Индикаторное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01D7/10 

Изобретение относится к радиоизмери- тельн ой технике, а именно к индикаторным приборам, и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа, пеленгации и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМН), и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1682788.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности индикации.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема обнаружителя: на фиг. 3 - вид возможных осциллограмм на фиг. 4 частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, на фиг. 5 - фазовый метод пеленгации источника излучения сигналов в одной плоскости; на фиг. 6 - временные диаграммы поясняющие работу устройства.

Индикаторное устройство содержит генератор 1 развертки, первую электроннолучевую трубку (ЭЛТ) 2, первую приемную антенну 3, первый широкополосный усилитель 4, частотный детектор 5, дифференцирующие цепи 6 и 7, смеситель 8, первый усилитель 9 промежуточной частоты, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12 первый делитель 13 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 14, перемножитель 15 третий полосовой фильтр 16, второй умVI

4

- О Ю

hO

ножитель 17 частоты, четвертый полосовой фильтр 18, второй делитель 19 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 20, фазовый детектор 21, фильтр 22 нижних частот, формирователь 23 управляющего сигнала, элемент 24 управляемой задержки, обнаружитель 25, элемент 26 задержки, ключ 27, блок 28 поиска, гетеродин 29, частотный детектор 30, фазовращатель 31 на 90°, генератор 32 опорного напряжения, вторую ЭЛТ 33, третью ЭЛТ 34.

Обнаружитель 25 (фиг. 2) содержит входные элементы 35 и 36, измеритель 37 ширины спектра, умножитель 38 частоты на восемь, измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения и пороговый блок 41. Вторая приемная антенна 42 связана с вторым широкополосным усилителем 43.

Устройство содержит также вторые гетеродин 44, смеситель 45, усилитель 46 промежуточной частоты, перемножитель 47. полосовой фильтр 48, коррелятор 49, пороговые блоки50-51, ключ 52, перемножитель 53, полосовой фильтр 54, фазовращатель 55, ключ 56 и четвертую ЭЛТ 57.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, основано на использовании двух приемных каналов, частоты гетеродинов которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты. Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема (фиг. 4). При этом для обработки канальных сигналов, преобразованных по частоте, используется коррелятор. Наличие двух приемных каналов обеспечивает пеленгацию источника излучения сигналов фазовым методом. Для повышения пеленгации можно увеличить размеры измерительной базы d (фиг. 5). Возникающая при этом неоднознач ность отсчета угловой координаты flo останавливается корреляционной обработкой канальных сигналов.

Индикаторное устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частоты осуществляется с помощью блока 28 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону синхронно перестраивает частоты гетеродинов 29 и 44. Одновременно блок 28 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 33. которая используется как ось частот и соответствует полосе обзора заданного диапазона частот. Ключи 10, 27, 52, и 56 в исходном состоянии всегда закрыты. Частота настройки полосовых фильтров 48 и 54 выбирается равной удвоенному значению промежуточной частоты.

В качестве блока 28 поиска может быть использован генератор линейно изменяющегося напряжения.

Принимаемые сигналы с многократной

фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМН) с выходов приемных антенн 3 и 42 через широкополосные усилители 4 и 43 поступают на первые входы смесителей 8 и 45 соответственно, на вторые входы которых с выходов

гетеродинов 29 и 44 подаются напряжения линейно изменяющихся частот.

На выходах смесителей 8 и 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 9 и 46 выделяются напряжения

промежуточной (разностной) частоты, которые поступают на два входа коррелятора 49. На выходе коррелятора 49 образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R (т }. которая имеет один

главный лепесток и несколько боковых лепестков. При этом уровень боковых лепестков значительно меньше уровня главного лепестка. Пороговый уровень в блоке 51 выбирается таким, чтобы его не превышали случайные

помехи. Он превышается только при максимальном выходном напряжении коррелятора 49, которое соответствует главному лепестку корреляционной функции R(г0 ).

Так как канальное напряжения образуются одним и тем же сигналом, принимаемым по основному каналу (фиг. 4), то между ними существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 49 достигает максимального значения и

превышает пороговый уровень в блоке 51. При превышении порогового уровня Unopi в блоке 51 формируется постоянное управляющее напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 52 и открывает его.

При этом напряжение с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 52 поступает на вход обнаружителя 25. На выходе умножителя 38 частоты на восемь образуется колебание, в котором фазовая

манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра восьмой гармоники сигнала определяется длительностью сигнала, тогда как ширина спектра принимаемого сигнала определяется длительностью его элементарных посылок, т. е. ширина

спектра восьмой гармоники сигнала в N раз

меньше ширины спектра входного сигнала.

