Устройство для измерения манипулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 H03L7/00 

Изобретение относится с области обработки сигналов и может быть использовано для идентификации сигналов с амплитудной и частотной манипуляцией.

Известно панорамное устройство с перемещением спектра по шкале частот (Мартынов В.А,, Селихов Ю.И. Панорамные приемники и анализаторы спектра)/Под ред. Г,Д. Заварина - М : Сов радио. 1980, с 21, рис. 1.8), содержащее последовательно соединенные проселектор, смеситель, другой вход которого с выходом частотно-модулированного гетеродина, резонатор, выход которого соединен с входом вертикально отклоняющих систем электронно-лучевой трубки, генератор развертки, первый выход которого соединен с входом частотно-модулированного гетеродина, второй выход - с входом горизонтально отклоняющих систем электронно-лучевой трубки.

Недостатком известного устройства является низкая точность идентификации амплитудно- и частотно-манипулированных сигналов при последовательном частотном анализе.

Известно панорамное устройство параллельного анализа (Мартынов В А , Селихов. Панорамные приемники и анализаторы спектра)./Под ред. Г.Д. Заварина - М : Сов радио, 1980. с 17, рис. 1.4), содержащее последовательно соединенные широкополосный тракт, смеситель, другой вход которого соединен с выходом гетеродина г фильтров и блок индикации

Недостатком известного устройства является низкая точность идентификации амплитудно- и частотно-манипулированных сигналов

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущносж к заявляемому объекту является следящий измеритель средней частоты частотно-манипулированных сигналов (автсн. СССР № 1173556, кл. Н 03 L 7/00 бюл М 30. 1985), содержащий последовательно соединенСО

с

VJ

О

§

О Ю

ные интегратор, перестраиваемый гетеродин, смеситель, второй вход которого является входом устройства, фильтр промежуточной частоты, выход которого соединен с входами первого и второго частот- ных дискриминаторов, причем выход первого частотного дискриминатора через первый фильтр верхних частот соединение первым входом перемножителя, выход второго частотного дискриминатора через второй фильтр верхних частот соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с входом интегратора.

Недостатком известного устройства является узкая область использования.

Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения идентификации сигналов с амплитудной и частотой манипуляцией.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения мани- пулированных сигналов; на фиг. 2 - диаграммы, характеризующие работу устройства.

Устройство для измерения манипулиро- ванных сигналов содержит смеситель 1. фильтр 2 промежуточной частоты, первый частотный дискриминатор 3, содержащий элемент 5 задержки и фазовый детектор 7, второй частотный дискриминатор 4, содержащий элемент 5 задержки, фазовращатель 6 и фазовый детектор 8, два фильтра 9 и 11 верхних частот, три перемножителя 10,12 и 15, интегратор 13, индикатор 14, генератор 16 развертки, перестраиваемый гетеродин 17.

В у стройстве для измерения манипули- рованных сигналов соединены последовательно входной смеситель 1, фильтр 2 промежуточной частоты, частотный дискриминатор 3, фильтр 9 верхних частот, первый перемножитель 10. Выход фильтра 2 промежуточной частоты через последовательно соединенные частотный дискриминатор 4 и фильтр 11 верхних частот соединен с вторым входом первого перемножителя 10. Выход первого перемножителя 10 через последовательно соединенные третий перемножитель 12 и интегратор 13 соединен с входом индикатора 14. Первый вход второго перемножителя 15 соединен с выходом частотного дискриминатора 4, а выход с входом третьего перемножителя 12. Один выход генератора 16 развертки соединен с входом индикатора 14, а другой выход - с входом перестраиваемого гетеродина 17, выход которого соединен с вторым входом смесителя 1.

Устройство работает следующим образом.

На вход смесителя 1 (вход устройства) поступает частотно-манипулированный сигнал, который при модуляции с разрывом фазы несущей можно представить в виде

U(t) Umccos( (Wcp t + A ft b (t) t + у ) U mc cos (t);

где Umc - амплитуда сигнала;

(l) +0)2

fttp -я средняя частота сигнала;

, (1)2 - несущие частоты;

- 0)

Ай я - девиация частоты;

b(t) - модулирующая функция, описывающая манипуляцию частоты сигнала и принимающая два значения: (+1) или (-1) с вероятностями Р2 и Pi соответственно; ро - начальная фаза сигнала.

Напряжение перестраиваемого гетеродина 17 представим в виде

Ur(t) Unrir cos( ufrt+) Umr cos рг (t) .

где Umr, (ih , pr соответственно эмплиту- да, несущая частота и начальная фаза сигнала на выходе перестраиваемого гетеродина

17

На выходе фильтра 2 промежуточной

частоты при условии Umr Urrtc иф(т)итсоз piW-YS (t).

