Индикаторное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01D7/10 

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).

Целью изобретения является повышение достоверности визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала путем подавления дополнительных каналов приема.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого .устройства; на фиг.2 структурная схема обнаружителя сложных сигналов; на фиг.З - возможные осциллограммы; на фиг.4 - частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс образования дополнительных каналов приема; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Индикаторное устройство содержит генератор 1 развертки, первую ЭЛТ 2, приемную антенну 3, широкополосный усилитель 4, первый частотный детектор 5, первую дифференцирующую цепь 6, вторую дифференцирующую цепь 7, смеситель 8, усилитель 9 промежуточной частоты, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12, первый

00

о ю ы

делитель 13 частоты на восемь, второй, полосовой фильтр 14, перемножитель 15, третий полосовой фильтр 16, второй умножитель 17 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 18, второй делитель 19 частоты на восемь, пятый полосовой фильтр 20. фазовый детектор 21, фильтр 22 нижних частот, формирователь 23 управляющего сигнала, элемент 24 управляемой задержки, обнаружитель 25, элемент 2.6 задержки, второй ключ 27, блок 28 поиска, гетеродин 29, второй частный детектор 30, фазовращатель 31 на 90°, генератор 32 опорного напряжения, вторую и третью ЭЛТ 33 и 34, первый и второй амплитудные детекторы 35 и 36, видеоусилитель 37, блок 38 сравнения, третий ключ 39, однополяр- ный вентиль 40, четвертый, пятый и шестой ключи 41, 42 и 43. Причем к выходу антенны 3 последовательно подключены широкополосный усилитель 4, смеситель 8, второй вход которого через гетеродин 29 соединен с выходом блока 28 поиска, усилитель 9 промежуточной частоты, амплитудный детектор 36, блок 38 сравнения, второй вход которого через последовательно включенные амплитудный детектор 35 и видеоусили- .тель 37 соединен с вторым выходом широкополосного усилителя 4, ключ 39, второй вход которого соединен с выходом усилителя 9 промежуточной частоты, ключ 10, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя 25, умножитель 11 частоты на восемь, полосовой фильтр 12, делитель 13 частоты на восемь, полосовой фильтр 14, частотный детектор 5, дифференцирующая цепь 6, дифференцирующая цепь 7, генератор 1 развертки, ключ 41, второй вход которого через однопрлярный вентиль 40 соединен с выходом дифференцирующей цепи 6, и горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 2, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом дифференцирующей цепи 6. Квыходуусили- теля 9 промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 15, второй вход которого через элемент 24 управляемой задержки соединен с выходом полосового фильтра 14, полосовой фильтр 16, умножитель 17 частоты на восемь, полосовой фильтр 18, делитель 19 частоты на восемь, полосовой фильтр 20, фазовый детектор 21, второй вход которого соединен с выходом генератора 32 опорного напряжения, фильтр 22 нижних частот и формирователь 23 управляющего сигнала, выход которого соединен с вторым входом элемен- ia 24 управляемой задержки. К выходу усилителя 9 промежуточной частоты последовательно подключены обнаружитель 25, второй вход которого через элемент 26 задержки соединен с его выходом, ключ 42, второй вход которого соединен с выходом однополярного вентиля 40, и вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 33, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с вторым выходом блока 28 поиска. К выходу генератора 32 опорного напряжения последовательно подключены

фазовращатель 31 на 90° и горизонтально- отклоняющие пластины ЭЛТ 34, вертикаль- но-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора 32 опорного напряжения. К выходу обнаружителя

25 последовательно подключены ключ 27, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 16, ключ 43, второй вход которого соединен с выходом однополярного вентиля 40, частотный детектор 30

и модулирующий электрод ЭЛТ 34.

Устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью блока 28 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 29. Одновременно блок 28 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 33, которая используется как ось

частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона Df. Ключи 10,27,39,41,42 и 43 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМн)

uc(t) Uc cos wct + пу t2 + yK(t)-t .

