Индикаторное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01D7/10 

XI

Ч Ю Ю

СА О

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности визуального анализа и регистрации параметров широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), а также пеленгации источника их излучения.

Известны индикаторные устройства, в т.ч. и прототип 1.

Недостатком известных индикаторных устройств является низкая точность {досто- веность) индикации.

Целью изобретения является повышение точности (достоверности) индикации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два коммутатора, блок вычитания, сумматор по модулю два, генератор тактовых импульсов, три регистра, счетчик, элемент И, элемент задержки и цифровой компаратор, при этом выходы первого и второго широкополосных усилителей соединены с первыми входами, а через блок вычитания и сумматор по модулю два - с вторыми входами первого и второго коммутаторов соответственно, третьи входы которых соединены соответственно с выходами второго и первого широкополосных усилителей, а выходы подключены к первому и второму входам коррелятора соответ- ственно, выходы блока сравнения соединены с соответствующими входами первого регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и через элемент И к первому входу счетчика, второй вход которого соединен через элемент задержки с другим входом элемента И, выходом первого регистра сдвига и первым входом второго регистра сдвига, второй вход которого подключен к выходу счетчика, а выход - к первому входу третьего регистра и одному входу цифрового компаратора и выходной шине, а вход первого разряда первого регистра сдвига соединен с другим входом сумматора по модулю два.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, а временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.2-5,

Индикаторное устройство содержит первую 1 и вторую 2 антенну, подключенные к входам первого 3 и второго 4 широкополосных усилителей соответственно, последовательно соединенные частотный детектор 5, вход которого подключен к выходу первого широкополосного усилителя 3, первую дифференцирующую цепь 6, выход которой подключен к вертикально-отклоняющим пластинам ЭЛТ 7. вторую дифференцирующую цепь 8 и генератор 9 развертки, выходом подключенный к горизонтально- отклоняющим пластинам ЭЛТ 7, коммутаторы 10, 11, коррелятор 12, состоящий из

многоканальных линий задержки 13i, перемножителя 14| и фильтра 15| нижних частот (, 2невыходами соединенный с входами блока 16i сравнения, первый регистр 17i, генератор 18 тактовых импульсов, элемент

И 19, счетчик 20, второй регистр 21, элемент 22 задержки, третий регистр 23, цифровой компаратор 24, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. При этом входы первого 3 и второго 4 широкополосных

усилителей соединены с первыми входами, а через блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два-с вторыми входами первого 10 и второго 11 коммутаторов соответственно, третьи входы которых соединены соответственно с выходами второго 4 и первого 3 широкополосных усилителей, а выходы подключены к первому и второму входам коррелятора 12 соответственно. Выходы блока 16i сравнения соединены с соответствующими

входами первого регистра 17i сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора 18 тактовых импульсов и через элемент И 19 - к первому входу счетчика 20, второй вход которого соединен через элемент 22 задержки с другим входом элемента И 19, выходом первого регистра 17| сдвига и первым входом второго регистра 21, второй вход которого подключен к выходу счетчика 20, а выход - к первому входу

третьего регистра 23 и одному входу цифрового компаратора 24,выход которого соединен с вторым входом третьего регистра 23, выход которого подключен к другому входу цифрового компаратора 24 и к выходной

шине, а вход первого разряда первого регистра 17j сдвига соединен с другим входом сумматора 26 по модулю два.

Для пеленгации источника излучения ЛЧМ-сигналов используется фазовый метод, которому свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла Разность фаз высокочастотных колебаний, принимаемых двумя разнесенными антеннами определяется соотношением

Ду5 2яу Sin/.

где d - измерительная база (расстояние между антеннами):

Я - длина волны,

/ угол прихода радиоволн

Действительно, согласно указанной формуле индикаторное устройство тем чувствительнее к изменению угла, чем большее относительный размер базы d/A. Однако с ростом d/A уменьшается значение угловой координаты, при котором разность фаз превосходит значение 2 тс, т.е. наступает неоднозначность отсчета (фиг.4). С другой стороны указанная разность фаз определяется следующим образом:

Ay 27rfc (t +т) -2jrfct ,

где fc - начальная частота ЛЧМ-сигналов, принимаемых двумя антеннами;

т время запаздывания сигнаV

лов, приходящего на одну из антенн, по отношению к сигналу, приходящему на другую антенну;

с - скорость распространения света.

Следовательно, приравняв указанные соотношения, получим

т d/csln ft.

Таким образом, измерив величину задержки Т0 и зная измерительную базу d, можно однозначно определить значение истинного пеленга

sin $ c/d TO ,

где TO р0.

Минимальное (нулевое) значение т(Тмин 0) будет соответствовать значению /Ј 0. Максимальное значение т (Гмакс) будет соответствовать углу /5 90°

Гмакс -sln/3 -sin . еес

Следовательно,sin в ° .

