Индикаторное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01D7/10 

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для ви- зуального анализа и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией ЛЧМ-МФМн).

Наиболее близким к предлагаемому яв- лябтся устройство, обеспечивающее поиск, обнаружение и визуальный анализ сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией(ЛЧМ-МФМн). Для визуальной оценки величины скачков фазы А9 и кратности m фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала используется ЭЛТ с круговой разверткой, которая формируется с помощью генератора опорного напряжения .частота ш о которого поддерживается равной частоте биений w б ( а) о а) б) с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Однако система ФАПЧ работает не- устойчиво и характеризуется наличием ложных захватов на зеркальной частоте, что приводит к нарушению равенства частот (ед/Шб ). При неравенстве частот ( ). яр- костные метки на экране ЭЛТ с круговой раз- верткой будут двигаться по окружности с разностной частотой и визуальное определение кратности m фазовой манипуляции и величины скачков фазы принимаемого сигнала-не представляется возможным.

Целью изобретения является повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией.

Поставленная цель достигается тем. что в устройство введены последовательно соединенные приемная антенна, широкополосный усилитель, смеситель, усилитель промежуточ

ной частоты (УПЧ), первый ключ, первый умножитель частоты на восемь, первый полосовой фильтр (ПФ), первый делитель частоты на восемь, второй ПФ, первый элемент задержки, первый перемножитель, третий ПФ, второй умножитель частоты на восемь, четвертый ПФ, второй делитель частоты на 8 и пятый ПФ, последовательно соединенные первый частотный детектор (ЧД), вход которого подключен к выходу второго ПФ, первая дифференцирующая цепь, вторая дифференцирующая цепь, генератор развертки и горизонтально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), вертикально отклоняющие пластины которой подключены к выходу первой дифференцирующей цепи, гетеродин, выход которого подключен к другому входу смесителя, обнаружитель, один вход которого соединен с выходом УПЧ и другим входом первого перемножителя, второй элемент задержки, включенный между выходом и другим входом обнаружителя, блок поиска, выходом подключенный к-входу гетеродина, одним входом - к другому входу первого ключа, входу второго элемента задержки и вертикально отклоняющим пластинам второй ЭЛТ, горизонтально отклоняющие пластины которой подключены к другому входу блока поиска, генератор опорного напряжения, выходом соединенный с одним входом второго ключа, с вертикально отклоняющими пластинами третьей ЭЛТ и через фазовращатель на 90° - с ее горизонтально отклоняющими пластинами, модулирующий электрод которой подключен к выходу второго ЧД, а другой вход второго ключа соединен с входом второго элемента задержки.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема обнаружителя; на фиг. 3 - вид возможных осциллограмм на экране ЭЛТ с круговой разверткой: на фиг. 4 - временные

диаграммы, поясняющие работу устройства.

Индикаторное устройство содержит приемную антенну 1, широкополосный усилитель 2, блок 3 поиска, гетеродин 4, первый смеситель 5, первый усилитель 6 промежуточной частоты,, обнаружитель 7, второй элемент 8 задержки, вторую ЭЛТ 9, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12, пер- вый делитель 13 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 14, первый частотный детектор 15, первую дифференцирующую цепь 16, вторую дифференцирующую цепь 17, генератор 18 развертки, первую ЭЛТ 19, первый элемент 20 задержки, первый перемножитель 21, третий полосовой фильтр 22, второй умножитель 23 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 24, второй делитель 25 частоты на восемь, пятый полосе- вой фильтр 26, генератор 27 опорного напряжения, второй ключ 28, второй смеситель 29, второй усилитель 30 промежуточной частоты, второй перемножитель 31, шестой полосовой фильтр 32. фазовраща- тель 33 на 90°, второй частотный детектор 34 и третью ЭЛТ 35.

К выходу антенны 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 2, смеситель 5, второй вход которого через гетеродин 4 соединен с выходом блока 3 поиска, усилитель 6 промежуточной частоты, обнаружитель 7, второй вход которого через элемент 8 задержки соединен с его выходом, и вертикально отклоняющие пла- стины ЭЛТ 9, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с выходом блока 3 поиска. К выходу обнаружителя 7 последовательно подключены ключ 10, второй вход которого соединен с выходом усили- теля 6 промежуточной частоты, умножитель 11 частоты на восемь, полосовой фильтр 12. делитель 13 частоты на восемь, полосовой фильтр 14, частотны и детектор 15, дифференцирующая цепь 16 и вертикально отклоняю- щие пластины ЭЛТ 19. горизонтально отклоняющие пластины которой через последовательно включенные дифференцирующую цепь 17 и генератор 18 развертки соединены с выходом дифференцирующей цепи 16.

