Осциллографический фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокации и связи, где применяются фазоманипулированные сигналы.

Цель изобретения - повьшение точности измере-ния и однозначности визуальной оценки основных параметров принимаемого фазоманипулированного сиг- д нала путем подавления ложных сигналов, принимаемых по зеркальному и комбинационным- каналам.

На фиг. 1 представлена структурная .схема предлагаемого осциллографичес- його фазометра на фиг. 2 - структурная схема накопителя, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип подавления ложных сигналов.

Осциллографический фазометр содержит генератор 1 развертки, эл-ектрон- ный коммутатор 2, гетеродин 3, смеситель .4, усилитель 5 промежуточной частоты, ключ 6, линию 7 задержки.

15

()

электронного коммутатора 2. Дополн тельно выход амплитудного детектор 20 соединен с вторым входом элемен

22совпадения, а выход второго клю

23- с вторым входом перемножитёля 25. Генератор 10 опорного напряжен соединен через последовательно вкл ченные фазовращатель 11 и усилител 12 с горизонтально отклоняюГцим эле родом, а через второй усилитель 14 с вертикально отклоняющим электрод электроннолучевой трубки 13. Вторы электроды вертикальных и горизонтал ных отклоняющих пластин электронно лучевых трубок 9 и 13 заземлены.

Осциллографический фазометр раб тает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот осуществляется с помощью ге ратора 1 развертки, который период чески перестраивает частоту гетеро дина 3. Одновременно генератор 1 развертки формирует горизонтальную

накопитель 8, электроннолучевую труб- jg развертку электроннолучевой трубки

(ЭЛТ) 9, которая используется как ось частот, причем ее длина соотве ствует полосе обзора частотного ди пазона.

опорного напряже- фазовращатель 11 на 90 , усилику 9, генератор 10

НИЯ ,

тель 12, горизонтальный электрод второй электроннолучевой трубки 13, второй усилитель 14, умножит ели 15,-15, частоты, анализаторы 16,-16ц, спектра,

.блоки 17)-17 сравнения, пороговые элементы 18,-18, .элемент , амплитудный детектор 20, вторую линию 21 задержки, элемент 22 совпадения, второй ключ 23, третью линию задержки 24, перемножитель 25 и фильтр 26. I . ,

: Выход генератора 1 развертки соединен с соответствующим входом электроннолучевой трубки 9 и через последовательно включенные электронный коммутатор 2, гетеродин 3, смеситель 4, второй вход которого является входом устройства, усилитель 5 промежуточной частоты, амплитудный детектор 20, 45 4, на второй вход которого подается вторую линию 21 задержки, элемент 22 напряжение гетеродина 3 линейно изме- совпадения, второй ключ 23, третью линию 24 задержки, перемножитель 25, фильтр 26 и первый ключ 6 соединен с вертикальным отклоняющим элект- 50 родом второй электроннолучевой трубки 13, второй вход электронного коммутатора 2 соединен с вертикальным электродом электроннолучевой трубки

55

няющейся частоты

yr(t)Ur.-cos(cOrt+ TTj . ) , где Ur,COr, Ч г

9, с управляющим входом первого клю- ча 6 и через первую линию 7 задержки с входом накопителя 8, второй вход которого соединен с вьгходом фильтра 26 , а вьпсод - с управляющим входом

амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гете родина;.

скорость изменения частоты гетеродина. На выходе смесителя 4 образуются напряжения комбинационных частот. Уси лителем 5 промежуточной частоты выу - -5L (Гг т

5

()

электронного коммутатора 2. Дополнительно выход амплитудного детектора 20 соединен с вторым входом элемента

22совпадения, а выход второго ключа

23- с вторым входом перемножитёля 25. Генератор 10 опорного напряжения соединен через последовательно включенные фазовращатель 11 и усилитель 12 с горизонтально отклоняюГцим электродом, а через второй усилитель 14 - с вертикально отклоняющим электродом электроннолучевой трубки 13. Вторые электроды вертикальных и горизонтальных отклоняющих пластин электроннолучевых трубок 9 и 13 заземлены.

