УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА Российский патент 1995 года по МПК G01R23/165 G01R29/06 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемной и измерительной аппаратуре.

Для фильтрации непрерывных радиосигналов с широкополосной гармонической частотной модуляцией широко применяются системы фазовой автоподстройки частоты с многоканальными цепями фильтрации в кольце обратной связи [1] Такие системы содержат полосовые фильтры, включенные на выходе фазового детектора параллельно друг другу. Они обеспечивают близкие к оптимальным характеристики фильтрации указанных сигналов из помех, однако для надежного захвата таких систем положение несущей частоты сигнала должно быть известно заранее.

Поиск благоприятных для захвата начальных условий может быть осуществлен, если в систему фазовой автоподстройки частоты ввести генератор поиска [2] Однако при последовательном поиске благоприятных для захвата системы начальных условий затрачивается много времени.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения параметров частотно-модулированного сигнала [3] содержащее N каналов, где N 4, 5, 6, каждый из которых содержит последовательно соединенные полосовой фильтр и амплитудно-фазовый детектор, входы полосовых фильтров объединены и являются входами устройства, блок выбора сигналов, входы которого подключены к выходам полосовых фильтров каналов, последовательно соединенные блок формирования сигналов синхронизации, вход которого подключен к выходу блока выбора сигналов, синтезатор сетки частот и N-канальный блок амплитудно-фазовой коррекции, выходы которого подключены к опорным входам амплитудно-фазовых детекторов каналов, в котором созданы условия для беспоискового определения несущей частоты частотно-модулированного сигнала.

Недостатками известного устройства являются невозможность оценки индекса модуляции непрерывного радиосигнала с широкополосной гармонической частотноймодуляцией при неопределенном положении несущей и известном значении частоты модуляции и невысокая точность. Эти недостатки связаны с тем, что используемый вычислитель не позволяет оценить индекс модуляции и, кроме того, не все спектральные составляющие, пригодные для формирования оценок, используются.

Техническим результатом, который может быть получен при существовании изобретения, является обеспечение возможности оценки индекса модуляции непрерывного радиосигнала с широкополосной гармонической частотной модуляцией при неопределенном положении несущей частоты и известном значении частоты модуляции, а также повышение точности.

Для этого в устройство для измерения параметров частотно-модулированного сигнала, содержащее N каналов, где N 4, 5, 6, каждый из которых содержит последовательно соединенные полосовой фильтр и амплитудно-фазовый детектор, входы полосовых фильтров объединены и являются входом устройства, блок выбора сигналов, входы которого подключены к выходам полосовых фильтров каналов, последовательно соединенные блок формирования сигналов синхронизации, вход которого подключен к выходу блока выбора сигналов, синтезатор сетки частот и N-канальный блок амплитудно-фазовой коррекции, выходы которого подключены к опорным входам амплитудно-фазовых детекторов каналов, введены блок вычисления среднего значения номера канала несущей, блок вычисления среднего значения индекса модуляции, сумматор, а также N 3 цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок входных ключей и вычислитель, осуществляющий преобразование вида
X
n m ν, где ν m i + 1. Здесь х сигнал на одном из выходов вычислителя, соответствующий вычисленному значению индекса модуляции; n сигнал на другом выходе вычислителя, соответствующий вычислительному значению номера канала несущей; а, b, c и d сигналы на выходах амплитудно-фазовых детекторов i-го, (i + 1)-го, (i + 2)-го и (i + 3)-го каналов соответственно, и блок выходных ключей, а также компаратор, выход которого подключен к управляющим входам блоков входных и выходных ключей, при этом входы блока входных ключей i-й цепи, где i 1, 2, 3, N 3, подключены к выходам амплитудно-фазовых детекторов i-го, (i + 1)-го, (i + 2)-го и (i + 3)-го каналов соответственно, а входы компараторов к выходам амплитудно-фазовых детекторов (i + 1)-го и (i + 2)-го каналов соответственно, причем одни выходы блока выходных ключей цепей подключены к сигнальным входам блока вычисления среднего значения номера канала несущей, другие выходы блока выходных ключей цепей подключены к сигнальным входам блока вычисления среднего значения индекса модуляции, входы сумматора подключены к выходам компараторов цепей, а его выход к установочным входам блоков вычисления среднего значения индекса модуляции и среднего значения номера канала несущей соответственно.

