УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 1994 года по МПК H04B1/06 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для поиска в заданном диапазоне частот Д(f), обнаружения и визуального распознавания сложных импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией, которое обеспечивает распознавание сложных импульсных сигналов только с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и не позволяет распознавать сложные импульсные сигналы с другими законами внутриимпульсной модуляции, среди которых широкое распространение нашли сложные импульсные сигналы с внутриимпульсной фазовой (ФМн) и частотной (ЧМн) манипуляцией.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем распознавания сложных сигналов с многократной фазовой и частотной манипуляцией.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены вторая и третья электронно-лучевые трубки, второй и третий амплитудные детекторы, четыре умножителя, три делителя частоты, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, ключ и генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к первому входу генератора развертки, к первому входу ключа и к выходу порогового блока, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, к входу первого умножителя и ко второму входу ключа, выход которого соединен со входами второго, третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены ко входам соответственно первого, второго и третьего делителей частоты, выходы которых соединены со входами соответственно первого, второго и третьего амплитудных детекторов, выходы которых подключены к четвертым электродам соответственно первой, второй и третьей электронно-лучевой трубки, причем выход усилителя высокой частоты соединен со вторым входом смесителя, выход генератора пилообразного напряжения подключен ко входу гетеродина, выход линии задержки соединен со вторым входом порогового блока и со вторым входом генератора развертки, выход которого подключен к первым электродам второй и третьей электронно-лучевых трубок, вторые и третьи электроды которых объединены и подключены к земляной шине, а выход первого умножителя через второй измеритель ширины спектра соединен со вторым входом блока сравнения.

На фиг. 1. представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - взаимное расположение символьных частот сигналов с многократной частотной манипуляцией; на фиг. 3 - закон изменения фазы частотно-манипулированного сигнала; на фиг. 4 - возможный вид осциллограмм на экране ЭЛТ.

Устройство содержит усилитель 1 высокой частоты, генератор 2 пилообразного напряжения, гетеродин 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, обнаружитель 6, первый измеритель 7 ширины спектра, первый умножитель 8, второй измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, пороговый блок 11, линию задержки 12, ключ 13, генератор 14 развертки, второй, третий и четвертый умножители 15-17, первый, второй и третий делители частоты 18-20, первый, второй и третий амплитудные детекторы 21-23, первую, вторую и третью ЭЛТ 24-26.

Причем к выходу усилителя 1 высокой частоты подключен смеситель 4, второй вход которого через гетеродин 3 соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 2, усилитель 5 промежуточной частоты, умножитель 8 частоты на восемь, измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, второй вход которого через измеритель 7 ширины спектра соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, пороговый блок 11, второй вход которого через линию 12 задержки соединен с его выходом, ключ 13, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, и три канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя частоты 15 (16, 17), делителя частоты 18 (19, 20), амплитудного детектора 21(22, 23) и вертикального электрода ЭЛТ 24 (25, 26), горизонтальный электрод которого через генератор 14 развертки соединен с выходами порогового блока 11 и линией 12 задержки. При этом в первом канале обработки частота сигнала умножается и делится на два, во втором - на четыре и в третьем - на восемь. Измерители 7 и 9 ширины спектра, умножитель 8 частоты на восемь, блок 10 сравнения, пороговый блок 11 и линия 12 задержки образуют обнаружитель 6.

Устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Дf и поиск сложных импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией осуществляется с помощью генератора 2 пилообразного напряжения, который периодически с периодом Тn по пилообразному закону изменяет частоту гетеродина 3. Ключ 13 в исходном состоянии закрыт.