где DC, We, p c, t и - амплитуда, начальная несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала:

Afg

у - скорость изменения часtu

тоты внутри импульса;

Д fg - девиация частоты; У кМ - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5а). причем (р K(t) const при к г э t (kM) гэ и может изменяться скачком при t к.г з, т.е. на границах между элементарными посылками К 1.2,...,М-1);

r3,N - длительность и количество эле- ментарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью т и( т и N г э):

с выхода приемной антенны 3 через широкополосный усилитель 4 поступает одновременно на вход амплитудного детектора 35 и на первый вход смесителя 8. на второй вход которого подается напряжение гетеродина 29 линейно изменяющейся частоты

Ur(t) Ur COS ((I) г t + луг Г 4 / г)

О t Тп .

где Ur, Or, f r. Tn - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

уг - . - скорость изменения час- тоты гетеродина.

На выходе смесителя 8 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9 выделяется только напряжение промежуточной частоты20

Unpl(t)

л-уг г

UnP COS «Wnpt + Л у,- + f K Р пр. О t Ги

гдеипр 1/2 Ki Uc Ur,

KI коэффициент передачи смесителя, т Пр м с - (D г - промежуточная

частота,

(О пр - р с - р г;

которое поступает на вход обнаружителя 25. На входе умножителя 46 частоты на восемь образуется колебание

ui(t)Unp wnpt + 8 л-yr t2-8 яуг t2 + 8 , 0 t ru

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра Д f8 восьмой гармоники сигнала определяется длительностью

и сигнала ( Af8 - ), тогда как ширина MJ

спектра Afc принимаемого сигнала определяется длительностью гэ его элементарных посылок ( Afc - ). т.е. ширина

э

спектра восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

Afc.

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.

5

10

20

)

25

U

5

0

5

0

5

Ширина спектра A rV п-одно м сшна- ла измеряется с помощью измерите 47 ,ч ширина спектра A f« восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 4В. Напряжения U и Uc. пропорциональные , и A fa соответственно, с выходов измерителей 47 и 48 ширины спектра поступа ют на два входа блока 49 сравнения. Так как U Ue. то на выходе блока 40 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на вход порогового блка 50, 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 уровня Unop в пороговом блоке 50 формируется постоянное напряжение которое поступает на управляющий вход блока 28 поиска, переводя его в режим остановки, на вход элемента 26 задержки, на управляющие входы ключей 10 и 27, открывая их. 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 г л элемента 26 задержки.

Принимаемый ЛЧМ-МФМн сигнал с второго выхода широкополосного усилителя 4 одновременно поступает на вход амплитудного детектора 35. а затем через видеоусилитель 37 на лервый вход блока 38 .сравнения, на второй вход которого подается напряжение с выхода амплитудного детектора 36.

Последовательно соединенные антенна 3, широкополосный усилитель 4. амплитудный детектор 35 и видеоусилитель 37 образуют детекторный приемник, а последовательно включенные антенны 3, широкополосный усилитель 4, смеситель 8, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 29, усилитель 9 промежуточной частоты и амплитудный детектор 36 образуют супергетеродинный приемник. Так как общий коэффициент усиления детекторного приемника при приеме ЛЧМ-МФМн сигналов по основному каналу на частоте (Ос меньше коэффициента усиления супергетеродинного приемника, то в блоке 38 сравнения формируется положительный импульс, который поступает на управляющий вход ключа 39, открывая его.

При прекращении просмотра заданного частотного диапазона Df (при остановке

блока 28 поиска) усилителя 9 промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг.56)

u,,p2(t) Unp cos ft)npt ду t2 +

н- f K(t) -t / пр. О t Ги

которое через открытые ключи 39 и 10 поступает на вход умножителя 11 частоты на восемь. На выходе умножителя 11 частоты на восемь образуется напряжение

U2(t) - Unp cos (8 ft) npt 8 л-у Г +

+ 8 /7пр). О t Ги

которое выделяется полосовым фильтром 12 и поступает на вход делителя 13 частоты на восемь. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.5в)

U3(t) Unp COS Wnpt + Xyt. пр). О t TU

которое представляет собой ЛЧМ сигнал на промежуточной частоте и выделяется по- лосовым фильтром 14. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 5, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.5г). форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции. Указан- ный видеоимпульс с выхода частотного детектора 5 поступает на вход дифференцирующей цепи 6, выходной импульс (фиг.5д) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 2, на вход дифференцирующей це- пи 7 и через однополярный вентиль 40 на управляющие входы ключей 41, 42 и 43, открывая их.

