Осциллографический анализатор спектра Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

о

N) О Ю 4

Ui

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использован в радиолокации и связи, где широко применяются сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фазометра путем визуальной оценки основных параметров сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазоеии манипуляцией Анализатор содержит генератор 1 развертки, гетеродин 2. смеситель 3, усилитель 4 промежуточной часто J, обнаружитель Б, линию 6 задержки, электронно-лучевые трубки 7, 25 и 32. ключ 8, умножители У и 15 частоты на во- сесь, делители 10 и 16 частоты кя посемь, полосовые фильтры 11 и 14, блок 12 р( гули- руемой задержки перемножитель 13. узко полосный фильтр 17, фазовьи детектор 18, управляющий блок 19. частотныедете .горы 20 и 26, дифференцирующие блоки 21 и 23, амплитудный детектор 22, генератор 24 пилообразного напряжения, выпрямители 27, генератор 28 опорного напряжения, фазовращатель 29 на 90° и усилители 30 и 31. 5 ил. (Л С

Щиг.1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокации и связи, где применяются сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей фазометра путем визуальной оценки основных параметров сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией.

На фиг. 1 предегавлена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 - структурная схема обнаружителя; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу анализатора; на фиг. 5 - вид осцио- лограмм.

Осциллографический анализатор содержит последовательно включенные генератор 1 развертки, гетеродин 2, смеситель 3, второй вход которого является входом анализатора, усилитель 4 промежуточной частоты и обнаружитель 5, второй вход которого соединен с выходом линии 6 задержки, а выход подключен к входу генератора 1 развертки, к входу линии 6 задержки, к вертикальному электроду электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 7, входу ключа 8, горизонтальный электрод ЭЛТ соединен с вторым выходом генератора 1 развертки. К выходу ключа 6 последовательно подключены первый умножитель 9 частоты на восемь, первый делитель 10 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 11, Г юк 12 регулируемой задержки, перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом ключа 8, первый полосовой фильтр 14, второй умножитель 15 частоты на восемь, второй делитель 16 на восемь частоты, узкополосный фильтр 17, фазовый детектор 18 и управляющий блок 19, выход которого соединен с вторым входом блока 12 регулируемой задержки. К выходу ключа 8 последовательно подключены второй частотный детектор 20, первый дифференцирующий блок 21, последовательно включенные аплитудный детектор 22, второй дифференцирующий блок 23 и генератор 24 пилообразного напряжения. Выход дифференцирующего блока 21 соединен с вертикальным электродом ЭЛТ 25, полосовой фильтр 14 через первый частотный детектор 26 соединен с выпрямителем 27, второй вход детектора 18 соединен с выходом генератора 28 опорного напряжения. К т/ходу последнего последовательно подключены фазовращатель 29 на 90 первый усилитель 30, второй усилитель 31 соединен с выходом генератора 28 опорного напряжения и входом вертикального электрода ЭЛТ 32, а модулирующий электрод соединен с выходом выпрямителя 27.

Обнаружитель 5 (фиг. 2) состоит из трех каналов обработки сигналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя 33 (34, 35) частоты, измерителя 37 (38,39) ширины спектра, блока 40 (41, 42)сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 36

ширины спектра, порогового элемента 43 (44, 45), второй вход которого соединен с выходом линии 6 задержки, и элемента ИЛИ 46. Причем в первом канале частота умножается на два, во втором - на четыре, а в

третьем - на восемь.

Анализатор работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью генератора 1

развертки, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 2. Одновременно генсфатор 1 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 7, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона. Ключ 8 в исходном состоянии закрыт.

Принимаемый ЛЧМ-ФМн сигнал, который можно описать следующим выражением:

ис (t ) Uccos АД + лyi2 + f (t ) + ;

0 t Tc .