Принимаемый сложный сигнал например, с внутриимпульсной бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2) u_c(t)= U_c˙cos[2πf_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c] , 0≅t≅T_c где U_c, f_c, T_c, ϕ_c - амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала;
ϕ_k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем ϕ_k(t)= const при kτ_и<t <(K+1) τ_и и может изменяться скачком при t= k τ_и, т. е. на границах между элементарными посылками (K= 1, 2, . . . , N-1);
τ_и, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc= N˙τ_n); с выхода усилителя 1 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 4, на второй вход которого подается напряжение линейно-изменяющейся частоты с выхода гетеродина 3
u_г(t)= U_г˙cos(2πf_гt+πγt²+ ϕ_г), 0≅t≅T_п, где U_г, f_г, T_п , ϕ_г - амплитуда, начальная частота, период повторения и начальная фаза напряжения гетеродина;
γ = - скорость перестройки гетеродина. На выходе смесителя 4 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 5 промежуточной частоты выделяется напряжение разностной (промежуточной) частоты U_пр1(t)= U_пр ˙cos[2πf_прt+ϕ_k(t)-πγt²+ϕ_пр] ,
0≅t≅T_c, где U_пр= k
K - коэффициент передачи смесителя,
f_пр= f_c-f_r - промежуточная частота,
ϕ_пр= ϕ_c-ϕ_г; которое поступает на вход обнаружителя 6. При этом на выходе умножителя 8 частоты на восемь образуется напряжение
U₁(t)= U_пр˙cos[16πf_прt-8πγt²+8ϕ_пр] ,
0≅t≅T_c. Так как 8 ϕ_k(t) = 0,8 π , то в указанном напряжении фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра ФМн-2 сигнала Δf_c определяется длительностьюτ_иэлементарных посылок (f_c= ). Тогда как ширина спектра восьмой гармоники Δf₈ определяется длительностью T_c сигнала (f₈= ), т. е. ширина спектра восьмой гармоники Δf₈ в N раз меньше ширины спектра Δf_c входного ФМн - 2 сигнала ( = N). Следовательно, при умножении частоты (фазы) на восемь спектр ФМн - 2 сигнала "сворачивается" в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить сложный ФМн - 2 сигнал.

Ширина спектра Δf_c входного ФМн-2 сигнала измеряется с помощью измерителя 7, а ширина спектра Δf₈ восьмой гармоники изменяется с помощью измерителя 9. Напряжение U и U₈, пропорциональные Δf_c и Δf₈соответственно, с выходов измерителей 7 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как U>>U₈, то на выходе блока 10 сравнения образуется положительный импульс, который сравнивается с пороговым напряжением U пор в пороговом элементе 11. Положительный импульс на выходе блока 10 сравнения образуется в том случае, когда напряжения U и U₈, поступающие на два входа блока 10 сравнения, значительно отличаются по величине друг от друга. При равенстве напряжений (U= U₈) на выходе блока 10 сравнения напряжение отсутствует. Пороговое напряжение Uпор в пороговом элементе 11 выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового напряжения Uпор в пороговом элементе 11 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход генератора пилообразного напряжения, переводя его в режим остановки, на управляющий вход ключа 13, открывая его, на вход линии 12 задержки и на вход генератора 14 развертки, запуская его. С этого момента времени процесс перестройки гетеродина 3 и поиск сложных импульсных сигналов прекращается на время визуального анализа обнаруженного сложного сигнала, которое определяется временем задержки τ_з линии 12 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 3 усилителем 5 промежуточной частоты выделяется напряжение u_пр2(t)= U_прcos[2πf_прt+ϕ_k(t)+ϕ_пр] , 0≅t≅T_c, которое через открытый ключ 13 поступает на входы умножителей 16, 16 и 17 частоты на два, на четыре и на восемь. На выходах указанных умножителей образуются гармонические колебания:
u₂(t)= U_пр˙cos(4πf_прt+2ϕ_пр),
u₃(t)= U_пр˙cos(8πf_прt+4ϕ_пр),
u₄(t)= U_пр˙cos(16πf_прt+8ϕ_пр), 0≅t≅T_c
Так как 2ϕ_k(t)= 0,2π ; 4ϕ_k(t)= 0,4π; 8ϕ_k(t)= 0,8π; то в указанных колебаниях манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра второй гармоники Δf₂. четвертой Δf₄ и восьмой Δf₈определяется длительностью сигнала f₂= Δf₄= Δf₈= , тогда как ширина спектра ФМн-2 сигнала определяется длительностью его элементарных посылок f_c= , т. е. ширина спектра указанных гармоник в N раз меньше ширины спектра входного сигнала
Напряжения u₂(t), u₃(t) и u₄(t) с выходов умножителей 15, 16 и 17 поступают на входы делителей частоты 18, 19 и 20 на два, четыре и восемь соответственно. На выходах указанных делителей образуются гармонические колебания:
u₅ (t) = (2πf_прt+2ϕ_пр),
u₆ (t) = (2πf_прt+2ϕ_пр),
u₇ (t) = (2πf_прt+2ϕ_пр), 0≅t≅T_c Эти колебания детектируются амплитудными детекторами 21, 22 и 23 соответственно и поступают на вертикальные электроды ЭЛТ 24, 25 и 26, на горизонтальные электроды которых подается напряжение горизонтальной развертки с выхода генератора 14 развертки. На экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 образуются одиночные частотные метки, соответствующие указанным гармоническим колебаниям (см. фиг. 4, а).

