Устройство для распознавания импульсных частотно-модулированных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01S7/36 

1

Изобретение относится к радиотехнике, может использоваться в ра- диолокаш1и и связи при построении распоэнакяцих автоматов и является усовершенствованием устройства по основному авт.ев, № 1113760.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем распознавания сигналов с бинарной фазовой манипуляцией и простых сигналов без внутринмпульсной модуляции.

На чертеже представлена структур ная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит усилитель 1 высокой частоты, преобразователь 2 частоты, перемножитель 3, линию 4 задержки, усилитель 5 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 6, формирователь 7 положительных импульсов, интегратор 8, первый

S(t) cos( +(p(

1 ° ) где A(t) - огибакяцая сигнала;

f(t) - функция угловой (фазовой

модуляции;

ij - несущая частота; (и - длительность сигнала, причем функция (t), а также длительность сигнала t {

-U И несущая частота LP априорно неизвестны.

После усиления в усилителе 1 сигнал S(t) поступает одновременно на входы преобразователя 2 частоты и линии 4 задержки. Величина задержки в линии 4 задержки выбирается так, чтобы i ,, была много меньше ожидаемой минимальной длительности сигнала S(t). В преобразователе 2 частоты сигнал S(t) сдвигается по спектру на частоту f f„-i- „. , где {„р промежуточная частота, совпадающая с центральной частотой настройки усилителя 5 промежуточной частоты.

С выхода преобразователя 2 частоты сигнал S.. (t) поступает иа

A(t)A(t-:,,)co9(2ffl ptt27i,C,,.P(i)- Plt-C«,) j ри „ t.t.

при t t,, и t

О

Выходной сигнал ц, (t) одновременно поступает на входы амплитудного детектора 6, частотного детекто52748

пороговый блок 9, вычислитель 10 модуля, накопитель 11, первый блок 12 стробирования, формирователь 13 двухполярных импульсов, частотный

5 детектор 1А, первый триггер 15, усилитель-ограничитель 16, полосовой фильтр 17 второй блок 18 стро- бирорания, первый узкополосный фильтр 19, второй амплитудный детек10 тор 20, второй пороговый блок 21, первый блок 22 совпадений, второй триггер 23, квадратор 2А, второй уэ- кополосный фильтр 25, третий амплитудный детектор 26, третий порого15 вый блок 27, второй блок 28 совпадений, третий триггер 29 и инвертор 30.

Устройство работает следующим образом.

На вход усилителя 1 (вход устройства) поступает импульсный сигнал с угловой модуляцией вида

при о : t t Рц

при t О И t ь

(О

первый вход перемножителя 3, а задержанный линией 4 задержки сигнал S,(t) S(t - ) подается на второй вход перемножителя 3, на выходе которого формируются компоненты с частотами „,и f, 2f.Выходной сигнал перемпожителя 3 поступает Hrf вход усилителя 5 промежуточной частоты с полосой пропускания uf,p , которая равна большей из двух величин / л, и , где (if МО ко) максимальная ожидаемая абсолютная величина скорости изменения частоты частотно-модулированных сигналов S(t).

На выходе усилителя 5 промежуточной частоты независимо от значения несущей частоты 1 выделяется компонента со спектром, сосредоточенш в окрестности частоты fnp

Выходной сигнал Яц, (t) усилителя 5 промежуточной частоты имеет вид

ри „ t.t.

при t t,, и t c u .

(2)

ра 14 и усилителя-ограничителя 16. На выходе амплитудного детектора 6 выделяется огибакялая сигнала (t)

которая с помоп ью формирователя 7 положит ел jiUbix импульсов преобразуется п положительны прямоугольный импульс единичной амплитуды с длительностью t,

- -/ -С- I, I

л

равной

длительности сигнала S „ (t). Этот импульс используется для управления работой триггеров 15, 23 и 29, для формирования порогового напряжния Upp (t) Uj,(t) пороговых блоков 9,21 и 27 путем интегрирования импульса в интеграторе 8, а также для управления блоками 12 и 18 стр бирования.

У сигнала S (с) , поступаощего на входы амплитудного детектора 6, частотного детектора 1 i, усилителя огра11ичитепя 16 мгновенная частота

представляется как

Закон изменения f(t) зависит от типа входного сигнала S(t). Лля различных типов входных сигналов S(t), который способно распознавать предлагаемое устройство, используются следующие обозначения: Sf,(t) - простой импyльг. сигнал без внут- риимпульсной модуляции с постоянной несущей частотой; „(t) - частот- но-модулированньп1 сигнал с плавным МОНОТ01П1ЫМ законом частотной модуляции (ЧМ) ; Борм) сигнал с бинарной фазовой манипуляцией с сос- ТОЯТ1ИЯМИ фазы О и и . при сигмпе (t) гио„ет,ая «0- ,о.а%(.) ПОС.ОЯ,,,,. рпьности сигнала .

