Фазометр Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

сл

с

Использование: измерительная техника, реализация фазового метода пеленгации источников излучения фазоманипулирооан- ных сигналов, Сущность изобретения: фазометр содержит 4 смесителя 1, 2, 5, 9, 2 усилителя промежуточной частоты 3 и 4, 2 узкополосных фильтра 6 и 10, 2 фазовьх детектора 7 и 19, индикатор 8, 2 гетеродина 11 и 12, блок 13 регулируемой задержки, перемножитель 14, фильтр 15 нижних частот, пороговый блок 16, ключ 17. опорный генератор 18, управляющий блок 20. 3 ил.

Фие.1

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для реализации фазового метода пеленгации источников излучения фазоманипулируе- мых (ФМн) сигналов и является усовершенствованием изобретения по авт.ев, № 1307386.

Известный фазометр обеспечивает повышение точности измерения угловой координаты путем устранения неоднозначности пеленгации источника излучения импульсных ФМн сигналов.

Однако он построен по супергетеродинной схеме, поэтому ему присущи недостатки, связанные с наличием дополнительных {зеркальных и комбинационных) каналов приема. Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению точности измерения фазового сдвига, определяющего направление на источник излучения импульсных ФМн сигналов. Кроме того, несущая частота принимаемых ФМн сигналов изменяется под влиянием различных дестабилизирующих факторов. Нестабильность и несимметричность несущей частоты относительно частот гетеродинов также приводит к снижению точности пеленгации источника излучения импульсных ФМн сигналов.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем устранения нестабильности несущей частоты принимаемого сигнала, а также подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная цель достигается тем, что в фазометр введены опорный генератор, второй фазовый детектор и управляющий блок, причем к выходу второго узкополосно- го фильтра последовательно подключены второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, и управляющий блок, выход которого соединен с входом первого гетеродина.

На фиг. 1 предлагаемого фазометра; на фиг, 2 - частотные диаграммы, иллюстрирующие процесс образования дополнительных каналов приема; на фиг. 3 - схема пеленгации источника излучения ФМн сигналов фазовым методом в одной плоскости.

Фазометр содержит первый и второй смесители 1 и 2, первый и второй усилители 3 и 4 промежуточной частоты, третий смеситель 5, первый узкополосный фильтр б, первый фазовый детектор 7, индикатор 8, четвертый смеситель 9, второй узкополосный фильтр 10, первый и второй гетеродины 11 и 12, блок 13 регулируемой задержки, перемножитель 14, фильтр 15 нижних частот, пороговый блок 16, ключ 17, опорный

генератор 18, второй фазовый детектор 19 и управляющий блок 20. Причем к выходу первой антенны А последовательно подключены первый смеситель 1, второй вход

которого соединен с первым выходом первого гетеродина 11, первый усилитель 3 промежуточной частоты, третий смеситель 5, первый узкополосный фильтр 6, первый фазовый детектор 7 и индикатор 8. К выходу

второй антенны В последовательно подключены второй смеситель 2, второй вход соединен с первым выходом второго гетеродина 12, и второй усилитель 4 промежуточной частоты, выход которого соединен

с вторым входом третьего смесителя 5. К второму выходу первого гетеродина 11 последовательно подключены четвертый смеситель 9, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 12,

второй узкополосный фильтр 10 и ключ 17, выход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора 7. К выходу первого усилителя 3 промежуточной частоты последовательно подключены блок 13 регулируемой задержки, перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 4 промежуточной частоты, фильтр 15 нижних частот и пороговый блок 16, выход которого соединен с вторым

входом ключа 17. К выходу второго узкополосного фильтра 10 последовательно подключены второй фазовый детектор 19, второй вход которого соединен с выходом опорною генератора 18, и управляющий

блок 20, выход которого соединен с входом первого гетеродина 11.

Фазометр работает следующим образом.

На первые входы смесителей 1 и 2 с

выходов антенн подаются ФМн сигналы:

Ui(t)Uc cosi/Ус t + pk (t) + U2(t)Uc cos «c t + pk (t) -I- 0 t Tc, где Uc, УС Тс, р , - амплитуда, несущая частота, длительность и номинальные фазы

сигналов:

pk (t) 0, тс - мзнипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем pk(t)const при К (K+1) тп и может изменяться скачком

при тп. т.е. на границах между элементарными посылками (, 2,.... N-1);

Гп, N - длительность и количество элементарных посылок из которых составлен сигнал длительностью TC( rn).

На вторые входы смесителей 1 и 2 поступают напряжения гетеродинов 11 и 12:

Uri(t)Uri cosfuMt+ n);

Ui2(t)Ur2 COS(W r2t+ pr2).

где Uri. Ur2, wn , . pH.V2- амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов.

