Устройство фильтрации Советский патент 1991 года по МПК H03H21/00 H03H11/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемной и измерительной аппаратуре для (фильтрации непрерывного радиосигнала с широкополосной гармонической частотной модуляцией.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени определения значения несущей частоты.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства фильтрации; на фиг. 2, 3 и 4 - структурные схемы блока выбора сигналов, коммутатора и вычислителя номера канала.

Устройство фильтрации содержит N полосовых фильтров 1.1-1 .N, блок 2 вы- , бора сигналов, блок 3 синхронизации, синтезатор 4 сетки частот, блок 5 коррекции, N детекторов 6.1-6.N, коммутатор 7, блок 8 формирования номера фильтра и вычислитель 9 номера канала. Блок 2 выбора сигналов содержит амплитудные детекторы 10, сумматоры 11, компаратор 12, ключи 13, выходной сумматор 14, входы 15.1-15.N, коммутационные выходы 16.1-16.

Коммутатор 7 содержит ключи 17, входы 18.1-18.N, управляющие входы

о

4V О

О

сл

19.2-19.(), выходы 20.1-20o4.

Вычислитель 9 номера канала содержит ключи 21 - 23, компараторы 24 и 25, сумматоры 26, перемножители 27, делители 28 и 29, вычитатели 30 - 32, блок 33 округления.

Устройство работает следующим образом. Фильтруемый непрерывный радиосигнал с широкополосной гармонической ю частотной модуляцией поступает на объединенные входы N полосовых фильтров 1.1-1.N. Амплитуда сигнала предполагается постоянной (при приеме ЧМ- сигналов традиционно используется ог- 1 раничение амплитуды, С выходов полосовых фильтров 1.1.-1.N спектральные составляющие сигнала поступают на входы блока 2 выбора сигналов. Компаратор 12 этого блока сравнивает между собой Д уровни поступивших составляющих и вырабатывает коммутирующее напряжение, поступающее на один из коммутационных выходов блока 2. Появление высокого уровня на одном из выходов компаратор& 12 блока 2 приводит к блокированию всех остальных выходов компаратора 12, т.е. к блокированию всех других коммутационных выходов блока 2. Таким образом, появляется возможность пропус- 3 кать на опорный выход блока 2 колебания, отобранные с помощью компаратора 12. При сложении соседних составляющих в сумматорах 11, включенных в состав блока 2, можно выходным напряжением $ компаратора 12 открыть один из -.ключей, через которые выходы сумматоров 11 соединены с входами выходного сумматора 14 блока 2. Выход последнего сумматора - опорный выход блока 2. Це- 4 лесообразно открывать тот ключ 13, через который на опорный выход в паре пройдет и та составляющая, уровень которой оценен компаратором как наибольший. В этом случае гарантировано пос-14 тупление двух колебаний с частотами, отличающимися на FW, на вход блока 3 синхронизации. В последнем происходит смешивание двух колебаний, колебание с частотой биений - FM и одно из сме-j шиваемых колебаний поступают на вход синтезатора 4 и сетки частот. Появление коммутационного напряжения на коммутационном выходе блока 2 приведет к возникновению этого же напряжения на соответствующем управляющем входе коммутатора 7 и на соответствующем входе блока 8 формирования номера фильтра.

В то же время выходные колебания синтезатора 4 через блок 5 коррекции поступают на другие входы детекторов 6.1-6.N. В блоке 5 при настройке выставляются (корректируются) уровни и фазы составляющих сетки частот, которые служат опорными колебаниями для детекторов 6.1-6.N, где осуществляется амплитудно-фазовое детектирование спектральных составляющих входного ЧМ-сигнала. На выходах детекторов 6.1-6.N в соответствии со спектром входного радиосигнала получаются напряжения, пропорциональные 1л(х), где 1 () - функция Бесселя первого рода порядка V . Здесь 3 - номер спектральной составляющей, попавшей в определенный канал фильтрации, х - индекс частотной модуляции. Данные о 1(х) поступают на входы коммутатора 7.

Если рассмотреть выходные сигналы четырех соседних детекторов б и использовать известное из теории функций Бесселя соотношение, можно получить

fi±il Х

х)(х)+1(х)

и

йр- I.

.(X)WX)Следовательно

Vl) J-bi. Moo +W

-(} +2) -13МЛ 1,-,

V, Б)) Щ1-Г

где Об -1 (х). l9f, Cx)+Ij4f (x) ; |&-Iju (х) I Xf(x)+Ij4Ј(x).

По результатам анализа-выходов четырех соседних каналов фильтрации можно получить сведения о том, какие спектральные составляющие попали в данные каналы.

Появление коммутационного напряжения на одном из управляющих входов коммутатора 7 вызывает подключение выходов соответствующих детекторов

6.1-6.N к входам вычислителя 9 номера канала. Так например, появление напряжения на входе 18.2 (см. фиг. 3) вызовет подключение к входам 20.1-20.4 вычислителя 9 соответственно выходов детекторов 6.1-6.4. При этом выходы остальных детекторов от входов вычислителя 9 отключены.

