ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК Российский патент 1995 года по МПК G01R23/00 

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

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является панорамный приемник, выбранный в качестве прототипа. Указанный приемник обеспечивает поиск и обнаружение фазоманипулированных сигналов, а также визуальную оценку их несущей частоты. Однако он не позволяет оценить другие параметры обнаруженного ФМн сигнала, также как кратность m и закон фазовой манипуляции, длительность сигнала Т_с, длительность τ_n и количество N элементарных посылок, из которых состоит сигнал T_c = N ˙τ_n.

Техническим результатом при осуществлении изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем визуальной оценки основных параметров обнаруженного ФМн. Это достигается тем, что в устройство, содержащее 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, первый блок сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый 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 обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, амплитудного детектора, видеоусилителя и вертикального электрода электронно-лучевой трубки, горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом первого генератора развертки, введены умножитель частоты на четыре, умножитель частоты на два, третий и четвертый измерители ширины спектра, второй и третий блоки сравнения, второй и третий пороговые блоки, три преобразователя аналог-код, индикатор, (n+1)-й амплитудный детектор, частотный детектор, второй генератор развертки и (n+1)-я электронно-лучевая трубка, причем к выходу первого порогового блока последовательно подключены первый преобразователь аналог-код и индикатор, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены умножитель частоты на четыре, третий измеритель ширины спектра, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, второй пороговый блок и второй преобразователь аналог-код, выход которого соединен с вторым входом индикатора, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены умножитель частоты на два, четвертый измеритель ширины спектра, третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, третий пороговый блок и третий преобразователь аналог-код, выход которого соединен с третьим входом индикатора, к выходу ключа последовательно подключены (n+1)-й амплитудный детектор, второй генератор развертки, и горизонтальный электрод (n+1)-й электронно-лучевой трубки, вертикальный электрод которой через частотный детектор соединен с выходом ключа.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - вид возможных осциллограмм; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Панорамный приемник содержит антенну 1, первый генератор 2 развертки, гетеродин 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, обнаружитель 6, умножитель 7 частоты на восемь, первый 8 и второй 9 измерители ширины спектра, первый блок 10 сравнения, первый пороговый блок 11, ключ 12, линию 13 задержки, перемножитель 14, полосовые фильтры 15₁N15n, амплитудные детекторы 16₁N16n, видеоусилители 17₁N17n, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) 18₁N18n, умножитель 19 частоты на четыре, умножитель 20 частоты на два, третий 21 и четвертый 22 измерители ширины спектра, второй 23 и третий 24 блоки сравнения, второй 25 и третий пороговые блоки, первый 27, второй 28 и третий 29 преобразователи аналог-код, индикатор 30, (n+1)-й амплитудный детектор 31, частотный детектор 32, второй генератор 33 развертки и (n+1)-ая ЭЛТ 34. Причем к выходу антенны 1 последовательно подключены смеситель 4, второй вход которого через гетеродин 3 соединен с первым выходом генератора 2 развертки, 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 вход 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, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра 15i, амплитудного детектора 16i, видеоусилителя 17i и вертикальный электрод ЭЛТ 18i, горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом генератора 2 развертки. К выходу усилителя 5 промежуточной частоты последовательно подключены умножитель 19 частоты на четыре, измеритель 21 ширины спектра, блок 23 сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 8 ширины спектра, пороговый блок 25, преобразователь 28 аналог-код и индикатор 30, второй вход которого через преобразователь 27 аналог-код соединен с выходом порогового блока 11, к выходу усилителя 5 промежуточной частоты последовательно подключены умножитель 20 частоты на два, измеритель 22 ширины спектра, блок 24 сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 8 ширины спектра, пороговый блок 26 и преобразователь 29 аналог-код, выход которого соединен с третьим входом индикатора 30. К выходу ключа 12 последовательно подключены амплитудный детектор 31, генератор 33 развертки и горизонтальный электрод ЭЛТ 34, вертикальный электрод которой через частотный детектор 32 соединен с выходом ключа 12.