Причем частоты од-1 и oVa гетеродинов разнесены на удвоенное значение проме- жуточной частоты и выбраны симметричными относительно несущей частоты Шс принимаемого сигнала:

Wr2 - ОД-1 2 Wnp ,0)c-(Wr1 ftV2- Wc: ОДф

Это приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема и одновременно обеспечивает возможность для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Причем для подавления указанных ложных сигналов (помех) используется корреляционная обработка канальных напряжений.

На выходах смесителей 1 и 2 образуют- ся напряжения комбинационных частот. Усилителями 3 и 4 промех уточной частоты выделяются только напряжения промежуточной (разностной)частоты:

Unpi(t)Unpi cos o)npt+ (t)+

Unp2(t)Unp2 COS CUnpt- pk(t)- 0 t Tc.

где Unpv I Ki Uc Uri; Unpi K2 Uc Ur2l

Ki, Кг - коэффициенты передачи смесителей 1 и 2 соответственно;

пр - (Ос - ОД- - промежуточная частота пр1 (р , - pc-fpi

Эти напряжения поступают на входы смесителя 5, на выходе которого образуется гармоническое колебание:

Ua(t)U3 cos(2 й)пр t -f + Д$; 0

где Уз- л- Кз Unpi UnP2;

Кз коэффициент передачи смесителя

5, Apr - УН, - . - р 2 #j х

х slrt у- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения:

d - расстояние между антеннами (изме- рительная база);

Я-длина волны;

у-угол прихода радиоволн,

которое выделяется узкополосным фильтром 6 и поступает на первый вход фа- зо во го детектора 7.

С вторых выходов гетеродинов 11 и 12 напряжения Uri(t) и Ura(t) выдаются на смеситель 9, к выходу которого подключен уз

5

10

15

0

5

°

5®

5

кополосный фильтр 10, настроенный на удвоенное значение промежуточной частоты 2 fthp . На выходе смесителя 9 образуется гармоническое колебание

U4(t)Ui cos(2 бУпр t + ).

WJU4- K4UrrUi2.

Ю) - коэффициент передачи смесителя 4, которое выделяется узкополосным фильтром 10.

Напряжение Unpi(t) и Unp2(t) одновременно поступают на коррелятор, состоящий из перемножителя 14, блока 13 регулируемой задержки и фильтра 15 нижних частот. Получаемая на выходе коррелятора взаимно корреляционная функция R (т) напряжений Unpi(t) и Unp2(t) имеет максимум при значении

ro t1-t2 J,

где ti, t2 - время прохождения сигналом расстояний от источника излучения до первой (А) и второй (В) антенн;

с - скорость распространения радиоволн.

При этом пороговый уровень Uncp в пороговом блоке 16 превышается только при максимальном значении корреляционной функции R (г0) и не превышается при знамениях 7 , соответствующих боковым лепесткам корреляционной функции Н(т} . При превышении порогового уровня в пороговом блоке 16 формируется напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 17 и открывает его. В исходном состоянии ключ 17 всегда закрыт. При этом напряжение lM(t) с выхода узкополосного фильтра 10 через открытый ключ 17 поступает на второй вход фазового детектора 7, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение;

Un(x) UHcos ,

где UH | К5 Уз U4

КБ - коэффициент передачи фазового детектора;

2л:у Siny0(yo -истинный пеленг).

Выход фазового детектора 7 подключен к индикатору 8, шкала которого отградуирована в значениях сдвига фаз между входными сигналами. Для устранения нестабильности несущей частоты ofc и частот Уг1 и(Уг2 гетеродинов 11 и 12 используются система ФАПЧ, состоящая из опорного кварцевого генератора 18, фазового детектора 19, управляющего блока 20, гетеродина

11, смесителя 9 и уэкополосного фильтра 10. При этом опорное напряжение

Uo(t)-UoCOS{uJb + o),

гдеУо (th,po -амплитуда, частота и начальная фаза опорного напряжения аь - 2 оьр. с выхода опорного генератора 18 поступает на первый вход фазового детектора 19, на второй вход которого подается гармоническое напряжение U4(t) с выхода узкрпо- лосного фильтра 10. Если указанные напряжения отличаются друг от друга по частоте и фазе, то на выходе фазового детектора 19 выделяется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность этого напряжения зависят от степени и направления отклонения удвоенного значения промежуточной частоты от частоты ah опорного генератора. Управляющее напряжение через управляющий блок 20 воздействует на гетеродин 11, изменяя его частоту так, чтобы выполнялось равенство и симметричность:

СУг2 «Ц 2 пр Но ; (Ос - UVi

Одг - УС «пр

Следовательно, разность частот Wri и ед-2 гетеродинов 11 и 12

ед2 -uv1 2Whp

контролируется системой фазовой автопод- стройхи частоты по опорному кварцевому генератору 18, частота ctfc которого выбирается равной удвоенному значению промежуточной частоты (ufe 2 uJhp) . При этом нестабильность несущей частоты Шс и частот ftA-i и (ал гетеродинов в полосе удержания системы ФАПЧ не оказывают влияния на выходной сигнал фазового детектора 7. Причем удвоенное значение промежуточной частоты 2 ftVip всегда остается фиксированной, а первая промежуточная частота Ыпр может изменяться в сравнительно больших пределах (единицы и десятки мегагерц в зависимости от широкополосности смесителей 1 и 5 и согласования элементов тракта).