макс

Измерив Т0 с помощью корреляционной обработки принимаемых ЛЧМ- сигналов, можно определить истинный пеленг /8о . При этом устраняется зависимость результатов измерения от несущей начальной частоты принимаемых ЛЧМ-сигналов и неоднозначность измерения, присущая фазовому методу пеленгации.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемые сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)

Ui(t)- Vccos 27rfc(t +т) +

+ пу (t + т)2 + рс ;

U2(t)UcCOS 27Tfct +

+ Луг2 + рс 0 t ТИ ,

где Vc, fc, pc , тн - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и длительность сигналов;

, MiГи

скорость изменения частоты

внутри импульса;

т- время запаздывания; 5 с выходов антенн 1 и 2 поступают на входы широкополосных усилителей 3 и 4 соответственно.

Принимаемый ЛЧМ-сигнал Ui(t) (фиг.2а) с выхода широкополосного усили0 теля 3 поступает на вход частотного детектора 5, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.2б), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции.

5 Указанный видеоимпульс поступает на вход первой дифференцирующей цепи б, выходной импульс (фиг.2в) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 7 и на вход второй дифференцирующей цепи 8.

0 На выходе последней образуются короткие разнополярные импульсы (фиг.2г).

Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 9

5 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг.2д) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 7. На экране ЭЛТ 7 образуется импульс

0 (фиг.2в), длительность которого пропорциональна длительности ги принимаемого ЛЧМ-сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения у частоты внутри импульса, а площадь осциллограммы пропор5 циональна девиации частоты Afg(Afg« У тп) принимаемого ЛЧМ-сигнала.

Для визуальной оценки параметров принимаемого ЛЧМ-сигнала на экране ЭЛТ 7 наносится координатная частотно-вре0 менная сетка.

Напряжения Ui(t) и U2(t) с выходов широкополосного усилителя 3 и 4 через комму- таторы 10 и 11 поступают на входы коррелятора 12, состоящего из многоотвод5 ных линий задержки 13i, перемножителя 14| и фильтра 15| нижних частот (I 1,2...,п). На выходе 1-го элемента перемножителя 14| образуется напряжение, которое будет иметь максимальное значение при условии

0 т Т0. Блоком 151 выделяется напряжение разностной частоты, пропорциональное корреляционной функции R(r). Причем напряжение будет максимальным только при т TO R (TO) ,TO РО , где/So- истинный пеленг.

С выходов коррелятора 12 напряжения поступают на входы блока 16i сравнения, который состоит из п аналоговых компараторов. Каждый компаратор представляет со5

бой аналоговый элемент сравнения, в котором сравниваются два напряжения: входное Vox и опорное Von.

В случае превышения входного напряжения над опорным (VBX Von) на выходе компаратора 16i формируется напряжение, соответствующее логической единице 1. Следует отметить, что напряжения с выходов коррелятора 12 подаются на аналоговые компараторы таким образом, что на два соседних компаратора подается одно и тоже напряженно.

Причем на один из компараторов в качестве входного напряжения VBX, а на другой - опорного Von.

Таким образом на выходах компараторов образуется параллельный двоичный код, в котором 1 соответствует превышению напряжения в (I + г) канале коррелятора 12 над напряжением в 1-м канале. Последовательность единиц двоичного кода соответствует возрастанию корреляционной функции R(T). а последовательность нулей соответствует спаду корреляционной функции R(z). Следовательно, последняя единица в двоичном коде будет соответствовать максимуму корреляционной функции R(r0). Подсчитав количество единиц двоичного кода N, можно определить номер канала, в котором п т0, а следовательно, и значение То .

Параллельный двоичный код с выходов компараторов 16i поступает на регистр 17i сдвига, где он преобразуется в последовательный двоичный код. Сдвиг параллельного двоичного кода в регистре 17| сдвига осуществляется подачей на его тактовый вход (вход синхронизации) тактовых импульсов от генератора 18 тактовых импульсов. Счетные импульсы формируются с помощью элемента И 19. на один из входов которого поступают тактовые импульсы с выхода генератора 18, а на другой - последовательный двоичный код с выхода регистра 17| сдвига. Последовательность счетных импульсов, количеств N которых соответствует числу 1 двоичного кода, поступает на вход счетчика 20. где производится подсчет числа 1. Счет прекращается по окончании последовательности единиц двоичного кода с выхода регистра 17i сдвига, т.е. при переходе от уровня 1 к уровню О. По окончании счета его результат необходимо записать в регистр 21, а затем перевести счетчик 20 в нулевое состояние. Запись в регистр 21 осуществляется одновременно с окончанием счета управляющим сигналом с выхода регистра 17i сдвига. Для перевода счетчика 20 в нулевое состояние именно после записи результата счета в регистр 21 управляющий сигнал с выхода регистра 17| сдвига задерживается элементом 22 задержки и поступает на вход сброса счетчика 20.

Значение двоичного кода, записанного в регистре 21, сравнивается со значением двоичного кода, имеющегося в регистре 23, с помощью цифрового компаратора 24. Это делается для исключения повторной записи

одного и того же значения двоичного кода, соответствующего одному и тому же истинному пеленгу Д.