К выходу полосового фильтра 14 последовательно подключены элемент 20 задержки, перемножитель 21. второй вход которого соединен с выходом усилителя 6 промежуточной частоты, полосовой фильтр 22, умножитель 23 частоты на восемь, полосовой Фильтр 24. выполненный узкополосным, делитель 25 частоты на восемь, полосовой фильтр 26. выполненный узкополосным, перемножитель 31, второй вход которого через последовательно включенные смеситель 29 и усилитель 30 промежуточной частоты соединен с выходом полосового фильтра 22, полосовой фильтр 32, выполненный узкоплосным, частотный детектор 34 и модулирующий электрод ЭЛТ 35, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора 27 опорного напряжения, а горизонтально отклоняющие пластины - через фазовращатель 33 на 90° соединены с выходом генератора 27 опорного напряжения. Выход генератора 27 опорного напряжения через ключ 28, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя 7, соединен с вторым входом смесителя 29.

Обнаружитель 7 снабжен первым измерителем 39 ширины спектра и последовательно включенными третьим умножителем 38 частоты на восемь, вторым измерителем 40 ширины спектра, блоком 41 сравнения и пороговым блоком 42, подсоединенным при помощи входа 37 сброса к выходу линии 8 задержки. При этом третий умножитель 38 частоты на восемь подсоединен к усилителю 6 промежуточной частоты при помощи информационного входа 36, соединенного через первый измеритель 39 ширины спектра с входом блока 41 сравнения.

Работа предлагаемого индикаторного устройства происходит следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью блока 3 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 4. Одновременно блок 3 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 9, которая используется как ось частот и соответствует полосе обзора заданного диапазона частот Df. Ключи 10 и 28 в исходном состоянии всегда открыты.

Принимаемый сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой модуляцией (ЛЧМ-МФМн) аналитически может быть записан следующим образом:

Uc(t) Uc + 71 у ) k(t) .

О t тп .

где Uc. (t)c . ( , гп - амплитуда, начальная несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

Afg

у - скорость изменения частоЬП

ты внутри импульса;

Д тд - девиация частоты сигнала; р k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой мани

пуляции в соответствии с модулирующим кодом М(т.)(фиг. 4а), причем k(t) const при К тэ t (K + 1) тэ и может изменяться скачком при t К гэ , т. е. на границах между элементарными посылками (К 1.2 N -

1):

гэ , N - длительность и количество

элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью ти (ти N тэ )

Указанный сигнал с выхода приемной антенны 1 через широкополосный усилитель 2 поступает на вход смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 4 линейно изменяющейся частоты

Ur(t) Ur COS(W rt Я у rt + У г), 0 t Тп

где Uг, , flr, Т л - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина; Df

Уг

Тп

- скорость изменения частоты

гетеродина.

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 6 выделяется только напряжение первой промежуточной (разностной) частоты

Unpi(t) Unp яу t (t)- яу:2 + 0 t тл . .

1 где Unpi 2 Ki -Uc Ur:

KI - коэффициент передачи смесителя, шпр шс г/эпр1 рс , - первая промежуточная частота, которое поступает на вход обнаружителя 7. На выходе умножителя 38 частоты на восемь образуется колебание Ui(t) Unpi cos(8 Wnplt + 8 я у -8 яу. + а/ npi) 0 t ти , в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра Afe восьмой гармоники сигнала определяется длительностью

