Осциллографический фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

00

сд

;о

N)

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокации и связи, где широко применяется фазоманипули- рованные (ФМ) сигналы, например однократные (ОФМ), двукратные (ДФМ) и трехкратные (ТФМ), и является усовершенствованием осциллографического фазометра по авт.ев, 1247778.

Целью изобретения является повышение достоверности визуальной оценки параметров принимаемого фазоманипули- рованного сигнала за счет формирова

вертикального отклонения к оторой через усилитель 14 соединен с выходом генератора 10 опорного напряжения, а электрод ЭЛТ 13, управляющий яркостью, через ключ 6 соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты. С выходом умножителя 15.3 частоты на восемь последовательно соединены ключ 20, делитель 21 частоты на восемь, узкополосный фильтр 22, фазовый детектор 23, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 опорного напряжения, и управляющий блок

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокации и связи. Целью изобретения является повышение достоверности визуальной оценки параметров принимаемого фазоманипулиро- ванного сигнала. Это достигается использованием системы фазовой авто- подстройки промежуточной частоты принимаемого сигнала, которая обеспечивает формирование устойчивой осциллограммы на экране ЭЛТ. Для этого в устройство дополнительно введены второй ключ 20, делитель 21 частоты на восемь, узкополосный фильтр 22, фазовый детектор 23 и управляющий блок 24. Устройство также содержит генератор 1 развертки, электронный коммутатор 2, гетеродин 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, ключ 6, линию 7 задержки, каналы обработки сигнала, накопитель 8, ЭЛТ 9 и 13, генератор 10 опорного напряжения, фазовращатель II на 90, усилители 12 и 14. При этом три канала обработки сигнала состоят из последовательно соединенных умножителей частоты 15.1 на два, 15.2 на четыре, 15.3 на восемь, анализаторов 16.1, 16.2, 16.3 спектра, блоков 17.1, 17.2, 17,3 сравнения, пороговых элементов 18.1, 18.2, 18.3,элемента ИЛИ 19. 2 ил. S S (Л

ния устойчивой осциллограммы в случае,IT 24, выход которого соединен с вторым когда частота опорного генератора не равна промежуточной частоте.

На фиг.1 представлена структурная схема осциллографического фазометра; на фиг.2 - вид осциллограмм на экране 2о электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для сигналов с различной кратностью фазовой манипуляции.

Фазометр содержит последовательно включенные генератор 1 развертки, 25 электронный коммутатор 2, гетеродин 3, смеситель 4, второй вход которого соединен с входной клеммой фазометра, усилитель 5 промежуточной частоты, ключ 6, линию 7 задержки, каналы об- 30 работки сигнала (накопитель 8), электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 9, генератор 10 опорного напряжения, фазовращатель 11 на 90°, усилитель 12, ЭЛТ 13, усилитель 14, причем три ка- нала обработки сигнала состоят из последовательно соединенных умножителя 15.1 частоты на два (15.2 на четыре, 15.3 на восемь), анализатора 16.1

входом гетеродина 3. Умножители 15.1,

Принцип работы фазометра основан на поиске в заданном диапазоне частот фазоманипулированного сигнала и визуальной оценке основных его параметров (несущей частоты и) , величины скачков фазы л с/ и кратности m фазовой манипуляции) на экране двух ЭЛТ. При этом для формирования устойчивой осциллограммы используется система фазовой автоподстройки промежуточной частоты принимаемого ФМ-сигнала.

Фазометр работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот D осуществляется с помощью генератора 1 развертки, который периодически с периодом Т по пилообразному закону перестраивает частоту гетероспектра (16.2, 16.3), блока 17.1 срав-4о Дина 3. Одновременно генератор 1 раз- нения (17.2, 17.3), второй вход кото- вертки формирует горизонтальную разрого через анализатор 16 спектра четвертого канала соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, порогового элемента 18.1 (18.2,18.3), второй вход которого соединен с выходом Л1ШИИ 7 задержки, и элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с управляющими входами ключей 6 и 20, входом линии 7 задержки, управляющим входом электронного коммутатора 2 и входом вертикального отклонения ЭЛТ 9, вход горизонтального отклонения которой соединен с вторым выходом генератора 1 развертки. К выходу генератора 10 опорного напряжения последовательно подключены фазовращатель 11 на 90, усилитель 12 и вход горизонтального отклонения ЭЛТ 13, вход

24, выход которого соединен с вторым

входом гетеродина 3. Умножители 15.1,

Принцип работы фазометра основан на поиске в заданном диапазоне частот фазоманипулированного сигнала и визуальной оценке основных его параметров (несущей частоты и) , величины скачков фазы л с/ и кратности m фазовой манипуляции) на экране двух ЭЛТ. При этом для формирования устойчивой осциллограммы используется система фазовой автоподстройки промежуточной частоты принимаемого ФМ-сигнала.

