Устройство для измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

ч| 00

Ј

OJ СО

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения средней скорости изменения частоты, отклонения скорости изменения частоты от среднего значения, девиации частоты и длительности линейно- частотно-модулированных (ЛЧМ) радиоимпульсов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности и девиации частоты ЛЧМ радиоимпульсов, а также средней скорости изменения частоты парциальных импульсов составленных ЛЧМ сигналов и повышения точности измерения средней скорости изменения частоты одиночных ЛЧМ сигналов.

На фиг.1 приведена функциональная блок-схема устройства для измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов; на фиг.2 функциональная блок- схема блока индикации; на фиг.З - функциональная блок-схема вычитающего блока; на фиг.З и 4 - эпюры, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения параметров ЛЧМ сигналов (фиг.1) содержит фазовращатель 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты, усилитель-ограничитель 4, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, счетчик 7 импульсов, фазовращатель 8, амплитудный детектор 9, вычитающий блок 10, делитель 11, кварцевый генератор 12, элемент И 13, счетчик 14 импульсов, линию задержки 15, амплитудный детектор 16, блок регулируемой задержки, блок 18 формирования интервалов счета, дифференцирующую цепь 19, сумматор 20, блок памяти 21, умножитель 22, блок индикации 23.

При этом в устройстве соединены последовательно линия задержки 15, фазовра- щатель 8, смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, усилитель-ограничитель 4. Элемент И 5, счетчик 6, вычитающий блок 10, делитель 11, умножитель 22, блок индикации 23, последовательно соединены амплитудный детектор 16, дифференцирующая цепь 19, блок регулируемой задержки 17, блок формирования интервалов 18, элемент 13, счетчик 14, сумматор 20, последовательно соединены кварцевый генератор 12, счетчик7, фазовращатель 1, При этом выход сумматора 20 соединен с первым входом блока индикации 23 и вторым входом умножителя 22. Выходы делителя 11 соединены с третьим входами блока индикации 23. Вход линии задержки 15 соединен с входами фазовращателя 1 и амплитудного детектора 16 и является входом устройства. Вход амплитудного детектора 9 соединен с выходом усилителя промежуточной частоты

3, а выход соединен с третьими входами элементов 5,13. Выход блока 18 формирования интервалов счета соединен с вторыми входами элементов И 5, 13, Первый вход элемента И 13 соединен с последним разрядным выходом счетчика 7, остальные разрядные выходы счетчика 7 соединены управляющими входами фазовращателя 8. Прямые разрядные выходы счетчика 14 соединены вторыми входами делителя 11 и первыми входами сумматора 20, вторые входы сумматора 20 соединены с выходами блока памяти 21. Выход дифференцирующей цепочки 19 соединен с установочным входами

счетчиков 6, 14.

Блок индикации 23 (фиг,2) содержит двоично-десятичные дешифраторы 24, 25, 26 и цифровые индикаторы 27, 28, 29.

Вычитающий блок 10 (фиг.З) содержит

преобразователь 30 инверсного хода в дополнительный и сумматор 31.

Работа предлагаемого устройства заключается в следующем. Анализируемый ЛЧМ сигнал видаj.

U i(t)Vicos{27T FH 1+0,5/312+ /Q AF(t) po} при 0 i t ти

где Vi, FH, В, ро - амплитуда, начальная частота, скорость частотной модуляции (ЧМ) и начальная фаза сигнала,

Л F(t) - функция, описывающая внутри- импульсные отклонения частоты от линейного закона, поступает на вход фазовращателя 1 и через линию задержки 15 на вход фазовращателя 8.