ти сигнала Afs - ) тогда как ширина

спектра A fc принимаемого сигнала определяется длительностью тэ его элементарных

посылок ( Afс ) т. е. ширина спектра

восьмой гармоники сигнала в N раз меньше

ширины спектра входного сигнала

A N

Af8 N

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

0

0

0

5 Q

5

0

5

входе устройства меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра Afc входного сигнала измеряется с помощью измерителя 39, ширина спектра Afs восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 40. Напряжения U и Us, пропорциональные Afc и Afs соответственно, с выходов измерителей 39 и 40 ширины спектра поступают на два входа блока 41 сравнения. Так как U Us, то на выходе блока 41 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на вход порогового блока 42, где сравнивается с пороговым напряжением Unop. Пороговое напряжение Unop выбирается таким, чтобы этот уровень не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение Unop превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМн сигнала. При превышении порогового напряжения Unop в пороговом блоке 42 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 3 поиска, переводят его в режим остановки, на вход линии 8 задержки, на управляющие входы ключей 10 и 28, открывая их, а на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 9.

С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, которое определяется временем задержки тэ линии 8 задержки. При этом на экране ЭЛТ 9 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту шс обнаруженного ЛЧМ- МФМн сигнала (фиг. За).

При прекращении перестройки гетеродина 4 усилителем первой промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг. 46).

UnP2(t) Unpicosf (о npit + лгу:2 + /ъ (t) t- 99npi, 0 t тп , , которое через открытый ключ 10 поступает на вход умножителя 11 частоты на восемь. На выходе последнего образуется напряжение

Ua(t) Unpi cos(8 Wnptt + 8 яу:2 + 8

f/Рпр l). О t Тп , ,

которое выделяется полосовым фильтром 12 и поступает на вход делителя 13 частоты на восемь. На выходе делителя 13 частоты на восемь образуется напряжение (фиг. 4в)

U3(T) Unpi COS( (И прП + я у t2 + if) npi),

О t тп , ,

которое представляет собой ЛЧМ сигнал на первой промежуточной частоте и выделяется полосовым фильтром 14. Это напряжение

поступает на вход частотного детектора 15, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг. 4г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции. Указанный видеоимпульс с выхода частот- ного детектора 15 поступает на вход дифференцирующей цепи 16, выходной импульс (фиг. 4д) которой подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 19 и на вход дифференцирующей цепи 17. На выходе по- следней образуются короткие разнополяр- ные импульсы (фиг. 4е). Положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 18 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг. 4ж) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 19. На экране ЭЛТ 19 образуется импульс (фиг. 4д), длительность которого пропорциональна длительности TV принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты у внутри импульса, а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Afq () принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экран ЭЛТ 19 наносится координатная частотно- временная сетка.

Напряжение Daft) (фиг 4в) с выхода полосового фильтра 14 поступает на вход линии 20 задержки, на выходе которого образуется напряжения LU(t) Us(t - т)

Unp1-COS tonpl(t-r )7iy (t-rj +

О : т тг . Это напряжение подается на второй вход перемножителя 21, на первый вход которого поступает принимаемый ЛЧМ-МФМн сигнал Unpz(t) (фиг. 46) проме жуточной частоты. На выходе перемножителя 21 образуется напряжение биений (фиг 4,з)

Uei(t) Do cos tb t -сд (t) pr 6, 0 t rn . ,

1о

где Уб 2 Ka Unp

K2 - коэффициент передачи перемножителя;

toe 2 тгуг - частота биений:

p& - tonp t - луг - начальная фаза биений,

которое представляет собой ФМн сигнал на частоте биений, причем частота биений оп- ределяется скоростью изменения частоты сигнала у и величиной задержки г Напряжение Uei(t) выделяется полосовым фильтром 22 и поступает на вход умножителя 23

частоты на восемь на выходе которого образуется гармоническое колебание

U62(t) Ue cos(8 (л) б + 8(f б) 0 t гп ,

Напряжение U62(t) выделяется полосовым фильтром 24, выполненным узкополосным, и поступает на вход делителя 25 частоты на восемь на выходе которого образуется напряжение U63(t) 1)б COS( too t б) О t тп , которое представляет собой гармоническое колебание на частоте биений. Напряжение l)63(t) выделяется полосовым фильтром 26, выполненным узкополосным, и подается на первый вход перемножителя 31.