На фиг. 1 и 2 представлена блок-схема устройства для измерения параметров частотно-модулированного сигнала; на фиг. 3 и 4 блок-схемы блока выбора сигналов и вычислителя; на фиг. 5 блок-схема блоков вычисления среднего значения индекса модуляции и среднего значения номера канала несущей устройства; на фиг. 6 блок-схема блока входных ключей устройства.

Устройство для измерения параметров частотно-модулированного сигнала содержит N каналов 1₁, 1₂, 1_N, каждый из которых включает полосовой фильтр 2 и амплитудно-фазовый детектор 3, блок выбора 4 сигналов, блок формирования 5 сигналов синхронизации, синтезатор 6 сетки частот, N-канальный блок 7 амплитудно-фазовой коррекции, N 3 цепи 8₁, 8₂, 8_N-3, каждая из которых содержит компаратор 9, блок 10 входных ключей, вычислитель 11 и блок 12 выходных ключей, блок 13 вычисления среднего значения индекса модуляции, блок 14 вычисления среднего значения номера канала несущей, и сумматор 15.

Блок 4 выбора сигналов содержит амплитудные детекторы 16, сумматоры 17, компаратор 18, ключи 19 и выходной сумматор 20.

Вычислитель 11 содержит сумматоры 21 и 22, перемножители 23, 24 и 25, усилитель 26, вычислители 27 и 28, делители напряжений 29 и 30 и источник 31 эталонного напряжения. Блок 13 вычисления среднего значения индекса модуляции и блок 14 вычисления среднего значения номера канала несущей содеpжит сумматор 32, делитель напряжения 33, компаратор 34, переключатель 35 и источник 36 опорного ненулевого напряжения.

Блок 10 входных ключей содержит четыре ключа 37. Блок 12 выходных ключей выполнен так же, но содержит два ключа.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный радиосигнал с широкополосной гармонической частотной модуляцией поступает на объединенные входы N полосовых фильтров 2. Амплитуда сигнала предполагается постоянной (при приеме ЧМ-сигнала обычно используют ограничение амплитуды). В установившемся режиме с выходов полосовых фильтров 2 спектральные составляющие сигнала поступают на входы амплитудно-фазовых детекторов 3 и на входы блока 4 выбора сигналов. В компараторе 18 блока 4 выбора сравниваются между собой продетектированные амплитудными детекторами 16 уровни составляющих спектра. Коммутирующее напряжение в компараторе 18 вырабатывается на том выходе, который соответствует входу компаратора с наибольшим уровнем напряжения. При этом все другие выходы компаратора 18 блокируются. Коммутирующее напряжение компаратора 18 действует на соответствующий ключ 19 блока выбора 4, через который с выхода соответствующего сумматора 17 на вход выходного сумматора 20 поступают две составляющие спектра, частоты которых отличаются на F_м. Можно показать, что соседняя с самой интенсивной со стороны верхних частот спектральная составляющая никогда не обращается в ноль, поэтому блок выбора в диапазоне допустимых расстроек всегда обеспечивает выделение указанных сигналов составляющих. Выделенные в блоке выбора колебания подаются на вход блока формирования 5 сигналов синхронизации. В смесителе этого блока образуется колебание с частотой F_м, при этом колебание с частотой F_м и одно из смешиваемых колебаний поступают на вход синтезатора 6 сетки частот. Выходные колебания синтезатора сетки частот через N-канальный блок 7 амплитудно-фазовой коррекции подаются на опорные входы детекторов 3. В N-канальном блоке 7 амплитудно-фазовой коррекции при настройке регулируются последовательно включенные амплитудные и фазовые корректоры, чтобы выставить уровни и фазы составляющих сетки частот, которые служат опорными колебаниями для амплитудно-фазовых детекторов 3, где осуществляется амплитудно-фазовое детектирование спектральных составляющих ввходного частотно-модулированного (ЧМ) сигнала.

