Следящий измеритель средней частоты частотно-манипулированных сигналов Советский патент 1985 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа дискретной информации, передаваемой по каналам связи с помощью частотной манипуляции.

Целью изобретения является повышение точности слежения за средней частотой частотно-манипулированных сигналов без априорных сведений о модулирующем коде путем выделения только переменной составляющей выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2-4 - диаграммы, поясняющие его работу.

Следящий измеритель средней частоты частотно-манипулированных сигналов содержит смеситель 1, фильтр 2 промежуточной частоты, частотные дискриминаторы 3 и 4, первый фильтр 5 верхних частот, перемножитель 6, второй фильтр 7 верхних частот, интегратор 8, перестраиваемый гетеродин 9.

В следящем измерителе средней частоты частотно-манипулированных сигналов соединены последовательно входной смеситель 1, фильтр 2 промежуточной частоты, частотный дискриминатор 3, фильтр 7 нижних частот, перемножитель 6, интегратор 8, перестраиваемый гетеродин 9, выход которого соединен с входом смесителя, выход фильтра 2 промежуточной частоты через последовательно соединенные частотный дискриминатор 4 и фильтр 5 верхних частот соединен с другим входом перемножителя 6.

Устройство работает следующим образом.

Частотно-манипулированный (ЧМн) сигнал поступает на вход смесителя 1, на другой вход которого поступает сигнал перестраиваемого гетеродина 9.

Колебаниям ЧМн сигнала и перестраиваемого гетеродина 9 можно представить в виде

Uat) U,.cos(w.pt+/A(o4{t)-t+9) U;«cCos9i(t);

Ur (t) и„г cos (Wrt + Cpr) UmrCOS92 (t) ,

гдеUmc - амплитуда входного сигнала;

о)средняя частота сигнала; (010)2 - несущие частоты; Дсос - девиация частоты; |(t) - модулирующая функция, опи сывающая манипуляцию сигналов и принимающая два значения+1 или -1; ср-с - начальные фазы символов; Umr - амплитуда перестраиваемого гетеродина 9;

Wr - несущая частота гетеродина; фг - начальная фаза. На выходе фильтра 2 промежуточной частоты при условии напряжение имеет вид

U(t) Km и„,сС05 ф| (t) -ф2 (t) ,

где Km - коэффициент передачи смесителя 1 и фильтра 2 промежуточной частоты .

Напряжение с выходов фильтра 2 промежуточной частоты поступает на вход частотного дискриминатора 3 и частотного дискриминатора 4.

Дискриминационные характеристики частотных дискриминаторов (ЧД) 3 и 4 при линейной аппроксимации и форма напряжений на их выходах приведены на фиг. 2.

Как видно из эпюр, приведенных на фиг. 2 для случая положительной расстройки (jOcf - Ч О, где Wo -опорная частота дискриминаторов 3 и 4, напряжение на выходе ЧД состоит из постоянной составляющей и и переменной составляющей и.

При этой в случае неизвестных статистических характеристик модулирующего кода при оценке средней частоты ЧМн сигнала по постоянному напряжению появляется смещение оценки, величина которого определяется по формуле

),p-ci,p (Pi-Р2).2Дсо,,

где tti -символ математического ожидания;

-средняя частота ЧМн сигнала; u)c{j -оценка средней частоты; Pi -вероятность появления символов с несущей частотой Wi Wcp-AW,;

РЗ -вероятность появления символов с несущей частотой W g 0 Wcp + AWcФильтры верхних частот (ФВЧ) 5 и 7 выделяют только переменную составляющую выходного напряжения U(CM- фиг. 2д, е,ж). Из эпюр (фиг. 2) видно, что размах напряжений на выходе ФВЧ 5AUi и на выхо5 де ФВЧ 7ди ц инвариантен к статистическим свойствам модулирующего кода (к величиР и Р ). Дисперсия этих напряжений б ( Л Ui) и б( ди) определяется из соотношений

0 ст2(Ди|)Р|Р2Ди ; 02(Ди2)Р1Р2Ди|.

Величина uUi Suos 2 д tfс инвариантна к величине расстройки ( ( соо ), если спектр сигнала не выходит за пределы линейного участка дискриминационной ха- ректеристики ЧД 3, т. е. (хн(й(р± д«)е.). 4ив , где Srci - крутизна дискриминационной характеристики дискриминатора 3; (ь1я;с0в - граничные значения частот контролируемого диапазона. Величина AH связана с расстройкой /ойер- иОц / следующим

0 соотнощением

-IWcp -Сйо1,

где SpD/, -крутизн дискриминационной характеристики дискриминатоРа 4.

Как следует из эпюр (фиг. 2) SroH имеет положительный знак при ср-(S)Q О и отрицательный знак при 00,-се;о 0.