Однополярный вентиль 40 пропускает только положительные импульсы.

На выходе дифференцирующей цепи 7 образуются короткие разнополярные импульсы (фиг.5е). Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закры- вается генератор 1 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг.5ж) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтальный электрод ЭЛТ 2. На экране ЭЛТ 2 образуется импульс (фиг.5д). длительность которого пропорциональна длительности г и принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты внутри импульса, а площадь осцилло- граммы пропорциональна девиации частоты Д fg ( Д fg у ти ) принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала (фиг.36).

Постоянное напряжение с выходя обнаружителя 25 через открытый ключ 42 поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 33 На экране ЭЛТ 33 при этом образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту п с обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала (фиг.За).

Напряжение из(0(фиг.5в)с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход элемента 24 регулируемой задерж ки, на выходе которого образуется напряжение

U/l(t) U3(t -Г ) - Unp СОГ, (II np(t - Г )« + Л у it-Г )2 + (f) пр. О t Г,, .

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает принимаемый ЛЧМ- МФМн сигнал (фиг.56) промежуточной частоты с выхода усилителя 9. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение биений (фиг.5з)

U 6l(t) U 6 COS (:% t 4 (р K(t) 1 /Х , 0 t TU .

где U 6 1/2 К2 U2np,

К2 - коэффициент передачи перемножителя,

(Ъ 2 пут - частота биений,

ръ - т -Jtytr - начальная фаза биений; которое представляет собой фазомп- нипулированный сигнал на частоте биений Причем частота биений определяется скоростью изменения частоты сигнала у и вели чиной задержки т.

Напряжение U6i(t) выделяется полого вым фильтром 16 и поступает на вход умножителя 17 частоты на восемь, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U62(t) Ue cos(8 OJ6 t + 8 рб ) 0 t ru .

Напряжение U2(t) выделяется полосовым фильтром 18, выполненным узкополосным, и поступает на вход делителя 19 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг.5и)

U63(t) Ue cos ( Мб t + /тг, 0 t т,,

Это напряжение представляет собой гармоническое колебание на чпские бис ний, выделяется полосовым филы рои 20

выполненным узкополосным, и поступает на первый пход Фазового детектора 21. на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 32 опорного напряже ния

Uo(t) - Do cos ( W0t f)0

2f

где Do, DO . f о амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.

Если указанные напряжения отличаются друг от друга по частоте или фазе, то на выходе фазового детектора 21 образуется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность этого напряжения зависит от степени и направления отклонения частоты биений а б частоты о)0 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

ах, -2 луг оь

Для визуальной оценки величины скачков фазы Д|/ 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 И0 которого поддерживается равной частоте биений и% (MO ftJ6 ) с помощью системы фазовой автоподстройки частоты. Напряжение U6i(t) (фиг.4з) с выхода полосового фильтра 16 через открытые ключи 27 и 43 поступают на вход частотного детектора 30, на выходе которого формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг.Бк), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы сигнала (фиг.Бз).

Напряжение Uo(t) с выхода генератора 32 опорного напряжения поступает непосредственно на вертикальный электрод, а через фазовращатель 31 на 90° - на горизонтальный электрод ЭЛТ 34, формируя на ее экране круговую развертку. Сформированная последовательноть коротких разнополярных импульсов (фиг.Бк) с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 34 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 34 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг.Зв.г.д). Количество точек определяет кратность m

фазовой манипуляции, я углогюе расстояние между ними равно величине скачков фазы Луч принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала. При неравенстве частот ( 5 f/h - а )яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности m фазовой манипуляции и величины скачков фазы Л/ принимаемого ЛЧМ-МФМн

0 сигнала резко снижается. Для устарения этого используется система фазовой автоподстройки частоты.

Время задержки г л элемента 26 задержки выбирается таким, чтобы можно было

5 визуально оценить основные параметры принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 2,33 и 34. По истечении этого времени напряжение с выхода элемента 26 задержки поступает

0 на вход сброса обнаружителя 25 (порогового блока 50) и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом блок 28 поиска переводится в режим перестройки, а ключи 10 и 27 закрываются, т.е. переводятся

5 в свои исходные состояния. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов продолжается.

