УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 1995 года по МПК H04B1/06 G01S7/295 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией и пеленгации источника их излучения.

Известны устройства для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией ( авт.cвид.1.401.615 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией, которое обеспечивает распознавание импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией, но не позволяет пеленговать источник их излучения.

Различают фазовый и амплитудный методы измерения угловых координат (пеленгации). При фазовом методе разность времен приема сигналов двумя разнесенными антеннами фиксируется как разность фаз этих сигналов.

Δϕ=2cosβ, где d расстояние между антеннами (измерительная база);
λ- длина волны;
β- угол прихода радиоволн.

Фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Согласно указанной формуле, фазовая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы d/λ. Однако с ростом d/λ разность фаз превосходит значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя способами: применением остронаправленных антенн; использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающей способностью по направлению. Однако они требуют поиска источника излучения до начала измерений и его автоматического сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений.

Многошкальность достигается использованием нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Применение многошкального способа устранения неоднозначности пеленгации с по- мощью разнесенных ненаправленных антенн не требует предварительного поиска источника излучения. Однако системы, использующие такой способ, имеют ограниченную дальность действия и сложную техническую реализацию.

В предлагаемом устройстве используется модифицированный фазовый метод пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией, основанный на перемножении сигналов, принимаемых двумя разнесенными антеннами, выделении напряжения биений, измерения частоты биений f_б и скорости изменения частоты внутри импульса, по значению которых определяется угол прихода радиоволн
β=arccos где с скорость распространения света.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Это достигается тем, что в устройство введены первая и вторая антенны, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, третий элемент совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья, счетчик, второй усилитель высокой частоты, перемножитель, усилитель низкой частоты, электронно-счетный частотомер, вычислительный блок и второй блок регистрации, причем первая антенна соединена с входом первого усилителя высокой частоты, к выходу которого последовательно подключены узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, третий элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик, второй вход которого через второе дифференцирующее звено соединен с выходом второго амплитудного детектора, вычислительный блок и второй блок регистрации. К второй антенне последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты и частотомер, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, вторые входы первого и второго накопителей через третье дифференцирующее звено соединены с выходом амплитудного детектора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-5 временные и частотные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 6 принцип пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Устройство содержит первый усилитель 1 высокой частоты, преобразователь 2 частоты, широкополосный усилитель 3 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 4, частотный детектор 5, первое дифференцирующее звено 6, первый элемент 7 совпадения, первый накопитель 8, первый пороговый элемент 9, фазоинвертор 10, второй элемент 11 совпадения, второй накопитель 12, второй пороговый элемент 13, первый блок 14 регистрации, первую и вторую антенны 15 и 16, узкополосный фильтр 17, второй амплитудный детектор 18, генератор счетных импульсов 19, третий элемент 20 совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья 21 и 22, счетчик 23, второй усилитель 24 высокой частоты, перемножитель 25, усилитель 26 низкой частоты, частотомер 27, вычислительный блок 28 и второй блок 29 регистрации.

Причем к антенне 15 последовательно подключены усилитель 1 высокой частоты, преобразователь 2 частоты, усилитель 3 промежуточной частоты, амплитудный детектор 4, элемент совпадения, второй вход которого через последовательно включенные частотный детектор 5 и дифференцирующее звено 6 соединен с вторым выходом усилителя 3 промежуточной частоты, накопитель 8, второй вход которого через дифференцирующее звено 22 соединен с выходом амплитудного детектора 4, пороговый элемент 9 и блок 14 регистрации.

К выходу амплитудного детектора 4 последовательно подключены фазоинвертор 10, элемент 11 совпадения, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 6, накопитель 12, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 22, и пороговый элемент 13, выход которого соединен со вторым входом блока 14 регистрации. К выходу усилителя 1 высокой частоты последовательно подключены узкополосный фильтр 17, амплитудный детектор 18 элемент 20 совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора 19 счетных импульсов, счетчик 23, второй вход которого через дифференцирующее звено 21 соединен с выходом амплитудного детектора 18, вычислительный блок 28 и блок 29 регистрации. К антенне 16 последовательно подключены усилитель 24 высокой частоты, перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 1 высокой частоты, усилитель 26 низкой частоты и частотомер 27, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока 28.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемые импульсные сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией
U_c(t) V_c˙сos (2πf_ct + π/γ|t² + ϕ_c),
U_c(t + τ) V_c ˙соs [(2πf_c(t + τ) + π/(t+τ)² + ϕ_c]
0 ≅ t ≅ T_и, где V_c, f_c, ϕ_c, T_и амплитуда, начальная частота, начальная фаза и длительность сигналов;
скорость изменения частоты внутри импульса.

