УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ, ВИДА МОДУЛЯЦИИ И МАНИПУЛЯЦИИ ПРИНИМАЕМЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК G01R23/16 

Предлагаемое устройство относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для определения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот.

Известны способы и устройства для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов (авт. свид. СССР №524138, 620907, 868614, 1000930, 1012152, 1180804, 1187045, 1272266, 1290192, 1354124; патенты РФ №2124216, 2230330, 2276375, 2361225; патенты США №4443801, 5208835; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. Радио, 1968, с.386-396, рис.10.3 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов» (патент РФ №2361225, G01R 23/00, 2007), которое и выбрано в качестве базового объекта.

Указанное устройство обеспечивает поиск сигналов в заданном диапазоне частот путем перестройки супергетеродинного приемника, формирования частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), преобразования по частоте принимаемого сигнала, усиления его по напряжению, детектирования и подачу на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ. В результате на экране образуется импульс, по положению которого на частотной развертке определяют несущую частоту принимаемого сигнала. После этого последовательно определяют вид модуляции (амплитудная или угловая, фазовая или частотная) или манипуляции (амплитудная, частотная или фазовая) принимаемого сигнала.

Одной из характерных особенностей современных и перспективных радиоэлектронных средств (РЭС) является широкое использование сложных сигналов с многократной фазовой манипуляцией.

В настоящее время известно большое количество кодов, применяемых для фазовой манипуляции (коды Баркера, Гаймюллера, Велти, Голея, Хаффмана, Френка и другие).

При этом на одной несущей частоте при использовании фазовой манипуляции можно передавать сообщения от одного, двух, трех и так далее источников, добиваясь существенного повышения скорости передачи информации в канале связи.

Если на одной несущей частоте дискретная информация передается от одного источника сообщений, то целесообразно использовать двукратную (бинарную) фазовую манипуляцию [ФМн-2, φ_k(t)={0,π}]. Для передачи сообщений от двух источников используется четырехкратная фазовая манипуляция . Для передачи сообщений от четырех источников используется восьмикратная фазовая манипуляция .

В общем случае на одной несущей частоте одновременно можно передавать сообщения от m источников, используя для этого m-кратную фазовую манипуляцию.

Однако целесообразными являются двух-, четырех- и восьмикратная фазовые манипуляции, которые и нашли широкое применение на практике. Дальнейшее повышение кратности фазовой манипуляции ограничивается тем, что уменьшается расстояние между элементарными сигналами и в существенной мере снижается помехоустойчивость канала связи.

Известное устройство не позволяет определить кратность фазовой манипуляции принимаемого сигнала.

Однако в панорамном приемнике, на котором построено известное устройство, одно и то же значение промежуточной частоты ω_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω_с и ω_з, т.е.

ω_пр=ω_г-ω_с и ω_пр=ω_з-ω_г.

Следовательно, если частоту настройки ω_с принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ω_з которого отличается от частоты ω_с основного канала на 2ω_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ω_г гетеродина (фиг.4). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия

