Индикаторное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01D7/10 

житель 47, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 42, фазовый детектор 50 и индикатор 51.

К выходу узкополосного фильтра 43 по- следовательно подключены фазовращатель 47 на 90° и масштабирующий перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом узкополосного .фильтра 43, а выход подключен которому входу фазового детектора 50.

Обнаружитель 25 снабжен первым измерителем 55 ширины спектра и включенным последовательно третьим умножителем 54 частоты на восемь, вторым измерителем 56 ширины спектра, блоком 57 сравнения и пороговым блоком 58, подсоединенным посредством входа 53 сброса к выходу элемента 26 задержки. При этом третий умножитель 54 частоты на восемь подсоединен к усилителю 9 промежуточной частоты посредством информационного входа 52, соединенного через первый измеритель 55 ширины спектра со входом блока 40 сравнения.

Пеленгация источника излучения сложного сигнала в предлагаемом устройстве осуществляется фазовым методом, которому свойственно противоречие между требог ваниями точности измерений и днозначности отсчёта угла. Действительно, согласно формуле (фиг.4)

Др 2ягу-8та.

где а - расстояние между антеннами (измерительная база); - А - длина волны; а -угол прихода радиоволн; стройство тем .чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы а/Я Однако с ростом СЕ/А уменьшается значение угловой кординаты, при котором разность фаз превосходит значение 2 л , т.е. наступает неоднозначность отсчета.

Для повышения точности измерений и странения неоднозначности отсчета угловой координаты в предлагаемом устройстве используются две измерительные базы di и . При этом меньшая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Причем вторая измерительная база da формируется электрически путем умножения фазы гармонических колебаний в два раза по формуе

2cos Ф sin Ф

Индикаторное устройство работает следующим образом. Просмотр заданного диа- пазона частот Df осуществляется с помощью блока 28 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоты гетеродинов 29 и 37. Одновременно блок 28 поиска формирует горизонтальную развертку электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 33, которая

используется как ось частот и соответствует полосе обзора Заданного диапазона частот. Принимаемые сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией

(ЛЧМ-МФМн)

Ui(t) Uc cps Uct+ яу t2 + pv. (0+ +

U2(t) UЈ COS ft)ct + riy t2 + p ic(t) + P2 , 0 t ГИ

где Uc, to с, р 1 p 2 амплитуда, начальная несущая частота начальные фазы и длительность сигналов; . Afd

у.

Ги

- - скорость изменения частоты внутри импульса;

Af 5-девиация частоты;

р ic(t) - манипулируемая составляющая фаза, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг. 5а), причем (t) const

при к Гэ t (k+1)r3 и может изменяться скачком при гэ. т.е. на границах между элементарными посылками (,2,...,М-1);

r3N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен

сигнал длительностью г и ( т N гэ ) с выходов приемных антенн 3 и 36 через широкополосные усилители 4 и 36 соответственно поступают на первые входы смесителей 8 и 38. на вторые входы которых

подаются напряжения гетеродинов 29 и 37 линейно-изменяющихся частот

Uri(t) DM cos ( a)rit + лу r t2+ р ri),

Ur2(t)Ur2 -COS(yr2t+ Яу г t2 + pa),

где Ur1, Ur2, 0) r1, О) г2, р г1 . (р г2 - ЭМПЛИтуды, начальные частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов;

D f

уг т- скорость изменения частот ге- I п

теродинов. Причем частоты (о м и (О Г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

(О г2- О) г1 2 О) пр

и выбраны симметричными относительно частоты с основного канала

U)c-U))r2-ft)c Л) пр-5

На выходах смесителей 8 и 38 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 9 и 39 выделяются только напряжения промежуточной (разностной) час- 10 тоты

Unpi(t) Unpi cos со npt + пу t2 + (р K(t) - -jryrt2 + pnpi,

t Unp2(t) Unp2 COS ft) npt - ЛГУ t2 - p tc(t) + jryrt - pnp2,

где

UnPi 1/2 KiUcUri,

Unp2 1/2KlUcUr2,

Ki - коэффициент передачи смесителей, ft)np (О с- (о r2-ft) с-промежуточная частота;

гГ, р пр2 # .