Если сравниваемые двоичные коды не равны, то на выходе цифрового компаратора 24 формируется сигнал, соответствующий уровню логической единицы 1, который поступает на управляющий вход регистра 23, разрешая запись нового значения двоичного кода.

Если сравниваемые двоичные коды равны, то повторной записи в регистре 23 не производится. Следовательно, на выходе регистра 23.формируется двоичный код, который соответствует т т0 , т.е. значению

задержки, при которой корреляционная функция R(rb) имеет максимальное значение Т0 N п ,

где N - число единиц в двоичном коде, соответствующее номеру элемента многоотводной линии задержки;

FI- величина задержки одного элемента многоотводной линии задержки.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю расположения источника излучения ЛЧМ-сигналов в правой полуплоскости (фиг.За). В этом случае на выходе первого канала блока 16i сравнения будет 1, потому что при сравнении сигналов первого и второго каналов коррелятора

12 сигнал первого канала будет иметь большую задержку, при которой корреляционная функция R(r) принимать большее значение. Если источник излучения ЛЧМ- сигналов расположен в левой полуплоскости (фиг.Зв). то для правильной работы коррелятора 12 необходимо произвести переключение приемных каналов, Для этого используются коммутаторы 10 и 11, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. На

выходе блока 25 вычитания напряжение появляется лишь в том случае, когда Ui(t) U2(t), что соответствует 1 на выходе сумматора 26 по модулю два. Если ЛЧМ-сигналы приходят из левой полуплоскости, то на выходе

первого канала блока 16 сравнения будет О, так как сигнал второго канала будет больше сигнала первого канала, т.е. он будет иметь большую задержку. Выходное напряжение сумматора 26 по модулю два

управляет работой коммутаторов 10 и 11 согласно таблицы истинности, изображенной на фиг.5. Если источник излучения ЛЧМ- сигналов расположен на равносигнальном направлении, то Vi(t) V2(t) и напряжение на выходе блока 25 вычитания будет равно нулю, что соответствует/Зо 0 (фиг. 36).

Таким образом предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности (достоверности) индикации. При этом для повышения точности (достоверности) пеленгации источника излучения происходит увеличение измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность отсчета угловой координа- ты устраняется корреляционной обработкой канальных сигналов и измерением в цифровом коде величины задержки, равной (г0 (T Го)), т.е. задержки, соответствующей истинному пеленгу р0 (т ) .

Представление результатов пеленгации в цифровом коде обеспечивает возможность для их длительного хранения,передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжения с вычислительной техникой.

Формула изобретения Индикаторное устройство, содержащее первую и вторую антенны, подключенные к

входам первого и второго широкополосных

усилителей соответственно, последовательно соединенные частотный детектор, вход которого подключен к выходу первого широкополосного усилителя, первую дифференцирующую цепь, выход которой подключен к вертикально отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки, вторую диффе5

0 5 0

5

0

5

ренцирующую цепь и генератор развертки, выходом подключенный к горизонтально отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности индикации, в него введены два коммутатора, блок вычитания, сумматор по модулю два, генератор тактовых импульсов, три регистра, счетчик, элемент И, элемент задержки и цифровой компаратор, при этом выходы первого и второго широкополосных усилителей соединены с первыми входами, а через блок вычитания и сумматор по модулю два - с вторыми входами первого и второго коммутаторов соответственно, третьи входы которых соединены соответственно с выходами второго и первого широкополосных усилителей, а выходы подключены к первому и второму входам коррелятора соответственно, выходы блока сравнения соединены с соответствующими входами первого регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и через элемент И - к первому входу счетчика, второй вход которого соединен через элемент задержки с другим входом элемента И, выходом первого регистра сдвига и первым входом второго регистра, второй вход которого подключен к выходу счетчика, а выход- к первому входу третьего регистра и одному входу цифрового компаратора, выход которого соединен с вторым входом третьего регистра, выход которого подключен к другому входу цифрового компаратора и к выходной шине, а вход первого разряда первого регистра сдвига соединен с другим входом сумматора по модулю два.

v

Устройство относится к индикаторным и регистрирующим приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров широкополосных сигналов с линейном частотной модуляцией, а также пеленгации источника их излучения. Цель изобретения - повышение точности индикации. Индикаторное устройство содержит антенны 1 и 2. широкополосные усилители 3 и 4, частотный детектор 5, дифференцирующие цепи 6 и 8, ЭЛТ 7. генератор 9 развертки, коммутаторы 10 и 11, коррелятор 12, состоящий из многоотводных линий 13 задержки, перемножителя 14 и фильтра 15 нижних частот, блок 16 сравнения, регистры 17, 21 и 23, генератор 18 тактовых импульсов, элемент И 19, счетчик 20, элемент 22 задержки, цифровой компаратор, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. 5 ил.

А.

N

№МОс/

л

; w

9

j

л

то

9C66UI

ФигЛ

.5

л1/8Ь/х(