Следовательно, при умножении частоты

ЛЧМ-МФМН сигнала на восемь его спектр

сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ЛЧМ-МФМН сигнал даже тогда, когда его мощность на входе устройства меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра входного сигнала измеряется с помощью измерителя 37, а ширина спектра восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 39, Напряжения с выходов измерителей 37 и 39 ширины спектра поступают на два блока 40 сравнения. На выходе блока 40 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на выход блока 41, где сравнивается с пороговым напряжением. Последнее выбирается таким, чтобы этот уровень не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМН сигнала. При превышении порогового напряжения в блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 28 поиска, переводят его в режим остановки, на вход элемента 26 задержки, на управляющие входы ключей 10 и 27, открывая их, и на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 33. С этого момента времени просмотр заданного диапазона частот и поиск сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМН сигнала, которое определяется временем задержки элемента 26. При этом на экране ЭЛТ 33 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту обнаруженного сигнала (фиг. За),

При прекращении перестройки гетеродинов 29 и 44 усилителями 9 и 46 промежуточной частоты выделяются напряжения, которые с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 10 поступают на вход умножителя 11 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение выделяющееся полосовым фильтром 12 и поступающее на вход делителя 13 частоты на восемь. На выходе последнего образуется напряже.1ие (фиг. 6в), которое представляет собой ЛЧМ сигнал на промежуточной частоте, выделяется полосовым фильтром 14 и поступает на вход частотного детектора 5. На выходе последнего образуется видеоимпульс (фиг. 6г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции.

Указанный видеоимпульс поступает на вход дифференцирующей цепи 6, выходной импульс (фиг. 6д) которой подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 2 и на вход дифференцирующей цепи 7. На выходе последней образуются короткие разнопо- лярные импульсы (фиг. бе). Положительным коротким импульсом закрывается генератор 1 развертки. Сформованное пилообразное напряжение (фиг. 6ж) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 2, на экране которой образуется импульс (фиг. 6д), Длительность этого импульса пропорциональна длительности принимаемого ЛЧМ-МФМН сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты внутри импульса, а площадь

0 осциллограммы -девиации частоты принимаемого ЛЧМ-МФМН сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экран ЭЛТ 2 наносится координатная частотно5 временная сетка.

Напряжение (фиг. 6в) с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход элемента 24 управляемой задержки, на выходе которого образуется напряжение,

0 которое подается на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает принимаемый ЛЧМ-МФМН сигнал (фиг. 66) промежуточной частоты с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через

5 ключ 52. На выходе перемножителя 15, образуется напряжение биений (фиг. бз), которое представляет собой ФМН сигнал на частоте биений. Частота биений определяется скоростью изменения частоты сигнала

0 и величиной задержки.

Напряжение выделяется полосовым фильтром 16 и поступает ма вход умножителя 17 частоты на восемь, на выходе которого образуется гармоническое колебание.

5 Напряжение выделяется полосовым фильтром 18 и поступает на вход делителя 19 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг. 6и), которое представляет собой гармоническое колеба0 ние на частоте биений. Напряжение выделяется полосовым фильтром 20 и поступает на первый вход фазового детектора 21, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 32 опорного напряже5 ния.

Если указанные напряжения отличаются одно от другого по частоте и фазе, то на выходе фазового детектора 21 образуется управляющее напряжение. Амплитуда и по0 лярность этого напряжения зависят от степени и направления отклонения частоты биений от частоты генератора 32 опорного напряжения. Управляющее напряжение выделяется фильтром 22 нижних частот и с помощью формирователя 23 управляющего

5 сигнала воздействует на управляющий вход элемента 24 управляемой задержки, изменяя величину задержки так, чтобы выполнялось равенство частоты биений и опорной частоты

Для визуальной оценки величины скачков фазы и кратности фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ-ФМФН сигнала используется ЭЛТ 34 с круговой разверткой, формирующейся с помощью генератора 32 опорного напряжения, частота которого поддерживается равной частоте биений с помощью системы автоматической подстройки частоты. Напряжение (фиг. 6з) с выхода полосового фильтра 16 через открытый ключ 27 поступает на вход частотного детектора 30, на выходе полосового фильтра 16 через открытый ключ 27 поступает на вход частотного детектора 30, на выходе которого формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг. 6к), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы сигнала (фиг. 6з).

Напряжение с выхода генератора 32 опорного напряжения поступает непосредственно на вертикально отклоняющие пластины, а через фазовращатель 31 на 90° - на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 34, образуя на ее экране круговую развертку. Сформированная последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг. 6к) с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 34 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 34 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. 36, в, г). Количество точек определяет кратность m фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМН сигнала. При неравенстве частот яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности m фазовой манипуляции и величины скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМН сигнала резко снижается. Для устранения этого используется система фазовой автоподстройки частоты.