Осциллографический фазометр работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот осуществляется с помощью генератора 1 развертки, который периодически перестраивает частоту гетеродина 3. Одновременно генератор 1 развертки формирует горизонтальную

развертку электроннолучевой трубки

(ЭЛТ) 9, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона.

Принимаемый фазоманипулированный ,(ФМн) сигнал

U(t),t + q(t) + q)J,

О 6 .t Т

(1)

где Up,«с, Т(.,Ц|.- амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза, сигнала,

40 . Ч к ) манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции,

поступает на первый вход смесителя

4, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 3 линейно изме-

няющейся частоты

yr(t)Ur.-cos(cOrt+ TTj . ) , где Ur,COr, Ч г

амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гетеродина;.

скорость изменения частоты гетеродина. На выходе смесителя 4 образуются напряжения комбинационных частот. Услителем 5 промежуточной частоты выу - -5L (Гг т

деляется только напряжение промежуточной частоты

Uпp(t)U„pCos.u„pt-cp(t) ;ry,t2 + q,J,, О t Т, где и,р .и,.;

ФМн-сигнала только по основному кан лу на частоте а (фиг. 3,г). Данный импульс поступает на управляющий вх ключа 23, открывая его. В исходном состоянии ключи 6 и 23 всегда закры ты. При этом сигнал Unp (t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты через открытый ключ 23 поступает н вход перемножителя 25 и на вход ли

«л вхид неиемпижи1елп j и пл слид ли

К - коэффициент передачи смеси-Ю задержки, на выходе которой образуется сигнал

.-COj. - промежуточная частота,

-Ч с Это напряжение представляет собой

преобразованньй по частоте сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн).

В процессе перестройки гетеродина 3 непрерывный ФМн-сигнал попадает в полосупропускания ufp усилителя 5 .промежуточной частоты четырежды: по зеркальному каналу на частоте Со,., по основному каналу на частоте со, , по первому комбинационному каналу на частотесо, и по второму комбинационному каналу на частоте со (фиг. 3). При этом на выходе амплитудного детектора 20 в каждом периоде Т перестройки гетеродина 3 образуются 4 импульса (фиг. 36) с параметрами:

Unp, (t)Unp (,).(t-7rj2 4,(,) + iry,(t- rj,) + q,J,

О t Т,,

20

где о-j- время задержки линии 24 з держки.

Напряжение (t) подае;тся на вход перемножителя 25. Линия 24 за держки, перемножитель 25 и полосов 25 фильтр 26 образуют автокоррелятор, на выходе которого (фильтра 26) по является сигнал биений

30

U/t) - Ug-cos cOjt+tf t+q g,

гдесо j y, частота сигнала биени ,

ufn-/

ТГ .

fa.. т fi. т - -2% i Х«. ч- У2 з5

Уг

If,

Дe Т, , Т,

.Ta

длительность и временной интервал между импульсами, образованными при приеме сигнала по основ-- ному и зеркальному каналам;

длительность и временной интервал между импульсами, образованными при приеме сигнала по первому и второму комбинационным канал 1М.

Указанные импульсы поступают на первый вход элемента 22 совпадения и на вход линии 21 задержки, время задержки которой выбирается равным

Т

J-,. . .

Задержанные импульсы с выхода линии 21 задержки (фиг. 3,Ь) поступают на второй вход элемента 22 совпадения,- на выходе которого образуется один импульс, соответствующий приему

1 .

ФМн-сигнала только по основному каналу на частоте а (фиг. 3,г). Данный импульс поступает на управляющий вход ключа 23, открывая его. В исходном состоянии ключи 6 и 23 всегда закрыты. При этом сигнал Unp (t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты через открытый ключ 23 поступает на вход перемножителя 25 и на вход ливхид неиемпижи1елп j и пл слид ли

задержки, на выходе которой образуется сигнал

Unp, (t)Unp (,).(t-7rj2 - 4,(,) + iry,(t- rj,) + q,J,

О t Т,,

где о-j- время задержки линии 24 задержки.