где Uc, (ik., Tc, РГ. - амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала соответственно;

, &

Тр

внутри импульса;

Л fд - девиация частоты;

/() - манипулируемэя составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг. За), причем у (t ) const при k rn t ( k + 1 ) rn и может изменяться скачком на Ду при t k гп, т, е.

на границах между элементарными посылками (k 1,2N-1);

гп N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью ТС(ТС N гп), поступает на первый вход смесителя 3, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 2 линейно-изменяющейся частоты

Ur (t ) Ur COS (fOrt -f jryrt2 , ) ,

У

скорость изменения частоты

где Ur, ov, f - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина соответственно;

Df Хг Y скорость изменения частоты

п

гетеродина.

На выходе смесителя 3 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 4 выделяется напряжение промежуточной частоты

Unpl ( t ) Unp COS f/Aipt 4- Л у Г2 4- + Vk(t) -яу,12+

0 t Tc ,

1

где Unp ki Uc Ur;

ki - коэффициент передачи смесителя;

uAip uJt - GA- - промежуточная частота;

Рпр fk - промежуточная начальная фаза; которое поступает на вход обнаружителя 5.

Если на вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и однократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ОФМн), то на выходе умножителей 33 - 35 частоты образуются следующие колебания соответственно;

ui ( i ) Unp cos ( 2 ftJnpt 4- 2 лгу t2 -2яуг12+2(рпр);

U2 (t ) Unp cos (4 GAipt + 4яут.2 -47ryrt2+4y np);

ua(t) Unp cos (8 GMpt +8 дуг2 - . -8луг12+8рпр);

О t Тс,

Так как 2pk(t) 0,2 л, 4y(t ) 0,4 я, 8 # (t ) 0,8л то в указанных колебаниях манипуляция фазы уже отсутствует. Ширина спектра второй Д fa. четвертой Afi и восьмой A fa гармоник определяется длительностью сигнала Тс (

т ), тогда как ширина Afc ЛЧМ-ОФМн 1с

сигнала определяется длительностью его элементарных посылок (Afc 7) . т. е.

ширина спектра указанных гармоник стала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:

Afc

Kb

-Afc M XT N

Л fa

0

5

0

0

5

0

5

Следовательно, при умножении частоты ЛЧМ-ОФЛЛ( сигнала на два четное .; восемь его спектр сворачивается в N раз. Это позволяет обнаружить сигнал ЛЧМ- ОФМн даже тогда, когда и егс мсицность на входе анализатора меньше мощности шу мов.

Ширина спектра Afc входного сигнала измеряется с помощью измерителя 36, ширина спектра второй A h. четвертой Afi и восьмой Afe гармоник сигнала измеряется с помощью измерителей 37 - 3°. Напряжения Ui, U2 и Us. пропорциональные Af2. Af4 и Affi соответственно, с выходов измерителей 37 - 39 ширины спектра поступают на перьые входы блоков 40 - 42 сравнения, на вторые входы которых подается напряжение U с выхода измерителя 36 ширины спектра, пропорциональное Afc. Так как . и , то на виходах блоков 40 - 42 сравнения образуются положительные импульсы, которые превышают пороговой уровень Unop в пороговых элементах 43 - 45 и через элемент ИЛИ 46 поступает на выход,

Белизна вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и двухкратной фазовой манипуляцией ЛЧМ-ДФМн pk (t ) 0 . TJf.

т

л, у л то на выходе умножителя 33 частоты на два образуется ЛЧМ-ОФМн сигнал y(t) 0. ;T,2#,3# ана выходе умножителей 34 и 35 частоты на четыре и восемь - колебания U2(t) и Ua(t) соответственно, т. е. в указанных каналах осуществляется свертка спектра входного сигнала.

Если на вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и трехкратной фазовой манипуляцией ЛЧМ-ТФМн, y(t)0.

л:7гЗ„ 5 3 7, 4-2 4Я-Я 47Г-2;Г 47Г

то свертка

0

5

спектра осуществляется только на выходе умножителя 35 частоты на восемь. При этом положительное напряжение формируется торлько на выходе блока 42 сравнения.

