Коррелометр Советский патент 1988 года по МПК G06G7/19 

Од Од

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для измерения комплексной функции взаимной корреляции слабых радиосигналов и может быть использовано в радиоастрономии, при изучении случайных вибраций в распределенных колебательных системах и т.Дс

Целью изобретения является расши- рение класса решаемых задач за счет вьщеления квадратурных компонент и модуля комплексной функции взаимной корреляции, функции взаимной корреляции интенсивностей и расшире- ние функциональных возможностей за счет нормирования выходных параметров.

На фиг,1-А схематически изображен коррелометр.

Коррелометр (фиг.1) содержит приемные каналы 1 и 2. Приемные каналы включают соответственно смеситель 3, усилитель А промежуточной частоты гетеродин 5 и смеситель 6, усилитель 7 промежуточной частоты, гетеродин 8с Коррелометр также содержит смеситель 9, полосовой усилитель 10, фазовращатель 11 , квадратурный фазовращатель 12, перемножиталь 13, полосовой усилитель 1А, синхронные детекторы 15 и 16, интеграторы 17 и 18, смесители 19 и 20, полосовые усилители 2 и 22, сумматор 23, полосовой усилитель 24, амплитудный детектор 25, фазовьш детектор 26 и фильтр 27 низкой частоты.

Коррелометр по фиг о 2 по сравнению с коррелометром по фиг дополнительно содержит квадратор 28, усилитель 29 промежуточной частоты, квадратор 30, усилитель 31 промежуточной частоты, квадратор 32 и полосовой усилитель 33.

Коррелометр по фиг.З по сравнению с коррелометром по фиг Л дополнительно содержит квадратор 28, усилитель 29 промежуточной частоты, квадратор 30, усилитель 31 промежуточной частоты, полосовой усилитель 34 и смеситель 35 „

В коррелометр по фиг.4 по сравнению с коррелометром по фиг,1 дополнительно введены усилитель 36 с регулируемым коэффициентом усиления, амплитудные детекторы 37 и 38, синхронные детекторы 39 и АО и фильтры 41 и 42 низкой частоты.

Гетеродины 5 и В настроены соответственно на частоты f, f.

1 f-2 fo-Fj,

где fg - центральная часть спектра

входных сигналов;

F РЛ соответственно расстройк частот гетеродинов 5 и 8 от частоты f(| .

Центральные частоты f, f полос пропускания усилителей 4 и 7

fj о 1 f о 1

Центральные частоты fj, f полос пропускания усилителей 29 и 31

f 2f j; f 2f,. Центральная частота полосы пропукания усилителя 10

F IF, - .

5 О

Q

г

0

Центральная частота полосы пропускания усилителей 33 и 34

f7 2F.

В коррелометре по фиг.2 центральная частота полосы пропускания усилителей 14, 21, 22 и 24 равна 2F, В коррелометре по фиг.З центральная частота полосы пропускания усилителей 14, 21, 22 и 24 равна F. Квадратурный фазовра1 1атель 12 выполнен частоточувствительнымо Гетеродин 5 выполнен перестраиваемым по частоте.

Коррелометр работает слудующим образом.

На входы приемных каналов 1 и 2 поступают сигналы

V, (t)A,(t) cos Г + cf, (t) -, V,(t)A(t) cos +t/5(t),

где A,(t), A(t) - амплитуды сигналов на входах приемных каналов; fg - центральная частота спектров сигналов на входах приемных каналов 1 и 2;

Ч (t), Cf(t) - фазы сигналов на входах приемных каналов 1 и 2

Смесители 3 и 6 и гетеродины 5 и 8 осуществляют преобразование соответ ствующих входных сигналов в сигналы промежуточных частот

fo - ffJ F

ffl г

где f I , f - частоты сигналов соответственно гетеродинов 5 и 8.

После усиления в усилителях 4 и 7 промежуточной частоты сигналы частот F , Fj поступают на входы перемножителя 13, который осуществляет выделение сигнала на разностной частоте

IF, - F,i If, -

амплитуды --A ,(t) A(t).

Этот сигнал усиливается полосовым усилителем А и поступает на информационные входы синхронных детекторов 15 и 16. На опорные входы синх- ронных детекторов 15 и 16.поступают опорные сигналы, которые формируют - ся следующим образом.

Смеситель 9 осуществляет преобразование сигналов гетеродинов 5 и 8 в сигнал разностной частоты;

F I F, - .