Напряжение (t) подае;тся на вход перемножителя 25. Линия 24 за-- держки, перемножитель 25 и полосовой фильтр 26 образуют автокоррелятор, на выходе которого (фильтра 26) появляется сигнал биений

U/t) - Ug-cos cOjt+tf t+q g,

гдесо j y, частота сигнала биений, ,-- - 2 i.2 - начальная фаза сигнала

биений, C,,(t) q., ()-tf,(t).

Указанный сигнал представляет собой фазоманипулированный сигнал на частоте биений , линейная частотная модуляция в нем уже отсутствует. Сигнал и,(t) с выхода фильтра 26 поступает на вход накопителя 8, где он после накопления и превышения порогового уровня и„д воздействует на управляющий вход электронного коммутатора 2, отключая гетеродин 3 от генератора 1 развертки, на управляющий вход ключа 6, открывая его, и на вертикальный электрод первой пары ЭЛТ 9,.горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом генератора 1 развертки. С этого момента процесс поиска ФМн-сигналов прекращается .

Накопитель 8 может быть выполнен в различных вариантах.

Накопитель, показанный на фиг.2, представляет собой три параллельно включенных канала, соединенных с пер

вым входом. Каждый из каналов, например первый, содержит пос.ледователь но включенные умножитель 15, анализатор 16,j спектра, блок 17 сравнения и пороговый элемент 18,. Вторые входы пороговых элементов 18 соединены с вторым входом накопителя, а выходы пороговых элементов, являющиеся выходами каждого канала, соединены с входами элемента ИЛИ 19, выход ко- торого является выходом накопителя. Первый вход накопителя; через дополнительный анализатор 16, спектра соединен с вторьми входами блоков сравнения, а умножители 15(, 15 и 15з частоты имеют коэффициенты умножения соответственно 2,4,8.

Если на вход накопителя 8 поступает ФМн сигнал tf (t)0, n J, то на выходе каждого из умножителей 15,, 15 и 15а частоты образуются гармонические колебания соответственно:

. U,(t) Ug.cos(2G5gt+24 p); U(t). - % cos(4ugt+4cpnp) ; U3(t) Uj.cos(8agt+8Cf p). 0 t t It .T

Так как 2,1 (t) 0,21t: ; ,(t) 0,4 ii ; 8ерк, (t) 0,8 ir ,.то в указанных колебаниях манипуляции, фазы уже отсутствуют. Ширина спектра второй гармоники Afj, четвертой bf и восьмой ifg определяется, длительностью

сигнала (л f2 4 )- тогда как ширина спектра ФМн-сигнала определяется длительностью его эле-

ментарных-посылок. (&(.. , т.е.

Лн

ширина спектра указанных гармоник стала в N раз меньше ширины спектра

входного сигнала:

ufc

ufj

uf

uf

N .

Следовательно, при умножении час- тоты ФМн-сигнала на два, четьфе и восемь спектр сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе накопи- Теля меньше мощности шумов. Ширина рпектра входного сигнала измеря- ется .с помощью анализатора 16, спект- ра ширина спектра второй f, четвер0 f5

0

5

0

5

0

той Uf и восьмэй Uf гармоник сигнала измеряется с помощью анализаторов I6j, 16J и 1 спектра соответственно. Напряжения U,, U , U, пропорциональные , йЕд и л fо соответственно, с выходов анализаторов 16, 16 и 16 спектра поступают на первые входы блоков 17,, 17,, и 17 сравнения, на вторые входы которых подается напряжение U с выхода анализатора 16, спектра, пропорциональное лf. Так как U U,, U U, U U,, то на выходе блоков 17, , 17. и 17, образуются положит гльные -импульсы, которые превышают пороговый уровень Upop в пороговых элементах 18, , 18.J, и 18j и через элемент ИЛИ 19 поступают на выход.

Если на вход накопителя 8 поступает сигнал с двукратной фазовой ма- нипуляци-ей фМн, cf 1,(t) 0, ir/2, ir , 3/2 ir , то на :Е Ыходе умножителя 15| частоты на два.образуется фазомани- пулированный сигнал 4i,(t) 0,1Г , 2, ЗЧ, а на выходах умножителей 15 и частоты на четыре и восемь образуются гармонические колебания Uj(t) и U(t) соответственно, т.е. в указанных каналах осуществляется свертка входного сигнала.