Панорамный приемник работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью генератора 2 развертки, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 3. Одновременно генератор 2 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 18₁N18n, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона Df. Ключ 12 в исходном состоянии всегда закрыт.

Принимаемый ФМн-сигнал
U_c(t) = V_c ˙cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c],
0 ≅t≅ T_c, где V_c, ω_c,T_c,ϕ_c - амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала;
ϕ_k (t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3а), причем ϕ_k (t) = const при К τ_и < t < (K+1) τ_n и может изменяться скачком на Δϕ при t = K τ_n т.е. на границах между элементарными посылками (К = 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+πγ₁t²+ϕ_г),
0 ≅t≅ T_n где V_г, ω_г,T_п,ϕ_г - амплитуда, начальная частота, период повторения и начальная фаза напряжения гетеродина;
γ₁= - скорость изменения частоты гетеродина (скорость изменения первой гармоники частоты 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)-πγ₁t²+
+ϕ_пр], 0 ≅t≅ T_c, где V_пр = K₁·U_c·U_r;
К₁- коэффициент передачи смесителя;
ω_пр=ω_c-ω_г - промежуточная частота;
ϕ_пр= ϕ_c-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 и ключа 12.

На выходе умножителя 17 частоты на восемь образуется напряжение
U₁(t) = V_пр ˙cos[8ω_прt-8πγ₁t²+
+8ϕ_пр], 0 ≅t≅ T_c. Так как 8 ϕ_k (t) = 0,8 π при приеме сигнала с однократной фазовой манипуляцией [ОФМ_н, ϕ_k (t) = 0, π], 8 ϕ_k (t) = 0,4 π, 8 π, 12 π, при приеме сигнала с двукратной фазовой манипуляцией [ДФМ_н, ϕ_k (t) = 0, , π,, π], 8 ϕ_k (t) = 0,2 π, 4 π, 6 π, 8 π, 10 π, 12 π, 14 π при приеме сигнала с трехкратной фазовой манипуляцией [ТФМ_н, ϕ_k (t) = 0, , , π, π, π, π, π]. то в указанном колебании манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δ f₈ восьмой гармоники определяется длительностью Т_ссигнала f₈= , тогда как ширина спектра Δ f_c ФМн-сигнала определяется длительностью τ_и его элементарных посылок f_c= , т.е. ширина спектра Δ f₈ восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δ f_c входного сигнала:
= 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_с входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 8, а ширина спектра Δ f₈ восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 9. Напряжения V и V₈, пропорциональные Δ f_с и Δ f₈соответственно, с выходов измерителей 8 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как V >> V₈, то на выходе блока 10 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень V _пор в пороговом блоке 11. Пороговый уровень V_порвыбирается 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)=V_пр˙cos
[ω_пр(t-τ_з)+ϕ_k(t-τ_з)-πγ₁(t-τ_з)²+
+ϕ_пр] , 0 ≅t≅ T_c, где τ_з - линия задержки линии 13 задержки. На выходе перемножителя 14 образуется напряжение
U ₁(t) = V_б ˙cos[ω_б1t+ϕ_k1(t)-ϕ_б1],
0 ≅t≅ T_c, где U_б= K₂·U2п

ϕ_б1=ω_прτ_з+πγ₁τ_з². Несущая частота напряжения биений ω_б1=2πγ₁τ_з = const. Следовательно, при фиксированном времени задержки τ_з на выходе перемножителя 14 образуется многочастотный сигнал биений, несущая частота ω_б1 которого 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
ω_н1=ω_б1=2πγ₁τ_з, частота настройки полосового фильтра 15₂ выбирается
ω_н2=ω_б2=2πγ₂τ_з, а частота настройки полосового фильтра 15_n выбирается
ω_нп= ω_бп= 2πγ_nτ_з, где γ_n=nγ₁ - скорость изменения n-й гармоники частоты гетеродина. Напряжение U_б i(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_c принимаемого ФМн-сигнала (фиг.2а).

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.

