Индикаторное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01D7/10 

Физ.1

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

Из известных устройств наиболее близ- кйм к предлагаемому является индикаторное устройство, которое осуществляет поиск и обнаружение в задэнном;частотном диапазоне Df сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМн), а также визуальную пеленга - цию источника излучения указанных сигналов в одной плоскости, но не обеспечивает возможности для визуальной пеленгации источника излучения указанных сигналов в двух плоскостях.

Кроме того, для достоверной визуальной оценки основных параметров принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала необходимо выполнение условия; : U(5 -2пуг Wo, где - частота биений;

(Оо - частота генератора опорного на- пряжения. При неравенстве частот (ш$& ak) яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности m фазовой мани- пуляции и величины скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала на экране ЭЛТ с круговой разверткой резко снижается. Для устранения этого недостатка используется система ФАПЧ, обеспечиваю- щая равенство указанных частот ,

Одним из основных требований, предъявляемых к известному устройству, является получение достаточно низкой частоты биений (0$ npvi относительно высокой про- межуточной частоте Одтр. Применение обычной системы ФАПЧ в этих условиях не обеспечивает указанного равенства частот из-за неустойчивой работы ФАПЧ и наличия ложных захватов,

Целью изобретения является повышение достоверности пеленгации источника излучения и визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в него введены последовательно соединенные третья антенна, третий широкоплосный усилитель, третий смеситель, другой вход которого подключен к выходу гетеродина, третий УПЧ, второй пёремножитель, первый

узкополосный фильтр, первый формирователь, первый элемент ИЛ И и модулирующий электрод пятой ЭЛТ, вертикально-отклоняющие пластины которой и четвертой ЭЛТ подключены к выходу генератора опорного напряжения и через фазовращатель на 90°

- к горизонтально-отклоняющим пластинам соответственно пятой и четвертой ЭЛТ, последовательно соединенные третий перемножитель, вход которого подключен к выходу второго УПЧ, второй узкополосный фильтр, второй формирователь, второй элемент ИЛИ и модулирующий электрод четвертой ЭЛТ, третий формирователь, четвертый смеситель и четвертый УПЧ, при этом выход генератора опорного напряжения через третий формирователь соединен с другими входами элементов ИЛИ и через четвертый смеситель и четвертый УПЧ - с одним входом первого перемножителя, другой вход которого подключен к выходу второго ПФ, и с другими входами второго и. третьего перемножителей, а другой вход четвертого смесителя подключен к выходу ключа.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 .-структурная схема обнаружителя; на фиг.З - возможный вид осциллограмм: на фиг,4 и 5

- временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.б - принцип пеленгации источника излучения ЛЧМ-МФМн сигналов в двух плоскостях.

Индикаторное устройство содержит первую, вторую и третью антенны 1, 2 и 3, второй, третий и четвертый широкополосные усилители 4, 5 и 6, блок поиска 7, гетеродин 8, первый, второй и третий смесители 9, 10 и 11. первый, второй и третий усмлите- ли 12,13 и 14 промежуточной частоты, обнаружитель 15, элемент 16 задержки, ключ 17, вторую ЭЛТ 18. умножитель 19 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 20, делитель 21 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 22, первый частотный детектор 23, первую дифференцирующую цепь 24, вторую дифференцирующую цепь 25, генератор 26 развертки, первую ЭЛТ 27, первый пёремножитель 28, третий полосовой фильтр 29, второй частотный детектор 30, генератор 31 опорного напряжения, четвертый смеситель 32, четвертый усилитель 33 промежуточной частоты, третий перемножитель 34, второй перемножитель 36, первый узкополосный фильтр 37.второй и первый формирователи 38 и 39. второй и первый элементы ИЛИ, 40 и 41, первый формирователь 42, фазс-вращатель 43 на 90°, третья, четвертая и пятая ЭЛТ 44, 45 и 46.