,

где ω_ki - частота i-го комбинированного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_к1=2ω_г-ω_пр и ω_к2=2ω_г-ω_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости панорамного приемника и неоднозначности определения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости панорамного приемника и достоверности определения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, шестой амплитудный детектор, последовательно включенные устройство формирования частотной развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор, последовательно подключенные к выходу усилителя высокой частоты первый ключ, первый амплитудный детектор, первый фильтр верхних частот, первый квадратор, первый делитель напряжений, второй вход которого через первый фильтр нижних частот соединен с выходом первого амплитудного детектора, первый блок сравнения, два выхода которого являются первым и вторым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу первого ключа первый частотный детектор, второй фильтр нижних частот, второй квадратор и второй делитель напряжений, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом первого ключа, а выход подключен ко второму входу первого блока сравнения, последовательно подключенные к выходу первого ключа второй ключ, второй вход которого соединен со вторым выходом устройства, фазовый детектор, третий фильтр нижних частот, второй амплитудный детектор и второй блок сравнения, второй вход которого через последовательно включенные второй фильтр верхних частот и третий амплитудный детектор соединен с выходом фазового детектора, а два выхода являются третьим и четвертым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу первого частотного детектора третий фильтр верхних частот, пятый амплитудный детектор и третий блок сравнения, второй вход которого через четвертый амплитудный детектор соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а два выхода являются пятым и шестым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу первого ключа анализатор комплексного спектра, анализатор линейного члена фазового спектра, первый преобразователь аналог-код и первый элемент совпадения И, второй вход которого через последовательно включенные анализатор симметрии амплитудного спектра и второй преобразователь аналог-код соединен со вторым выходом анализатора комплексного спектра, а выход является седьмым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу второго преобразователя аналог-код первый инвертор и второй элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя аналог-код, а выход является восьмым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу первого преобразователя аналог-код второй инвертор и третий элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, а выход является девятым выходом устройства, последовательно подключенные к девятому выходу устройства преобразователь код-напряжение, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, умножитель фазы на два, второй анализатор спектра, четвертый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, третий преобразователь аналог-код и четвертый элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом четвертого преобразователя аналог-код, а выход является десятым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу третьего ключа умножитель фазы на четыре, третий анализатор спектра, пятый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, четвертый преобразователь аналог-код и пятый элемент совпадения И, второй вход которого через третий инвертор соединен с выходом третьего преобразователя аналог-код, а выход является одиннадцатым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу третьего ключа умножитель фазы на восемь, четвертый анализатор спектра, шестой блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, пятый преобразователь аналог-код и шестой элемент совпадения И, второй вход которого через четвертый инвертор соединен с выходом четвертого преобразователя аналог-код, а выход является двенадцатым выходом устройства, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено седьмым амплитудным детектором, вторым видеоусилителем, седьмым блоком сравнения, двумя однополярными вентилями, вторым частотным детектором, дифференцирующим блоком, седьмым элементом совпадения И, четвертым и пятым ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены седьмой амплитудный детектор, второй видеоусилитель, седьмой блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, первый однополярный вентиль, пятый ключ и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентиль, седьмой элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом шестого амплитудного детектора, и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, а выход подключен к второму входу пятого ключа.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, иллюстрирующие графическое представление сигналов с амплитудной, частотной и фазовой манипуляцией, показаны на фиг.2. Пространство признаков распознавания указанных сигналов изображено на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам, показаны на фиг.5 и 6. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов, показана на фиг.4.

Устройство содержит последовательно включенные приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 4 высокой частоты, смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, усилитель 7 промежуточной частоты, шестой амплитудный детектор 8, первый видеоусилитель 9, четвертый ключ 72, пятый ключ 73 и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 11, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 10 формирования частотной развертки. К выходу усилителя 4 высокой частоты последовательно подключены седьмой амплитудный детектор 64, второй видеоусилитель 65, седьмой блок 66 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 9, и первый однополярный вентиль 67, выход которого соединен с вторым входом пятого ключа 73. К выходу усилителя 7 промежуточной частоты последовательно подключены второй частотный детектор 68, дифференцирующий блок 69, второй однополярный вентиль 10, седьмой элемент совпадения И 71, второй вход которого соединен с выходом шестого амплитудного детектора 8, и четвертый ключ 72, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя 9.