Напряжение с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 52 одновременно поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого подается напряжение с выхода усилителя 46 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 53 образуется гармоническое колебание, которое выделяется полосовым фильтром 54. Напряжение с выходов гетеродинов 29 и 44 одновременно поступают на два входа перемножителя 47, на выходе которого образуется гармоническое колебание, которое выделяется полосовым фильтром 49 и поступает непосредственно на горизонтально отклоняющие пластины, а

через фазовращатель 55 на 90° - на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 57, образуя на ее экране круговую развертку. Для повышения точности пеленгации

источника излучения ЛЧМ-МФМН сигналов необходимо увеличивать размеры измерительной базы. Возникающая при этом неоднозначность отсчета угловой координаты устраняется корреляционной обработкой

канальных сигналов. При этом максимум корреляционной функции соответствует зоне однозначного отсчета угловой координаты Д , т. е. области, где разность фаз изменяется в пределах In . Выходное напряжение коррелятора 49 будет максимальным, только при R(ro ) (TO . где - истинный пеленг). При этом пороговый уровень в пороговом блоке 50 превышается только при максимальном значении корреляционной функции R(TO ), а следовательно, при максимальном напряжении и не превышается при значении т соответствующих боковым лепесткам корреляционной функции R(r ). При превышении порогового уровня в пороговом блоке 50 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 56, открывая его. При этом гармоническое напряжение U4(t) с выхода полосового фильтра 54 через

открытый ключ 56 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 57. Во время отрицательного полупериода гармонического напряжения ЭЛТ 57 запирается и видимой оказывается только половина окружности.

Измеряемый фазовый угол, определяющий направление на источник излучения сигналов, отсчитывается как угол между затемненной частью окружности и вертикальной прямой (фиг. Зд).

Время задержки элемента 26 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ЛЧМ-МФМН сигнала, наблюдая

осциллограммы на экранах ЭЛТ 2. 33, 34 и 57. По истечении этого времени напряжение с выхода элемента 26 задержки поступает на вход 36 сброса обнаружителя 25 (порогового блока 41) и сбрасывает его содержимое

на улевое значение. При этом блок 28 поиска переводится в режим перестройки, а ключи 10 и 27 закрываются, т. е. переводятся в свои исходные состояния. С этого момента времени просмотр заданного

частотного диапазона и поиск ЛЧМ-МФМН сигналов продолжается.

В случае обнаружения следующего ЛЧМ- МФМН сигнала, работа устройства происходит аналогичным образом.

Указанная работа устройства соответствует случаю приема сигналов по основному каналу (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха), принимается по первому зеркальному каналу, то на- пряжение промежуточной частоты образуется только на выходе усилителя 9 промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 49 равно нулю, ключ 52 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу, то напряжение образуется на выходе усилителя 46 промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора 49 также равно нулю, ключ 52 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным (комбинационным) каналам.

Если ложные сигналы (помехи) одновре- менно принимаются по первому и второму зеркальным каналам, то напряжения промежуточной частоты образуются на выходах усилителей 9 и 46 промежуточной частоты. Эти напряжения поступают на два входа коррелятора 49. Однако ключ 52 в этом случае также не открывается. Это объясняется тем, что канальные напряжения образуются разными ложными сигналами (помехами). Поэтому между ними существует слабая корреляционная связь, выходное напряжение коррелятора 49 не является максимальным и не превышает порогового напряжения. Ключ 52 не открывается и ложные сигналы (помехи), одновременно принимаемые по

первому и второму зеркальным каналам, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму комбинационным каналам или по третьему и четвертому комбинационным каналам, или по двум любым дополнительным каналам. Формула изобретения Индикаторное устройство по авт. св. № 1682788, отличающееся тем, что. с целью повышения помехоустойчивости i/ точности индикации, в него введены последовательно соединенные вторая приемная антенна, второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, пятый полосовой фильтр, третий ключ и модулирующий электрод четвертой электронно-лучевой трубки, последовательно соединенные с выходами первого гетеродина, второй гетеродин, второй перемножитель, шестой полосовой фильтр, второй фазовращатель и вертикально отклоняющие пластинки четвертой электронно-лучевой трубки, последовательно подключенные к выходу второго усилителя промежуточной частоты коррелятор и первый пороговый блок, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа, последовательно подключенные к выходу коррелятора второй пороговый блок и четвертый ключ, включенный между выходами первого усилителя промежуточной частоты и входом первого перемножителя, при этом второй вход второго перемножителя соединен с выходом первого гетеродина, выход второго гетеродина подключен к второму входу второго смесителя, а вход второго фазовращения соединен с горизонтально отклоняющими пластинами четвертой электронно-лучевой трубки.

Фиг. 2

ОФМН

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к индикаторным приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа, пеленгации и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и устранение неоднозначности визуальной оценки основных параметров обнаруженного сигнала, а также расширение функциональных возможностей устройства. Индикаторное устройство содержит генератор развертки для четырех ЭЛТ, две приемные антенны, два широкополосных усилителя, частотные детекторы, дифференцирующие цепи, смесители, усилители промежуточной частоты, ключи, умножители частоты на восемь, полосовые фильтры, делители частоты на восемь, перемножители, фазовый детектор, фильтр нижних частот, формирователь управляющего сигнала, элемент управляемой задержки, обнаружитель, элемент задержки, блок поиска, гетеродины, фазовращатели на 90°, генератор опорного напряжения, коррелятор, пороговые блоки. 6 ил. СО

up

U

ар

. . . , I tI f I 11 )

ь) иг1 Ос ОГ2 (JЈ2 2оп кг кз fan Ым Фиг л

Фиг. 5

1 /Г

Фиг, 6