Напряжение Unpi(t) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 25. На выходе умножителя 54 частоты на восемь образуется напряжение

U3(t)Unpl cos(8 ft)npt+ 8 Яуг t2-8 rr + 8 pnpi), 0 t ги

яугг

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра Л fe восьмой гармоники сигнала определяется длительностью т и сигнала ( A fs 1/ t и), тогда как ширина спектра A fc принимаемого сигнала определяется длительностью Гэ его элементарных посылок (Д fc - 1 / т э), т.е. ширина спектра восьмой гармоники спектра в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

Afc Шв

N

Следовательно, при умножении фазы (частоты) ЛЧМ-МФМн сигнала на восемь его спектр сжимается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ЛЧМ-МФМн сигнал даже тогда, когда его мощность на

0

5

0

5

0

5

0

5

0

входе устройства меньше мощности шумов и помех.

.Ширина спектра A fc входного сигнала измеряется с помощью измерителя 55, ширина спектра A fs восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 56. Напряжения U и Us, пропорциональные A fc и A fs соответственно, с выходов измерителей 55 и 56 ширины спектра поступают на два входа блока 57 сравнения. Так как U Us, то на выходе блока 57 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на вход порогового блока 58, где сравнивается с пороговым напряжением Unop- Пороговое напряжение Unop выбирается таким, чтобы этот уровень не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение Unop превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМн сигнала. При превышении порогового напряжения Unop в пороговом блоке 58 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 28 поиска, переводя его в.режим остановки, на вход линии задержки 26, на управляющие входы ключей 10 и 27, открывая их, и на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 33. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, которое определяется временем задержки т з линии задержки 26. При этом на экране ЭЛТ 33 образуется импульс (частотная метка), положение которого по горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту м с обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала (фиг.За).

При прекращении просмотра заданного частотного диапазона Df (при остановке блоке 28 поиска) усилителями 9 и 39 промежуточной частоты выделяются напряжения:

Unp3(t) Unp1 )npt+ пу t2 +

+ 9Mt)+ ,

Unp4(t)UnP2 cos u)npt- л:уЧ2+ (г) 0 t ГИ.

Напряжение Unp3(t) (фиг.56) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 10 поступает на вход умножителя 11 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение

Ui(t) Unpi cos(8 ft) npt 8 яу t2 + + 8 ), 0 t ги

которое выделяется полосовым фильтром 12 и поступает на вход делителя 13 частоты на восемь. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.бв)

U5(t) Unpi cos ( u)npt + яу t2 + + pnpO, 0 t $ти

которое представляет собой ЛЧМ сигнал на промежуточной частоте и выделяется полосовым фильтром 14. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 5. на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг. 5г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции. Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 5 поступает на вход дифференцирующей цепи 6, выходной импульс (фиг. 5д) который подается на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 2 и на вход дифференцирующей цепи 7. На выходе дифференцирующей цепи 7 образуются короткие разнополярные импульсы (фиг. 5е). Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 1 развертки.

Сформированное пилообразное напряжение (фиг.бж) используется в качестве на- пряжения развертки и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 2. На экране ЭЛТ2 образуется импульс(фйг. Зб.Бд), длительность которого пропорциональна длительности т и принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты у внутри .импульса, а площадь осциллограмм пропорциональна девиации частоты A fg .( Д fg У Ти) принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экран ЭЛТ 2 наносится координатная частотно- временная сетка.

Напряжение Us(t) (фиг. 5в) с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход элемента 24 регулируемой задержки, на выходе которого образуется напряжение

Ue(t) ) UnPi cos unp(t- т )

+ 7Ty(t-rr +

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает напряжение Unp3(t) (фиг. 56) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение биений (фиг.бз)

U6l(t)U6 COS (0&+ р к®+ р б 0 t ГИ ,

где 11б 1/2 K2U2nPi

К 2 - коэффициент передачи перемножителя,

ыв 2лут- частота биений.

ръ о)прТ -ягут2 - начальная фаза биений;

которое представляет собой ФМн сигнал на частоте биений. Причем частота биений определяется скоростью изменения частоты сигнала у и величиной задержки г.