Управляющие входы входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты, гетеродина 5 и устройства 10 формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока 3 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор. К выходу усилителя 4 высокой частоты последовательно подключены ключ 12, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа 73, амплитудный детектор 13, фильтр 14 верхних частот, первый квадратор 16, первый делитель 17 напряжений, второй вход которого через первый фильтр 15 нижних частот соединен с выходом амплитудного детектора 13, и первый блок 23 сравнения, два выхода которого являются выходами устройства. К выходу ключа 12 последовательно подключены первый частотный детектор 18, второй фильтр 19 нижних частот, второй квадратор 20 и второй делитель 22 напряжений, второй вход которого через первый анализатор 21 спектра соединен с выходом ключа 12, а выход подключен ко второму входу первого блока 23 сравнения. К выходу ключа 12 последовательно подключены ключ 24, второй вход которого соединен со вторым выходом первого блока 23 сравнения, фазовый детектор 25, третий фильтр 26 нижних частот, второй амплитудный детектор 28 и второй блок 30 сравнения, второй вход которого через последовательно включенные второй фильтр 27 верхних частот и третий амплитудный детектор 29 соединен с выходом фазового детектора 25, а два выхода являются выходами устройства. К выходу первого частотного детектора 18 последовательно подключены третий фильтр 32 верхних частот, пятый амплитудный детектор 33 и третий блок 34 сравнения, второй вход которого через четвертый амплитудный детектор 31 соединен с выходом фильтра 19 нижних частот, а два выхода являются выходами устройства. К выходу ключа 12 последовательно подключены анализатор 35 комплексного спектра, анализатор 36 линейного члена фазового спектра, первый преобразователь 38 аналог-код и первый элемент совпадения И 40, выходное напряжение которого является признаком частотной манипуляции (ЧМн) принимаемого сигнала. Ко второму выходу анализатора 35 комплексного спектра последовательно подключены анализатор 37 симметрии амплитудного спектра и второй преобразователь 39 аналог-код, выход которого соединен со вторым входом первого элемента совпадения И 40. К выходу первого преобразователя 38 аналог-код подключен второй элемент совпадения 42, второй вход которого через первый инвертор 41 соединен с выходом второго преобразователя 39 аналог-код, а выходное напряжение является признаком амплитудной манипуляции (АМн) принимаемого сигнала. К выходу первого преобразователя 38 аналог-код последовательно подключены второй инвертор 43 и третий элемент совпадения И 44, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора 41, а выходное напряжение является признаком фазовой манипуляции (ФМн) принимаемого сигнала. К выходу элемента совпадения И 44 последовательно подключены преобразователь 45 цифра-напряжение, ключ 46, второй вход которого соединен с выходом ключа 12, и три канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя фазы 47 (48, 49), анализатора спектра 50 (51, 52), блока 53 (54, 55) сравнения, второй вход которого соединен с выходом анализатора 21 спектра, преобразователя аналог-код 56 (57, 58) и элемента совпадения И 61 (62, 63). Второй вход первого элемента совпадения И 61 соединен с выходом преобразователя 57 аналог-код второго канала обработки. Второй вход элемента совпадения И 62 через инвертор 59 соединен с выходом преобразователя 56 аналог-код первого канала обработки. Второй вход элемента совпадения И 63 через инвертор 60 соединен с выходом преобразователя 57 аналог-код второго канала обработки.

При этом в умножителе 47 первого канала обработки фаза умножается в два раза, в умножителе 48 фаза умножается в четыре раза и в умножителе 49 фаза умножается в восемь раз.

Появление логической единицы на выходе элемента совпадения И 61 свидетельствует о двукратной фазовой манипуляции принимаемого сигнала. Появление логической единицы на выходе второго элемента совпадения И 62 свидетельствует о четырехкратной фазовой манипуляции. Появление логической единицы на выходе элемента совпадения И 63 свидетельствует о восьмикратной фазовой манипуляции принимаемого сигнала.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Поиск сигналов в заданном диапазоне частот Дf осуществляется с помощью блока 3 поиска, который по пилообразному закону согласованно изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты и гетеродина 5. Одновременно блок 3 поиска управляет устройством 10 формирования частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки 11.

Принимаемый сигнал с выхода усилителя 4 высокой частоты поступает на вход смесителя 6, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 5 линейно-изменяющейся частоты.

U_г(t)=ν_гcos(ω_гt+πγt²+φ_г), 0≤t≤Т_п,

где ν_г, ω_г, φ_г, Т_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период перестройки частоты гетеродина.

γ=Д_f/Т_п - скорость изменения частоты гетеродина в заданном диапазоне частот Д_f.

На выходе смесителя 6 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 7 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

U_пр1(t)=ν_пр1cos(ω_прt+πγt²+φ_пр1), 0≤t≤Т_п,

где ν_пр1=¹/₂ν_cν_г;

ω_пр=ω_г-ω_c - промежуточная (разностная) частота (фиг.4);

φ_пр1=φ_г-φ_с,

ν_с, ω_с, φ_с - амплитуда, несущая частота и начальная фаза сигнала, принимаемого по основному каналу на частоте ω_с.

