Устройство для измерения частоты слабых сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

00 СХ) О5

со

со СО

10

Изобретение относится к технике измерения частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия и помехозащищенности при измерении частоты.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый смесители 1-4,первый и второй сумматоры 5 и 6, первый и второй I фильтры 7 и 8 нижних частот, перемножитель 9, первый и второй узкополосные фильтры 10 и 11, первый и второй амплитудные детекторы 12 и 13, блок 4 сравнения, первый и второй управляемые вилочные гетеродины 15 и 16, блок 17 регистрации.

Первые входы смесителей 1 и 2 и первые входы смесителей 3 и 4 попарно объединены и являются соответственно первым и вторым входами устройства, входы сумматора 5 соединены с выходами смесителя 1 и 2, а выход - через фильтр 7 нижних частот с первым входом перемножителя 9, входы сумматора 6 - с выходами смесителей 3 и 4, а выход - через фильтр 8 нижних частот с вторым входом перемножителя 9, выход перемножителя 9 через узкополосный фильтр 10 ..г и амплитудный детектор 12 соединен с первым входом блока 14 сравнения, а через узкополосный фильтр 11 и амплитудный де- ; тектор 13 - с вторым входом блока 14 срав- . нения, выход которого соединен с управ- : ляющими входами управляемых вилочных : гетеродинов 15 и 16, первый и второй выходы : гетеродина 15 - соответственно с вторыми входами смесителей 1 и 3, а первый и второй I выходы гетеродина 16 - соответственно с вторыми входами смесителей 2 и 4, первый и второй входы блока 17 регистрации соединены с первыми выходами гетеродинов 15 и 16 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

f,nf«-, E:,G(f.

G(g

jL.

Т

20

спектральная плотность MOHJ,ности сигнала.

Спектры сигналов на выходе смесителей 1 и 3 повторяют спектр входного сигнала (fe-fri) и (f.-fp,-F,) , а спектры сигналов на выходе смесителей 2 и 4 перевернуты относительно спектра входного сигнала Сз (fr2+F2-fc)-f и G4(fr2 -fc)-f. Сигналы с выходов смесителей 1 и 2, а также смесителей 3 и 4 попарно суммируются с помощью сумматоров 5 и 6 соответственно. Сигналы с выходов сумматоров 5 и 6 поступают на фильтры 7 и 8 нижних частот, частота среза которых равна промежуточной частоте. С помоцдью перемножителя 9 и узкополосных фильтров 10 и 11 производится корреляционная обработка сигналов. Сигналы на выходе перемножителя 9 имеют вид

Ui l E«Coc(2n{f«-fr,)

-4-J E«Cos 2.u(fr2-f F2-Mt-cp ;

UT, f (f -fri-Fi)t+% +

+SECds 2n(fr2-Mt(p«,

где индекс «пр учитывает фильтрацию сигналов фильтрами нижних частот. Следует отметить, что прямые и перевернутые спектры - (первые и вторые слагаемые выражения (2) не коррелированы между собой. Эффект послекорреляционной обработки сигналов, имеющих взаимно смещенные спектры проявляется на частоте разносц. Поэтому 35 узкополосные фильтры 10 и 11 настроены соответственно на частоты FI и F2. Амплитуда этих гармонических сигналов пропорциональна моалности сигналов на входе пере30

„множителя, причем амплитуда сигнала на

Спектр входного сигнала в смесителях ,. выходе фильтра 10 пропорциональна мощности низкочастотной части спектра входного сигнала, а амплитуда сигнала на выходе фильтра 11 - мощности высокочастотной его части. Для выделения и сравнения этих амплитуд используются амплитудные 15 детекторы 12 и 13 и блок 14 сравнения. Амплитуду сигнала на выходе фильтра

1-4 преобразуется по частоте с помощью вилочных гетеродинов 15 и 16. Частоты гетеродинов выбраны таким образом, чтобы частота гетеродина 15 была ниже частоты сигнала, а частота гетеродина 16 - выще ее, т. е. fri f -f-npH fr2 fc+fnp, где fpi, fr2 - частоты гетеродинов 15 и 16 соответственно, fnp- промежуточная частота сигнала после преобразования. Каждый из гетеродинов формирует два сигнала, частоты которых имеют относительный разнос на малую величину. Так что гетеродин 15 формирует сигналы с частотами fn и fpi+Fb а гетеродин 16 - с частотами fp2 и Р2+Р2.

Представим входной сигнал в виде

50

10 можно определить как

-Inp.f,p-(,)

(fc-fri)(x)dx t.-ic «-- - )

G(x)dx.

00

Здесь проведена замена переменной t учтено, что

U(t)E«Cos( + 9,),

.„-амплитуда и фаза, спектральной составляющей;

f,nf«-, E:,G(f.

jL.

Т

0

г

G(g

0

спектральная плотность MOHJ,ности сигнала.