Таким образом, на выходе амплитудно-фазовых детекторов 3, как и в прототипе, в соответствии со спектром входного радиосигнала получаются напряжения, пропорциональные I (x), где I ( ˙ ) функции Бессаля первого рода порядка ν. Здесь ν номер спектральной составляющей (например, боковой), попавшей в определенный канал фильтрации, а х индекс модуляции.

Используя теорию функций Бесселя, можно показать, что по четырем соседним спектральным составляющим рассматриваемого сигнала возможно определение индекса ЧМ х. При этом вычислитель, условно называемый вычислителем k-го порядка, должен работать по алгоритму
x
Здесь порядок вычислителя определяется номером спектральной составляющей, попавшей во второй канал группы соседних четырех полосовых фильтров.

Кроме того, порядок боковой ν, попавшей во второй канал указанной группы фильтров, может быть определен как
ν
Если номер группы четырех указанных фильтров равен j, то канал, в котором находится несущая, рассчитывается по формуле:
n j + 1 ν.

Вычислитель 11 реализует записанные здесь алгоритмы. Но не все вычислители в общем случае участвуют в работе. Это связано с тем, что для значений индексов, при которых I (x) либо I (x) стремятся к нулю, полученные алгоритмы дают неопределенность типа 0/0. Поэтому если напряжения на двух средних входах какого-либо из входных ключей 19 стремятся к нулю (становятся ниже определенного порога), то соответствующий компаратор 9, входы которого подсоединены к указанным входам ключа 10, не вырабатывает коммутирующего напряжения, и ключ 10 остается разомкнутым. Разомкнутым окажется и соответствующий выходной ключ 12, к управляющему входу которого также подсоединен выход рассматриваемого компаратора 9. Таким образом, соответствующий вычислитель 11 в работе устройства не участвует. Используются лишь те вычислители 11, для которых входные 10 и выходные 12 ключи будут замкнутыми. А это произойдет в том случае, когда напряжения на входах соответствующего компаратора превысят порог. Поэтому на выходах соответствующих вычислителей появятся данные о величине индекса модуляции х и номере канала несущей n. Так как выходы компараторов 9 подключены также к соответствующим входам сумматора 14, то на выходе сумматора 14 может быть получено напряжение, соответствующее количеству вычислителей 11, участвующих в вычислениях х и n.

Обработка результатов вычислений производится в блоках вычисления среднего значения индекса модуляции х и среднего значения номера канала несущей n. Через замкнутые выходные ключи 12 с первых выходов участвующих в работе вычислителей 1 на соответствующие входы блока 13 вычисления среднего значения индекса модуляции поступают измеренные значения индекса, а со вторых выходов указанных вычислителей 11 измеренные значения номера канала несущей поступают на соответствующие входы блока 14 вычисления среднего значения канала несущей. Результаты измерений суммируются в сумматоре соответствующих блоков вычисления 13 и 14. Результат суммирования затем делится на количество измерителей с помощью делителя напряжений 33. Информация о количестве измерителей содержится в выходном напряжении сумматора 15. Это напряжение с выхода сумматора 15 поступает на установочные входы блоков вычисления 13 и 14. Таким образом, при математической обработке результатов используется метод Пирсона. Причиной повышения точности является использование для измерений нескольких групп боковых.

При отсутствии модуляции в установившемся режиме синтезатор 6 сетки частот не работает, напряжения на выходах амплитудно-фазовых детекторов 3 не вырабатываются, и компараторы 9 с помощью ключей 10 и 12 отключают все вычислители 11. Если немодулированная несущая попала в полосу устройства, контроль ее положения можно осуществить по номеру выхода компаратора 18 в составе блока 4 выбора сигналов, на котором появляется напряжение высокого уровня. Так как в этом случае выходное напряжение сумматора равно нулю, то компаратор 34 в составе блоков вычисления 13 и 14 вырабатывает коммутирующее напряжение, которое вызывает с помощью ключа 35 подключение ко второму входу делителя напряжений 33 источника 36 опорного ненулевого напряжения, и неопределенности типа 0/0 не возникает. На выходах блоков вычисления вырабатываются нулевые напряжения.