Напряжение с выхода фильтра 2 промежуточной частоты поступает на входы элемента 5 задержки, фазовращателя 6 и первый вход фазового детектора 7.

Сигнал на выходе элемента 5 задержки можно представить как

Ui(t)

Umcos{ (Шср t - (Or t) + Aco b(t-r)t -

- (ftfcp-ftOr-Au;rb(t-r) .

Сигнал на выходе фазовращателя 6 имеет вид

U2(t) Umsln{ ( - о)г) t + ДуЦт) t + уъ - ,

Напряжение с выхода элемента 5 элемента задержки поступает на опорные входы фазовых детекторов 7 и 8. Напряжение с выхода фазовращателя 6 поступает на вход фазового детектора 8. Тогда для напряжений на выходе фазовых детекторов 7 и 8 справедливы следующие соотношения:

.u co LBfu-Slt- gft Wu uZstntbaWti-tosiiibiavTarfrtotfriy

Величина постоянной времени задержки г выбирается из условия г Т. Поэтому искажениями Ли) b(t}-b(t- г ) можно пренебречь. С учетом этого напряжения на выходе фазовых детекторов 7 и 8 примут вид

1Ш

U mcos{ A a r b (t-r) + (&;tp - о)г) г};

Щ

U msln{ Acorb(t-r)-b(fiJcp -ov)r}

Выходные напряжения фазовых детекторов 7 и 9 приведены на фиг. 2в и на фиг. 2г.

Как видно из эпюр, приведенных для случая положительной расстройки (Оср - о , где Ob опорная частота, напряжения на выходе фазовых детекторов 7 и 8 состоят из постоянной 11составляю- щей и переменной (составляющей.

Фильтры 9 и 11 верхних частот выделяют только переменную составляющую выходного напряжения фазовых детекторов 7 и 8. Размах напряжений на выходе фильтров 9 и 11 можно представить как сумму двух составляющих

AUb AU9(+) + AUg(-);

(+) + AUii(-); где AU9(+) и A Un(+) - положительные составляющие размаха напряжения на выходе фильтров 9 и 11.

AUg(-)n A U11(-) - отрицательные составляющие размаха напряжений на выходе фильтров 9 и 11.

С учетом принятых обозначений получим следующие соотношения для составляющих размаха напряжений на выходе фильтров 9 и 11.

Для временного интервала Ati - (ti-t0) справедливы следующие соотношения;

,j1,co$o}1t-m Ui(t)--2PzuZ,s iuЈ Cvn()ji; &Um-1-m UsM -uZ,SWiJ,i--2P u2,si4utfcosliJcp-tJrp.

Для временного интервала At2t() справедливы следующие соотношения;

AUgv-rtU tfl-U tOSd - PiVlj nbiJ L-s inltJcp- i; ((O mSi naXj t-mfcyt) 2P,U SirtduJTrosfcJcp- t.

Напряжения с выходов фильтров 9 и 11 поступают па входы первого перемножителя 10. На выходе первого перемножителя 10 для рассматриваемых интервалов времени Ati и At2 имеем

Un,0)U9( ( ((и)1:р-ь}г-Л - -2РгУт5 п Д«Л51 2 р-сЛ„}гс ;

(btJ-W}(-)-b5w,t---2P,,ln(u)cp-iJrn 2P,sin/iu)u:os(Vcp -о „)Т. - 2P,l2y sin rSin2Ca5 p- .

0

Напряжение с выхода первого перемножителя 10 поступает на вход третьего перемножителя 12, на другой вход которого поступает напряжение с выхода второго перемножителя 15. Для рассматриваемых интервалов времени Ал и A t2 и расстройки cutp - (Do o напряжение на выходе перемножителя 15 имеет вид

Un,s (Ы,)-и2, -smaVt ymf0sa)ft--jy,,ts/rt2to,-u,,)T; UmsWJ Um bJJi-U™C-°$tjЈ--{u r,

С учетом этого напряжение на выходе второго перемножителя 12 можно записать как

Uni2f/lt,) i n)oWt)-ynis tr)-- P/ymSw fJb f72fctp- -«)r)t-1U, , mZ(b),-drT4-Pj У Sm datfswZfeA:.- - ЈJr yi sin 2 (Jf u)r Yli

Vn,l(Mi}--Un,a(,,stt --W VmW u-J -br 2(,- cjr П -| llЈ, sin г( -р у„ , пгйьЛ s in2( -uir-Yi (ь)2-и)г)1.

25

На выходе интегратора 13 имеем

f«Hr,3ft).p,un,ifjt,)-ptun.2wt),-pIoilUi4i. t1JitjT«;,iYo(),)r.