Напряжение U6l(t)c выхода полосового фильтра 22 поступает на первый вход смесителя 29, на второй вход которого через открытый ключ 28 подается напряжение с выхода генератора 27 опорного напряжения U0(t) Do cos( toot + p о), где U0too , уэ0. - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения генератора. На выходе смесителя 29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 30 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

Unp3 (t) Unp2 COS Wnp2 Т + (f)k. (t) + рпр2 гдеипр2 К1 Unpl U0 ° i4r«

tonp2 too -too рпр2 ръ - (po

вторая промежуточная частота, Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 31. На выходе перемножителя 31 образуется напряжение

Us (t) Us cos too (.)+(ро. 0 t rn .

где Us 2 Ki Ue Unp2

которое представляет собой фазоманипули- рованный сигнал на частоте to0 генератора 27 опорного напряжения. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 32 и поступает на вход частотного детектора 34, на выходе которого образуется последовательность коротких импульсов разной полярности (фиг. 4и). Положение указанных импульсов на временной оси соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала (фиг. 46). Образованная последовательность импульсов поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 35 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 35 подается напряжение U0(t) генератора 27 опорного напряжения непосредственно и через фазовращатель 33 на 90°, формируя круговую развертку. При этом на экране

ЭЛТ 35 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. 36, в, г). Количество точек равно кратности m фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно вели- чине скачков фазы Ду принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Время задержки т3 линии 8 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 9, 19 и 35. По истечении этого времени напряжение с выхода линии 8 задержки поступает на вход 37 сброса обнаружителя 7 (порогового блока 42) и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом блок 3 поиска переводится в режим перестройки, а ключи 10 и 28 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.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Это достигается переносом спектра принимаемого сигнала на стабильную частоту ш0 генератора опорного напряжения, с помощью которого формируется круговая развертка на экране электронно-лучевой трубки. При этом образованная на выходе частотного детектора последовательность коротких разнополярных импульсов, положение которых на временной оси соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала, поступает на модулирующий электрод ЭЛТ и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ образуется устойчивое изображение в виде нескольких ярких точек расположенных на круговой развертке. Количество точек равно кратности m фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Формула изобретения Индикаторное устройство, содержащее последовательно соединенные приемную

антенну, широкополосный усилитель, смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый ключ, первый умножитель частоты на восемь, первый полосовой фильтр, первый делитель частоты на восемь, второй полосовой фильтр, первый элемент задержки, первый перемножитель, третий полосовой фильтр, второй умножитель частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр, второй

делитель частоты на восемь и пятый полосе-, вой фильтр, последовательно соединенные первый частотный детектор, вход которого подключен к выходу второго полосового фильтра, первую дифференцирующую цепь,

вторую дифференцирующую цепь, генератор развертки и горизонтально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой подключены к выходу первой

дифференцирующей цепи, гетеродин, выход которого подключен к другому входу смесителя, обнаружитель, один вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и другим входом первого

перемножителя, второй элемент задержки, включенный между выходом и другим входом обнаружителя, блок поиска, выходом подключенный к входу гетеродина, одним входом - к другому входу первого ключа,

входу второго элемента задержки и вертикальным отклоняющим пластинам второй электронно-лучевой трубки, горизонтально отклоняющие пластины которой подключены к другому входу блока поиска, генератор

опорного напряжения, выходом соединенный с одним входом второго ключа, с вертикально отклоняющими пластинами третьей электронно-лучевой трубки и через фазовращатель на 90° - с ее горизонтально отклоняющими пластинами, модулирующий электрод которой подключен к выходу второго частотного детектора, а другой вход второго ключа соединен с входом второго элемента задержки, отличающееся

тем. что, с целью повышения достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала, в него введены включенные между выходом третьего полосового фильтра и входом второго частотного детектора последовательно

соединенные второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель и шестой полосовой фильтр, при этом выход второго ключа соединен с другим входом второго смесителя, а выход

пятого полосового фильтра подключен к другому входу второго перемножителя.

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для ви- зуального анализа и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Цель изобретения - повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией Индикаторное устройство содержит приемную антенну 1, широкополосный усилитель 2, блок 3 поиска, гетеродин 4, первый смеситель 5, первый усилитель 6 промежуточной частоты, обнаружитель 7, второй элемент 8 задержки, вторую ЭЛТ 9, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на

Редактор С.Лисина

й&Ь

Составитель В.Дикарев Техред М.Моргентал

Фаг.З

Т

Корректор Э.Лончакова