Фазометр работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот D осуществляется с помощью генератора 1 развертки, который периодически с периодом Т по пилообразному закону перестраивает частоту гетеро5

0

5

вертку ЭЛТ 9, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона. Ключи 6 и 20 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый ФМ-сигнал можно представить в виде

U(t)U.),t+ Lf (t)+u J,

о i t - т,

где lJ,ui(,,Tj., t/ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала;

(/ (t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуля-

31370594

ции, причем (/ Ct)

,N

const при Kf it (К+1) Op и может изменяться скачком d (е при С, т.е. на границах между элементарными посылками ( , 2,3,... . N);

длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T( 0). Этот сигнал поступает на первый ход смесителя 4, на второй вход коорого подается напряжение гетеродиа 3

Ur(t) U,.cos(u),,), де и, u)|., 1/ - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина. На выходе смесителя 4 образуются апряжения комбинационных частот. силителем 5 выделяется напряжение олько промежуточной частоты

(t)U,p- ,t+ (f(t}+ t/,p,

о t . т

20

25

30

с

О

ч

10 л с т

15 М в

то во с на шу си то ро /s мо Uj со ро па |17 ды вы по и те по эл эл

где

и„р I KU,U,;

К - коэффициент передачи

смесителя;

и) промежуточная частота; - LP - ее начальная фаза. Напряжение U p(t) после накопления и превышения порогового уровня U, в

Wnp ,

накопителе 8 воздействует на управляющий вход электронного коммутатора 2, отключая гетеродин 3 от генератора 1 развертки, и на управляющие входы . ключей 6 и 20, открьшая их, а также на вход вертикального отклонения ЭЛТ 9, вход горизонтального отклонения которой соединен с вторым выходом генератора 1 развертки. С этого момента процесс поиска ФМ-сигналов прекращается. Накопитель 8 содержит три канала обработки сигнала.

Если на вход накопителя 8 поступает однократный ОФМ-сигнал ij (t) 0, v, то на выходе умножителей 15.1, 15.2, 15.3 частоты образуются следующие гармонические колебания со ответственно;

U,(t)U,p. С08(2из„, + 2ч „р);

UjCt) u,(t)

и

IP

cos(4uVp+4 );

Upp. со8(8ы„р-ь8д „р) О t . Т . Так как 2i(t)0, 41/ rt)0,4s

ц

8 )0,8, то в указанньк колебаниях манипуляция фазы отсутствует. Ширина спектра второй гармоники Af, четвертой df и восьмой dfg опреде-

ляется длительностью сигнала Т. (ffj uf 4 ff 1/Т(.), тогда как ширина спектра ОФМ-сигнала определяется длительностью его элементарных посыпок, т.е. ширина спектра указанных гарМОНИК в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

N.

fc

Jf, Jf fj

Следовательно, при умножении частоты ОФМ-сигнала на два, четыре и восемь его спектр сворачивается в N раз. Это позволяет обнаружить ОФМ- сигнал даже тогда, когда его мощность на входе нако.жтеля меньше мощности шумов. Ширина спектра f,- входного сигнала измеряется с помощью анализатора 16 спектра, ширина спектра второй Af., четвертой i f и восьмой /sfj, гармоник сигнала измеряется с помощью анализаторов 16.1, 16.2 и 16.3 спектра. Напряжения U, , U и Uj, пропорциональные fj 4 и Afj соответственно, с выходов анализаторов 16.1, 16.2 и 16.3 спектра поступают на первые входы блоков 17.1, |17.2 и 17.3 сравнения, на вторые входы которых подается напряжение U с выхода анализатора 16 спектра, пропорциональное 4fc. Так как U U , и J Uj, и 7 и,, то на выходах блоков 17.1, 17.2 и 17.3 образуются положительные импульсы, которые превышают пороговый уровень Uпор в пороговых элементах 18.1, 18.2, 18.3 и через элемент ИЛИ 19 поступают на выход.

Если на вход накопителя 8 поступает сигнал с двукратной фазовой манипуляцией )

°-i

3 ,

- ч , то

на выходе умножител 15.1 частоты на два образуется фазоманипулированный сигнал V(t) О, Т, 2/f, , а на выходе умножителей частоты на четыре 15.2 и восемь 15.3 образуются гармонические колебания ) и U, (t) соответственно, т.е. в указанных каналах осуществляется свертка входного сигнала.

Если на вход устройства поступает сигнал с трехкратной фазовой манипу3

лятпшй rtf(t)0, , А

3 2

In

то свертка его спектра осутцест

вляется только на выходе умножителя 15.3 частоты на восемь. При этом положительное напряжение формируется только на выходе блока 17.3 сравнения.