Напряжение Ue i(t) выделяется полосовым фильтром 16 и поступает на вход умножителя 17 частоты на восемь, на выходе которого образуется гармоническое колебаНИе

U 62(t) U б ;cos ( 8 + б), t ти

(Obi

Напряжение Ue2(t) выделяется полосовым фильтром 18, выполненным узкополосным, и поступает на вход делителя 19 частоты на восемь, на выходе которого образуется на- лряжение (фиг. 5и)

30

U63(tj U6 COS ( G) б t + ) 6 ) ,

Это напряжение представляет собой гармоническое колебание на частоте биений, выделяется полосовым фильтром 20, выполненным узкополосным,и поступает на первый вход фазового детектора 21, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 32 опорного напряжения

Uo(t) COS( (00t+ р о),

где Uo, (и о, р0- амплитуда, частота и на- чальная фаза напряжения гетеродина.

Если указанное напряжение отличаются друг от друга по частоте (фазе), то на выходе фазового детектора 21 образуется управляющее напряжение. Причем ампли- туда и полярность этого напряжения зависит от степени и направления отклонения частоты биений ы 0, от частоты (о о. генератора 32 опорного напряжения. Управляющее напряжение выделяется фильтром 22 нижних частот и с помощью формирователя 23 управляющего сигнала воздействует на элемент 24 управляемой задержки, изменяя, величину задержки г так, чтобы выполнялось равенство

(05 27ГуТ(Уо

Для визуальной оценки величины скачков фазы Ду и кратности m фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала используется ЭЛТ 34 с круговой разверткой. Причем круговая развертка формируется с помощью генератора 32 опорного напряжения, частота Шо которого поддерживается равной частоте биений сод ((Оо % ) с помощью системы фазовой автоподстройки. Напряжение U6i(t) (фиг.бз) с выхода полосового фильтра 16 через открытый ключ 27 поступает на вход частотного детектора 30, на .выходе которого формируется последовательность коротких разнопрлярных импульсов (фиг.Бк), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы сигнала (фиг.бз).

Напряжение U0(t) с выхода генератора 32 опорного напряжения поступает-непосредственно на вертикально-отклоняющие пластины, а через фазовращетель 31 на 90° на горизонтально-отклоняющие пластины ЭДТ 34. формируя на ее экране круговую развертку. Сформированная последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг. 5к) с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 34 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ34 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. Зв,г,д). Количество точек определяет кратность m фазовой манипуляции., а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы Ду принимаемого ЛЧМ- МФМн сигнала.

При неравенстве частот () яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности m фазовой манипуляции и величины скачков фазы Д# принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала резко снижается. Для устранения этого используется система фазовой автоподстройки частоты.

Напряжения Unps(t) и Unp4(t) с выходов усилителей 9 и 39 промежуточной частоты поступают на два входа перемножителя 40, на выходе которого образуется напряжение

U(t) Uy cos (2 со npt+ г Др 1.) О S t ги

где U 1/2 K2Unpi UnP2.

2ш Пр О)л-со г1, Д# г р г2- (р г1,

1 - рг- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения сложного сигнала.

Напряжение U(t) выделяется узкопо- лос.ным фильтром 42, настроенным на удво-. енное значение промежуточной частоты, и поступает на вход фазового детектора 44.

Напряжения Uri(t) и Ur2(t) гетеродинов 29 и 37 поступают на два входа перемножи- теля 41, на выходе которого образуется напряжение

Ue(t) U8 cos (2 со npt+ Д г), rAeU8 1/2K2UriUr2.

Напряжение Ue(t) выделяется узкополосным фильтром 43, настроенным на удвоенное значение промежуточной частоты, и поступает на второй вход фазового детектора 44, на выходе которого образуется постоянное напряжение

25

UHi( G) UHI cos где U.1 1 /2 Кз U Us,

30

Кз - коэффициент передачи фазового детектора;

(р - pi - 2 п-г- sin a

которые фиксируется индикатором 45.

Напряжение L)7(t) и Ue(t) с выходов узкополосных фильтров 42 и 43 одновременно поступают на входы фазовращателей 46 и 47 на 90° и на первые входы масштабирующих перемножителей 48 и 49 соответствен но. На

выходах фазовращателей 46 и 47 образуются напряжения

Ug(t) U7 sin(2w npt+ Ду + Aydyj), Uio(t) Us sin (2 a) npt + ), 0 t ти

которые подаются на вторые входы масштабирующих перемножителей 48 и 49. На выходах последних образуются напряжения

Un(t) Un sin(4 «onpt +2 +2afr)

55

Ul2(t) U12

,0 t ги

sin (4 to npt + 2 ),

гдеиц 1/2 K3U27;Ui2 1/2 K3U28; которые поступают на два входа фазового детектора 50. На выходе последнего образуется постоянное напряжение

IM a UH2 cos 2 Д 1 UH2 cos

Ap2 .