Напряжение с выхода обнаружителя 5 поступает на управляющий вход генератора 1 развертки, прекращая перестройку гетеродина 2, на вход линии 6 задержки, на управляющий вход ключа 8, открывая его. и на вертикальный электрод ЭЛТ 7. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск ЛЧМ-ФМн сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаружения ЛЧМ-ФМн сигнала, которое определяется временем задержки гэ линии 6 задержки. При этом на экране ЭЛТ 7 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту 0)с принимаемого ЛЧМ-ФМн сигнала (фиг. 5а).

Пороговый уровень Unop в обнаружителе 5 выбирается таким, что этот уровень не превышает случайные помехи.

При прекращении перестройки частоты а гетеродина 2 усилителем 4 выделяется напряжение (фиг. 36)

unp2 (t) UnPcos Wnpt -Ьлут2 + + pk(t)+1Pr,

0 t Tc ,

которое через открытый ключ 8 поступает на входы умножителя 9 частоты на восемь, перемножителя 13 и частотного детектора 20. На выходе умножителя 9 частоты на восемь образуется напряжение (фиг. Зг)

+

ипрз (t ) Unp cos 8 (Oppt + 8лух2 -f

О t Тс .

Так как 8у(1)0,8л- при однократной фазовой манипуляции,8 у (t ) 0,4я, 8 я, 12л, - при двукратной фазовой манипуляции y(t ) 0,2 я, А л, 6 я, 8л, Юл, 12 я, 14 я - при трехкратной фазовой манипуляции, то в указанном напряжении манипуляции фазы уже отсутствует. Напряжение Unp3 (t) поступает на вход делителя 10 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг, Зд)

Unp4 ( t ) Unp COS GMpt -f

+ яу12 О t Тс.

представляющее собой ЛЧМ-сигнал, частота которого изменяется по линейному закону (фиг. Зв), Напряжение Unp4 (t) выделяется полосовым фильтром 11 и поступает на вход блока 12 регулируемой задержки. На выходе указанного блока образуется напряжение

Unp5 ( t ) Unp COS ( t - Г ) +

+ лу(г -г)2 ,

О t Тс ,

которое поступает на второй вход перемножителя 13, на первый вход которого подается ЛЧМ-ФМн сигнал промежуточной частоты Unp(t). На выходе перемножителя 13 образуется напряжение биений (фиг. 46)

иен (t ) Uacos (wf;t -fy (t ) ) :

0 t Tc,

1 i где Ua т; кг Unp

k - коэффициент передачи перемножителя;

a)(j - 1пуг - частота биений;

P(J Wnp т - луг начальная фаза

биений,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте биений. Причем частота биений (/ определяется скоростью изменения частоты сигнала у и величиной задержки т.

Напряжение u(Ji (t) выделяется полосовым фильтром 14 и поступает на вход умножителя-15 частоты на восемь, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг. 4в)

и 02 (t) Ua cos ( 8 a) r,p t + 8 у (t ) + + 8 pnp ) UCTCOS ( 8 wat ч 8 );

О t Тс ,

Напряжение Ua2 (t) поступает на вход делителя 16 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение

и аз (t) Uocos ((00 ).

которое представляет собой гармоническое колебание на частоте биений сод. Напряже- ние UasW выделяется узкополосным фильтром 17 и поступает на первый вход фазового детектора 18, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 28 опорного напряжения:

и0 (t ) U0 cos ( MO t + po ) ,

где U0, Wo, УО - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения генератора соответственно.