Кварцевый генератор 12 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования

,5Рсд& П ,

где РСдв - смещение частоты сигнала;

п - количество ступеней апроксимации пилообразной фазовой модуляции,

FCA& выбирается с таким расчетом,, чтобы она была значительно больше предлагаемых отклонений мгновенной частоты исследуемых ЛМЧ сигналов от линейного закона изменения частоты во времени и составляет 15...20 МгЦ. При использовании

известных в настоящее время дискретных фазовых модуляторов с числом разрядов управляющего цифрового кода N 6 количество ступеней аппроксимации может составить 64. N - разрядный счетчик 7 импульсов, работающий со сбросом, при переполнении осуществляет подсчет тактовых импульсов генератора 12. Прямые и инверсные выходы счетчика 7 подаются в качест- ве управляющих соответственно на входы дискретных фазовращателей. В результате ступенчатой пилообразной фазовой модуляции ЛЧМ сигнала на фазовращателях происходит смещение задержанного и не задержанного исследуемых сигналов по частоте соответственно вверх и вниз на величину Рсм/2. Использование фазовращате- 5 лей 1,8 позволяет уменьшить влияние их инерционности на точность измерения за счет уменьшения в два раза частоты повторения управляющего кода.

Разнесенные по частоте на величину 10 FCM задержанный и не задержанный ЛЧМ сигналы перемножаются на смесителе 2. На выходе смесителя 2 образуются комбинационные частотные составляющие, из состава которых усилителем промежуточной часто- 15 ты (УПЧ) 3 выделяется разностная частотная составляющая частотой гупч /Згз+ ДРсм+Д F(t) тз и через усилитель-ограничитель 4 подается на первый вход элемента И 5. Усилитель-ограничитель 4 служит для 20 устранения влияния паразитной амплитудной модуляции на результаты измерения и формирования импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами из синусоидального напряжения на выходе УПЧ 3. 25

Сигнал частоты Тупу /ЗтЗ+ДРСмД+ Р(Т.)ТЗ поступает также на вход амплитудного детектора 9 на выходе которого выделяется огибающий сигнал с выхода УПЧ 3 длительностью Т2 Г4 -та. Этот импульс подается 30 на третьи входы элементов I/I 5 и 13 (фиг.Бд).

Амплитудный детектор 16 выделяет огибающую входного ЛЧМ сигнала длительностью Л TV. С выхода амплитудного детектора 16 видеоимпульс длительностью 35 TI ги(фиг.5б) поступает на дифференцирующую цепь 19, На выходе дифференцирующей цепи 19 выделяется два разнополярных импульса соответствующие фронту и спаду входного видеоимпульса (фиг.бв). Импульс, 40 соответствующий фронту импульса, поступает на вход блока регулируемой задержки

17и на установочные входы в нулевое состояние счетчиков 6,14, устанавливая их в исходное состояние,45

Длительность Тз1 блока регулируемой задержки 17 выходного импульса может регулироваться В Пределах ОТ Глшп17 ДО t max I г min выбирается равной г 3 линии задержки 15 (фиг.5е) выбирается равной мак- 50 симальной длительности входных ЛЧМ сигналов.

Блок формирования интервалов счета

18запускается по спаду импульса с выхода блока регулируемой задержки. Длитель- 55 ность его импульса регулируется от т mm 18

до т max 18 , fm m 18 выбирается равной минимальной длительности т Пар.+ парциаль- ного ЛЧМ сигнала всоставном ЛЧМ сигнале

(фиг.5ж). г max 18 выбирается равной максимальной длительности входных ЛЧМ сигналов (фиг.бж). Импульсы с выхода блока формирователя интервалов счета 18 поступает на вторые входы элементов И 5 и 13. На выходах элементов И 5 и 13 выделится пачка импульсов, длительность которого равна длительности импульса с выхода блока 18, и задержанная относительно начала входного ЛЧМ сигнала на величину т 331 (фиг.5а,г).

На выходе элемента И 13 количество импульсов в пачке будет пропорционально величине РСмТи 18.

Это обусловлено тем, что на первый вход элемента И 13 поступают импульсы с выхода последнего разряда счетчика 7 с частотой равной F см.