Время накопления и пороговый уровень UPP в накопителе 8 выбираются такими, чтобы этот уровень не превы

шали случайные помехи. При этом на экране ЭЛТ 9 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке определяет несущую частоту ( принимаемого ФМ- сигнала (фиг.2а).

Для визуальной оценки величины скачков фазы л i; и кратности m фазовой манипуляции принимаемого ФМ-сигнала используется ЭЛТ 13 с круговой разверткой. Причем круговая развертка формируется с помощью генератора 10 опорного напряжения, частота ы которого выбирается приблизительно равной промежуточной частоте принимаемого ФМ-сигнала. Напряжение генератора 10 поступает через усилитель 14 на вход вертикального отклонения, а через фазовращатель 11 на 90 и усилитель 12 - на вход горизонтального отклонения ЭЛТ 13, на электрод ЭЛТ 13, управляющий яркостью, через открытый ключ 6 поступает ФМ-сигнал Unp (t) промежуточной частоты с выхода усилителя 5.

Следовательно, напряжение генератора 1 используется для образования круговой развертки луча ЭЛТ 13, а принимаемый ФМ-сигнал промежуто чной частоты осуществляет модуляцию его яркости. На экране ЭЛТ 13 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг.2б,в,г). Количество точек определяет кратность фазовой манипуляции т, а угловое расстояние между Н1ми равно величине скачков фазы л u принимаемого ФМ-сигнала. Однако в реальных условиях под воздействием различных дестабилизирующргх факторов равенство частот и u)p не соблюдается. При неравенстве частот яркостные метки на .экране ЭЛТ 13 двигаются по окружности с разностной частотой и до

5

10

15

20

35стоверность визуальной оценки основных параметров принимаемого ФМ-сигнала резко снижается.

Для формирования устойчивой осциллограммы на экране ЭЛТ 13 используется система фазовой автоподстройки промежуточной частоты и; принимаемого Ж-сигнала, состоящая из умножителя 15.3 частоты на восемь, ключа 20, делителя 21 частоты на восемь, узкополосного фильтра 22, фазового детектора 23 и управляющего блока 24.

В качестве управляющего блока 24 может служить реактивная лампа, при воздействии на которую управляющего напряжения изменяется частота гетеродина 3.

Напряжение U(t) с выхода умножителя 15.3 частоты на восемь через открытьш ключ 20 поступает на вход делителя 21 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение

и.

COS(Unp +

о, o.t Т,

Ч 4 ( t ) - „ р ,ч - ПР - - - (;

которое вьщеляется узкополосным фильтром 22 и поступает на первый вход фазового детектора 23. На второй вход фазового детектора 23 подается напряжение генератора 10 опорного напряжения. Если указанные напряжения отличаются друг от друга по фазе, то на выходе фазового детектора 23 выделяется управляющее напряжение,причем амплитуда и полярность этого напряжения зависят от степени и направления отклонения промежуточной частоты ЫпрОт частоты ui генератора 10 опорного напряжения. Управляющее напряжение через управляющий блок 24 воздействует на второй вход гетеродина 3, подстраивая его частоту так, чтобы сохранялось равенство частот

( 10 пр U)(,) .

0

5

Время С, задержки линии 7 выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ФМ-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, сбра- сьшает его элементы 18,1, 18.2, 18.3 в начальное состояние. При этом электронный коммутатор 2 переводится в исходное состояние, при котором гетеродин 3 оказьюается подключенным к

выходу генератора 1 развертки, а ключи 6 и 20 закрьшаются, т.е. переводятся в исходное состояние. С этого момента просмотр заданного частотного диапазона и поиск «Ж-сигналов продол- 5 жается. В случае обнаружения следующего ФМ-сигнала работа фазометра происходит аналогично.

Таким образом, предлагаемый фазо- метр по сравнению с известным позволя ет повысить достоверность визуальной оценки параметров принимаемого фазо- манштулированного сигнала. Это достигается использованием системы фазовой - автоподстройки промежуточной частоты принимаемого сигнала, которая обеспечивает формирование устойчивой осциллограммы на экране ЭЛТ.

7Г

О О О

6 б

фиг. 2

Формула изобретения

Осциллографический фазометр по авт.св. № 1247778, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности визуальной оценки параметров принимаемого фазоманипу - лированного сигнала, в него введены последовательно соединенные второй ключ, делитель частоты на восемь, уз- кополосный фильтр, фазовый детектор и управляющий блок, выход которого соединен с вторьм входом гетеродина, первьй вход второго ключа соединен с выходом умножителя частоты на восемь, а второй вход - с выходом элемента ИЛИ, второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора опорного напряжения.

J/2

J/2

(