Коммутирующее напряжение, поступившее с выхода блока 2 на соответствующий вход блока 8, преобразуется в последнем в напряжение, соответствующее самому низкочастотному каналу из четырех, по которым ведется измерение Это напряжение поступает на соответствующий вход вычислителя 9. Разность между данным напряжением и величиной 3 дает номер канала несущей.Эта задагруппе четырех детекторов 6.1-6.N и измерение V будет обеспечено. Пусть например, наибольший уровень наблюдается в третьем канале, тогда опорные колебания для синтезатора 4 будут получены из составляющих 3-го и 4-го каналов фильтрации (см. фиг. 2). Коммутирующее напряжение поступит на управляющий вход 18.3 коммутатора 7 и к входам вычислителя 9 будут подключены выходы соответственно 2-го, 3-го, 4-го, 5-го детекторов 6. Одновременно через блок 8 в вычислитель 9 поступит и новое значение напряжения, соответствующее второму каналу фильтрации (с учетом поправки на единицу).

Таким образом осуществляется бес-

10

15

поисковое определение положения несу- ча решается вычислителем 9, удовлетво-20 щей. ряющим указанным ниже требованиям. Конструктивные особенности предла- При отсутствии модуляции (или при гаемого устройства заключаются в сле- х « 1) устройство работает иначе. Син- дующем.

теэатор 4 не работает, и на всех выхо- Полоса пропускания каждого из подах коммутатора 7 напряжение равно 25 лосовых фильтров 1 равна известной нулю. В этом случае компаратор 24, частоте модуляции FM, их централь- включенный в состав вычислителя 9, вы- ные частоты смещены по отношению друг рабатывает сигнал, который, воздейст- к ДРУГУ на Рл. Итоговая амплитудно- вуя на управляющие входы ключей 21, частотная характеристика равномерно 23 вычислителя 9, блокирует вход вы- 30 перекрывает заданный диапазон, числителя 9 и отключает все каскады Число входов компаратора 12 равно вычислителя 9 за исключением последне- ЧИСЛУ каналов фильтрации N. Количест6050

группе четырех детекторов 6.1-6.N и измерение V будет обеспечено. Пусть например, наибольший уровень наблюдается в третьем канале, тогда опорные колебания для синтезатора 4 будут получены из составляющих 3-го и 4-го каналов фильтрации (см. фиг. 2). Коммутирующее напряжение поступит на управляющий вход 18.3 коммутатора 7 и к входам вычислителя 9 будут подключены выходы соответственно 2-го, 3-го, 4-го, 5-го детекторов 6. Одновременно через блок 8 в вычислитель 9 поступит и новое значение напряжения, соответствующее второму каналу фильтрации (с учетом поправки на единицу).

Таким образом осуществляется бес-

10

15

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности фильтрации и уменьшение времени определения значения несущей частоты. Устройство фильтрации содержит полосовые фильтры 1, блок 2 выбора сигналов, блок 3 синхронизации, :синтезатор 4 сетки частот, блок 5 коррекции, детекторы 6, коммутатор 7 блок 8 формирования номера фильтра и 2-У вычислитель 9 номера канала. Фильтруемый непрерывный радиосигнал с широкополосной гармонической частотной модуляцией (ЧМ) поступает на полосовые фильтры 1. Полученные спектральные составляющие сигнала поступают на одни входы детекторов 6 и через последовательно соединенные блоки 2, 3, синтезатор 4 и блок 5 - на другие входы детекторов 6. После осуществления амплитудно-фазового детектирования спектральных составляющих входного ЧМ-сигнала полученные сигналы поступают через управляемый коммутатор 7 на вычислитель 9; При отсутствии модуляции на выход вычислителя 9 проходит с блока 8 напряжение, в котором содержится информация о положении не модулированной несущей. Если положение несущей изменится, то в устройстве осуществляется беспоисковое определение положения несущей. 4 ил. г Р

го (вычитатель 32 на фиг. 4), через который на выход вычислителя 9 проходит выходное напряжение блока 8, В

во соответствующих выходов компаратора 12 также равно N (см. (7)). В качестве коммутационных выходов блока

этом напряжении содержится информация 2 используются выходы компаратора 12 о положении немодулированной несущей. со второго по (М-2)-й включительно

(см

При наличии модуляции по крайней мере на одном из выходов коммутатора 7 есть напряжение, и компаратор 24 в составе вычислителя 9 деблокирует вход и выход вычислителя 9. Если равна нулю составляющая на третьем входе 20.3 вычислителя 9, компаратор.25 (см.

