СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ В МАТРИЧНОМ ПРИЕМНИКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01R23/00 

Группа изобретений относится к радиотехнической, электронной, электротехнической областям промышленности и может быть использована в станции радиотехнической разведки и станции помех для снижения неоднозначности определения частоты при приеме двух и более совмещенных по времени разночастотных сигналов.

Учитывая высокие технические показатели при относительно малых массе и габаритах, матричные приемники нашли широкое применение в станциях радиотехнической разведки и станциях помех. В матричном приемнике [1] входной сигнал, попадая в первую ступень, разделяется на несколько частотных каналов и переносится в диапазон промежуточных частот (ПЧ) первой ступени. Далее сигнал ПЧ поступает на следующую ступень, где снова разделяется по частоте и переносится в диапазон ПЧ второй ступени и так далее до последней ступени. Таким образом, диапазон ПЧ после каждой ступени последовательно сужается и, кроме того, переносится вниз по частоте, что упрощает конечную обработку. Каждый частотный канал во всех ступенях снабжается индикатором, указывающим номер сработавшего канала. По набору сработавших индикаторов грубо определяют частоту принятого сигнала с точностью до половины полосы пропускания канала последней ступени. С выхода последней ступени сигнал, как правило, подается на обработку, в ходе которой с высокой точностью измеряется частота в полосе промежуточных частот последней ступени. Сопоставляя измеренное значение частоты в диапазоне ПЧ и сработавшие индикаторы, частота принятого сигнала уточняется.

При приеме двух и более совмещенных по времени разночастотных сигналов в силу описанной структуры матричного приемника возникает неоднозначность определения частоты. Она растет с увеличением числа используемых ступеней. При попадании на вход N-ступенчатого матричного приемника А разночастотных узкополосных сигналов (т.е. таких, что спектр сигнала полностью попадает в полосу канала последней ступени) максимальное количество определяемых частот X составит A^N. Возникновение неоднозначности определения частоты возможно в условиях сложной сигнальной обстановки (при авианалете, создании помех матричным приемникам, одновременном функционировании большого количества близко расположенных радиоэлектронных средств и др.).

На фиг. 1 показан пример роста неоднозначности при приеме двух разночастотных сигналов в матричном приемнике, состоящем из трех ступеней. Ширина канала первой ступени обозначена Δf₁, второй ступени - Δf₂, третьей ступени - Δf₃. После прохождения каждой ступени частоты принимаемых сигналов последовательно уточняются.

После прохождения сигналами первой ступени определяемые приемником частоты сигналов лежат в диапазонах:

Полосы каналов первой ступени переносятся в единый диапазон ПЧ, после чего во второй ступени он разделяется на частотные каналы, и частоты занимают диапазоны:

После третьей ступени:

Окончательно частоты сигналов определяются как середины диапазонов, либо, если последняя ступень имеет выход ПЧ, выполняется обработка сигнала, в результате которой более точно определяют частоту сигнала для каждого из полученных диапазонов. В этом случае устройство обработки является последней ступенью приемника.

Количество определенных частот может быть меньше, если в какой-либо ступени, кроме последней, хотя бы два сигнала попадают в один канал и не различаются этой ступенью, тогда неоднозначность уменьшается. В этом случае количество частот, обнаруженных приемным устройством, определяется по формуле:

где М - количество ступеней, в которых сигналы не различаются, B_j - количество сигналов, определяемых в j-й ступени . И неоднозначность может отсутствовать совсем, если частоты сигналов мало удалены друг от друга и различаются последней ступенью, т.е. спектр каждого сигнала попадает в один канал последней ступени.

Из уровня техники известен матричный приемник, в котором неоднозначность определения частоты снижается при приеме двух совмещенных по времени разночастотных сигналов [2]. В приемнике первая ступень дополнена функциональным узлом, позволяющим при выявлении одновременного попадания сигналов в два частотных канала первой ступени исключить определение ложных значений частоты за счет задержки сигнала на выходе одного канала первой ступени относительно другого. Узел содержит комбинационное логическое устройство, которое при необходимости подключает в каждом канале линию задержки с фиксированной величиной задержки. Сигнал, проходящий без задержки, обрабатывается первым, а задержанный сигнал - вторым. Таким образом, уточняется принадлежность сигнала к тому или иному каналу первой ступени матричного приемника.

Недостатком устройства является малое максимально возможное количество одновременно принимаемых сигналов (два), для которых снижается неоднозначность определения частоты. Также во время снятия сигнала с линии задержки в канале, в котором она работает, сигнал теряется для обработки (происходит пропуск сигнала). Кроме того, линия задержки имеет фиксированную величину задержки, поэтому, если длительность сигналов намного меньше времени задержки, неэффективно расходуется временной ресурс - обработка сигналов выполняется значительно позже их окончания. Это увеличивает время до принятия ответных действий.

Целью группы изобретений является увеличение максимально возможного количества сигналов, для которых снижается неоднозначность определения частоты, при отсутствии задержки и пропуска сигналов, а также уменьшение времени до принятия ответных действий.

