Способ определения частоты одиночного СВЧ-радиоимпульса Советский патент 1992 года по МПК G01R23/175 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть применено для измерения распределения мгновенной частоты одиночных и редкоповторяющихся кратковременных радиоимпульсов при любом законе внутриимпульсной амплитудно- частотной модуляции и является дополнительным к авт.св. N 1228034.

Целью изобретения является повышение точности определения закона частоты одиночных и редкоповторяющихся СВЧ-ра- диоимпульсов,

Поставленная цель достигается тем, что после детектирования сигнала преобразуют последовательность эхо-импульсов в цифровую форму и разбивают длительности эхо-импульсов на N равных временных интервалов, где N определяется выражением

м - Гзад

14-j

Hip

и определяют закон частотной модуляции путем определения значений мгновенной частоты на каждом временном интервале, где Гзад - время задержки устройства, преобразующего одиночный радиоимпульс в серию эхо-импульсов; гПр - минимальный интервал временной дискретизации цифрового осциллографа, используемого для измерения амплитуд.

Сущность способа поясняется фиг.1-3.

Вначале преобразуют исследуемый одиночный радиоимпульс в серию эхо-импульсов с помощью циркулятора и линии задержки, работающей на отражение, в качестве которой может быть использована акустическая линия задержки, система радиоволноводов и т.д. Затем получившуюся последовательность радиоимпульсов детектируют, т.е. преобразуют в тождественную последовательность видеоимпульсов. В дальнейшем под эхо-импульсами будем понимать последовательность видеоимпульсов.

VI

4 00

О

со

4

Ю

Далее осуществляется масштабно-временное преобразование последовательно сти в цифровую форму с помощью цифрового запоминающего осциллографа (например, типа С9-8) по следующей методике.

Перед проведением измерений развертка цифрового осциллографа устанавливается в ждущий режим без временного сдвига так, что начало развертки (момент to) совпало с приходом на вход осциллографа незадержанного импульса. Период развертки выбирается таким, чтобы на экране осциллографа можно было наблюдать 10-15 эхо-иКшульсов. Поскольку время задержки в устройстве преобразования импульса в серию эхо-импульсов г зад постоянно и зараннее известно, последовательность будет состоять из эквидистантных эхо-импульсов, начинающихся в момент времени Гк k г зад + to, где k - порядковый номер эхо-импульса. При этом длительность исследуемого импульса ТИмп не должна превышать времени задержки, т.е.

Тимп Т задЗатем информация о сигнале, записанном на экране осциллографа в виде цифрового кода, содержащего значения амплитуд и соответствующие им значения моментов времени ti t0 + тПр, в которые производились отсчеты амплитуд, через стандартный интерфейс канала общего пользования (КОП) передается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) ЭВМ, с помощью которой осуществляется дальнейшая обработка информации и определение закона внутриимпульсной частотной модуляции, где i - порядковый номер отсчета относительно to.

Разбиение длительностей эхо-импульсов на N равных временных интервалов носит умозрительный характер и производится с помощью ЭВМ следующим образом (см. фиг.1). Из общего массива данных об амплитудах эхо-импульсов, имеющихся в ОЗУ, выбирают N наборов данных, каждый из которых состоит из k+1 элементов. Здесь k+1 общее число наблюдаемых эхо-импульсов, включая ц незадержанный, в качестве второго набора данных используют значения амплитуд импульсов. В моменты времени

to+ Гпр, (to+ ГПр) +Т зад,...(1о+ пр) + k Т зад.

В качестве второго набора данных используются значения амплитуд импульсов в мо менты времени

-

Аналогичным образом составляют остальные наборы данных, вплоть до

to+N Гпр, ()4Тэад,...р+МГПр) + k Гзад.

Число наборов N определяется интервалом дискретизации цифрового осциллографа гпр и временем задержки устройства, преобразующего одиночный радиоимпульс в серию эхо- импульсов Гзад следующим образом

10

N

зад пр

Каждый из этих N наборов позволяет однозначно определить значение частоты заполнения

15 радиоимпульса на соответствующем участке разбиения длительности импульса .

В предлагаемом способе необходима предварительная калибровка измерительной части установки. Для калибровки на

20 вход устройства преобразования радиоимпульса в серию подаются радиоимпульсы с эталонного генератора, частота заполнения которых известна. Изменяя частоту генератора с шагом A f3r во всем рабочем диапазоне

25 частот А Рраб измеряют амплитуды эхо-импульсов и находят отношения амплитуд эхо-импульсов к амплитуде первого незадержанного импульса, который считается опорным. При этом Af3T k- Атизм, где k30 число наблюдаемых эхо-импульсов; А изм требуемая точность определения частоты.

Полученные величины отношений яМэт, О2эт %эт и соответствующие им значения

35 частоты эталонного генератора fk3i в виде таблиц вводятся в ОЗУ ЭВМ, образуя тем самым область калибровочных данных.

Здесь Эт АМо, где А -амплитуда 1-го эхо-импульса, А0 - амплитуда первого, неза40 держанного импульса серии.