Если указанные напряжения отличаются одно от другого по частоте или фазе, то на выходе фазового детектора 18 образуется постоянное управляющее напряжение. Причем амплитуда и пслярность этого напряжения зависит от степени и направления отклонения -астоты биений от частоты (ik генератора 28 опорного напряжения. Управляющее напряжение с помощью уп равняющего блока 19 воздействует на блок 12 регулируемой задержки, изменяя величину задержки гтак, что выполняется равенство

2 пут (/Лз,

Для визуальной оценки величины скач ков фазы Л р и кратности фазовой манипуляции п принимаемого ЛЧМ-ФМн сигнала используется ЭПТ32 с круговой роэчерткои I ричем круовоя разперткэ формируете i с помощью генератора 28 опорного напряжения, частота ftib которого поддерживается равной часют а биений (DQ (c/Jb (о , с мо- мощью системы фазовой автоподстройки частоты. Напряжение u0(t) генератора 28 поступает через усилитель 31 на вертикальный электрод, а через фазовращатель 29 на 90° и усилитель 30 - на горизонтальный электрод ЭЛТ 32.

Напряжение и 7i(t) (фиг. 46) с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход частотного детектора 26. на выходе которого образуются короткие раз- нополярные импульсы (фиг. 4д). временное положение которых соответствует моментам скачкообразною изменения фазы сигнала исп(г)(фиг 46) На выходе выпрямителя 27 образуется последовательность коротких положительных импульсов (фиг. 4е), которая поступает на модулирующий ЭЛРКТ- род ЭЛТ 32 и осуществляет модуляцию е электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 32 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. 5в, г, д). Количество точек определяет кратность п фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними рав- ьо величине скачков фазы Ду обнаруженного ЛЧМ-ФМн сигнала. При неравенстве частот со (/и ГА, (а (j f/Jb ) яркостные метки двигаются по окружности с разностной частотой

Для получения устойчивой осциллограммы но 3xpat- е ЭЛТ 32 используется система ФАПЧ, работа которой описана

Для визуальной оценки закона фазовой манипуляции, длительное и гп и количества N элементарных посылок, а также параметров линейной частотной модуляции напряженно unp2(t) (фиг 36) с выхода усилителя 4 промежуточной частоты через открытый

ключ 8 одновременно г р:, ч-: частотною 20 и эммлитудмО о 2 ДС1 з . .- ров На выходе частотного детектэ) JO обрасуется напряжение J lr Зе), п; гп р

циональное закону изменения чг лы принимаемого сигнала (фиг п). юрткл ми разнополярными импульсэг- л n ы счкачкеобразного изменения Фаз г тн . (фиг З У). Это Чопряжение диц. ег.,.цир

щим блоком 21 преобразуете i в п я-лс- угольное напряжение (4 иг. Зж), которое поступает на вертикальный электрод OJiT Гй Амплигудныи детектор 22 ВЫДР/ чет огибающую сигчэля иг. Зз} YQ. орлч д. (. rirренцирук щим блоком 3 препипагу гсс в Д1Я коротких раз., и п/ uCf (ф г Зи). Причем поло:. |1тол. t триггим имп льсом запускается, а коротким офицч- тельным импульсом выключается генератор

4 пилообовз oio напряжечия, выходное

напряж1 кие которого (фиг Зк) испочьзч етсч

для ф(/г жирования горизонтальной разие тки DPI 25. При этом на : paijf ЭЛТ

opj €JTCR изображение виде пррмоугольного импульса с короткими разнополярными импульсами на его nepun.iu (фиг. Зж и фиг. 56) Причем длите; но-;ть импульса пропорцион льна дли1Г н v и Гс оби фуженного ЛЧМ -ФМм , мплитуд, импульса пропорциональна скорости изменения частоты у внутри сигнала, а площадь импульса про порции н алчна девиации частоты Д fo - у Гп Tj/HHHMdf мо- го ЛЧМ-ФМн сигнала.

Число коротких разнополярных импульсов равно количеству скачков фазы п при- ни лаемою ЛЧМ-ФМн сигналов. Между количеством скачков фазы m и ко,п 1чеством элементарных посылок N существует следу

ющая аналити юская зависимость:

N 0,5(т + 1).