Причем к выходу антенны 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 4, смеситель 9, второй вход которого через гетеродин 8 соединен с первым выходом блока поиска 7, усилитель 12 промежу- точной частоты, обнаружитель 15, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки 16, и вертикально-отклоняющиепластины ЭЛТ 18, горизонтально-отклоняющие пластины ко- торой соединены с вторым входом блока поиска 7. К выходу усилителя 12 промежуточной частоты последовательно подключены ключ 17, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя 15, умножитель 19 частоты на восемь, полосовой фильтр 20, делитель 21 частоты на восемь, полосовой фильтр 22, частотный детектор 23, дифференцирующая цепь 24, дифференцирующая цепь 25, генератор 26 развертки и горизон- тально-отклоняющие рластины ЭЯТ27, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом дифференцирующей цепи 24, К выходу ключа 17 последовательно подключены смеситель 32, второй вход которого соединен с выходом генератора 31 опорного напряжения, усилитель 33 промежуточной частоты, перемножитель 28, вто- рой вход которого соединен с выходом полосового фильтра 22, полосовой фильтр 29, частотный детектор 30 и модулирующий электрод ЭЛТ 44,вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора 31 опорного напряжения, а горизонтально-отклоняющие пластины че- рез фазовращатель 43 на 90° соединены с выходом генератора 31 опорного напряжения. Азимутальный (угломерный) канал приема содержит последовательно включенные антенну 2 (3), широкополосный усилитель 5 (6), смеситель 1.0 (11), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 8, усилитель 13 (14) первой промежуточной частоты, перемножитель 34 (35), второй вход которого соединен с выходом усилителя.33 второй промежуточной частоты, узкополосный фильтр 36 (3.7), формирователь 38 (39), элемент ИЛИ 40 (41), второй вход которого через формирователь 42 соединен с выходом генератора 31 опорного напряжения, и модулирующий электрод ЭЛТ 45 (46), горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом фа- зоеращателя 43 на 90°, а вертикально-отклоняющие пластины - соединены с выходом генератора 31 опорного напряжения.

Обнаружитель 15 содержит последовательно включенные умножитель 47 частоты на восемь, измеритель 49 ширины спектра.

блок 50 сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 48 ширины спектра, и пороговый блок 51, второй вход которого соединен с выходом линии задержки 16.

Устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью блока 7 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 8. Одновременно блок 7 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 18, которая используется как ось частот и соответствует полосе обзора заданного диапазона частот Df. Ключ 17 в исходном состоянии закрыт.

Принимаемые сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-МФМн) аналитически могут быть записаны следующим образом:

Ui(t) Uc cos (Ос t .4- ж у г2 + (t ) + р,

U2(t) Uc COS (Ik t + Яу t 2 + ( t ) + (pll U3(t) Ue COS COc t + Лу t 2 + f) ( t ) + рз,

0 t TV, ,

где Uc. , , yi , (pi, рз амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фазы сигналов;

Af3

Y - . скорость изменения частоты внутри импульса;

Afd - девиация частоты; p(t)- манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.4а), причем y(t) const при К т3 t (К+1) гэ и может изменяться скачком при t К г, то есть на границах между элементарными посылками (К 1, 2,...,N-Tj;

гэ N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Ги(ти Мгэ). Указанные сигналы с выходов антенн 1, 2 и 3 через широкополосные усилители 4, 5 и 6 поступают на первые входы смесителей 9, 10 и 11, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 8 линейно изменяющихся частот

Ur(t) Uf cos (0t t 4- nyr t 2 + (ft),

0 ,

где Ur, «r, Tn , pr - амплитуда, начальная частота, период повторения и начальная фаза напряжения гетеродина;

Df УГ т Скорость изменения частоты

I П

гетеродина,

На выходах смесителей 9,10 и 11 образуются напряжения комбинационных частот, Усилители 12, 13 и 14 выделяются только напряжения первой промежуточной частоты

Unpi (t ) - Unp cos t +

+7Tyt2 (t) -f pnpl Unp2 (t ) Unp COS Wnpt t -f + tfyt2 (t) + 99nP2

UnP3 (t). Unp cos atop11 +

+ 7Tyt2 (t)-7Tyrt2 + рпрз1 0 t :Ј%,

где Unp - ifcUcUr;,

Kl - коэффициент передачи смесителей; crhpi ftfc - w - первая промежуточная частота;

- fr . Vip2 pr . рпрз - p3 pr

Напряжение Unpi(t) с выхода усилителя 12 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 15, На выходе умножителя 47 частоты на восемь образуется напряжение,

L)4(t) Unp COS X

х (8u)nPi t 4- 8 пу t 2 - 8 яуг t2 -f 8 .

