8, а ширина спектра Δ f₁ восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 9. Напряжения U₄ и U₁, пропорциональные Δf_c и Δ f₁ соответственно, с выходов измерителей 8 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как U >> >>U₁, то на выходе блока 10 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 11. Пороговый уровень U_порвыбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня U_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 первой промежуточной частоты через открытый ключ 12 одновременно поступает на первый вход перемножителя 14, на вход линии 13 задержки, на выходе которой образуется напряжение
U_пр6(t) = U_пр1(t - τ_з) = U_пр1 ˙ Cos[2 πf_пр1 x
x(t - τ_з) + ϕ_к(t - τ_з) -πγ₁ ( t -τ_з )² + ϕ_пр1] ,
0 ≅ t ≅ T_c, где τ_з - время задержки линии 13 задержки.

На выходе перемножителя 14 образуется напряжение
U_δ1(t)= U_δ˙cos(2πf_δ1t +ϕ_к1(t)+ ϕ_δ1) ,
0 ≅ t ≅ T_с, где U_б= K₂·U;
К₂ - коэффициент передачи перемножителя 14;
f_δ1= γ₁τ_з - частота биений;
(t) = ϕ_к(t-τ_з)-ϕ_к(t); = 2πf+πγ₁τ2з

Частота напряжения биений U_δ1(t) равняется f_δ1= γ₁˙τ_з= const. Следовательно, при фиксированном времени задержки τ_з на выходе перемножителя 14 образуется многочастотный сигнал биений, частота f_δ1которого зависит от скорости изменения частоты γ_i (i = 1,2, . . . , n) гетеродина 3. Скорость изменения частоты преобразованного 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
f_н1 = f_δ1= γ₁˙τ_з, частота настройки полосового фильтра 15₂ выбирается равной
f_н2 = f_δ2= γ₂˙τ_з, а частота настройки полосового фильтра 15_n выбирается равной
f_нn = f_δn= γ_n˙τ_з, где γ_n= nγ₁ - скорость изменения n-й гармоники частоты гетеродина 3.

Напряжение U_δi(t) с выхода полосового фильтра 15_i поступает на вход амплитудного детектора 16_i, где оно детектируется и после усиления в видеоусилителе 17_i поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 18_i, на экране которой образуется импульс (частотная метка) (i = 1,2, . . . , n). Положение частотной метки по горизонтальной развертке ЭЛТ 18_i однозначно определяет несущую частоту f_c принимаемого ФМн-сигнала.

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.

Напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 5 первой промежуточной частоты через открытый ключ 12 одновременно поступает на первый вход смесителя 20, на второй вход которого с выхода гетеродина 19 подается напряжение
U_г2(t)= U_г2˙cos(2πf_г2t+ϕ_г2), где U_г2, f_г2, ϕ_г2 - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 19.

На выходе смесителя 20 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 21 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
U_пр7(t) = U_пр2 ˙ Cos[2 πf_пр2 t+
+ ϕ_к(t) - πγ₁t²+ϕ_пр6] , 0 ≅ t ≅ T_c, где U_пр7 = · K₁ · U_пр1·U_г2;
f_пр2= f_пр1-f_г2 - вторая промежуточная частота; ϕ_пр6= ϕ_пр1-ϕ_г2 .

Напряжения U_пр2(t), U_пр3(t), U_пр4(t) и U_пр5(t) с выходов усилителей 30. . . 33 первой промежуточной частоты поступают на первые входы перемножителей 34. . . 37, на вторые входы которых подается напряжение U_пр7(t) с выхода усилителя 21 второй промежуточной частоты. На выходах перемножителей 34. . . 37 образуются гармонические напряжения
U₇(t) = U₂ ˙ cos(2 πf_г2t+ϕ_г2+Δϕ₁);
U₈(t) = U₂ ˙ cos(2 πf_г2t+ϕ_г2+Δϕ₂ );
U₉(t) = U₂ ˙ cos(2 πf_г2t+ϕ_г2+Δϕ₃);
U₁₀(t) = U₂ ˙ cos(2 πf_г2t+ϕ_г2+Δϕ₄). где U₂ = · K₂ · U_пр1· U_пр2; 0 ≅ t ≅ T_c,
- фазовые сдвиги, определяющие направление на источник излучения в азимутальной плоскости;
- фазовые сдвиги, определяющие направление на источник излучения в угломестной плоскости, в которых фазовая манипуляция и линейная частотная модуляция уже отсутствуют. Гармонические напряжения U₇(t), U₈(t), U₉(t) и U₁₀(t) выделяются узкополосными фильтрами 38, 39, 40 и 41 и поступают на первые входы фазовых детекторов 42, 43, 44 и 45, на вторые входы которых подается напряжение U_г2(t) с выхода гетеродина 19. На выходах фазовых детекторов 42-45 образуются постоянные напряжения
U_н1 = U_н ˙ Cos Δϕ₁;
U_н2 = U_н ˙ Cos Δϕ₂;
U_н3 = U_н ˙ Cos Δϕ₃;
U_н4 = U_н ˙ Cos Δϕ₄, где U_н = · К₃ · U₂ ·U_г2;
К₃ - коэффициент передачи фазовых детекторов;
Δϕ₁ = 2 sin α;
Δϕ₂ = 2 sinβ;
Δϕ₃ = 2 sin α;
Δϕ₄ = 2 sin β;
d₁, d₂, α - измерительные базы и угол прихода радиоволн в азимутальной плоскости;
d₁, d₂, β - измерительные базы и угол прихода радиоволн в угломестной плоскости.