Технический результат заключается в повышении вероятности однозначного определения частоты, исключении регистрации ложных значений частоты и пропуска сигналов в условиях приема совмещенных по времени разночастотных сигналов.

Указанный результат достигается тем, что в М-ступенчатом матричном приемнике уточняют принадлежность каждого сигнала к тому или иному каналу j-й ступени матричного приемника. Для этого измеряют частоту сигнала в диапазоне рабочих частот j-й ступени приемника, имеющей L_j каналов, и сопоставляют номера сработавших индикаторов каналов ступени с измеренными значениями частоты.

При приеме нескольких совмещенных по времени разночастотных сигналов на выходе каждой ступени приемника эти сигналы присутствуют в едином диапазоне ПЧ. Для уточнения принадлежности сигнала к тому или иному каналу ступени устройство измерения частоты (УИЧ), подключенное к соответствующей ступени, измеряет частоту сигнала в диапазоне рабочих частот ступени. При сопоставлении номеров сработавших индикаторов каналов приемника и значений частот, определенных УИЧ, частоты принятых сигналов уточняются, что позволяет снизить неоднозначность измерения частоты. Максимально возможное количество одновременно обрабатываемых сигналов, для которых снижается неоднозначность, соответствует количеству каналов УИЧ. Задержка сигнала определяется инерционностью используемых устройств и для решаемых задач пренебрежимо мала. Пропуск сигнала ввиду параллельного обзора и отсутствия линий задержки исключен. Отсутствие задержки сигнала обеспечивает минимальное время до принятия ответных действий.

Другая цель группы изобретений - предложить вариант устройства измерения частоты в j-й ступени матричного приемника, необходимого для осуществления предлагаемого способа определения частоты в матричном приемнике.

Данная цель достигается тем, что устройство измерения частоты содержит усилитель-ограничитель, K каналов обработки и устройство обработки. Выход усилителя-ограничителя соединен со входами K каналов обработки. Каждый канал содержит последовательно включенные полосовой фильтр, частотно-зависимое устройство (ЧЗУ) и детектор. Выходы каналов обработки соединены со входами устройства обработки. В зависимости от количества ступеней приемника и требуемой точности измерения частоты УИЧ может быть подключено только к первой ступени (j=1), к каждой ступени, кроме последней, или к отдельным из них. В общем случае количество каналов устройства измерения частоты K может быть не равно количеству каналов ступени матричного приемника L_j, к которой подключено УИЧ. В частности, возможны два случая: количество каналов УИЧ соответствует количеству каналов ступени матричного приемника, к которой подключено УИЧ (K=L_j), количество каналов УИЧ соответствует значению произведения количества каналов всех ступеней матричного приемника . Во втором случае УИЧ подключают только к первой ступени.

На фиг. 1 представлен пример роста неоднозначности определения частоты в трехступенчатом матричном приемнике при одновременном попадании двух разночастотных сигналов.

На фиг. 2 представлена схема устройства измерения частоты.

Сущность группы изобретений поясняется на примере устройства измерения частоты. Подключаемое ко входу j-й ступени матричного приемника устройство измерения частоты состоит из усилителя-ограничителя 1, каналов обработки 2.1-2.K и устройства обработки 6. Входом устройства является вход усилителя-ограничителя 1, выход которого соединен со входами каналов обработки 2.1-2.K. Каждый канал 2.i (i=1…K) содержит последовательно включенные полосовой фильтр 3.i, формирующий полосу пропускания канала Δf_i, частотно-зависимое устройство 4.i, имеющее наклон амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе Δf_i, и детектор 5.i. Выходы каналов соединены со входом устройства обработки 6.

При подключении УИЧ к любой ступени устраняется неоднозначность измерения в следующей ступени. Для этого разрешающая способность устройства по частоте должна быть не менее ширины полосы пропускания канала следующей ступени. Для полного устранения неоднозначности к каждой ступени, кроме последней, должно быть подключено по одному устройству . В последней ступени наличие устройства не требуется. При этом приемник сможет различать до K₁ разночастотных сигналов, попадающих в разные каналы УИЧ, подключенного к первой ступени приемника. При попадании двух и более сигналов в полосу одного канала УИЧ, подключенного к первой ступени, неоднозначность не устраняется. Аналогично, при попадании двух и более сигналов в один канал УИЧ, подключенного к одной из последующих ступеней, неоднозначность также не устраняется.

Однако при обеспечении разрешающей способности УИЧ по частоте, равной ширине канала последней ступени (или превышающей ее), достаточно использовать УИЧ только в первой ступени (j=1). При этом будут различаться сигналов (или более).

В частном случае реализации предлагаемой обобщенной схемы устройства измерения частоты (фиг. 2) количество каналов устройства измерения частоты K=L_j, т.е. соответствует количеству каналов ступени, к которой оно подключается. Такое исполнение позволяет исключить неоднозначность при одновременном попадании сигналов в разные каналы (всего до L_j сигналов).