О :Јt ги, .-. / в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра Afs восьмой гармоники определяется длительностью- ти сигнала

(Afa -), тогда как ширина спектра Afc

VIA

принимаемых сигналов определяется длительностью тэ их элементарных посылок 1

(Afc

-), то есть ширина спектра восьмой

гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала .Afc/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 входе устройства меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра Afc входного сигнала измеряется с помощью измерителя 48, а ширина спектра Afs восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 49. Напряжения U и Us пропорциональные Afc и Afe соответственно, с выходов измерителей 48 и 49 ширины спектра поступа- iOT на два входа блока 50 сравнения. Так как U Us, то на выходе блока 50 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на вход порового блока 51, где сравнивается с пороговым напряжением Unop. Пороговое напряжение Unop выбирается таким, чтобы этот уровень не

превышал случайные помехи. Указанный уровень превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМн сигнала, При превышении порогового напряжения Unop в пороговом блоке 51 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 7 поиска, переводя его в режим остановки, на вход линии задержки 16, на управляющий вход ключа 1.7, открывая его, и на вертикально-отклоняющие пластины

ЭЛТ 18. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Dr и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, которое определяется временем задержки г линии задержки 16. При этом на экране ЭЛТ 18 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно

определяет .начальную несущую частоту о)с обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала (фиг.За).

При прекращении просмотра заданного частотного диапазона Of (при остановке

блока 7 поиска) усилителя 9. 10 и 11 первой промежуточной частоты выделяются напряжения:

Unp4 ( t ) Unp COS (Wnpi t +

+ 7ryt2+y3k(t) +ph.p1.3.

Unp5 ( t ) Unp COS CWnpl t + + JT.yt2 +fk(t)+ pnp2 J Unpe ( t ) Unp COS fthpi t +

-f JTyt2 +(г)) 0 t ГИ,

Напряжение ) (фиг.4б) с выхода усилителя 12 первой промежуточной частоты через открытый ключ 17 поступает на вход умножителя 19 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение

Us(t) Unp cos (8(Wrtpi t 4- 8 -f 8 Р1),

O iStsSiit,

которое выделяется полосовым фильтром 20 и поступает на вход делителя 2t частоты на восемь. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.4в).

Ue(t) Unp cos ( t -fjryt2 +,Pi), 0 t ти ,

которое представляет собой ЛЧМ-сигнал йа первой промежуточной частоте и выделяется полосовым фильтром 22. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 23. на выходе которого образуется ейдеоим

пульс (фиг.4г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции. Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 23 поступает на вход дифференцирующей цепи 24, выходной импульс которой (фиг.4д) подается на вертикально- отклоняющие пластины ЭЛТ 27 и на вход дифференцирующей цепи 25. На выходе последней образуются короткие разнополяр- ные импульсы (фиг,4е). Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 26 развертки.

Сформированное пилообразное напряжение (фиг.4ж) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 27. На экране ЭЛТ 27 образуется прямоугольный импульс (фиг.Зд). длительность которого пропорциональна длительности ги принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения у частоты внутри импульса, а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Aff)( Afr) y TV,) принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экране ЭЛТ 27 наносится координатная частотно- временная сетка. Напряжение

Uo(t) Uo COS ((Do t -t- o)

с выхода генератора 31 опорного напряжения поступает непосредственно на вертикально-отклоняющие пластины, а через фазовращатёль 43 на 90° на горизонтально- отклоняющие пластины ЭЛТ 44, 45 и 46, формируя круговые развертки.