При этом промежуточная частота ω_пр напряжения U_пр1(t) (фиг.5, а) изменяется по законам линейно-возрастающей силы (фиг.5, б). Напряжение U_пр1(t) (фиг.5, а) с выхода усилителя 7 промежуточной частоты поступает на входы амплитудного 8 и частотного 68 детекторов. Амплитудный детектор 8 выделяет огибающую сигнала (фиг.5, в), которая поступает на первый вход элемента совпадения И71 и через видеоусилитель 9 на первый вход ключа 72. В исходном состоянии ключи 72 и 73 всегда закрыты. С выхода частотного детектора 68 видеосигнал (фиг.5, г), форма которого соответствует закону изменения частоты преобразованного сигнала (фиг.5, б), поступает на вход дифференцирующего блока 69, выходной импульс которого (фиг.5, д) поступает через однополярный вентиль 70 на второй вход элемента совпадения И71. Однополярные вентили 67 и 70 пропускают только положительные импульсы. Так как импульсы с выходов амплитудного детектора 8 (фиг.5, в) и однополярного вентиля 70 (фиг.5, д) являются положительными и занимают на временной оси один и тот же интервал, то элемент совпадения И71 срабатывает и своим выходным импульсом (фиг.5, е) открывает ключ 71.

Если ложный сигнал (помеха)

U_з(t)=ν_зcos(ω_зt+φ_з), 0≤t≤Т_з,

принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з, то усилителем 7 промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг.6, а)

U_пр2(t)=ν_пр2cos(ω_прt-πγt²+φ_пр2), 0≤t≤Т_п,

где ν_пр2=¹/₂ν_зν_г;

ω_пр=ω_з-ω_г - промежуточная (разностная) частота (фиг.4);

φ_пр2=φ_з-φ_г,

частота которого изменяется по линейно-падающему закону (фиг.6, б).

Импульс с выхода частотного детектора 68 (фиг.6, г) поступает на вход дифференцирующего блока 69, на выходе которого формируется отрицательный прямоугольный импульс (фиг.6, д), который не пропускается однополярным вентилем 70. Ключ 72 в этом случае не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_з, подавляется.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, используется детекторный тракт, состоящий из последовательно подключенных к выходу усилителя 4 высокой частоты седьмого амплитудного детектора 64 и второго видеоусилителя 65. Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, основано на том, что общий коэффициент усиления супергетеродинного тракта при приеме ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, всегда меньше коэффициента усиления при приеме по основному или зеркальному каналам за счет дополнительных потерь в смесителе 6 при комбинационном преобразовании.

Если общее усиление детекторного тракта выбрать таким образом, чтобы оно было меньше усиления супергетеродинного тракта при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам и больше при приеме сигналов по комбинационным каналам, то на выходе блока 66 сравнения в первом случае формируется положительное напряжение, а во втором - отрицательное, которое не пропускается однополярным вентилем 67. Ключ 73 не открывается и ложные (помехи), принимаемые по первому ω_к1 или второму ω_к2 комбинационным каналам, подавляются.

Следовательно, сигнал, принимаемый по основному каналу на частоте ω_с (фиг.4), после преобразования по частоте в смесителе 6 и усиления в усилителе 7 промежуточной частоты, детектирования в амплитудном детекторе 8 и дополнительного усиления в видеоусилителе 9 через открытые ключи 72 и 73 подается на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ11, в результате чего на экране образуется импульс (частотная метка), положение которого на частотной развертке однозначно определяет несущую частоту ω_с принимаемого сигнала.

Одновременно напряжение с выхода ключа 73 поступает на управляющий вход ключа 12, открывая его. В исходном состоянии ключ 12 всегда закрыт.

Следовательно, первый ключ 12 открывается только при приеме сигналов по основному каналу на частоте ω_с (фиг.4).

Сигнал, принимаемый по основному каналу на частоте ω_с, с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12 поступает для дальнейшей обработки, в процессе которой определяют вид его модуляции или манипуляции. При этом определение вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов основано на следующих теоретических положениях.

Модулированное колебание в самой общей форме может быть записано:

Здесь ω_с, φ(t) - несущая частота и фаза колебания;

φ(t)=∫ω(t)dt+φ(t)+φ_c - фаза колебания;

U(t)=U_c[1+m·sinΩt] - огибающая колебания;

где U_c - амплитуда несущей в отсутствие модуляции;

m - коэффициент амплитудной модуляции;

Ω - частота модулирующей функции.