6 4- -; - -P,P is nl4tJJ ;n2(Jco.Jnn1mZW1- J -)T-- Р,Рг и „ sin Jiarr- sin: w-0-tj,r; w, - .sWfW,.P ibnVjltinrfJ -bWtrzp lnZfcJcp JitojiJt.

(Pj-1; )s;-.2w,.

Для частного случая ,5 получим UMHTl3(t) 1 9 - Um sin2 Awrcos 2 sin2 x

X 2 (Уср - (От )r.

Для случая отрицательной расстройки (Уср - ffib о имеем

для временного интервала Ati Ј(ti-t0) &Ug() -2РгиЈ sin &иП sinMcp-fJ Yi i

йО(.}--2Р2и, sm u/Lcos cp-avft;

для временного интервала At2 ()

С}

иU3(1.) - 2 (

AUn(+) - - 2P1Um sii7/3cJl cos(.

На выходе первого перемножителя 10 для соответствующих интервалов времени Ati и At2 получим

«« - Ы-ч-г и ьЛм,,,,.., l-W smtrfi-cos rtJfp-,.V)t)r

,-,1„к; у..ЧМ ли„.,.ди,к..5с.гР,и,;;5;..4Л5:пГч,).

(-2P,,-,iJi -eosMc.)

2 Р, у a.-jTs;,, 2 f«J „ - «jn | f .

На выходе второго перемножителя 15На выходе первого перемножителя 10

имеемполучим для интервала At2

un,,f4t,)-uJ,«nW, uie«w,-u)ii -j(/i n2W- fiiUn10( Дй)Ua,, tttt):-uZ,v tJt- J..cmle,,,u«z{iJ,- JJiС . А.О1 о д,.,

0 -AUg(+) Диц(Ч-) 5 Р2 U m4 sin 2(ft)j -И )r;

Тогда на выходе третьего перемножителя 12 получим„для интервала Ati

Un,tf4,l Un.oflt,) yn,j(«0--f-§lCsm2fel-.T)

.ip;lutf- rt«M.d,nzUmo(Ati)

-Pjl/™si 14 Jfs t(J-Jjrf «шгЛл - Л;A,0..0v1

(-) AUll(-)4pfUn.Sln2( -ОД)Г.

2 Р,иД 4.V fcjt sml te«. - - )4

.-рХл- -ллвч-Ая чв л.Напряжение на выходе второго переНа выходе интегратора 13 получиммножителя 15 для интервала Ai2 равно

1 „«А12) Уте5:п(еЛ,-а „ЗТ-у4со5 - г.)1

uwll(«.4«-t«M W4fc- A i i -1 -.„„, интеовма А112Wf )7 J

,,|; л«| л..„«. интервала ati

«InZtuicp.u.yET.p tlii j.-dnKiitc,,-Un15( Atl) 0

.n.p.tinir,..)«2Q Тогда напряжение на выходе третьего

v, ,nt«i,«in2fu «,.перемножителя 12 можно записать в следу. .nit«,-.ющем виде; ,п,о(.(0;

UrM4Wt2).-On10(4-fz)-Ontf rttt)

Анализ полученных выражений, харак--{t/Д p sm zto,-)

теризующих выходное напряжение интег-25 Наи„тегРатоРа 13 получим

ратора 13, показывает, что при поступлении

на вход устройства частотно-манипулиро-uUHri3(t)-Piilni at f itJatt al

ванных сигналов напряжение на выходеriy p1ptsm 2№i- Jrftинтегратора 13 всегда отрицательно. отрицательной расстройки

На фиг. 2д представлена эпюра напря-30 J получиРм следующие соотноше- жения на выходе интеграторе 13 для случая

Р1 Р2 - 0,5. fltf9W:-uЈcosfcJ,- tf piUme0sfcVta,Of.

Напряжение с выхода интегратора 13rP Acos - jtiAtetta-t,);

поступает на первый вход индикатора 14. на, .2 ..т

другой вход которого поступает напряже-35au«M -0ins.ft -« Plums.

ниес выхода генератора 16 развертки. P2w sInf& f- ; 4teft2-t);

При ПОСТуПЛеНИИ На ВХОД ЭМПЛИТуДНО-bU9t-t ( Aieft.-t,,);

манипулированного сигнала устройство ра-„

ботает следующим образом.ли11(.у- R, и„ tinfuJi- П; &te(t,-i0).

Входной амплитудно-манипулирован- 40 ..,..

ный сигнал представим в видеНа выходе пеРвого перемножителя 10

U(t)-Umb(t)cos(ft) ),ee

где Urn, ал . ft - амплитуда, несущая час-iWttV«afltH-4utlH 4pf«t/ .