фиг. 2). Блок 2 вырабатывает два колебания, частоты которых отличаются на Гдц (эти колебания снимаются с опорного выхода), и постоянное напряжение на одном из коммутационных выходов, который соответствует каналу с наиболее интенсивной спектфиг. 4) вырабатывает управляющее нал- 45 составляющей. Исходя из априряжение, которое, воздействуя на ключ 22, позволяет подать нулевое напряжение на вход вычитателя 31. Выходным напряжением компаратора 25 с помощью еще одного ключа аналогичным образом можно обезопасить от операции деления на ноль.

Если положение несущей изменится, то после окончания переходных процессов устройство определит новое ее положение. Если изменяется номер канала, в котором интенсивность спектральной составляющей максимальна, то коммутатор 7 подключится к новой

2 используются выходы компаратора 12 со второго по (М-2)-й включительно

(см

фиг. 2). Блок 2 вырабатывает два колебания, частоты которых отличаются на Гдц (эти колебания снимаются с опорного выхода), и постоянное напряжение на одном из коммутационных выходов, который соответствует каналу с наиболее интенсивной спекторных данных о ширине спектра входного ЧМ-сигнала можно число каналов N выбрать достаточно большим, чтобы иметь основание считать вероятность

появления спектральной составляющей с наибольшей интенсивностью в первом и N-м каналах пренебрежимо малой.Одновременное срабатывание компаратора 12 по двум и более близким по амплитудам сигналам исключают, используя регенерацию.

Блок 3 (см. фиг. 1) должен содержать смеситель для получения из двух колебаний, снимаемых с опорного вы /и

хода блока выбора 2, низкочастотного колебаний на частоте F-, Одно из двух смешиваемых колебаний при этом поступает вместе с колебанием частоты F, на вход синтезатора 4 сетки частот. Блок коррекции должен обеспечивать возможность корректировки уровня и фазы составляющих сетки частот при настройке амплитудно-фазовых детекторов на правильную работу (уро- вень опорного сигнала должен суще- ственно превышать уровень детектируемого) . В случае фильтрации немодулированной несущей синтезатор 4 не ра- ботает, и уровни выходных напряжений детектора 6 должны быть пренебрежимо малыми (равными нулю).

Блок 8 должен вырабатывать пап- . ряжение, уровень которого соответст- вует номеру коммутационного выхода блока выбора сигналов 2, ня котором появилось управляющее напряжение. Затем это напряжение смещается на уровень, соответствующий единице. В ре- эультате на выходе блока 8 вырабатывается напряжение, соответствующее номеру самого низкочастотного (первого) канала из четырех, подключаемых коммутатором 7 к входам вычислителя 9. При поступлении на блок 8 напряжений с одного из крайних выходов компаратор ра 12 блока 2 в блоке 8 формируются напряжения, индицирующие расстройку устройства относительно заданного диапазона частот.

Блок 8 может быть реализован в виде усилителей, входы которых подключены к соответствующим коммутационным выходам блока 2, а выходы усилн- телей соединены с входами сумматора; выход сумматора служит выходом блока 8.

Алгоритм работы вычислителя 9 заключается в следующем. Если обозначить сигналы на выходах коммутатора 7 (соответственно возрастанию частоты канала фильтрации) как а, Ь, с, d, то операции, осуществляемые в вычислителе 9 с группой таких четырех сигналов из N, выглядят так:

А b(b+d) В с(а+с)

}

-1

- 1

где N - номер составляющей, соответствующей самому низкочастотному каналу четверки. Так как второй канал соответствует сигналу наибольшего уровня, в.первом и третьем будут не нулевые сигналы (рассматривается случай модулированного сигнала), и указанные операции могут быть реализованы. Кроме того, следует учесть, что одновременное обращение в ноль соседних спектральных составляющих невозможно.

Эксплуатационные и точностные характеристики устройства могут быть улучшены, если применить цифровые коммутатор и вычислитель.

Формула изобретения

Устройство фильтрации, содержащее N полосовых фильтров, входы которых соединены и являются входом устройства фильтрации, N детекторов и коммутатор, 1-й вход которого, где i«1,N, соединен через 1-й детектор с выходом 1-го полосового фильтра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшение времени определения значения несущей частоты, в него введены блок выбора сигналов, 1-й вход которого соединен с выходом 1-го полосового фильтра, блок формирования номера фильтра, 1-й вход которого соединен с i-м коммутационным выходом блока выбора сигналов и i-м управляющим входом коммутатора, вычислитель номера канала, входы которого соединены с выходами коммутатора, блок коррекции, 1-й выход которого подключен к второму входу 1-го детектора, и последовательно соединенные блок синхронизации и синтезатор сетки частот, выходы которого соединены с входами блока коррекции, причем опорный выход блока выбора сигналов соединен с входом блока синхронизации, а выход блока формирования номера фильтра подключен к.другому вхо-/ ду вычислителя номера канала.

a Bed

Редактор Н. Коляда

Составитель С. Музычук Техред Л.Олиймык

Заказ 1555

Тираж 451

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКнТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

фигЛ

Корректор Л. Натай

Подписное