При сигнале S (t) выражение

чМ

текущая

для f(t) имеет вид

f(t) f,,p у (О -с,, .

™е ,(u 1, .

CKOpocTjj изменения частоты сигнала 4w,«(t). Так как при S (t) скорость y(t) не изменяет знака за время деГ1ствия сигнала i, «„(t) мгнове1П ая частота f(t) имеет расстройку Qf(t) одного знака относительно , равную uf(t) yCt);,, В зависимости от знака скорости (t) расстрс)йка может быть как .полжительной, так и отрипательной.

При сигнале ) мгновенная частота f(t) в течение большей части длительности сигнала Яц,, (t) con- падает с величиной ijj, и только в моменты времени t и t;-b 7,, (t; - моменты скачка фазы на 1Г в сигнале S n(t), i - порядковый номер скачка фазы в , (t) в f(t) появляются ко

роткие выбросы частоты относитель °.Ла-Д

Напряжение, пропорциональное величине расстройки uf(t), формируется на вьсходе частотного детектора 14, имеющего дискриминационную характеристику вида

U,(t) 5.,(), где - крутизна дискриь инацион- ной характеристики.

Работу блоков 9-15 рассмотрим при входном сигнале S(t), а блоков 16 - 30 - при сигналах 5,,(с) и )мС).

в случае воздействия на входе устройства сигнала S (t) выходное

т « М

напряжение частотного детектора 14 представляется в виде

4«(t) SHO y(t).3.

Напряжение (t) поступает на вход формирователя 13 двухполярных импульсов с амплитудной характеристикоГ) вида

ГПи 6Х

л I siSD )- + I2

35

«18п1 У1..) , 2J

(1 при X о О при X О - зна- -1 при X О

ковая функция; U - фиксированный уровень.

Формирователь 13 имеет зону нечувствительности, т.е. когда входпое напряжение находится в пределах от - П до + UQ выходное напряжение равно нулю.

Величина уровня U выбирается из следующего. Так как простой сигнал

S(t) представляет собой частный случаГ частотно-модулированного сигнала S(t), когда модуль y(i) равен нулю, то необходимо задать некоторый минимальньп модуль{ j ,,ц„) ,

характеризующий факт принадлежности анализируемого сигнала к классу сиг- напов с частотной модуляцией. В качестве критерия принадлежности моs

жот . использована вел1гчиня /У «им /

Если для всех t € (О, 7) модуль /У (t)/ / мик/f о следует считать, что у сигнала S{t) частотная модуляция отсутствует.

Минимальному модулю скорости изменения частоты/J д,ич /соответствует величина напряжения на выходе частотного детектора 14, равная

чп I «WH

4D

л

Эту величину и следует качестве уровня KO , а

задавать величину

законом М ( у (t) О и / (t)/V,,/) на выходе формирователя 13 двухполяр- пых импульсов вырабатывается импульс отрицательной поляржчсти, который после стробирования м накопления поступает на вход вычислителя 10 модуля, где преобразуется в напряжение положительной полярности. Так как и при няpacтaкда eм монотонном законе ЧМ к моменту окончания сиг- яала S и,, (t) выходное напряжение вычислителя 10 модуля равно выходному напряжению интегратора 8, при этом пороговый блок 9 срабатывает, на выходе триггера 15 появляется сигнал еди1П1чиого уровня, т.е. принимается регпение о присутствии на входе ycTpoi icTBa сигнала с монотонным законом ЧМ. Знак скорости изменр1П1Я частоты при монотонном законе ЧМ определяется по закону выходного напряжения накопителя 1I.

Если на вход устройства поступают сигнапьг с немонотонным законом

t5

20

25

выбирать, например, равной (О,01-0,05),с/.

Если на вход устройства воздействует сигнал (t) с Jf(t)/ О, Причему/ /-./у ,„ / , то выходное напряжение частотного детектора 1Д превышает ypoBeiib (J , и на выходе формирователя 13 двухполярных импульсов вырабатывается положительный j

, в том числе сигналы с дискретимпульс, который после стробирования „ „ .