В каждой плоскости между относительными размерами измерительных баз устанавливается следующее соотношение:
< < .

При этом меньшая база d₁ образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база d₂ - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Измерительные базы образуют прямой угол, в вершине которого установлена антенна 1 опорного канала приема, состоящего из последовательно включенных антенны 1, смесителя 4, усилителя 5 первой промежуточной частоты, обнаружителя 6, смесителя 20, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 19, и усилителя 21 второй промежуточной частоты. Напряжения U_н1, U_н2, U_н3 и U_н4 фиксируются индикаторами 46. . . 49.

Таким образом, предлагаемый приемник по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения ФМн-сигналов в двух плоскостях. Это достигается использованием в каждой плоскости двух измерительных баз, между относительными размерами которых устанавливается следующее соотношение:
< < .

При этом меньшая база d₁ образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база d₂ - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Все измерительные базы образуют прямой угол, в вершине которого устанавливается антенна 1 опорного канала приема, общего для обеих плоскостей, что позволяет сократить число антенн (вместо восьми используется пять) и повысить чувствительность приемника. Это объясняется тем, что за счет перемножения напряжений U_пр2(t), U_пр3(t), U_пр4(t) и U_пр5(t) первой промежуточной частоты измерительных каналов с напряжением U_пр7(t) второй про- межуточной частоты опорного канала осуществляется свертка спектра принимаемых ФМн-сигналов в N раз, что позволяет выделить гармонические колебания U₇(t), U₈(t), U₉(t) и U₁₀(t) с помощью узкополосных фильтров 38. . . 41, отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т. е. повысить чувствительность приемника при пеленгации источника излучения сложных ФМн-сигналов. Причем пеленгация источника излучения сложных ФМн-сигналов осуществляется на фиксированной стабильной частоте f_г2 второго гетеродина 19, что исключает влияние нестабильности несущей частоты f_спринимаемых ФМн-сигналов на результаты пеленгации. Следует также отметить, что предлагаемый приемник инвариантен к виду модуляции принимаемых сложных сигналов. Тем самым функциональные возможности панорамного приемника расширены.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поиска и обнаружения фазоманипулированных сигналов, визуальной оценки их частоты и пеленгации источника излучения указанных сигналов в двух плоскостях. Устройство содержит антенны 1, 22 - 25, генератор 2 развертки, гетеродины 3, 19, смесители 4, 20, 26, 29, усилители 5, 30 - 33 первой промежуточной частоты, обнаружитель 6, умножитель 7 частоты на восемь, измерители 8, 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, пороговый блок 11, ключ 12, линию 13 задержки, перемножители 14, 34 - 37, n полосовых фильтров 15 1 - 15 n, n амплитудных детекторов 16 1 - 16 n, n видеоусилителей 17 1 - 17 n, n электронно-лучевых трубок 18 1 - 18 n, усилитель 21 второй промежуточной частоты, узкополосные фильтры 38 - 41, фазовые детекторы 42 - 45, индикаторы 46 - 49. 2 ил.

ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК , содеpжащий последовательно включенные пеpвую пpиемную антенну, пеpвый смеситель, втоpой вход котоpого чеpез пеpвый гетеpодин соединен с пеpвым выходом генеpатоpа pазвеpтки, пеpвый усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, умножитель частоты на восемь, втоpой измеpитель шиpины спектpа, блок сpавнения, втоpой вход котоpого чеpез пеpвый измеpитель шиpины спектpа соединен с выходом пеpвого усилителя пеpвой пpомежуточной частоты, поpоговый блок, ключ, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого усилителя пеpвой пpомежуточной частоты, линию задеpжки, пеpвый пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом ключа и каналов обpаботки сигнала, каждый из котоpых состоит из последовательно включенных полосового фильтpа, амплитудного детектоpа, видеоусилителя и веpтикального электpода электpонно-лучевой тpубки, гоpизонтальный электpод котоpой соединен с втоpым выходом генеpатоpа pазвеpтки, отличающийся тем, что в него введены втоpой гетеpодин, втоpой смеситель, усилитель втоpой пpомежуточной частоты и четыpе измеpительных канала, каждый из котоpых состоит из последовательно включенных пpиемной антенны, смесителя, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, усилителя пеpвой пpомежуточной частоты, пеpемножителя, втоpой вход котоpого соединен с выходом усилителя втоpой пpомежуточной частоты, узкополосного фильтpа, фазового детектоpа, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина и индикатоpа, пpичем к выходу ключа последовательно подключены втоpой смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, и усилитель втоpой пpомежуточной частоты.