В другом возможном варианте реализации количество каналов устройства соответствует значению произведения количества каналов всех ступеней матричного приемника . Схема с большим количеством каналов сложнее, однако она позволяет исключить неоднозначность при одновременном попадании сигналов в разные каналы для сигналов. Кроме того, для нее проще получить линейную частотную зависимость коэффициента передачи ЧЗУ 4.i с большой крутизной, т.к. сужаются полосы каналов. Исполнение предназначено для использования в первой ступени.

Устройство измерения частоты работает следующим образом. Сигнал со входа устройства поступает на усилитель-ограничитель 1, устраняющий зависимость сигнала от амплитуды для того, чтобы на входы каналов 2.1-2.K приходили сигналы одного уровня. С выхода усилителя-ограничителя 1 сигнал разветвляется на каналы 2.1-2.K. Частотные диапазоны каналов Δf₁-Δf_K образованы входными полосовыми фильтрами 3.1-3.K. В каждом канале, проходя через ЧЗУ 4.i, в зависимости от частоты сигнал приобретает соответствующую амплитуду и детектируется детектором 5.i. Продетектированные сигналы поступают в устройство обработки 6, выполняющее посредством аналого-цифрового преобразования измерение амплитуды сигнала в каждом канале 2.i, соотнесение этой амплитуды с таблицей частот для каждого канала и выдающее измеренное с заданной точностью в диапазоне рабочих частот j-й ступени приемника значение частоты сигнала. Номера сработавших канальных индикаторов приемника сопоставляют со значениями частот, определенных УИЧ. В результате частоты принятых сигналов уточняются, что позволяет снизить неоднозначность измерения частоты.

Частотно-зависимое устройство может быть выполнено в виде фильтра, скат АЧХ которого приходится на полосу пропускания канала Δf_i. Учитывая работу в СВЧ-диапазоне, детектор может быть выполнен на p-i-n-диоде. Устройство обработки является цифровым и включает в себя на входе аналого-цифровые преобразователи, выполняющие оцифровку сигнала. После оцифровки устройство обработки выполняет в цифровом виде измерение амплитуды сигнала в каждом канале, соотнесение этой амплитуды с таблицей частот и выдает измеренное с заданной точностью значение частоты сигнала. Реализация остальных элементов устройства возможна с использованием широко распространенной электронной компонентной базы [3].

Источники информации

1. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учеб. пособие. М.: Вуз. книга, 2007. 356 с.

2. Пат. 2422845 Российская Федерация, МПК G01S 7/285. Матричный приемник / Анохин В.Д., Анохин Е.В., Кильдюшевская В.Г., Симохаммед Фаузи; патентообладатель ФГОУ ВПО «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) МО РФ. - №2009131254/09; заявл. 17.08.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. №18. - 11 с.

3. Каталог «ПЛАТАН. Электронные компоненты» [Электронный ресурс] // URL: http://www.platan.ru/company/catalogue.html.

Изобретение относится к радиотехнической области промышленности и может быть использовано при приеме нескольких совмещенных по времени разночастотных сигналов. Способ определения частоты в матричном приемнике, в котором ко входу j-й ступени приемника, имеющей L_j каналов, подключают устройство измерения частоты, измеряющее частоту сигнала в диапазоне рабочих частот j-й ступени, и сопоставляют номера сработавших индикаторов каналов ступени с измеренными значениями частоты. Устройство измерения частоты содержит усилитель-ограничитель, K каналов обработки и устройство обработки. Каждый канал содержит последовательно включенные полосовой фильтр, частотно-зависимое устройство и детектор. С выходов каналов сигнал подается на устройство обработки. Технический результат заключается в повышении вероятности однозначного определения частоты, исключении регистрации ложных значений частоты и пропуска сигналов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения частоты в матричном приемнике, состоящем из М ступеней, в котором уточняют принадлежность сигнала к тому или иному каналу j-й ступени матричного приемника, имеющей L_j каналов, отличающийся тем, что измеряют частоту сигнала в диапазоне рабочих частот j-й ступени приемника, и сопоставляют номера сработавших индикаторов каналов ступени с измеренными значениями частоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к каждой ступени, кроме последней, подключено по одному устройству измерения частоты

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство измерения частоты подключено только к первой ступени матричного приемника (j=1).

4. Устройство измерения частоты в j-й ступени матричного приемника, имеющей L_j каналов, отличающееся тем, что содержит усилитель-ограничитель, K каналов обработки и устройство обработки, причем выход усилителя-ограничителя соединен со входами K каналов обработки, выходы каналов обработки соединены со входами устройства обработки, а каждый канал обработки содержит последовательно включенные полосовой фильтр, частотно-зависимое устройство и детектор.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что количество каналов в нем соответствует количеству каналов ступени, к которой оно подключено (K=L_j).

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что количество каналов в нем соответствует значению произведения количества каналов всех ступеней матричного приемника