В общем случае в устройстве переходный режим не рассматривается в качестве рабочего. Однако, в частности, когда в области допустимых расстроек несущая смещается, например, скачком на величину, кратную F_м, то после окончания переходного процесса, вызванного этим скачком, значения оценок х* и n* будет определены, так как скачок несущей вызовет лишь перераспределение боковых между вычислителями 11.

Приведена таблица результатов расчета х и n по спектральным составляющим сигнала с индексом модуляции, равным десяти, при этом N 16, а несущая находится в первом канале.

Из представленных в таблице результатов следует, что величина индекса модуляции определяется с высокой точностью в каждой группе боковых составляющих, по которых проводятся измерения. Лишь с падением уровня боковых, наблюдаемом для ν> х, ошибка возрастает более заметно, оставаясь в данном примере расчета меньше 5%

Использование: радиотехника, радиоприемная и измерительная аппаратура. Сущность изобретения: устройство для измерения параметров частотно-модулированного сигнала содержит N каналов, каждый из которых включает в себя полосовой фильтр и амплитудно-фазовый детектор, блок выбора сигналов, блок формирования сигналов синхронизации, синтезатор сетки частот, N-канальный блок амплитудно-фазовой коррекции, N-3 цепи, каждая из которых содержит компаратор, блок входных ключей, вычислитель и блок выходных ключей, блоки вычисления среднего значения индекса модуляциии и среднего значения номера канала несущей и сумматор. Устройство обеспечивает возможность оценки индекса модуляции непрерывного радиосигнала с широкополосной гармонической частотной модуляцией при неопределенном положении несущей частоты и известном значении частоты модуляции, а также повышение точности. 6 ил. 1 табл.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА, содержащее N каналов, где N 4, 5, 6, каждый из которых содержит последовательно соединенные полосовой фильтр и амплитудно-фазовый детектор, входы полосовых фильтров объединены и являются входом устройства, блок выбора сигналов, входы которого подключены к выходам полосовых фильтров каналов, последовательно соединенные блок формирования сигналов синхронизации, вход которого подключен к выходу блока выбора сигналов, синтезатор сетки частот и N-канальный блок амплитудно-фазовой коррекции, выходы которого подключены к опорным входам амплитудно-фазовых детекторов каналов, отличающееся тем, что в него введены блок вычисления среднего значения номера канала несущей, блок вычисления среднего индекса модуляции, сумматор, а также N 3 цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок входных ключей, вычислитель, осуществляющий преобразование вида

n = m-ν ,

m i + 1,
x сигнал на одном из выходов вычислителя, соответствующий вычисленному значению индекса модуляции;
n сигнал на другом выходе вычислителя, соответствующий вычисленному значению номера канала несущей;
a, b, c и d сигналы на выходах амплитудно-фазовых детекторов i-го, (i + 1)-го, (i + 2)-го и (i + 3)-го каналов соответственно,
и блок выходных ключей, а также компаратор, выход которого подключен к управляющим входам блоков входных и выходных ключей, при этом входы блока входных ключей i-й цепи, где i 1,2,3, N-3, подключены к выходам амплитудно-фазовых детекторов i-го (i + 1)-го, (i + 2)-го и (i + 3)-го каналов соответственно, а входы компараторов к выходам амплитудно-фазовых детекторов (i + 1)-го и (i + 2)-го каналов соответственно, причем одни выходы блока выходных ключей цепей подключены к сигнальным входам блока вычисления среднего значения номера канала несущей, другие выходы к сигнальным входам блока вычисления среднего значения индекса модуляции, входы сумматора к выходам компараторов цепей, а его выход к установочным входам блока вычисления среднего значения индекса модуляции и среднего значения номера канала несущей соответственно.