Для определения кратности m фазовой манипуляции принимаемого ФМн-сигнала используются дополнительные два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя 19 (20) частоты на четыре (два), измерителя 21 (22) ширины спектра, блока 23 (24) сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 8 ширины спектра, порогового блока 25 (26) и преобразователя 28 (29) аналог-код, выход которого соединен с соответствующим входом индикатора 30.

Если на вход приемника поступает ОФМн-сигнал [ϕ_k(t)=0,π], то на выходе ум- ножителей 7, 19 и 20 частоты на восемь, четыре и два образуются следующие гармонические колебания соответственно U₁(t) = V_пр ˙cos(8ω_прt-8πγ₁t²+8ϕ_пр). U₂(t) = V_пр ˙cos(4ω_прt-4πγ₁t²+4ϕ_пр), U₃(t) = V_пр ˙cos(2ω_прt-2πγ₁t²+2ϕ_пр), 0 ≅t≅ T_c. Так как 8 ϕ_k(t) = 0,8 π; 4 ϕ_k(t) = 0,4 π; 2 ϕ_k(t) = =0,2 π; то в указанных колебаниях манипуляции фазы уже отсутствует. Ширина спектра восьмой Δ f₈, четвертой Δ f₄ и второй Δ f₂ гармоник определяется длительностью сигнала Тс (Δ f₈ = Δ f₄ = Δ f₂ = ), тогда как ширина спектра Δ f_с ОФМн-сигнала определяется его элементарных посылок f_c= , т.е. ширина спектра указанных гармоник в N раз меньше ширины спектра входного сигнала
= = = N.

Следовательно, при умножении частоты ОФМн-сигнала на восемь, четыре и два его спектр "сворачивается" в N раз. Ширина спектра Δ f_с входного сигнала измеряется с помощью измерителя 8, ширина спектра восьмой Δ f₈, четвертой Δ f₄ и второй Δ f₂ гармоник сигнала измеряется с помощью измерителей 9, 21 и 22. Напряжения V₈, V₄ и V₂, пропорциональные Δ f₈, Δ f₄ и Δ f₂ соответственно с выходов измерителей 9, 21 и 22 ширины спектра поступают на вторые входы блоков 10, 23 и 24, на первые входы которых подается напряжение V с выхода измерителя 8 ширины спектра, пропорциональное Δ f_с. Так как V >> V₈, V >> V_н, V >> V₂, то на выходе блоков 10, 23 и 24 сравнения образуются положительные импульсы, которые превышают пороговый уровень V_пор в пороговых блоках 11, 25, 26 и поступают на входы преобразователей 27, 28, 29 аналог-код, на выходе которых формируются логические "1". Последние регистрируются индикатором 30. Если на вход приемника поступает ДФМн сигнал (t) = 0, , π, , то на выходе умножителей 7 и 19 частоты на восемь и четыре образуются гармонические колебания U₁(t) и U₂(t), т.е. в указанных каналах осуществляется свертка спектра входного сигнала, а на выходе умножителя 20 частоты на два образуется ОФМн-сигнал [ ϕ_k(t)=0,π,2π,2π]. Следовательно , на третьем входе индикатора 30 фиксируется логический "0", а на первом и втором - логические "1". Если на вход приемника поступает ТФМн-сигнал (t) = 0, , , π, π, π, π, , то свертка спектра осуществляется только на выходе умножителя 7 частоты на восемь. При этом логическая "1" формируется только на первом входе индикатора 30. Следовательно по двоичному коду, зафиксированному индикатором 30, определяется кратность m фазовой манипуляции (величина скачков фазы Δϕ) обнаруженного ФМн-сигнала (111 - m = 2, Δϕ=π ; 110 - m = 4, Δϕ = ; 100 - m = 8, Δϕ = ).

Для оценки длительности Т_с сигнала, длительности τ_n и количества N элементарных посылок, из которых он составлен используются амплитудный детектор 31, частотный детектор 32, генератор 33 развертки и ЭЛТ 34.