На выходе элемента И 5 количество импульсов в пачке будет пропорционально величине (FCM+/ Т з+Д F(t) Т 3) Т и 18

Счетчики 6 и 14 осуществляют подсчет импульсов, поступающих на их входы. По окончании импульсов строба с блока 18 на выходах счетчиков 6 и 14 образуется код NI и N2 соответственно. Причем

Г и18

Nl(FCM+ ft -Тз+ДР Г.,) „18

ИЛИ NhsN2+(/8 Г з + AF(t)T 3) Т 4418

где FCM - частота смещения ;

т з - величина задержки в линии задержки 15;

ft- скорость частотной модуляции входного ЛЧМ сигнала;

AF(t) - внутриимпульсные отклонения частоты от линейного закона;

t и18- длительность импульса на выходе блока 18.

В случае, когда длительность импульса блока 17 т317 равна длительности Т3 линии задержки 15, а длительность импульса блока 1ST и18 равна ДЛИТеЛЬНОСТИ Гтах 18, КОДЫ

NI и N2 будут пропорциональны следующим выражениям

N2SFCMTM18

N 1г(Рсм+ Р -Тз+А. F(t) rj)( Ти - Г3 )

или Ni N2+ty Т з + AF(t)r 3)

(Т -Т3) N2 -Ml

Таким образом код на выходе счетчика 14 пропорционален длительности сигнала, а код на выходе счетчика 6 пропорционален как длительности сигнала так и скорости частотной модуляции ft и внутриимпульс- ным отклонениям частоты от линейного закона А F(t).

Код NI и N2 поступают на вычитающий блок 10. Для упрощения операции вычисления разности используется инверсный код N2 счетчика 14, который в преобразователе 30 преобразуется в дополнительный код

N21. Преобразователь 30 представляет из себя сумматор, на втором входе которого в младшем разряде всегда присутствует единица. Сложение инверсного кода № и 1 дает дополнительный код. Далее при сложении на сумматоре 31 кода NI и дополнительного кода №1 на выходе получается результат равный разности Ni-N2 Ni1. Значение двоичного кода пропорционально таким образом;

М11(Ј-тз+ AF(t),)

Делитель 11 осуществляет операцию деления двоичного числа N1i на число №. В результате двоичное число на выходе делителя будет пропорционально выражению:

1МГ1/№ /Зт3+ДР(т) т3 .

Среднее значение A F(t) за время, равное длительности сигнала ги, равно нулю, поэтому в режиме измерения параметров обычного (не составного) входного ЛЧМ сигнала двоичное число на выходе делителя будет пропорционально /3 средней скорости измерения частоты ЛЧМ сигнала, т.е.

М11/№ /Згз .

Этот код в двоичной форме поступает на третий вход блока индикации 23. Показания индикатора 29 будут соответствовать /3- скорости измерения частоты ЛЧМ сигнала. Величину г з учесть легко при выборе г 3.10К, где К-1±2..., путем переноса запятой в показаниях индикатора 29. Кроме того код N i/Na поступает на выход умножителя 22,

Двоичный код N2 с выхода счетчика 14 поступает на вход сумматора 20. На второй вход сумматора 20 поступает код соответствующий Рсм Тз с блока памяти 21. Блок памяти 21 может быть выполнен например на переключателях. Таким образом при известной FCM на выходе сумматора 20 будет двоичное число соответствующее длительности т и входного ЛЧМ сигнала. Это число в параллельном коде поступает на первый вход блока индикации 23 и на вход умножителя 22.

В умножителе 22 производится умножение двоичного числа, соответствующего длительности импульса ЛЧМ сигнала г и, на двоичное число соответствующее скорости изменения частоты, Таким образом на выходе умножителя 22 получается произведение Тц / и равное девиации частоты Af. Двоичное число соответствующе поступает на второй вход блока индикации 23 и отображается на индикаторе 28.