Подсчитав количество скачков фазы т, можно определито количество элементарных посылок N. Оценив Тс и TJ. можно омредслить длительность элементарных посылок

Гп N

Время задержки Гт линии 6 з .v ,жки

выбирается тачим, что можно визуально оценить основные параметры обнаруженного ЛЧМ-ФМн сигнала, t о гнодтя осциллограммы на экранах ЭЛ Г 7, 25 и 2. По

истечении этого времени напряжение с выхода линии б задержки поступав ма входи сброса пороговых элементов 43 - чгэ ь- сбра сывает их содержимое на чулеьое значение При этом генератор 1 развертки переводитen в режим перестройки, а ключ В закрысэ ется, т е переводится в свое исходное состояние С этого момента времени проСМО.р 10Д.1ЦНОГО ЧаС ОТНОГО ДИ iM.ilOlU Of И

поиск ЛЧМ-ФМи сигналов продолжается D слу iae след/ю смо ЛЧМ-ФМп сигналя работа анализатора происходит знало ич ным образом.

Формула изобретения

Осциллзгра Јич°ский анализатор спект ра содержащий последовательно соеди неннь р гетеродин, с меситель, второй РЧПД котор го соединен с входом анализ пора, усилитель промежуточной 1(аспты и оСжа- ружитель, второе ход которого соединен г, выходом линии задержки, , выход подх но чем к входу линии , ддг-р ,.ки, к второму входу г лючэ первый вх f (-гтооого соединен . поводом усилителя прог/сжуто i и ты и к вертикальному электроду первой ттектронно-лучевси тгубки, горизонталь ный э/тектрод которою соединен с втором -диодом генератора газвертки, а тнк.те п ) гледо 5отельно пключенние генератор опор ноге напряжения фазогращатеть нт первый усилители и горизонтальный этек- гпод второй электро11но-лумевой тг;уГ)ки, «ер шкальный электрод коюр и tO| r-o п,с оэй усил1 гель соединен г РЬКОДОМ генр- рэтора опорного напряжения, а модулирующий эле трод с выходом выпрямите пя отличающийся г ем что, с целью расширения функциональных возможностей путем визуальной оценки ос новных параметров сигналов с комЬин ро- ваннои линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией в чего введены ДРЙ умножителя частоты на восемь, два делителч на восемь, перемножитель, два полосовых с| ильтра, два частотных детектора, амп- лнтудныйдетектор,два

диф юренцирующих бпока блок регулируе- f )й задержки, узкополосный фильтр, фазовый детектор, управляющий блок, генератор пилообразного напряжения и третья тл 11 тронно-лучевая трубка, выход ключа через последовательно включенные перемможигель, первый полосовой фильтр и первый частотный детектор под лю-1ен к входу выпрямителя, к выходу ключа последовательно подключены первый умножи ТР. часто ы на восемь, первый делитель остоты на восемь, второй полосовой ильтр и блок регулируемой задержки, выход которою соединен с вторым входом пе- ремножшелл, к выходу первого попосового фильтра последовательно подключены вто- гюп ум о/ ительчастоты на восемь второй делитгль частоты на восемь, узкополосный фильтр и фазовый детектор второй вход которою соединен с выходом генератора one иного напряжения а вьмод с входом упра )ляющего блока, выход которого соединен с вторым входом блока регулируете i задержки, к выходу ключа s огледопзтельнс подключены второй частотный детектор, первый дифференцирующий блок и вертикальный электрод третьей злрктронно пучев зыходклю аче- ргч notледовательно включенные амплитудныйдетектор,второй дифференцирующий блок и генератор пи- лообррзного напряжении соединен с гори- сонт льным электродом третьей электроннгл-учевой трубки, вход гетероди- Hi через генератоп развертки соединен с зыходом обнаружителя.

Отб

чOJ

«3 CN Ј

CM - C4|

ч -5 ч

ФигЛ

Л --о

. и

X

2

О Ј

Ј

„

|г /

3,