Описанная выше работа фазометра соответствует случаю приема ФМн сигналов по основному каналу на частоте аь (фиг. 2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте uui, то в смесителях 1 и 2 он преобразуется в напряжение следующих частот:

obi -

«312 ,

где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал второй индекс

обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала.

Однако только напряжение с частотой

ftbn попадает в полосу пропускания усилителя 3 промежуточной частоты. Напряжение на выходе усилителя 4 промежуточной частоты отсутствует. Выходное напряжение коррелятора равно нулю, ключ 17 открывается, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте оы , подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте Мз2 (фиг. 2), то в смесителях 1 и 2 он преобразуется в напряжения следующих частот:

«32 - «П 3 «пр

«322 - «32 - «Г2 «пр

0

Однако только напряжение с частотой о)з22 попадает в полосу пропускания усилителя 4 промежуточной частоты. Напряжение на выходе усилителя 3 промежуточной частоты в этом случае отсутствует. Выходное напряжение коррелятора также равно нулю. Ключ 17 не открывается, и ложный сигнал

(помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте «з2, подавляется. По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте

Ј0к1 или по второму комбинационному каналу на частоте &Ы2 или по любому другому дополнительному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) принимаются одновременно по первому и второ- му зеркальному каналам на частотах Qh и Шз2, то напряжения образуются на выходах усилителей 3 и 4 промежуточной частоты. Выходное напряжение коррелятора не рав, но нулю. Однако ключ 17 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что канальные напряжения образуются разными ложными сигналами (помехами), принимаемыми на разных частотах оы и Иь2,. Поэтому между ними существует слабая корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора не превышает порогового уровня Unop, ключ 17 не открывается, и ложные сигналы (помехи), принимаемые одно5 временно по первому и второму зеркальным каналам на частотах аы и . подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по Первому и второму комбинационным каналам на частотах ом или по двум другим дополнительным каналам. Если полезный ФМн сигнал принимается по основному каналу на частоте Мс, то в смесителях 1 и 2 он преобразуется в напряжения следующих частот:

uJci oJt «nf;

Шс2 Wr2 - Wk .

Канальные напряжения Unpi(t) и Unp2(t) в этом случае образуются одним и тем же ФМн сигналом, принимаемым на частоте (О . Между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь, что обусловлено также хорошими свойствами корреляционной функции R(T) ФМн сигналов. Выходное напряжение коррелятора превышает пороговый уровень Unop в пороговом блоке 16, и ключ 17 открывается.

Таким образом, предлагаемый фазометр по сравнению с известным обеспечивает повышение точности измерения угловой координаты у источника излучения ФМн сигналов. Это достигается путем устранения нестабильности несущей частоты а)с принимаемого сигнала и частот од-1 и од- гетеродинов 11 и 12, а также подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам. Причем нестабильность указанных частот обеспечивается системой ФАГ1Ч, которая контролирует разность частот со,2 -&Н 2 йЛ1ри двойным преобразованием несущей частоты ис принимаемого ФМн сигнала. При этом вторая промежуточная частота (Опо2 - 2 всегда остается

о ш. 2ь)пр ,JnbJcidcz u)K22(r)K/f.

Фиг. 2

0

5

0

5

0

5

фиксированной, а первая промежуточная частота йЛпр может изменяться в сравнительно больших пределах (единицы и десятки МГц в зависимости отширокополосности смесителей 1 и 5 и согласования элементов такта).

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, обеспечивается корреляционной обработкой канальных напряжений и тем, что частоты и гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты 2 сопр и выбраны симметричными относительно несущей частоты принимаемого ФМн сигнала

(tin - 2 (Олр ; (We - ОД-1 (Уг2 - UJfc ЧУпр.

При этом симметричность несущей частоты (ik принимаемого ФМн сигнала относительно частот ftVi и Wr2 гетеродинов 11 и 12 поддерживается системой ФАПЧ. Формула изобретения Фазометр по авт.ев № 1307386, о т л и- ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения нестабильности несущей частоты принимаемого сигнала, а также подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, в него введены опорный генератор, второй фазовый детектЪр и управляющий блок, причем к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, и управлявший блок, выход которого соединен с входом первого гетеродина.