Напряжение U_пр1(t) (фиг.3б) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты через открытый ключ 12 одновременно поступает на входы амплитудного 31 и частотного 32 детекторов. Амплитудный детектор 31 выделяет огибающую сигнала (фиг.3в), которая поступает на вход генератора 33 развертки. При этом передним фронтом прямоугольного импульса запускается, а задним фронтом закрывается генератор 33 развертки. На выходе последнего формируется пилообразное напряжение, которое используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтальный электрод ЭЛТ 34.

На выходе частотного детектора 32 образуется напряжение, пропорциональное изменению частоты напряжения U_пр1(t) (фиг.3д). При этом на вершине этого напряжения образуются короткие разнополярные импульсы, соответствующие моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого ФМн-сигнала (фиг. 3б).

Сформированное напряжение с выхода частотного детектора поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 34, на экране которой образуется изображение (фиг. 2б), соответствующее указанному напряжению. Визуально анализируя это напряжение, можно оценить основные параметры обнаруженного ФМн сигнала.

Причем по величине горизонтальной развертке судят о длительности Т_ссигнала, по наименьшему временному интервалу между короткими разнополярными импульсами - о длительности τ_n элементарных посылок, по отношению = N - о количестве N элементарных посылок, по закону чередования коротких разнополярных импульсов - о законе фазовой манипуляции обнаруженного ФМн сигнала.

Таким образом, панорамный приемник по сравнению с прототипом обеспечивает обнаружение и визуальную оценку не только несущей частоты ω_c ФМн сигнала, но и его длительности Тс, кратности m фазовой манипуляции (величины скачков фазы Δϕ), закона фазовой манипуляции, длительности τ_n и количества N элементарных посылок.

Тем самым функциональные возможности панорамного приемника расширены.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для поиска и обнаружения фазоманипулированных сигналов, а также визуальной оценки их основных параметров. Панорамный приемник содержит: 1 антенну (1), 2 генератора развертки (2, 33), 1 гетеродин (3), 1 смеситель (4), 1 усилитель промежуточной частоты (5), 1 обнаружитель (6), 1 умножитель частоты на восемь (7), 4 измерителя ширины спектра (8, 9, 21, 22), 3 блока сравнения (10, 23, 24), 3 пороговых блока (11, 25, 26), 1 ключ (12), 1 линию задержки (13), 1 перемножитель (14), n - полосовых фильтров (15₁-15_n), n - амплитудных детекторов (16₁-16_n), n-видеоусилителей (17₁-17_n), n - электронно-лучевых трубок (18₁-18_n), 1 умножитель частоты на четыре (19), 1 умножитель частоты по два (20), 3 преобразователя аналог - код (27, 28, 29), 1 индикатор (30), 1 амплитудный детектор (31), 1 частотный детектор (32), 1 электронно-лучевая трубка (34). 3 ил.

ПАНОРАМНЫЙ 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, первый блок сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый 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 обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, амплитудного детектора, видеоусилителя и вертикального электрода электронно-лучевой трубки, горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом первого генератора развертки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем визуальной оценки основных параметров обнаруженного фазоманипулированного сигнала, в него введены умножитель частоты на четыре, умножитель частоты на два, третий и четвертый измерители ширины спектра, второй и третий блоки сравнения, второй и третий пороговые блоки, три преобразователя аналог - код, индикатор, (n + 1)-й амплитудный детектор, частотный детектор, второй генератор развертки и (n + 1)-я электронно-лучевая трубка, причем к выходу первого порогового блока последовательно подключены первый преобразователь аналог - код и индикатор, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены умножитель частоты на четыре, третий измеритель ширины спектра, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, второй пороговый блок и второй преобразователь аналог - код, выход которого соединен с вторым входом индикатора, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены умножитель частоты на два, четвертый измеритель ширины спектра, третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, третий пороговый блок и третий преобразователь аналог - код, выход которого соединен с третьим входом индикатора, к выходу ключа последовательно подключены (n + 1)-й амплитудный детектор, второй генератор развертки и горизонтальный электрод (n + 1)-й электронно-лучевой трубки, вертикальный электрод которой через частотный детектор соединен с выходом ключа.