Следовательно, при умножении и делении частоты ФМн-2 сигнала на два, четыре и восемь его спектр "сворачивается" в N раз и трансформируется в одиночные спектральные составляющие. Это обстоятельство и является признаком распознавания ФМн-2 сигнала.

Время задержки τ_з линии 12 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить спектральные составляющие, образующиеся на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26. По истечении этого времени постоянное напряжение с выхода линии 12 задержки поступает на вход сброса порогового элемента 11, сбрасывая его содержимое на нулевое значение, и на второй вход генератора 14 развертки, выключая его. Следовательно, длительность горизонтальной развертки ЭЛТ 24, 25 и 26 определяется временем задержки τ_з линии 12 задержки. С этого момента времени визуальный анализ спектрограмм на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 прекращается, а просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск сложных импульсных сигналов продолжается. Генератор 2 пилообразного напряжения переводится в режим перестройки; а ключ 13 закрывается, т. е. указанные блоки переводятся в свои исходные состояния.

В случае обнаружения следующего ФМн-2 сигнала работа устройства происходит аналогичным образом.

Если на вход устройства поступает ФМн-4 сигнал (t)= 0, , π, то на выходе умножителя 15 частоты на два образуется ФМн-2 сигнал [ϕ_k(t)= 0, π, 2π, 3π] , а на выходах умножителей 16 и 17 частоты на четыре и восемь образуются гармонические колебания u₃(t) и u₄(t) соответственно, т. е. в указанных каналах осуществляется свертка спектра входного ФМн-4 сигнала. В этом случае на экране ЭЛТ 24 наблюдается спектр входного сигнала, а на экранах ЭЛТ 25 и 26 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (см. фиг. 4, б).

Если на вход устройства поступает ФМн-8 сигнал (t)= 0, , , , π, , , , то свертка его спектра осуществляется только на выходе умножителя 17 частоты на восемь. В этом случае на экранах ЭЛТ 24 и 25 наблюдаются спектры сигнала, а на экране ЭЛТ 26 наблюдается одиночная спектральная составляющая (см. фиг. 4, в).

Если на вход устройства поступает ЧМн-2 сигнал, то на выходе умножителей 15, 16 и 17 частоты на два, четыре и восемь образуются частотно-манипулированные сигналы с индексами девиации частоты h= 1, 2 и 4 соответственно. При этом его спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2f₁ и 2f₂, 4f₁ и 4f₂, 8f₁ и 8f₂. На экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 в этом случае наблюдаются две частотные метки (см. фиг. 4, г).

Если на вход устройства поступает ЧМн-3 сигнал, то на выходе умножителей 16 и 17 на четыре и восемь его сплошной спектр трансформируется в три спектральные составляющие (см. фиг. 4, д).

Если на вход устройства поступает ЧМн-5 сигнал, то на выходе умножителя 17 частоты на восемь его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8f₁, 8f₃, 8_ср, 8f₄, 8f₂. На выходах умножителей 15 и 16 частоты на два и четыре сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в сплошные спектры, так как в этом случае h<1. Таким образом, на экранах ЭЛТ 24 и 25 будут наблюдаться сплошные спектры, а на экране ЭЛТ 26 - пять спектральных лепестков (см. фиг. 4, е), что является признаком распознавания ЧМн-5 сигнала.