Для сигнала с амплитудной модуляцией (AM) выражение (1) будет иметь вид:

Если АМ-сигнал поступает на вход амплитудного детектора 13 с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12, то на его выходе образуется напряжение:

Следовательно, на выходе амплитудного детектора 13 при воздействии на его вход АМ-сигнала выделяется модулирующая функция, в которой заложена полезная информация.

Если на вход амплитудного детектора 13 поступает сигнал с угловой модуляцией (УМ), то при этом U(t)=U_c=const и выражение (1) принимает вид:

Из полученных выражений видно, что при отсутствии паразитной УМ при амплитудной модуляции колебания и паразитной AM при угловой модуляции колебания различить амплитудно-модулированный сигнал от сигнала с угловой модуляцией можно, пропуская его через амплитудный детектор 13.

В качестве информативных признаков распознавания сигналов с амплитудной и угловой модуляциями могут быть использованы следующие параметры:

- эффективный коэффициент амплитудной модуляции

где - среднеквадратическое значение переменного напряжения сигнала и шума на нагрузке амплитудного детектора 13;

M(t)=ΔU(t)·sinΩt - модулирующая функция;

- эффективная девиация частоты

где Т - длительность сигнала;

- ширина спектра Δω_с принимаемого сигнала.

Для АМ-сигнала указанные признаки равны:

m_эф=0; ;

K₀≅1÷1,5; m₀≅2-3.

Для УМ-сигнала:

m_эф≥m₀; .

Эффективный коэффициент амплитудной модуляции m_эф определяется с помощью амплитудного детектора 13, фильтра 14 верхних частот, фильтра 15 нижних частот, квадратора 16 и делителя 17 напряжений.

Эффективная девиация частоты Δω_эф определяется с помощью частотного детектора 18, фильтра 19 нижних частот, второго квадратора 20 и второго делителя 22 напряжений.

Ширина амплитудного спектра Δω_с принимаемого сигнала определяется с помощью анализатора 21 спектра.

Отношение Δω_с/Δω_эф определяется в делителе 22 напряжений. В первом блоке 23 сравнения измеренные величины m_эф и Δω_с/Δω_эф сравниваются с определенными численными значениями m₀ и K₀. По результатам сравнения определяется вид модуляции (амплитудная или угловая) принимаемого сигнала.

Если принимаемый сигнал имеет угловую модуляцию, то постоянное напряжение со второго выхода блока 23 сравнения подается на управляющий вход ключа 24, открывая его. В исходном состоянии ключи 12 и 24 всегда закрыты. При этом принимаемый сигнал с угловой модуляцией с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытые ключи 12 и 24 поступает для дальнейшей обработки.

Следует отметить, что распознавание вида угловой (частотная или фазовая) модуляции является сложной технической задачей. Это связано с трудностью выделения информативных признаков, по которым можно отличить сигнал с частотной модуляцией (ЧМ) от сигнала с фазовой модуляцией (ФМ), так как частотная и фазовая модуляции в силу интегродифференциальной связи между частотой и фазой колебания имеют много общего друг с другом, что и оправдывает существование объединенного термина "угловая модуляция". Заметим, что в силу указанной связи частотная модуляция всегда сопровождается изменением фазы модулируемого колебания, а при осуществлении фазовой модуляции всегда имеет место изменение частоты радиосигнала. Эти изменения неразрывно связаны друг с другом и все дело в том, какое из них является первичным, т.е. какое из них пропорционально модулирующей функции. При частотной модуляции, очевидно, первичным является изменение частоты, а при фазовой модуляции - изменение фазы высокочастотных колебаний.

Следует отметить, что распознавание ЧМ- и ФМ-сигналов при гармонической модулирующей функции вообще невозможно. Однако реальные колебания имеют модулирующую функцию значительно более сложную, чем гармоническая. Поэтому имеется определенная возможность для распознавания ЧМ- и ФМ-сигналов, используя в качестве признака распознавания деформацию модулирующей функции на выходе частотного 18 и фазового 25 детекторов.

Пусть разложение модулирующей функции в ряд Фурье на некотором временном интервале имеет следующий вид:

где U_i, ω_i, φ_i - амплитуда, частота и начальная фаза i-й спектральной составляющей.