НОИ угловой модуляцией (фазоманипулированные сигналы S(,.(t), сигналы со ступенчатым законом измерения частоты) , у которых скорость (t) отлична от нуля только в моменты скачков фазы или частоты; сигналы с V-образной или параболической ЧМ, у которых в точение длительности скорость f {{, меняет знак; простые 35 сигналы S(t), у которых /If (t) О н течение всей длительности, то на пиходе Лормнрователя 3 дву сполярньгх

блоком 12 стробирования поступает на накопитель I1. При этом в пределах длительности i, сигнала

, , п «с. накопи30

40

выходное напряжение теля I1 и выходное напряжение U(t) интегратора 8 изме Я1отся по линейному закону и к моменту окончания сигнала имеют одну и ту же величину, пропорциональную ; тител1.- ности С, .

Лапее напряжение ,(t) проходит без изменения величины и знака через вычислитель 10 модуля и поступает на один из входов порот ового блока 9.

При равенстве напряжений ) и и (t) пороговый блок 9 срабатывает и формирует на своем выходе сигнал единичного уровня, который подается на информациогшый вход выходного триггера 15. заднему фронту выходного импульса формиро - вателя 7 положительных импульсов сигнал единичного уровня с информа- JQ ционного входа триггера 15 переписывается на его выход.

Появление еди ичного уровня на выходе триггера 15 свидетельствует о том, что сигнал S(t) имеет монотонньй закон изменения частоты. I

При поступлении на вход устройства сигнала с монотонным yGhinaiortm-i

45

55

iFMnyniiCOB вырабатываются либо раз- нополярные импульсы, либо импульсы одной полярности с сум;-1арной vпгreлtr ностью, {еньп1ей длител1,н1зсти ц , а в случае сигнала Sf,(t) импульсы на выходе формирователя 13 г ообш;е отсутствуют. этом к мом М ту окончания гиг иала и,ц,() выгодное напряжение накопителя И по модулю меньше, чем шлходное напряжение интегратора 8, в результате пороговьш блок 9 не срабатывает и на выходе имеет нулевой уровень, фиксируемый триттером 15. Нулевое состоямиг триггера 15 свидетельствует о том, что на входе устройства присутствовал сигнал с немонотонным законом ЧМ.

Кепи на вход устройства поступает импульсный СИГН.ЧЛ Sj. (t) с бинарной

фазотзой манипуляцией, то в момент i.,

10

2527/48ft

законом М ( у (t) О и / (t)/V,,/) на выходе формирователя 13 двухполяр- пых импульсов вырабатывается импульс отрицательной поляржчсти, который после стробирования м накопления поступает на вход вычислителя 10 модуля, где преобразуется в напряжение положительной полярности. Так как и при няpacтaкда eм монотонном законе ЧМ к моменту окончания сиг- яала S и,, (t) выходное напряжение вычислителя 10 модуля равно выходному напряжению интегратора 8, при этом пороговый блок 9 срабатывает, на выходе триггера 15 появляется сигнал еди1П1чиого уровня, т.е. принимается регпение о присутствии на входе ycTpoi icTBa сигнала с монотонным законом ЧМ. Знак скорости изменр1П1Я частоты при монотонном законе ЧМ определяется по закону выходного напряжения накопителя 1I.

Если на вход устройства поступают сигнапьг с немонотонным законом

t5

20

25

ЧМ, в том числе сигналы с дискрет35

30

iFMnyniiCOB вырабатываются либо раз- нополярные импульсы, либо импульсы одной полярности с сум;-1арной vпгreлtr ностью, {еньп1ей длител1,н1зсти ц , а в случае сигнала Sf,(t) импульсы на выходе формирователя 13 г ообш;е отсутствуют. этом к мом М ту окончания гиг иала и,ц,() выгодное напряжение накопителя И по модулю меньше, чем шлходное напряжение интегратора 8, в результате пороговьш блок 9 не срабатывает и на выходе имеет нулевой уровень, фиксируемый триттером 15. Нулевое состоямиг триггера 15 свидетельствует о том, что на входе устройства присутствовал сигнал с немонотонным законом ЧМ.