В случае обнаружения следующего

0 ЛЧМ-МФМн сигнала работа устройства происходит аналогичным образом.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема ЛЧМ-МФМн сигналов по основному каналу на частоте

5 а) с (фиг.4).

Если ЛЧМ-МФМн сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте м з, то на выходе дифференцирующей цепи б образуется отрицательный прямоугольный им0 пульс, который не пропускается однополярным вентилем 40. Ключи 41, 42 и 43 не открываются и визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала не производится.

5Если ЛЧМ-МФМн сигнал принимается по первому комбинационному каналу на частоте а) «1. то общий коэффициент усиления детекторного приемника больше коэффициента усиления супергетеродинно0 го приемника, на выходе блоке 38 сравнения напряжение не образуется и ключ 39 не открывается.

По аналогичной причине подавляется и второй комбинационный канал приема.

5Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала с комбиниррванной линейной час тот ной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Это достигается подавлением дополнительных зеркального и комбинационных каналов приема. Формула изобретения Индикаторное устройство, содержащее последовательно включенные антенну, широкополосный усилитель, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом генератора пилообразного напряжения, усилитель промежуточной частоты, первый ключ, второй вход второго соединен с выходом обнаружителя, первый умножитель частоты на восемь, первый полосовой фильтр, первый делитель частоты на восемь, второй полосовой фильтр, первый частотный детектор, первую дифференцирующую цепь, генератор развертки и горизонтально-отключающие пластины первой электронно-лучевой трубки, вертикально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом первой дифференцирующей цепи, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты 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, 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 усилителя промежуточной обнаружитель, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, генератор пилообразного напряжения и горизонтально-отклоняющие пластины второй электронно-лучевой

трубки F ep икaльнo-oтклoняlOlJ мe плисли- ны которой соединены с выходом обнаружу теля, а также последовательно подключенные к выходу генератора опорно

го напряжения фазовращатель на 40° и горизонтально-отклоняющие п па с. тины третьей электронно-лучевой трубки, верти кально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора опорного

напряжения, а модулирующий электрод через последовательно включенные второй ключ и второй частотный детектор, соединен с выходами третьего полосового фильтра и обнаружителя, отличающееся тем.

что, с целью повышения достоверности визуальной оценки основных параметров при нимаемого сигнала, в него введены первый и второй амплитудные детекторы, видеоусилитель, блок сравнения, однополярный вентиль, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, причем к второму выходу широкополосного усилителя последовательно подключены первый амплитудный детектор, видеоусилитель, блок сравнения, второй вход

которого через второй амплитудный детектор соединен с выходом усилителя промежуточ ной частоты, и третий ключ, включенный между выходом усилителя промежуточной частоты и первым входом первого ключа, к

выходу первой дифференцирующей цепи последовательно подключены однополярный вентиль и четвертый ключ, включенный между выходом генератора развертки и горизонтально-отклоняющими пластинами первой электронно-лучевой трубки, между выходом обнаружителя и вертикально-отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки включен пятый ключ, второй вход которого соединен с выходами однополярного венти

ля, между выходом второго ключа и входом второго частотного детектора включен шее той ключ, второй вход которого соединен с выходом однополярного вентиля.

flue. 2

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для индексации быстро изменяющихся процессов, с целью повышения достоверности визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала в него введены два амплитудных детектора, видеоусилитель, блок сравнения, однополярный .вентиль, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, причем к второму выходу широкополосного усилителя последовательно подключены первый амплитудный детектор, видеоусилитель, блок сравнения, второй вход которого через второй амплитудный детектор соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и третий ключ, включенный между выходом усилителя промежуточной частоты и первым входом первого ключа, к выходу первой дифференцирующей цепи последовательно подключены однополярный вентиль и четвертый ключ, включенный между выходом генератора развертки и горизонтально отклоняющими пластинами первой электронно-лучевой трубки, между выходом обнаружителя и вертикально-отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки включен пятый ключ, второй вход которого соединен с выходом однополярно- го вентиля, между выходом второго ключа и входом второго частотного детектора включен шестой ключ, второй вход которого соединен с выходом однополярного вентиля. 4 ил. . ел С

6)л/з &#/

&з COr Ct}C

ОфМн /IflMH ТфМН

ff ff з/№/#ф

+ff л

фиа.З

2®r сию