Известно, что на выходе фазового детектора 25 будет выделяться фаза колебания:

а на выходе частотного детектора 18 получается дифференциал от фазы:

Рассмотрим случай, когда тип детектора соответствуют виду угловой модуляции принимаемого сигнала.

При ЧМ ω(t)=M(t), ϕ(t)=0 и на выходе частотного детектора 18 будем иметь:

При ФМ ω(t)=0, ϕ(t)=M(t) и на выходе фазового детектора 25 будем иметь:

Если тип детектора не соответствует виду угловой модуляции, то возможны следующие ситуации.

Пусть на вход фазового детектора 25 поступает ЧМ-сигнал. При этом ω(t)=M(t), ϕ(t)=0 и на выходе фазового детектора 25 будем иметь:

Анализируя формулу (11), видим, что спектр ЧМ-колебания после фазового детектора 25 претерпевает деформацию. С увеличением номера спектральной составляющей амплитуда ее будет уменьшаться, т.е. отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитуде спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, будет больше 1.

Теперь рассмотрим прохождение ФМ-колебания через частотный детектор 18.

При ФМ ω(t)=0, ϕ(t)=M(t) и на выходе частотного детектора 18 будем иметь:

Из формулы (12) видно, что спектр ФМ-колебания на выходе частотного детектора 18 также претерпевает деформацию. С увеличением номера спектральной составляющей амплитуда ее будет увеличиваться, т.е. отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, будет меньше 1.

Принимаемый УМ-сигнал с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытые ключи 12 и 24 поступает на входы частотного 18 и фазового 25 детекторов. Фильтры 19 и 26 нижних частот выделяют спектральные составляющие, расположенные в начале частотной оси. Фильтры 27 и 32 верхних частот выделяют спектральные составляющие, расположенные на некотором расстоянии от начала оси. Амплитудные детекторы 28, 29, 31 и 33 выделяют огибающие соответствующих спектральных составляющих. Блоки 30 и 34 сравнения определяют отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала частотной оси, на выходах фазового 25 и частотного 18 детекторов. В зависимости от указанного отношения принимается решение о виде угловой (частотная или фазовая) модуляции принимаемого сигнала.

Если на выходе фазового детектора 25 указанное отношение больше единицы, а на выходе частотного детектора 18 указанное отношение приблизительно равно единице, то принимаемый сигнал имеет частотную модуляцию.

Если на выходе частотного детектора 18 отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала частотной оси, будет меньше единицы, а на выходе фазового детектора 25 указанное отношение приблизительно равно единице, то принимаемый сигнал имеет фазовую модуляцию.

При манипуляции высокочастотного колебания по амплитуде, частоте и фазе модулирующей функцией M(t) (двухполярными посылками постоянного тока) манипулированные сигналы будут иметь вид, показанный на фиг.2.

Для распознавания указанных сигналов можно использовать спектральный метод, который основан на особенностях амплитудных и фазовых спектров амплитудно-манипулированных (АМн), частотно-манипулированных (ЧМн) и фазоманипулированных (ФМн) сигналов, получаемых в реальном масштабе времени. При этом в качестве признаков распознавания указанных сигналов используются симметрия амплитудного спектра и наличие линейного фазового члена. При частотной манипуляции амплитудный спектр не обладает свойством симметрии, а при амплитудной и фазовой манипуляции он является четно-симметричной функцией частоты. Обозначив данный признак через α, получим

α_АМн=0, α_ЧМн=0, α_ФМн=0.

По данному признаку можно различить два класса сигналов: ЧМн-сигналы и АМн (ФМн) сигналы.

Фазовые спектры АМн- и ЧМн-сигналов характеризуются наличием линейного члена.

Обозначив данный признак через β, получим

β_АМн=0, β_ЧМн=1, β_ФМн=0.

По этому признаку можно отличить АМн-, ЧМн-сигналы от ФМн-сигнала.

Следует отметить, что в пространстве указанных признаков рассматриваемые классы сигналов не пересекаются, т.е. их распознавание можно производить с высокой достоверностью (фиг.3).