тота и начальная фаза сигнала, причем,, ,,, « ,

;45 п1вв г зд-ло„м -|р Ј/ в1в л,-«А,|Г.

b(t) - модулирующая функция, описывающая манипуляцию амплитуды сигнала иНа выходе второго перемножителя 15 принимающая два значения: 0 или 1 с веро- получим ятностями Р2 и PI соответственно.

Для размаха напряжений на выходе 50уп 5ш.)20,фильтров 9 и 11 получим следующие соотно-Unif t2)c i t/Д з« ч гщ - лпу.

шения (см. эпюры напряжений на фиг. 2е и

ж):Тогда на выходе третьего перемножитесе ля 12 имеем

0„„.иД«,1((.0,КГ-Р,иДсМГы,.1,1 Део.Н- Л/Win /Л V II fA 1-fl «„„,. ,-.rt- ..-...-.rti4tefi - l/waf«)Wn,0Wt,)-f/n«f t1)«0;

l«kn.-«.Ofc«J- W l««f - .; jte ( Uan(it&Ua,etAtj-UmjAtj vS.lЈvn2f4-tilJt.

l8,.,t- lU«tt),uZ t ,n(,-«,)1;

На выходе интегратора 13 получим

11инт13(1) P2Un12( A tl)J-PlUn12( A t2)

-U8mPiP22 sin2 2(ш -a )r.

Из полученных соотношений следует, что при любых расстройках сигнала с амп- литудной манипуляцией напряжение на выходе интегратора 13 имеет положительный знак.

Выходное напряжение интегратора 13 поступает на вход индикатора 14 на другой вход которого поступает напряжение с выхода генератора 6 развертки.

На фиг. 2з представлена эпюра напряжения на выходе интегратора 13 при воздействии амплитудно-манипулированного сигнала.

Отсюда следует, что при изменении частоты перестраиваемого гетеродина 17 изменяется частота выходного сигнала смесителя 1 и, следовательно, выходное напряжение интегратора 13 положительно, если входной сигнал амплитудно-манипулировэн- ный, и отрицательный, если входной сигнал частотно-манипулированный. В результателуч на экране индикатора 14 отклоняется вверх, если в полосу пропускани фильтра 2 промежуточной частоты входит сигнал с амплитудной манипуляцией, и вниз, если в полосу фильтра 2 промежуточной частоты входит сигнал с частотной манипуляцией.

По отклонению луча от среднего положения принимается решение о виде манипуляции входного сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройст- во обеспечивает идентификацию сигналов с амплитудной и частотной манипуляцией,

что расширяет его область использования по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Устройство для измерения манипулиро- ванных сигналов, содержащее смеситель, первый вход которого является входом устройства, фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом смесителя, а выход - с первой и второй параллельными цепями, каждая из которых включает в себя частотный дискриминатор, вход которого является входом параллельной цепи, и фильтр верхних частот, выход которого является выходом параллельной цепи, выходы первой и второй параллельных цепей соединены соответственно с первым и вторым входами первого перемножителя, интегратор и перестраиваемый гетеродин, выход которого соединен с вторым входом смесителя, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения идентификации сигналов с амплитудой и частотной манипуляциями, введены второй и третий перемножители, соединенные последовательно, генератор развертки и индикатор, соединенные последовательно, причем второй выход генератора развертки соединен с управляющим входом перестраиваемого гетеродина, второй вход индикатора соединен с выходом интегратора, первый и второй входы второго перемножителя - с выходами частотных дискриминаторов соответственно первой и второй параллельных цепей, второй вход третьего перемножителя соединен с выходом первого перемножителя, а выход третьего перемножителя - с входом интегратора.

1

Использование, в области обработки и распознавания сигналов, в радиотехнических устройствах для обнаружения и рас познавания амплитудно- и частотно-мани- пулированных сигналов Сущность изобретения: устройство содержит смеситель 1, фильтры 2. 9, 11, дискриминаторы 3, 4, элемент 5, фазовращатель 6, детекторы 7, 8, перемножители 10, 12, 15, интегратор 13 индикатор 14. генератор 16. гетеродин 17 Особенностью изобретения является то, что для повышения точности распознавания амплитудно- и частотно-манипулированных сигналов в устройство введены последовательно соединенные второй и третий пере- множигели и последовательно соединенные генератор и индикатор 2 ил

Щи2.1

ч а

/л /& /л /

и,

Ј/ %

х хл /л

уад щ(

ип,

a, J ЛАААААА/ АЛЛУ

W

ллллллллллллл/

#Г

t

(Риг. г

й)Т