В случае измерения параметров парциального ЛЧМ радиоимпульс составного ЛЧМ сигнала (фиг.4) величина задержки тзп блока 17 устанавливается равной задержке парциального радиоимпульса относительно начала ЛЧМ сигнала с учетом задержки в линии 15, а длительность импульса (который определяет величину интервала измерения) блока 18 гИ18 устанавливается

равным длительности парциального ЛЧМ радиоимпульса. В остальном работа устройства аналогична первому режиму. В этом случае показания блока индикации 23 будет соответствовать длительности Тпарц, девиации частоты Afnapu и скорости изменения частоты /3 парц парциального ЛЧМ радиоимпульса (фиг.4).

Режим измерения отклонения скорости изменения частоты / от линейного закона

(внутриимпульсных отклонений A F(t)) аналогичен режиму измерения параметров парциального ЛЧМ радиоимпульса. При этом ЛЧМ сигнал условно делится на несколько ЛЧМ радиоимпульсов и измеряются параметры каждого. Таким образом в каждом интервале счета измеряют скорость измерения частоты (5 . Внутри импульсные же отклоненияА F(t) будут равны:

25

FW- 0 -0 .

где L - число интервалов счета,

или замеряя сначала среднюю скорость изменения частоты /3 за полную длительность ЛЧМ сигнала ти, внутриимпульсные отклонения частоты от линейного закона AF(t) можно определить так

AF(t)/3-/, , - скорость измерения частоты в каждом интервале счета.

Таким образом поставленная цель достигается за счет подсчета числа импульсов тактовой частоты, и числа импульсов с выхода смесителя дифференцирующего четырехполюсника в одном и том же интервале счета с последующим использованием кодов этих чисел для вычисления параметров ЛЧМ сигналов.

Точность измерения средней скорости

изменения частоты одиночных ЛЧМ сигналов в предлагаемом устройстве повышается не менее чем на порядок по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные линию задержки, первый фазовращатель, смеситель и усилитель промежуточной частоты,

последовательно соединенные первый счетчик импульсов и второй фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом смесителя, а также амплитудный детектор, вход которого соединен с входами линии задержки и второго фазовращателя и входной шиной устройства, вторая группа выходов первого счетчика импульсов соединена с управляющими входами первого фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения длительности и девиации частоты ЛЧМ сигналов, и повышения точности измерения параметров одиночных ЛЧМ сигналов, в него введены последовательно соединенные усилитель-ограничитель, первый элемент И, второй счетчик импульсов, вычитающий блок, делитель, умножитель и блок индикации, последовательно соединенные дифференцирующая цепь, блок регулируемой задержки, блок формирования интервалов счета, второй элемент И, третий счетчик импульсов и сумматор, а также второй амплитудный детектор, кварцевый генератор и блок памяти, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора, выходы которого соединены с вторыми входами умножителя и первыми входами блока

индикации, вход усилителя-ограничителя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и входом второго амплитудного детектора, выход которого подключен к

третьим входам первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединен с выходом блока формирования интервалов счета, первый вход второго элемента И соединен с последним разрядным выходом первого счетчика импульсов, инверсные выходы третьего счетчика импульсов соединены с вторыми входами вычитающего блока, а прямые выходы соединены с вторыми входами делителя, выходы делителя подключены к третьим входам блока индикации, вход дифференцирующей цепи соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход - с установочными входами второго и

третьего счетчиков импульсов, выход кварцевого генератора соединен с входом первого счетчика импульсов.

Использование: изобретение может быть использовано для измерения средней скорости изменения частоты, отклонения скорости изменения частоты от среднего значения, девиации частоты и длительности Зж линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) радиоимпульсов. Сущность изобретения: устройство содержит 2 фазовращателя (1,8), смеситель (2), 1 усилитель промежуточной частоты (3), 1 усилитель-ограничитель (4), 2 элемента И (5,13), 3 счетчика импульсов

Г

f- f I

23

L

j

Фиг 2

L

®иг 3