Принимаемый манипулированный сигнал с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12 поступает на вход анализатора 35 комплексного спектра, а затем на входы анализатора 36 линейного члена, фазового члена и анализатора 37 симметрии амплитудного спектра. Измеренные признаки распознавания поступают на входы преобразователей 38 и 39 аналог-код, где они преобразуются в цифровые коды, которые поступают в блок логической обработки, состоящий из элементов совпадения И 40, 42, 44 и инверторов 41 и 43. Появление напряжений на выходах элементов совпадения И 40, 42, 44 свидетельствует о частотной, амплитудной и фазовой манипуляции соответственно.

Если на вход панорамного приемника поступает сложный сигнал с двукратной фазовой манипуляцией

u_c(t)=U_c·cos[ω_ct+φ_k(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отражающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ_k(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (T_c=N·τ_э),

то логическая единица образуется на выходе элемента совпадения И 44. Эта единица преобразуется в преобразователе 45 код-напряжение в постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 46 и открывает его. В исходном состоянии ключ 46 всегда закрыт.

При этом принимаемый сигнал U_c(t) с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12 и 46 поступает на входы трех каналов обработки.

В этом случае на выходе умножителей фазы на два 47, четыре 48 и восемь 49 образуются следующие гармонические колебания соответственно:

U₁(t)=U_ccos(2ω_ct+2φ_с),

U₂(t)=U_ccos(4ω_ct+4φ_с),

U₃(t)=U_ccos(8ω_ct+8φ_с), 0≤t≤T_c,

так как 2φ_k(1)={0,2π}, 4φ_k(t)={0,4π}, 8φ_k(1)={0,8π}, то в указанных колебаниях манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра второй Δf₂, четвертой Δf₄ и восьмой Δf₈ гармоник сигнала определяется его длительностью (Δf₂=1/T_c, Δf₄=1/T_c, Δf₈=1/T_c), тогда как ширина спектра ФМн-сигнала определяется длительностью элементарных посылок τ_э (Δf_c=1/τ_э), т.е. ширина спектра указанных гармоник сигнала в N раз меньше ширины сигнала входного сигнала:

Ширина спектра Δf_c входного ФМн-сигнала U_c(t) измеряется с помощью анализатора спектра 21. Ширина спектра второй Δf₂, четвертой Δf₄ и восьмой Δf₈ гармоник сигнала измеряется анализаторами спектра 50, 51 и 52 соответственно. Напряжения U₂, U₄, U₈, пропорциональные Δf₂, Δf₄, Δf₈ соответственно, с выходов анализаторов спектра 50, 51 и 52 поступают на первые входы блоков 53, 54 и 55 сравнения, на вторые входы которых подается напряжение с выхода анализатора спектра 21, пропорциональное U₁. Так как U₁>>U₂, U₁>>U₄, U₁>>U₈, то на выходе блоков 53, 54 и 55 сравнения образуются положительные напряжения, которые через соответствующие преобразователи аналог-код 56, 57 и 58 поступают на первые входы элементов совпадения И 61, 62 и 63. На второй вход элемента совпадения И 61 подается логическая единица с выхода второго преобразователя аналог-код 57. Второй вход элемента совпадения И 62 через инвертор 59 соединен с выходом преобразователя аналог-код 56 первого канала обработки. Второй вход элемента совпадения И 63 через инвертор 40 соединен с выходом преобразователя аналог-код 57 второго канала обработки.

Следовательно, при двукратной фазовой манипуляции [φ_k(t)=[0, π}] логическая единица образуется только на выходе элемента совпадения И 61.

Если на вход панорамного приемника поступает сигнал с четырехкратной фазовой манипуляцией ФМн-4 , то на выходе умножителя 47 фазы на два образуется ФМн-2 сигнал [2φ_k(t)={0, π, 2π, 3π}], а на выходах умножителей фазы на четыре 48 и восемь 49 образуются гармонические колебания U₂(t) и U₃(t) соответственно, т.е. во втором и третьем каналах осуществляется свертка спектра принимаемого ФМн-сигнала. В этом случае в блоке 53 сравнения отношение U₁/U₂≈1 и на его выходе не формируется напряжение, т.е. образуется логический нуль. Логическая единица формируется на выходе элемента совпадения И 62, что является признаком распознавания ФМн-4 сигнала.