Спектры сигналов на выходе смесителей 1 и 3 повторяют спектр входного сигнала (fe-fri) и (f.-fp,-F,) , а спектры сигналов на выходе смесителей 2 и 4 перевернуты относительно спектра входного сигнала Сз (fr2+F2-fc)-f и G4(fr2 -fc)-f. Сигналы с выходов смесителей 1 и 2, а также смесителей 3 и 4 попарно суммируются с помощью сумматоров 5 и 6 соответственно. Сигналы с выходов сумматоров 5 и 6 поступают на фильтры 7 и 8 нижних частот, частота среза которых равна промежуточной частоте. С помоцдью перемножителя 9 и узкополосных фильтров 10 и 11 производится корреляционная обработка сигналов. Сигналы на выходе перемножителя 9 имеют вид

Ui l E«Coc(2n{f«-fr,)

-4-J E«Cos 2.u(fr2-f F2-Mt-cp ;

UT, f (f -fri-Fi)t+% +

+SECds 2n(fr2-Mt(p«,

..г

где индекс «пр учитывает фильтрацию сигналов фильтрами нижних частот. Следует отметить, что прямые и перевернутые спектры - (первые и вторые слагаемые выражения (2) не коррелированы между собой. Эффект послекорреляционной обработки сигналов, имеющих взаимно смещенные спектры проявляется на частоте разносц. Поэтому 35 узкополосные фильтры 10 и 11 настроены соответственно на частоты FI и F2. Амплитуда этих гармонических сигналов пропорциональна моалности сигналов на входе пере30

10 можно определить как

-Inp.f,p-(,)

(fc-fri)(x)dx t.-ic «-- - )

G(x)dx.

00

Здесь проведена замена переменной t учтено, что

55

f,

nj)

if f 1 f - f Гг f rt f

+ + rt20

a также, считая ширину спектра много меньше fc-fn, нижний предел интегрирования продлили до бесконечности. Для плитуды сигнала на выходе фильтра 11 лучаем

и,4 SG (fr2-fc)--f (x)dx

°00(fr,-fc)-fnv

G(x)dx,

-fo-fo -где учтено, что

г г f fr2-fri fre+fri f ip2-In -ip22 -5- inСигнал с выхода блока 14 сравнения используется ДЛЯ автоматической подстройки частоты управляемых гетеродинов 15 и 16. Установившийся режим подстройки частоты гетеродинов характеризуется равенством

i,-Ucf.

Uh. илиJ G(x)(x)dx,

со /

о It.

т. e.

f f n f f frl+fr2

10-ic. - .

Блок 17 регистрации представляет собой два частотомера, которые измеряют частоты гетеродинов 15 и 16. Значение частоты сигнала соответствует полусумме измеренных частот гетеродинов.

Помехозащищенность предлагаемого устройства выше известного, особо следует отметить действие некоррелированной по каналам помехи. В результате увеличивается шумовая ошибка измерения частоты, но постоянной ошибки измерения не возникает, так как эффект на выходе коррелятора от ее воздействия будет равен нулю. Это же относится к помехам, действуюш.им только в одном приемном канале.

В устройстве измерение амплитуды низкочастотной и высокочастотной частей спектра происходит одновременно. Таким образом.

цикл измерения частоты равен времени измерения амплитуды одной из частей спектра. Следовательно, цикл измерения частоты предложенного устройства меньше цикла измере- ния частоты известного при остальных равных УСЛОВИЯХ.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты слабых сигналов, содержащее первые смеси0 тель, фильтр нижних частот, амплитудный детектор, а также блок сравнения, два управляемых гетеродина, причем выход блока сравнения соединен с управляющими входами гетеродинов, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения

быстродействия и помехозащищенности, в него введены второй, третий и четвертый смесители, два сумматора, второй фильтр нижних частот, перемножитель, второй амплитудный детектор и два узкополосных

Q фильтра, причем первые входы первого и второго смесителей, а также первые входы третьего и четвертого смесителей попарно объединены, входы первого сумматора соединены с выходами первого и второго смесителей, а входы второго сумматора - с выходами третьего и четвертого смесителей, входы перемножителя через первый и второй фильтры нижних частот соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров соответственно, входы обонх узкополосных фильтров соединены с выходом перемножителя, а выходы через первый и второй амплитудные детекторы соединены с первым и вторым входами блока сравнения, первый и второй выходы первого гетеродина соединены с вторыми входами первого и третьего смесителей соответственно, а первый и второй выходы второго гетеродина - с вторыми входами второго и четвертого смесителей соответственно, входы блока регистрации соединены с первыми выходами гетеродинов.

5

5

Изобретение служит для повышения быстродействия и помехозащищенности при изменении частоты. Устройство содержит смеситель 1, фильтр 7 нижних частот, амплитудный детектор 12, блок 14 сравнения, управляемые вилочные гетеродины 15 и 16 и блок 17 регистрации. Введение смесителей 2-4, сумматоров 5 и 6, фильтра 8 нижних частот, перемножителя 9, узкополосных фильтров 10 и 1 и амплитудного детектора 13 увеличивает щумовую ошибку измерения частоты, но предупреждает постоянную ошибку измерения, так как эффект на выходе коррелятора от ее возникновения равен нулю. В предложенном устройстве измерение амплитуды низкочастотной и высокочастотной частей спектра происходит одновременно. Таки.м образом, цикл измерения частоты равен времени измерения амплитуды одной из частей спектра. 1 ил.