После полосового усилителя 10 сиг

нал разностной частоты F поступает на вход фазовращателя 11, который вносит в этот сигнал сдвиг по фaзeлV За счет зтого обеспечивается симметрирование сигналов гетеродинов 5 и В по фазе о

Сигнал с выхода перестраиваемого фазовращателя 11 поступает на опорный вход синхронного детектора 15 и на вход квадратурного фа:зовращателя .12, выходной сигнал которого является опорным для синхронного детектора 16.

Синхронные детекторы 15 и 16 и интеграторы 17 и 18 осуществляют вы

деление квадратурных компонент комплексной функции взаимной корреляции сигналов. При этом сигналы на первом и втором выходах коррелометра имеет

вид:

Ui(t) A/t) ) c.(t) Uj(t) A,(t)-Ai(t),(t) (t)-u,

5

0

5

о

5

д

г

где ), Aj(t) -амплитуды сигналов на входах приемных каналов 1 и 2;,

I/(t) , t/,(t) -фазы сигналов на входах приемных каналов 1 и 2; I -постоянная времени интеграторов 17 и 18;

/ ц -сдвиг по фазе, вносимый фазовращателем 1 1.

Сигналы, несущие информацию о квадратурных компонентах комплексной функции взаимной корреляции с выходов интеграторов 17 и 18, поступают на входы соответствующих смесителей 19 и 20. На опорный вход смесителя 19 поступает сигнал с выхода фазовращателя 11,на опорный вход смесителя 20 поступает сигнал с выхода квадратур - ного фазовращателя 12, Смесители 19 и 20 обеспечивают перенос спектра низкочастотньк сигналов, несущих информацию о квадратурных компонентах комплексной функции взаимной корреляции, на частоту

F |F,.

Полосовые усилители 21 и 22 обеспечивают усиление сигнала на разностной частоте F.

Сумматор 23 осуществляет . суммирование выходных сигналов полосовых усилителей 21 и 22. В результате на выходе сумматора 23 формируется сигнал разностной частоты F, Этот сигнал, усиленный полосовым усилителем . 24 и продетектированный амплитудным детектором 2Т, несет информацию о модуле комплексной функции взаимной .корреляции входных сигиалов

U(t)- A,(t)-A(t)

Сигналы частоты F с выходов фазовращателя 11 и квадратурного фазовращателя 12 поступают на входы фазового детектора 26, выходной сиг« нал которого, пропорциональный отклонению flF разнрстной частоты F от номинального значения частоты F настройки квадратурного фазовращателя 12, поступает через фильтр 27 на управляющий вход гетеродина 5, Частота гетеродина 5 изменяется таким .образом, что разностная частота сигнала с выхода смесителя 9 приводится

к частоте F настройки частоточувст- вительного квадратурного фазовращателя 12. При этом обеспечивается стабилизация разностной частоты гетеродинов 5 и 8, а также точно выполняется условие ортогональности квадратурных компонент комплексной функции взаимной корреляции.

квадратора 32, который преобразует сигнал частоты F в сигнал частоты 2F. Сигнал частоты 2F, усиленный полосовым усилителем 33, поступает на вход фазовращателя 11, который вносит в этот сигнал сдвиг по фазе и (. Сигнал с выхода фазовращателя 11 поступает на опорный вход синхронного

Изобретение относится к автоматике и радиотехнике, предназначено для измерения комплексной функции взаимной корреляции слабых радиосигналов и может быть использовано в радиоастрономии, при изучении случайных вибраций в распределенных колебательных системах и т.д. Изобретение позволяет расширить класс решаемых задач за счет выделения квадратурных компонент и модуля комп лексной функции взаимной корреляции. Функции взаимной корреляции интен- сивностей и расширить функциональные возможности за счет нормирования выходных параметров. Введение в коррелометр фазовращателя, фильтра низкой частоты, фазового детектороа, квадратурного фазовращателя, синхронного детектора, двух интеграторов, двух смесителей, сумматора, амплитудного детектора, трех полосовых усилителей, а также трех квадраторов, трех дополнительных усилителей промежуточной частоты и дополнительного полосового усилителя и смесителя позволяет выделить квадратурные компоненты и модуль комплексной функции взаимной корреляции и функции взаимной корреляции интенсивностей, введение в коррелометр полосового уси лителя с регулируемым коэффициентом усиления, двух дополнительных фильтров низких частот, двух синхронных детекторов и двух амплитудных детекторов позволяет нормировать выходные параметры. 3 з.п, ф-лы, 4 ил. с (Л

Коррелометр по фиГо2 работает еле- ю детектора 15 и на вход квадратурного

дующим образом. Смесители 3 и 6 и гетеродины 5 и 8 осуществляют преобразование соответствующих входных сигналов в сигналы промежуточных

частот

fo

где

- центральная частота спектf.