Если на вход панорамного приемника поступает сигнал с восьмикратной фазовой манипуляцией ФМн-8 , то свертка его спектра осуществляется только на выходе умножителя фазы на восемь 49. При этом единичное напряжение появляется только на выходе элемента совпадения И 63.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости панорамного приемника и достоверности определения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Предлагаемое устройство относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для определения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот. Устройство для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов содержит приемную антенну, входную цепь, блок поиска, усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, семь амплитудных детекторов, два видеоусилителя, устройство формирования частотной развертки, ЭЛТ, пять ключей, три фильтра верхних частот, три фильтра нижних частот, два квадратора, два делителя напряжений, два частотных детектора, четыре анализатора спектра, семь блоков сравнения, фазовый детектор, анализатор комплексного спектра, анализатор линейного члена фазового спектра, анализатор симметрии амплитудного спектра, пять преобразователей аналог-код, шесть элементов совпадения И, четыре инвертора, преобразователь цифра-напряжение, умножитель фазы на два, умножитель фазы на четыре, умножитель фазы на восемь. Технический результат - повышение помехоустойчивости панорамного приемника и достоверности проводимых измерений. 6 ил.

Устройство для определения частоты, вида модуляции и манипуляции принимаемых сигналов, содержащее последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, шестой амплитудный детектор и первый видеоусилитель, последовательно включенные устройство формирования частотной развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор, последовательно подключенные к выходу усилителя высокой частоты первый ключ, первый амплитудный детектор, первый фильтр верхних частот, первый квадратор, первый делитель напряжений, второй вход которого через первый фильтр нижних частот соединен с выходом первого амплитудного детектора, и первый блок сравнения, два выхода которого являются первым и вторым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу первого ключа первый частотный детектор, второй фильтр нижних частот, второй квадратор и второй делитель напряжений, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом первого ключа, а выход подключен ко второму входу первого блока сравнения, последовательно подключенные к выходу первого ключа второй ключ, второй вход которого соединен со вторым выходом устройства, фазовый детектор, третий фильтр нижних частот, второй амплитудный детектор и второй блок сравнения, второй вход которого через последовательно включенные второй фильтр верхних частот и третий амплитудный детектор соединен с выходом фазового детектора, а два выхода являются третьим и четвертым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу частотного детектора третий фильтр верхних частот, пятый амплитудный детектор и третий блок сравнения, второй вход которого через четвертый амплитудный детектор соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а два выхода являются пятым и шестым выходами устройства, последовательно подключенные к выходу первого ключа анализатор комплексного спектра, анализатор линейного члена фазового спектра, первый преобразователь аналог-код и первый элемент совпадения И, второй вход которого через последовательно включенные анализатор симметрии амплитудного спектра и второй преобразователь аналог-код соединен со вторым выходом анализатора комплексного спектра, а выход является седьмым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу второго преобразователя аналог-код первый инвертор и второй элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя аналог-код, а выход является восьмым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу первого преобразователя аналог-код второй инвертор и третий элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, а выход является девятым выходом устройства, последовательно подключенные к девятому выходу устройства преобразователь код-напряжение, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, умножитель фазы на два, второй анализатор спектра, четвертый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, третий преобразователь аналог-код и четвертый элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом четвертого преобразователя аналог-код, а выход является десятым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу третьего ключа умножитель фазы на четыре, третий анализатор спектра, пятый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, четвертый преобразователь аналог-код и пятый элемент совпадения И, второй вход которого через третий инвертор соединен с выходом третьего преобразователя аналог-код, а выход является одиннадцатым выходом устройства, последовательно подключенные к выходу третьего ключа умножитель фазы на восемь, четвертый анализатор спектра, шестой блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, пятый преобразователь аналог-код и шестой элемент совпадения И, второй вход которого через четвертый инвертор соединен с выходом четвертого преобразователя аналог-код, а выход является двенадцатым выходом устройства, отличающееся тем, что оно снабжено седьмым амплитудным детектором, вторым видеоусилителем, седьмым блоком сравнения, двумя однополярными вентилями, вторым частотным детектором, дифференцирующим блоком, седьмым элементом совпадения И, четвертым и пятым ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены седьмой амплитудный детектор, второй видеоусилитель, седьмой блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, первый однополярный вентиль, пятый ключ и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентиль, седьмой элемент совпадения И, второй вход которого соединен с выходом шестого амплитудного детектора, и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, а выход подключен к второму входу пятого ключа.