Если на вход устройства поступает сложный импульсный сигнал с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) u_c(t)= U_c˙cos(2πf_ct+πγ_ct²+ϕ_c), 0≅t≅T_c, где U_c, f_c, T_c, ϕ_c- амплитуда, начальная частота, длительность и начальная фаза сигнала;
γ_c = - скорость изменения частоты внутри импульса;
Δf_д - девиация частоты, то усилителем 5 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение u_пр3(t)= U_пр˙cos(2πf_прt+πγ_ct²-πγt²+ϕ_пр),
0≅t≅T_c, которое через открытый ключ 13 поступает на входы умножителей 15, 16 и 17 частоты на два, четыре и восемь. На выходах указанных умножителей образуются напряжения u₈(t)= U_пр˙cos(4πf_прt+2πγ_ct²-2πγt²+2ϕ_пр), u₉(t)= U_пр˙cos (8πf_прt+4πγ_ct²-4πγt²+4ϕ_пр), u₁₀(t)= U_пр˙cos(16πf_прt+8πγ_ct²-8πγt²+8ϕ_пр), 0≅t≅T_c. Так как длительность Т_с ЛЧМ сигнала на основной промежуточной частоте f_пр и на частотах 2 f_пр, 4f_пр и 8f_пр одинакова, то увеличение γ в 2, 4 и 8 раз происходит за счет увеличения в 2, 4 и 8 раз девиации частоты Δf_д.

Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на второй четвертой Δf₄ и восьмой Δf₈ гармониках промежуточной частоты в 2, 4 и 8 раз больше его ширины Δf_c на основной промежуточной частоте ( Δf₂ = 2Δf_c, Δf₄ = 4Δf_c , Δf₈ = 8Δf_c).

Следовательно на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 наблюдаются спектры ЛЧМ сигналов, ширина которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра принимаемого ЛЧМ сигнала (см. фиг. 4, ж). Это обстоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает поиск и обнаружение в заданном диапазоне частот Df, а также распознавание сложных сигналов не только с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией, но и с многократной фазовой и частотной манипуляцией. Причем в качестве информационных признаков визуального распознавания сложных импульсных сигналов используются ширина спектра и изменения в его структуре при умножении частоты (фазы) принимаемого сигнала на два, четыре и восемь. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Сущность изобретения: устройство содержит один усилитель высокой частоты 1, один генератор пилообразного напряжения 2, один гетеродин 3, один смеситель 4, один усилитель промежуточной частоты 5, один обнаружитель 6, два измерителя ширины спектра 7, 9, четыре умножителя 8, 15, 16, 17, один блок сравнения 10, один пороговый блок 11, одну линию задержки 12, один ключ 13, один генератор развертки 14, три делителя частоты 18, 19, 20, три амплитудных детектора 21, 22, 23, три ЭЛТ 24, 25, 26. 1-4-5-7-10-11-2-3-4, 11-12-11, 12-14-24, 11-14, 11-13-15-18-21-24, 13-16-19-22-25, 13-17-20-23-26, 14-26. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее усилитель высокой частоты, гетеродин, выход которого соединен с первым входом смесителя, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты, пороговый блок, выход которого соединен с входом линии задержки, первый амплитудный детектор, генератор развертки, выход которого подключен к первому электроду первой электронно-лучевой трубки, второй и третий электроды которого объединены и подключены к земляной шине, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем распознавания сложных сигналов с многократной фазовой и частотной манипуляцией, введены вторая и третья электронно-лучевые трубки, второй и третий амплитудные детекторы, четыре умножителя, три делителя частоты, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, ключ и генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к первому входу генератора развертки, к первому входу ключа и к выходу порогового блока, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, к входу первого умножителя и к второму входу ключа, выход которого соединен с входами второго, третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены к входам соответственно первого, второго и третьего делителей частоты, выходы которых соединены с входами соответственно первого, второго и третьего амплитудных детекторов, выходы которых подключены к четвертым электродам соответственно первой, второй и третьей электронно-лучевых трубок, причем выход усилителя высокой частоты соединен с вторым входом смесителя, выход генератора пилообразного напряжения подключен к входу гетеродина, выход линии задержки соединен с вторым входом порогового блока и с вторым входом генератора развертки, выход которого подключен к первым электродам второй и третьей электронно-лучевых трубок, вторые и третьи электроды которых объединены и подключены к земляной шине, а выход первого умножителя через второй измеритель ширины спектра соединен с вторым входом блока сравнения.