гдеиН2 1/2Кз -Un Ui2.

H9

2 2 гг-j- sin a, d2 2 di,

которое фиксируется индикатором 51.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает пеленгацию источника излучения принимаемых сложных сигналов фазовым методом, которому свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Для устранения указанного противоречия в предлагаемом устройстве используется две измерительные базы di и dz. При этом меньшая база di образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база d2 .- точную; но неоднозначную шкалу отсчета.

di . 1 . d2

- - .

Причем вторая измерительная база d2 формируется электрически путем умножения фазы гармонических колебаний Uy(t) и L)8(t) в два раза по формуле

2cos Ф sin Ф sin 2Ф

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает повышение чувствительности устройства. Это достигается за счет перемножения канальных напряжений Unps(t) и Unp4(t), в результате которого осуществляется свертка спектра принимаемых сигналов. Это обстоятельство позволяет выделить гармонические колебания UyW b Ue(t) с по- мощью узкополосных фильтров 42 и 43, настроенных на удвоенное значение промежуточной частоты 2 а) пр, и отфильтровать значительную часть шумов и помех, повысив тем самым реальную чувствительность устройства. Следовательно, предлагаемое устройство при пеленгации источника излучения сложных сигналов инвариантно к виду их модуляции. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Ф о рмула изобретения Индикаторное устройство, содержащее последовательно включенные первую антенну, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, второй вход которого через первый гетеродин соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, первый усилитель промежуточной частоты, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя, первый умножитель частоты на восемь, первый поло- совой фильтр, первый делитель частоты на восемь, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первую дифференцирующую цепь, вторую дифференцирующую цепь, генератор развертки и горизонтэльно-отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом первой дифференцирующей цепи, последовательно подключенные к выходу первого

усилителя промежуточной частоты первый перемножитель, второй вход которого через элемент управляемой задержки соединен с выходом второго полосового фильтра, третий полосовой фильтр, второй умножитель

частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр, второй делитель частоты на восемь, пятый полосовой фильтр, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения,фильтр нижних частот и формирователь управляющего сигнала, выход которого соединен с вторым входом элемента управляемой задержки, последовательно подключенные к выходу первого усилителя промежуточной

частоты обнаружитель, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, генератор пилообразного напряжения и горизонтально-отклоняющие пластины второй электронно-лучевой трубки, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом обнаружителя, а также последовательно подключенные к выходу генератора

опорного напряжения фазовращатель на 90° и горизонтально-отклоняющие пластины

третьей электронно-лучевой трубки, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора опорного напряжения, а модулирующий электрод через последовательно включенные второй

ключ и второй частотный детектор соединен с выходом третьего полосового фильтра и обнаружителя, от л и ч а ю ще ее я тем, что, с. целью расширения функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала, в него введены вторая антенна, второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй гетеродин, второй и третий перемножители,

первый и второй узкополосные фильтры, первый и второй масштабирующие перемножители, второй и третий фазовращатели на 90°, второй и третий фазовые детекторы, к первой и второй антеннам последовательно подключены второй широкополосный

усилитель, второй смеситель, второй .вход которого через второй гетеродин соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты,первый узкополосный фильтр, второй фазовый детектор, второй вход которого через последовательно включенные третий перемножитель и второй узкополосный фильтр соединен с вторыми выходами первого и второго гетеродинов, и первый индикатор, к выходу первого узкополосного

0

фильтра последовательно подключены второй фазовращатель на 90°, первый масштабирующий перемножитель второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, третий фазовый детектор и второй индикатор, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключен третий фазовращатель на 90° и второй масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу третьего фазового детектора.

Фиг.1

/1

а -1

j

Urip 3ft)

Редактор

Техред М.Моргентал

Заказ 1280Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

pue.5

Корректор М. Керецман