На фиг.2 представлены типичные калибровочные кривые, характеризующие зависимости от частоты, измеренные для СВЧ-акустической линии задержки на

45 объемных волнах.

Характеристики имеют резкую частотную зависимость и в совокупности позволяют по измеренным для исследуемого радиоимпульса значениям отношений

50 а |изм однозначно определить его частоту. Для определения значения частоты заполнения радиоимпульса на одном из интервалов длительности импульса аппр, соответствующий ему набор из k+1 данных о значении амплитуд эхо-импульсов в моменты времени

55

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть применено для измерения закона частотной модуляции одиночных редкоповторяю- щихся кратковременных СВЧ-радиоимпульсов.Целью изобретения является обеспечение возможности измерения распределения мгновенной частоты одиночных и редкоповторяющихся СВЧ-радиоимпуль- сов и достигается тем, что в известном способе по авт.св. N 1228034 измерения одиночного СВЧ-радиоимпульса, включающем его преобразование в серию эхо-импульсов путем многократных переотражений, детектирование, измерение амплитуд эхо-импульсов и сравнение их с калибровочными кривыми, разбивают длительности эхо- импульсов на временные ин- тервалы и определение отношений амплитуд проводят на каждом временном интервале. 3 ил.

to+Тпр, (to+2rnp)+r3afl,...(to+2rnp) + k- Г зад.ТО+П Гпр(Го+П Гпр)+ Гзад(ro+nrnp)+k Гзад

пересчитывают в набор из k отношений значений амплитуд задержанных импульсов в моменты времени

( Гпр)- Тзад (Го + П rnp)«k Гзад

к амплитуде первого, незадержанного импульса (момент времени t0fn rnp). Полученные таким образом значения отношений амплитуд n-ой части первого импульса серии а П1изм, оп2изм,« пкизм сравнивают с калибровочными кривыми.

Для этого с помощью ЭВМ по программе, разработанной на основе линейного интерполяционного метода, определяют точки

пересечения прямых a ni. а п|Изм (1 1,2

N -1) с соответствующими калибровочными кривыми. Вследствие немонотонного характера последних для каждой калибровочной кривой получают несколько точек пересечения , где m - порядковый номер точки пересечения. Эти значения можно записать в виде таблицы:

fllfl2..-flM1 f2lf22..-T2M2 f|M-1,lfN-1,2...fN-1, M 1

В каждой строке присутствует по одному значению частоты, наиболее близкому к истинному.

Следующим и основным этапом машинной обработки является выбор истинного значения частоты из полученных наборов значений fim. При составлении программы, позволяющей проводить требуемые вычисления, за основу взято следующее утверждение: частоты, близкие к истинной и выбранные по одной из каждой строки (1), являются величинами более близкими друг к другу, чем другие точки пересечения. Поэтому алгоритм отыскивания искомой величины заключается в следующем, Для каждого элемента, например, первой строки находятся комбинации, по одной от каждой строки (1) с минимальными значениями разности

(fin-fii2), (fin-f3i3)(fin-fN-iiM-i),

(2)

которые можно рассматривать как компоненты некоторых (N-2) - мерных векторов. Длина каждого вектора равна

I. -W if M - in7+ . -(fu.-%.,, ,tn ,J

Из всей совокупности построенных век- 5 торов выбирают вектор наименьшей длины, который и содержит частоты, близкие к истинной fi, T2,... fiM-1. Отсюда находят среднее значение частоты

10

f

fi +f2+...+fN-1

N -1

15

и погрешность измерения, как стандартное отклонение от среднего

rf Ч)2 + (f2 г (fN -1 О2

Для проверки работоспособности предлагаемого способа были проведены

20 эксперименты на специально созданный установке 3-х см диапазона с акустической линией задержки из рубинового звукопро- вода. На вход этой линии подавали радиоимпульсы длительностью 0,1-0,5 мкс с

25 различным законом внутриимпульсной модуляции и различной скважностью. Распределение мгновенной частоты исследуемых радиоимпульсов измеряли предлагаемым способом (кружочки) и с помощью перестра30 иваемого высокодобротного (A f 5 МГц) резонансного волновода (крестики). Результаты измерений с точностью до ± 0,3% во всех случаях совпадали между собой. Это иллюстрируется фиг.З, где изображено ти35 личное распределение частоты вдоль импульса, измеренное двумя методами.

Погрешность измерений не зависит от скважности исследуемых радиоимпульсов. Точность измерения закона нелиней40 ной частотной модуляции не зависит от формы исследуемых радиоимпульсов.

Формула изобретения

45Способ определения частоты одиночного СВЧ-радиоимпульса по авт.св. № 1228034, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения частоты, длительности эхо-импульсов раз50 бивают на временные интервалы и определение отношений амплитуд проводят на каждом временном интервале.

А

ffa)

50-40да-го-ю

tf П83it S5

fr.

Фиг

f

F,rrn

0,3 t(MHc)