F

ров сигналов на входах приемных каналов 1 и 2; частота сигналов соответственно гетеродинов 5 и 8;

частота отстройки соот вет-25 ственно гетеродинов 5 и 8 от частоты f..

15

20

Эти сигналы усиливаются соответствующими усилителями 4 и 7 промежуточной частоты и поступают на входы квадраторов 28 и 30. Квадраторы 28 и 30 осуществляют преобразование входных

сигналов частот F удвоенных

1 частот 2 F

F, в

сигналы

, и 2 F, которые затем усиливаются соответствующими усилителями 29 и 31 промежуточной частоты и поступают на входы пере- множителя 13о Перемножитель 13 осуществляет выделение сигнала разностной частоты, равной

2F

2/F,, г,

ампитуды /- A(t)-A(t).

Этот сигнал усиливается полосовым усилителем 14 и поступает на сигнальные входы синхронных детекторов 15 и 16. Сигналы, поступающие на опорные входы синхронных детекторов 15 и 16, формируются следующим образом. I

Смеситель 9 осуществляет преобразование сигналов гетеродинов 5 и 8 в сигнал частоты

fr

Этот сигнал усиливается полосовым усилителем 10 и поступает на вход

фазовращателя 12, выходной сигнал которого является опорным для синхронного детектора 16,

Работа блоков 15-27 в корреломет- ре по фиг.2 осуществляется аналогично работе этих блоков в коррелометре по фиг.1 На первом и втором выходах коррелометра по фиг,2 выделяются сигналы, несущие информацию о квадратурных компонентах комплексной функции взаимной корреляции интен- сивностей

«

).. A(t)-Aj(t) , (t)-2q j(t) -4lf ,

UjCt) - A,(t)-Ai(t) sin 2 (t) -2i/j(t) -dV.

Сигнал на третьем выходе коррелометра по фиг.2 несет информацию о модуле комплексной функции взаимной корреляции интенсивностей

35

)

A;(t)-A(t)

Работа коррелометра по фиг.З осуществляется аналогично работе коррелометра по фиг„2 с тем отличием,

что работа блоков 14-27 осуществляется на разностной частоте F Для этого сигнал с выхода -перемножителя 13 усиливается на частоте 2F полосовым усилителем 34 и переносится на разностную частоту F смесителем 35.

В коррелометре по фиг.4 сигнал с выхода сумматора 23 поступает на вход полосового усилителя 36 с регулируемым коэффициентом усиления, который обеспечивает усиление этого сигнала на частоте F с нормирующим управлением по амплитуде Уровень

нормирования определяется амплитудой сигнала, при которой начинает сбрасывать система автоматического регулирования усиления, состоящая из полосового усилителя 36 и амплитудного

жетектора 37 Выходной сигнал полосового усилителя 36, продетектированный амплитудным детектором 38, пропорционален модулю нормированной комплексной функции взаимной корреляции сигналов

и,.а ,

где а - условньш уровень, принятый за единицу измерения.

За счет выделеня нормированного модуля комплексной функции взаимной корреляции обеспечивается возмож- ность обнаружения слабых корреляционных зависимостей между двумя входными сигналами. Кроме того, обеспечивается установление наличия этих зависимостей при ослаблении влияния федингов, а также устраняется влияние флуктуации фазы комплексной функции взаимной корреляции.

Сигнал частоты F, несущий информацию о модуле нормированной комплек ной функции взаимной корреляции, поступает на сигнальные входы синхронных детекторов 39 и 40, на опорные входы которых поступают сигналы соответственно с выходов фазовраща- теля 11 и квадратурного фазовращателя 12. Выходные сигналы синхронных детекторов 39 и 40, проше,цшие через соответствующие фильтры 41 и 42 нижних частот, несут информацию о квад- ратурных компонентах нормированной комплексной функции взаимной корреляции

Л

U(t) aVosfc Ct) - c(t) , UjCt) i sin r4),(t) - g j(t) -Л(.