Кепи на вход устройства поступает импульсный СИГН.ЧЛ Sj. (t) с бинарной

фазотзой манипуляцией, то в момент i.,

скачка фазы на н в сигнале . ft)

Ьф М

скачок фазы пояпляется и п сигнаае ,пч ( Скачок фазы в (t), проходя через линию 4 эа тержки, вызывает скачок фазы на ив сигна- Syn (t) в момент времени t; Число скачков фазы на и в S (t) оказывается в два раза больше, чем у S (t). Независимо от несуией

ЬфАч

частоты сигнала о,;, (t) в сигнале S (t) несущая частота точно из-. вестна и равна f„„ . В усилителе-oi- рани (ителе 16 сигнал Яцп, (t) нормируется по амплитуде и далее подается на полосовой фильтр 17. Центральная частота настройки полосового фильтра I7 совпадает с „ , а полоса пропускания равна полосе пропускания усилителя 5 промежуточной частоты. Сигнал ,(t) с выхода полсового фильтра 17 подается на вход стробируилцего блока 18. На выходе стробирукщего блока 18 формируется фазоманипулированньп1 сигнал (t) постоянной амплитуды с несуг;ей часттой г пр И длительностью Г, Тц - i ,,. Этот сигнал поступает на квадратор 24 и на вход уэкополосного фильтра 19. В результате возведения в квадрат в выходном сигнале (t) квадратора 2А несущая частота удваивается и становится равной 2 „„, а фазовая манипуляция исчезает.

При входном сигнале S (t) сигнал 8.„(п) имеет вид

П

5,,(t) .

Ло

Y 5t 2ajpptvq.ol pи :,tiгц

k С,

Опри i ..,,„.,.,,

где Лд - нормированная амплитуда на входе киадратора 24; О|, угловая промежуточная частота;

tffl- произвольная начальная фаза Входной си1 наг1 квацрат орл 24 поступает на узкополосный фильтр 25 с импульсной характеристикой 1 ГЬ„со5(2а}„р1) npnObiiTh ;

25 Iпри t tQ к t 5 Ту, J

где T - длительность и aIyльcнoй

характеристики; Ьд - постоянный коэффициент. Величина TL выбирается равной или больп1е :aкcимaльнo возможной длительности распознаваемых сигналов

Узкополосный фильтр 25 можс т быть реализован по структурной схеме согпасованного фильтра для прямоугольного радиоимпульса. При такой структуру фильтра 25 и его входном сигнале вида /3/, согласованным с 5 импульсной характеристикой h -(t) амплитуда напряжения на выходе фипьтра 25 из.мсняется по линейному закону от нуля в момент t Г,

лз

to

до

вели шны -- г----- моментЧ

Л - соответствующий концу сигнала S(t). Закон изменения aмш иfyды выходного напряжения фильтра 25 фиксируется с помощью амтшитудного детекто- ра 26. При входном сигнале фильтра 25 вида (3) подбором величи1гы h достигается равенство H3 tciieiiiiH текущих выходных напряжений интегратора 8 и a шлитyднoгo детектора 26. Эти напряжения поступают на соответствующие входы порогового блока 27. При равенстве входных напряжений пороговый блок 27 срабатывает и формирует на выходе сигнап од1ппг{ного уровня (единицу). Также единица на выходе порогового блока 27 присутствует, если на входе устройства простой сигнал S(t). Это обусловлено тем, что как при сигнале Spg,(t),

так и при сигнале S(t.) выходной сигнал кяадратора 24 имеет один и тот же же вид (выражение З) и оказывается согласованным с импульсной характеристикой фипьтра 25. Следовательно,

5 напичие единицы на выходе порогового блока 27 свидетельствует о том, что на входе устройства присутствует либо сигнал S (t), либо сигнал S(t). В данном случае необходимо решить

0 какой из двух типов сигналов факти- ческ присутствует на пходе устройства. Для этого Р предлагаемом устройстве используется узкополосньо фильтр 19, амплитудный детектор 20,

5 пороговый блок 21, два блока 22 и 28 совпадения, два триггера 23 и 29 и инвертор 30. Узкополопный фильтр 19 выполняется по той же структурной схеме и имеет ту же длительность

0 и тульсной характеристики Т , что и фильтр 25, а отличается от фильтра 25 только центральной частотой настройки, равной f,;n

Импульсная характеристика фил1,т5 ра 19 описынается выражсписм

(wnptl при , 1 П при t --о и t Т .

в случае присутствия на входе устройства простого сигнала S(t) работа блоков 19-21 аиапог№(на соответствующим одноименным блокам 25 27, т.е. амплитуда выходного напряжения фильтра 19 н выходное напряжение амплитудного детектора 20 изменяются по линейному закону и по величине совпадают с выходным напряжением Uj, (t) интегратора 8.

Совпадение величин выходных напряжений интегратора 8 и амплитудног детектора 20 имеет место только , при простом сигнале ).