Если на вход устройства поступает сигнал с трехкратной фазовой мани / - / т 4, (t) О, -, --, ---Т, / -5 /V. 3 г 7 свертка

его спектра осуществляется только на выходе умножителя 15 частоты на восемь,- при этом положительное напряжение формируется только на выходе блока 17 сравнения.

Время накопления и пороговый уровень в накопителе 8 выбирают такими, чтобы этот уровень не превьш1али случайные помехи. При этом на экране ЭЛТ i

9образуется импульс (частотная метка) , положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту принимаемого ФМн-сигнала.

Для визуальной оценки величины скачков фазы Дц и кратности фазовой манипуляции принимаемого ФМн-сигнала используют вторую ЭЛТ 13 с круговой разверткой, причем круговая развертка формируется с помощью генератора

10опорного напряжени, частота С3д„ которого равна частоте биения Ug принимаемого ФМн-сигнала (и оп) Напряжение генератора 10 поступает чер усилитель 14 на вертикальный электрод,, а через фазовращатель 11 и усилитель 12 - на горизонтальный электрод второй ЭЛТ 13, на управляющий электрод которой через открытый ключ 6 поступает ФМн-сигнал Ug(t) с выхода полосового фильтра 26. Следова- тельн о, напряжение, генератора 10 используется для образования круговой развертки луча ЭЛТ 13, а-принимаемый ФМн сигнал на частоте биений осуществляет модуляцию его яркости. На экране ЭЛТ 13 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности. Количество точек определяет кратность фазовой манипуляции т, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы принимаемого ФМн-сигнала. При неравенстве частот са и оэ g якркост- Hbie метки будут двигаться по окружности с разностной частотой.

Время , задержки линии 7 задержки выбирают таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ФМн-сигнала, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 9 и 13. По истечении этого времени напряжение с выхода линии 7 задержки поступает на вход сброса накопителя 8 и сбрасывает его элементы 18,, .182 и 18J в начальное состояние. При этом электронный коммутатор 2 переводится в свое исходное состояние, при котором гетеродин 3 оказывается подключенным к выходу генератора 1 развертки, а ключ 6 закрывается. С

5

0

5

0

5

этого момента просмотр заданного частотного диапазона и поиск ФМн сигналов прекращаются. В случае обнаружения следующего ФМн-сигнала фазометр работает аналогично описанному.

Таким образом, предлагаемый осцил- лографический фазометр обеспечивает повыщение точности и однозначности визуальной оценки основных параметров принимаемого ФМн-сигнала, что достигается путем подавления ложных сигналов, принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. .

Формула изобретения

Осциллографический фазометр по авт. св. № 1247778, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и однозначности визуальной оценки основных параметров принимаемого фазоманипулированного сигнала путем подавления ложных сигналов, принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, в него введены последовательно включенные между выходом усилителя промежуточной частоты и входами ключа и накопителя амплитудный детектор, вторая линия задержки, элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, третья линия задержки, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, и полосовой фильтр.

фир.2

а ±

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокации и связи, где применяются фазоманипулированные сигналы. Изобретение обеспечивает по- вьшение точности измерения и однозначности визуальной оценки основных параметров принимаемого фазоманипулиро- ванного сигнала путем подавления ложных сигналов, принимаемых по зеркашь- ному и комбинационным каналам. Предложенный фазометр содержит генератор 1 развертки, электронный коммутатор 2, гетеродин 3, смеситель 4, усилители 5 и 14 промежуточной частоты, ключи 6 и 23, линию 7 задержки, накопитель 8, ЭЛТ 9, генератор 10 опорного напряжения, фазовращатель 11 на 90, усилитель 12, горизонтальный злектрод второй ЭЛТ 13, амплитудный детектор 20, вторую и третью линии задержки 21 и 24, элемент 22 совпадения, перемножитель 25 и фильтр 26. Накопитель 8, функциональная схема которого приводится в описании изобретения, содержит три блока умножения частоты, два анализатора спект ра, два блока сравнения, два пороговых элемента и элемент ИЛИ. 3 ил. (Л фие.1 N

(риг.з