Формула изобретения

5 0

5 0 g

0

5

0 c

ключены соответственно к выходам гетеродинов приемных каналов, выход третьего смесителя соединен с входом первого полосового усилителя, а выходы первого и второго усилителей промежуточной частоты приемных каналов подключены соответственно к первому и второму входам перемножителя, выход которого соединен с входом второго полосового усилителя, выход которого подключен к информационному входу первого синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет выделения квадратурных компонент и модуля комплексной функции корреляции, он содержит фазовращатель, фильтр низкой частоты, фазовый детектор, квадратурньш фазовращатель, второй синхронный детектор, первый и второй интеграторы, четвёртый и пятый смесители, сумматор, амплитудный детектор, третий, четвертый и пятый полосовые усилители, при этом выход первого полосового усилителя соединен с входом фазовращателя, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, опорным входам первого синхронного детектора и четвертого смесителя и к входу квадратурного фазовращателя, выход которого подключен к опорным входам второго синхронного детектора, пятого смесителя и к второму входу фазового детектора, вых,од которого через фильтр низкой частоты соединен с управляющим входом гетеродина пер- вого приемного канала, информационный вход второго синхронного детектора соединен с выходом второго полосового усилителя, выходдл первого и второго синхронных детекторов подключены соответственно к входам первого и второго интеграторов, выходы которых являются соответственно выходами квадратурных компонент комплексной функции взаимной корреляции коррелометра и соединены с информационными входами соответственно четвертого и пятого смесителей, выходы которых серез соответствующие третий и чет- вертьй полосовые усилители подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через пятый полосовой усилитель соединен с входом амплитудного детектора, выход которого является выходом модуля комплексной функции взаимной корреляции ,

2, Коррелометр по п.1, о т л и - ч ающий с.я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет выделения квадратурных компонент и модуля комплексной функции взаимной корреляции интенсивностей выход усилителя промежуточной часто

ТЫ первого приемного канала через введенные последовательно соединенные первый квадратор и первый дополнительный усилитель промежуточной частоты подключен к первому вхоДу перемножителя, выход усилителя промежуточной частоты второго приемного канала через вновь введенные последовательно соединенные второй квадратор и второй дополнительный усилитель промежуточной частоты подключен к второму входу перемножителя, выход первого полосового усилителя через вновь введенные последовательно соединенные третий квадратор и дополнительный полосовой усилитель подсоединен к входу фазовращателя о

3, Коррелометр поп,1,отлича ю щ и и с я тем, что, с целью выделения квадратурных компонент и мо- дуля комплексной функции взаимной корреляции интенсивностей, выход усилителя промежуточной частоты первого при емного канала через введенные последовательно соединенные первьй квадратор и первый дополнительный усилитель промежуточной частоты подключен к первому входу перемножителя, выход усилителя промежуточной частоты второго приемного канала через вновь введенные последовательно соединенные второй квадратор и второй дополнительный усилитель промежуточной частоты подключен к второму входу перемножителя, выход которого через вновь введенные последовательно сое

5

Q 5

о „

5

диненные дополнительные полосовой усилитель и смеситель соединен с входом второго полосового усилителя, второй вход дополнительного смесителя соединен с выходом первого полосового усилителя.

А. Коррелометр по пп - 3, о т - личающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет нормирования выход- ньпс параметров, он содержит полосовой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, первый и второй дополнительные фильтры низких частот, дополнительные первый и второй синхронные детекторы, дополнительные первый и второй амплитудные детекторы, при этом информационные входы первого и второго дополнительных синхронных детекторов и входы первого и второго дополнителыа 1х амплитудных Детекторов подключены к выходу полосового усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а вход управления коэффип циентом усиления соединен ; с выходом первого дополнительного амплитудного детектора, опорные входы первого и второго дополнительных синхронных детекторов подключены к выходам соответственно фазовращателя и квадратурного фазовращателя, а выходы первого и второго дополнительных синхронных детекторов подключены к входам соответственно первого и второго дополнительных фильтров низких частот, выходы которых являются соответственно выходами нормированных компонент комплексной функции взаимной корреляции коррелометра, а выход второго дополнительного амплитудного детектора является выходом нормированного модуля коррелометра комплексной функции вза1}мной корреляции.

(fut 1

t-

1„.а1 i LI.

фие г

р;

iH

LS..J

фиа.Ч