Зависимость б ( Д Uz) f ( «Jcp -ог)в) приведена на фиг. 3 для различных статистических характеристик модулирующего кода.

Величина б ( AUa) стремится к нулю при ti)cf - оОо 0. Однако это обстоятельство не позволяет реализовать следящий измеритель средней частоты ЧМн сигналов Б силу четного характера этой зависимости, т.е. инвариантности знака 6(AUz) к знаку Сг). Для того, чтобы обеспечить нечетный вид характеристики следящего измерителя, необходимо использовать значения начальных фаз напряжений на выходе частотных дискриминаторов 3 и 4. При изменении знака расстройки ( -оц,) с положительного на отрицательный начальная фаза напряжения на выходе ЧД 3 1-03 сохраняется неизменной, а фаза напряжения на выходе ЧД меняется на противоположную. Это свойство используется для реализации нечетной характеристики следящего измерителя путем перемножения в перемножителе 6 переменных составляющих напряжений, снимаемых с выходов фильтров 5 и 7, верхнихчастот, а также определения знака расстройки и выделения постоянной составляющей на выходе интегратора 8, которая по модулю пропорциональна (Wcf) -Wo), а по знаку совпадает со знаком расстройки Wcp -Wo.

Используя эпюры напряжений, представленные на фиг. 2д, е, ж, нетрудно получить выражение, характеризующее выходное напряжение перемножителя 6. Размах напряжений на выходе ФВЧ 5 и 7 можно представить как сумму двух составляющих

Аи,Ди,(+)+Ди,(-); Аи,(+) Р2Ли,;

AUi(-) Р,Ди,; ( + )+AU2(-); AU2(-) P2AU2;

AU2( + )PiAU2;

где )-положительная составляющая размаха напряжений на выходе ФВЧ 5 и 7;

A ljiC-) -отрицательная составляющая размаха напряжений на выходе ФВЧ 5 и 7.

С учетом принятых обозначений, а также учитывая, что в данном примере Wcp - -W(,0; результат перемножения напряжений с выходов ФВЧ 5 и 7 на интервале времени - ti можно представить в следующем виде:

Ui AUi(-) AUi(-f)--P2-AUi-AU2, а для интервала времени &ii is-ti. Ui 4Ui( + )-AU2.(-)- -P.-AUi-AU2.

Для случая отрицательной расстройки О выражения для Ui и Ua отличаются тольком знаком.

Таким образом, на выходе перемножителя 6 формируется последовательность импульсов, длительность которых определяется характером кода, а амплитуды равны Ui и Uz.

На выходе интегратора 8 из этой последовательности импульсов выделяется постоянная составляющая выхЬдного напряжения перемножителя 6

)P.U2+P2U2 P|P2(P, + P2)AU,.AU2 PiP2AU,.AU2.

Проведенный анализ, а также соотнощения, описывающие AUi и лУг, позволяют получить выражение для выходного напряжения интегратора 8 в следующем виде:

m и„ (t) PiP2SrDi- Spo4-2A(Oc(a)cp-соо).

Зависимость математического ожидания выходного напряжения перемножителя б является дискриминационной характеристикой устройства и представлена на фиг. 4.

При расстройках /Wcp-Wo/ больщих, чем

девиация частоты AWt дискриминационная

0 характеристика имеет релейный характер,

а при расстройках /Wcp- Wo/ меньших, чем

девиация - линейный.

Крутизна дискриминационной характеристики зависит от статистических характеристик модулирующего Р| и Р и девиации частоты AWc.

Это обстоятельство влияет только на продолжительность процедуры автонастройки следящего измерителя на среднюю частоту сигнала.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что независимо от статистических свойств (Pi и Р2) модулирующего кода измеритель всегда точно настраивается на среднюю частоту входного сиг5 нала.

В прототипе измеряется средняя частота спектра сигнала. При частотной манипуляции входного сигнала возникает смещение оценки средней частоты сигнала, так как при спектр полезного сигнала асимметричен. Смещение оценки может быть учтено только при наличии априорной информации о статистических характеристиках (Р| и Р2) модулирующего кода.

(н -Acuc о си8

6 (лиг

Фиг.Ъ

СЛЕДЯЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СРЕДНЕЙ ЧАСТОТЫ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, содержащий последовательно соединенные интегратор, перестраиваемый гетеродин, смеситель, второй вход которого является входом устройства, фильтр промежуточной частоты, первый частотный дискриминатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности слежения, введены последовательно соединенные второй частотный дискриминатор, первый фильтр верхних частот, перемножитель, а также второй фильтр верхних частот, вход которого подключен к выходу первого частотного дискриминатора, а выход соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с входом интегратора, вход второго частотного дискриминатора соединен с выходом фильтра промежуточной частоты. вход СО сд СП О5 Фиг.1

+Шс ш6 oJcp-a o

unfi

I

/77

Pl P2

Pj PZ

Фиг. 4