Напряженней пр 4 W (фиг.46) с выхода усилителя 12 первой промежуточной частоты через открытый ключ 17 одновременно поступает на первый вход смесителя 32, на второй вход которого подается напряжение Uoft) с выхода генератора 31 опорного напряжения. На выходе смесителя 32 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 33 выделяется напряжение только второй промежуточной частоты

Unp7 ( t ) Unp2 COS fWnpi t 4+ 7tyt2-f V(t) ,

где U.npi - 2 KlUnPu°

Wop2 - utopi k вторая промежуточная частота,

Hpt - fh;

которое поступает на второй вход перемножителя 28, на первый вход которого подается напряжение Ue(t) с выхода полосового

.фильтра 22. На выходе перемножителя 28 образуется напряжение (фиг.4з) U(t) . Ua cos too t + рк (t) + ро.

: о ,

51

где U2 2 K2Unp Unpi;

К2 - коэффициент передачи перемножителя;которое представляет собой ФМн сигнал на

0 частоте too генератора 31 опорного напряжения, Это напряжение выделяется полосовым фильтром 29 и поступает на вход частотного детектора 30. На выходе последнего образуется последовательность корот5 «их импульсов разной полярности (фиг.4и), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала (фиг.4з). Сформированная последовательность коротких

0 разнополярных импульсов с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 44 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 44 образуется изобра5 жение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг.Зб,в.г). Количество точек определяет кратность гп фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков

0 фазы принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Напряжения UnpsW и UnpeCt) с выходов

усилителей 13 и 14 первой промежуточной

частоты поступают на первые входы пёремножителей 34 и 35, на вторые входы кото5 рых подается напряжение UnP7(t) с выхода усилителя 3 второй промежуточной частоты. На выходах перемножителей 34 и 35 образуются гармонические колебания (фиг.5б,в) U8(t) -- U2 cos (too t + 4- ),

U9(t) U2 COS (too t + f)0 + )0 t ги.

1 где U2 2 K2Unp Unpi .

K2 - коэффициент передачи перемножителей,

- .pi 1 2 п-л- sin a - фазовый

сдвиг, определяющий направление на ис- ft точник излучения в азимутальной плоскости U. (фиг.б); , : ,

d Ау2 з - pi 2 я-г sin / - фазовый

сдвиг, определяющий направление на ис- е точник излучения на угломестной плоскости; ./...

di, d2 - измерительные ; Я-длина волны:

: а , ft - углы прихода радиоволн;05

которые выделяются узкополосными фильтрами 36, 37 и подаются на входы формирователей38, 39.

Напряжение иоМ(фиг.5а) с выхода генератора 31 опорного напряжения одновременно поступает на вход формирователя 42. Формирователи 42, 38 и 39 формируют короткие положительные импульсы в моменты пересечения гармонических колебаний Uo(t), Ue(t) и Ug(t) нулевого уровня с положительной производной, то есть снизу вверх (фиг,5г,д,е). Указанные импульсы через соответствующие элементы ИЛИ 40 и 41 поступают на модулирующие элементы ЭЛТ 45 и 46 и осуществляют модуляцию их электронных лучей по яркости. На экранах ЭЛТ 45 и 46 образуются две яркие точки, расположенные на окружностях (фиг.Зе.ж). Угловые расстояния между яркими точками равным фазовым сдвигам ДуЈи .

Время задержки тз линии задержки 16 выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить .основные параметры и пеленги принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 18, 27, 44, 45 и 46, По истечении этого времени напряжение с выхода линии задержки 16 поступает на.вход сброса обнаружителя 15 (порогового блока 51) и сбрасывает его содержимое на нулевое значение, При этом блок 7 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 17 закрывается, то есть переводится в свое исходное состояние. С этого момента времени просмотр заданного /частотного диапазона DF 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 основных параметров принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала. Это достигается тем, что фазовая манипуляция принимаемого сигнала переносится на ш0 генератора 31 опорного напряжения и на экране ЭЛТ 44 формируется устойчивая осциллограмма. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет визуально оценить фазовые сдвиги и , определяющие направление на источник излучения в двух плоскостях. Тем самым функциональные возможности уст- ройствэ расширены.