τ - время запаздывания сигнала, приходящего на антенну 16, по отношению к сигналу, приходящему на антенну 15, с антенны 15 и 16 через усилители 1 и 24 высокой частоты соответственно поступают на два входа перемножителя 25.

Принимаемый сигнал U_c(t) одновременно поступает на входы преобразователя 2 частоты и узкополосного фильтра 17. В преобразователе 2 частоты внутриимпульсная частота заполнения сдвигается по частотной оси в область промежуточной частоты. Преобразованный по частоте импульс одновременно поступает на входы амплитудного 4 и частотного 5 детекторов. Амплитудный детектор 4 выделяет огибающую V_и импульса с внутриимпульсной частотной модуляцией по Λ или V образному симметричному закону (см.фиг. 2,в, 3,в). С выхода частотного детектора 5 видеосигнал V₅ (см.фиг. 2д, 3д) поступает на вход дифференцирующего звена 6, выходной сигнал V₆ (фиг. 2с, 3с) которого подается на первые входы элементов 7 и 11 совпадения. На вторые входы элементов 7 и 11 совпадения поступает напряжение U₄ (см.фиг. 2в, 3в) с выхода амплитудного детектора 4. Причем на элемент 11 совпадения указанное напряжение поступает после предварительного инвертирования по фазе на 180^о в фазоинверторе 10 (см.фиг. 2, и 3,и). Так как напряжения, поступающие на два входа элементов 7 и 11 совпадения, занимают на временной оси одни и те же интервалы, то элементы 7 и 11 совпадения в зависимости от закона изменения частоты принимаемого сигнала последовательно срабатывают. При этом напряжения с выходов элементов 7 (см. фиг. 2, ж, 3, ж) и 11 (см.фиг. 2,з, 3,з) совпадения поступают в накопители 8 и 12 соответственно, где они интегрируются с целью уменьшения числа ложных срабатываний за счет воздействия шумов.

Прямоугольный импульс (см.фиг. 2, в, 3,в) с выхода амплитудного детектора 4 поступает на вход дифференцирующего звена 22, на выходе которого образуется два коротких разнополярных импульса (см.фиг. 2,г, 3,г). Эти импульсы поступают на входы сброса накопителей 8 и 12 и переводят их в исходное (нулевое) состояние, обеспечивая нормальную работу. Выходные напряжения U₈ и U₁₂ (см. фиг. 2, к, 3, к) накопителей 8 и 12 поступают на входы пороговых элементов 9 и 13, где они сравниваются с двумя пороговыми уровнями +V_пор и -V_пор соответственно.

Если сначала пересекаются верхний пороговый уровень +V_пор (t₁), а затем нижний пороговый уровень -V_пор(t₂) (см.фиг. 2,к), то это свидетельствует о том, что на входе устройства присутствует сигнал, частота которого изменяется по симметричному Λ-образному закону. Если сначала пересекается нижний пороговый уровень -V_пор(t₁), а затем верхний пороговый уровень +V_пор(t₂) (см. фиг. 3,к), то это является признаком приема сигнала с симметричным V-образным законом изменения частоты. Если пересекается только один верхний пороговый уровень +V_пор, то на входе устройства присутствует сигнал с монотонно-возрастающим законом изменения частоты. Если пересекается только один нижний пороговый уровень -V_пор, то принимаемый сигнал имеет монотонно-убывающий закон внутриимпульсной частотной модуляции.

В том случае, когда на вход устройства поступает сигнал с внутриимпульсной дискретной частотной модуляцией (ЧМн) или внутриимпульсной дискретной фазовой модуляцией (ФМн), то пороговые уровни +V_пор и -V_пор не пересекаются и устройство срабатывает.

В результате перемножения сигналов U_с(t) и U_с(t+ τ) на выходе перемножителя 25 образуется результирующее напряжение
U_ε(t)=U_c(t)·U_c(t+τ)=U_б·cos(2πf_бt+ϕ_б)+
U_б·cos(4πf_ct+2πf_бt+ϕ_б+2t²+2ϕ_c, где U_б 1/2 KV_c²;
K коэффициент передачи перемножителя;
f_б=γ|τ- частота биений;
ϕ_б-2πf_cτ+π|γ|τ²- начальная фаза биений.

Усилителем 26 низкой частоты выделяется напряжение биений (напряжение разностной частоты)
U_б (t) U_б ˙ cos (2 πf_б t + ϕ_б),
0 ≅ t ≅ T_и
При этом угол прихода радиоволны определяется следующим образом:
β= arccos c/d
Поскольку при изменении угла β меняется и величина частоты биений f_б, то последняя будет однозначно определять пеленг на источник излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией (см.фиг.4).