Во всех других случаях, например при сигналах S (t) или 8ц„(1) возникает рассогласование меж,цу и тульсной характеристикой (t) фильтра 19 и сигналом, поступающим на его вход, выраженное либо в нали чин Лязовой манипуляции (при сигнале Sjop(t)), либо появлении расстройки частоты Af(t) (при сигналах с частотой модуляции), В силу ука- заниого рассогласования при сиг-

налах, отличных от ), п момент окончания сигнала S(t) выходное

Таблица составлена с учетом логи- ки работы блоков 22 и 28 совпадения, инвертора 30 для описанных величии выходных уровней пороговых блоков 9, 21 и 27 при каждом из сигналов п tb Sj, (t) . Как следует из таблицы, едишгчное состояние триггера 15 и нулев1,1е состояния триггеров 23 и 29 имеют место при сигнале S,(t) с монотонным закоЦ fn гл

ном ЧМ, единичное состояние триггера 23 и нулевые состояния триггеров 15 и 29 - при простом сигнале Sf|(t), единичное состояние триггера 29 и нулевые состояния триггеров 15 и 23 - при сигнале с бинарной фазовой манипуляцией (t). Кроме то10

15 20 25

25274810

напряжение амплитудного детектора 20 чссгда меньше выходного напряжения интегратора 8, в рег ультате чего пороговьй блок 21 вырабатывает единицу на выходе только при сигнале S, (t) и нуль при других сигналах.

Сформированные пороговыми блоками 21 и 27 сигналы поступают непосредственно и через инвертор 30 на входы блоков 22 и 28.

В момент окончания сигнала S(t) по заднему фронту импульса, посту- паюпего с выхода формирователя 7 на управляющие входы триггеров 23 и 29, вьгходш 1е уровни блоков 22 и 28 совпадении фиксируются соответственно триггерами 23 и 29. Выходы триггеров 23 и 29, а также выход триггера 15 являются одновременно выходами всего устройства.

Выходные состояния пороговых блоков 9,21 и 27, инвертора 30, блоков 22 п 28 совпадения и триггеров 15,23 и 29 при различных входных сигналах S(t) в момент ях окончания представлены в таблице.

то, если на входе устройства присутствуют сигналы, отл1тчные от S(t),

б-рм) выходные уровни триггеров 15, 23 и 29 нулевые,

Таким образом, принятие решения о типе входного сигнала в предлагаемом устройстве осуществляется по состоянию триггеров 15, 23 и 29.

Формула изобретени

Устройство для распознавания импульсных частотно-модулированных сигналов по лвт.св. № 1113760, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширеяия функциональных возможностей путем распознавания

сигналов с бинарной фазовой манипуляцией и простых сигналов без внутри- ю пульсной модуляции, в него введены инвертор, последовательно соединенные усилитель-ограничитель, поло- совой фильтр, второй блок стробиро- ваиия, первый узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй пороговый блок, первый блок совпадений и второй триггер, последователь- но соединенные квадратор, вход которого соединен с выходом второго блока стробирования, второй узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор, третий пороговый блок, вто- рой блок совпадений и третий триггер.

вход усилителя-ограничителя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, выход второго порогового блока через инвертор соединен с вторым входом второго блока совпадения, выход третьего порогового блока соединен :: гторым входом первого блока совпадений, вторые входы второго и третьего пороговых блоков объединены и подключены к выходу интегратора, а вторые входы второго блока стробирования второго и третьего триггеров обьндинены и подключены к выходу формирователя положительных импульсов.

Изобретение отцосч /. с я i; радиотехнике, может быть использовано в радиолокации и связи при построении распознакяцих автоматов. Расширяются функциональные поэможногти по отношению к а.с. № 1113760 путем рас- познанания сигналов с опг-арлой фазоной манипуляцией и простых сигиа- пон С)ез внутриимпульсной модуляции. Устройство содержит УВЧ 1, преобра- опатель частоты 2, перемножитель 3, линию задержки 4, УПЧ 5, амплитудный детектор 6, формирователь по- г-1,и i елъных импульсов 7, интег- рптор 8, noporonstfi блок 9, вьшисли- тель модуля 10, накопитель 11, блок с Ti i i и;)ования 12, формирователь двух- 1 ;:ягных тмпульсоп 13, частотный лшектор 14, триггер 15. Цель дости- llвeдeниe усилитсля-огряничи- г .,,i I i), полосо11О1 о фильтра 17, баок.ч стробирояания 18, уякополос-, 41 к фильтров 19, 25, амплитудных детекторов 20, 26, пороговых блоков 2,27, блоков совпадений 22,28, TinirrepoB 23,29, квадратора 24, ин- Bei)Topa 30. 1 ил, 1 табл. (Л