Формула изобретения

Индикаторное устройство, содержащее .последовательно соединенные первую эн- тённу, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, ключ, умножитель частоты на восемь, первый полосовой фильтр, делитель частоты на восемь, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первую дифференцирующую цепь, вторую

дифференцирующую цепь, генератор развертки и горизонтально отклоняющие.пластины первой электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой подключены к выходу первой диффе0 ренцирующей цепи, последовательно соединенные элемент задержки, обнаружитель, второй еход которого подключен к выходу первого усилителя промежуточной частоты, а выход - к вертикально отклоняю5 щим пластинам второй электронно-лучевой трубки, входу элемента задержки и другому входу ключа, блок поиска, другой вход которого подключен к горизонтально-отклоняющимпластинам . второй

0 электронно-лучевой трубки и гетеродин, выход которого подключен к другому входу первого смесителя, последовательно соединенные вторую антенну, второй широкополосный усилитель, второй смеситель,

5 другой вход которого подключен к выходу гетеродина, и второй усилитель промежуточной частоты, первый пёремножитель, выход которого соединен с входом третьего полосового фильтра,второй частотный де0 тектор, выход которого подключен к модулирующемуэлектроду третьей электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора опорного напряжения

5 и через фэзовращатель на 90° с ее горизонтально .отклоняющими пластинками, четвертую и пятую электронно-лучевые трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности пеленгации ис0 точника излучения и визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала, в него введены последовательно соединенные третья антенна, третий широкополосный усилитель, третий смеситель, другой

5 вход которого подключен к выходу гетеродина, третий усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, первый узкополосный фильтр, первый формирователь, первый элемент ИЛИ и модулирующий

0 электрод пятой электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой и четвертой электронно-лучевой трубки подключены к выходу генератора опорного напряжения и через фазовращатель на 90°

5 - к горизонтально отклоняющим пластинам соответственно пятой и четвертой электронно-лучевой трубки, последовательно соединенные третий перемножитель, вход которого подключен к выходу второго усилителя промежуточной частоты, второй узкололосный фильтр, второй формирователь, второй элемент ИЛИ и модулирующий электрод четвертой электронно-лучевой трубки, третий формирователь, четвертый смеситель и четвертый усилитель промежуточной частоты, при этом выход генератора опорного напряжения через третий формирователь соединен с другими входами элементов

ИЛИ и через четвертый смеситель и четвертый усилитель промежуточной частоты - с одним входом первого перемножителя, другой вход которого подключен к выходу второго полосового фильтра, и с другими входами второго и третьего перемножителей, а другой вход четвертого смесителя подключен к выходу ключа.

Устройство относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности, для визуального анализа и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМн). Цель изобретения - повышение достоверности пеленгации источника излучения и визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала. Индикаторное устройство содержит первую, вторую и третью антенны 1, 2 л 3, второй, Третий и четвертый Широкополосные усили1 ПП- та тели 4, 5 и 6, блок поиска 7, гетеродин 8, первый, второй и третий смесители 9, 10 и 11, первый, второй и Третий усилители 12,13 и 14 промежуточной частоты, обнаружитель 15, элемент 16 задержки, ключ 17, вторую ЭЛТ 18, умножитель 19 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 20, делитель 21 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 22, первый частотный детектор 23, первую дифференцирующую цепь 24, вторую дифференцирующую цепь 25, генерз- . тор 26 развертки, первую ЭЛТ 27. первый перемножитель 28, второй частотный детектор 30, генератор 31 опорного напряжения, четвертый смеситель 32, четвертый усилитель 33 промежуточной частоты, третий перемножитель 34, второй перемножитель 35, второй узкополосный фильтр 36, первый узкополосный фильтр 37, второй и первый формирователи 38 и 39, второй и первый элементы ИЛИ 40 и 41, третий формирователь 42, фазовращатель 43 на 90°, третья, четвертая и питая ЭЛТ 44, 45 и 46. 6 ил. ПЙ-1

е ооо

Вкход

У

Фиг. 4.

Ie

t k

I

i

Ф«п5.

/

/