Для определения угла прихода β радиоволны необходимо измерить частоту биений f_б и скорость изменений частотыγ| внутри импульса.

Частота биений f_б (см.фиг. 4,б) измеряется с помощью частотомера 27.

Из непрерывного переменного напряжения U_б(t) частоты формируются короткие импульсы, частота следования которых остается равной f_б. Если сосчитать число импульсов n₁ за известный интервал времени Δt, то легко представить искомую частоту:
f_б
В частности, если Δ t 1c, то измеренное количество импульсов n₁численно равно неизвестной частоте f_б.

Для измерения скорости изменения частотыγ| внутри импульса напряжение U_c(t) с выхода усилителя 1 высокой частоты поступает на вход узкополосного фильтра 17 с полосой пропускания Δf (см.фиг. 5,а). На выходе узкополосного фильтра в случае приема сигнала с Λ- образным законом изменения частоты образуются два радиоимпульса длительностью t_и= (см.фиг. 5,б). Эти радиоимпульсы поступают на вход амплитудного детектора 18, который выделяет их огибающие. Прямоугольные импульсы с выхода амплитудного детектора 18 (см. фиг. 5, в) поступают на первый вход элемента 20 совпадения, на второй вход которого подаются счетные импульсы с выхода генератора 19 счетных импульсов (см.фиг. 5,г). На выходе элемента 20 совпадения образуются счетные импульсы, количество n₂ которых, пропорциональноеγ| подсчитывается счетчиком 23. Видеоимпульсы с выхода амплитудного детектора 18 (см.фиг. 5,в) одновременно поступают на вход дифференцирующего звена 21, на выходе которого образуются короткие разнополярные импульсы (см.фиг. 5,с). Причем каждым положительным коротким импульсом счетчик 23 переводится в исходное (нулевое) состояние, т. е. подготавливается к работе, а каждым отрицательным коротким импульсом сосчитанное количество n₂ счетных импульсов переводится в вычислительный блок 28, в котором определяется угол β прихода радиоволны в цифровом коде. Последний регистрируется блоком 29 регистрации.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией. Это достигается приемом сигналов на две разнесенные антенны, перемножением их между собой, выделением напряжения биений, измерением частоты биений f_б и скорости изменения частоты γ| внутри импульса, по значению которых точно и однозначно определяется пеленг на источник излучения сигналов. Кроме того, представление результатов пеленгации в цифровом коде обеспечивает их длительное хранение, передачу на большие расстояния по каналам связи и сопряжение c вычислительной техникой. В результате функциональные возможности устройства расширены.

Использование: радиотехника. Сущность изобретения: устройство содержит усилители высокой частоты 1, 24, преобразователь частоты 2, усилитель промежуточной частоты 3, амплитудные детекторы 4, 18, частотный детектор 5, дифференцирующие звенья 6, 21, 22, элементы совпадения 7, 11, 20 накопители 8, 12, пороговые блоки 9, 13, фазовращатель 10, блоки регистрации 14, 29, узкополосный фильтр 17, генератор счетных импульсов 19, счетчик 23, перемножитель 25, усилитель низкой частоты 26, частотомер 27 и вычислительный блок 28. 1 2 3 4 7 8 9 14, 4 10 11 12 13 14, 17 18 20 23 28 29, 24 25 26 27 28, 3 5 6 11, 4 22 8, 1 17, 1 25, 18 21, 6 7. 6 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее последовательно включенные первый усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, первое дифференцирующее звено, первый элемент совпадения, первый накопитель, первый пороговый элемент и первый блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого амплитудного детектора фазоинвертор, второй элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего звена, второй накопитель и второй пороговый элемент, выход которого соединен с вторым входом первого блока регистрации, при этом второй выход усилителя промежуточной частоты через первый амплитудный детектор соединен с вторым входом первого элемента совпадения, отличающееся тем, что введены первая и вторая антенны, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, третий элемент совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья, счетчик, второй усилитель высокой частоты, перемножитель, усилитель низкой частоты, частотомер, вычислительный блок и второй блок регистрации, первая антенна соединена с входом первого усилителя высокой частоты, к выходу которого последовательно подключены узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, третий элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик, вычислительный блок и второй блок регистрации, к второй антенне последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, перемножитель, второй выход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты и частотомер, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, выход второго амплитудного детектора через второе дифференцирующее звено соединен с вторым входом счетчика, выход первого амплитудного детектора через третье дифференцирующее звено соединен с вторыми входами первого и второго накопителей.