Устройство выделения квадратурных составляющих радиосигнала Советский патент 1993 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к радиолокации и может найти применение в устройствах защиты от радиопомех, использующих на входах квадратурное детектирование поме- ховых колебаний, а именно в системах селекции движущихся целей (СДЦ).

Цель изобретения - повышение точности выделения квадратурных составляющих радиосигнала за счет уменьшения ошибок разбаланса каналов квадратурного ФД.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство выделения квадратурных составляющих радиосигнала содержит гетеродин 1, фазовращатель 2, первый 3, второй 4 смесители, первый 5 и второй 6 фильтры нижних частот, первый 7 и второй 8 сумматоры, дополнительный фазовращатель 9, третий 10 и четвертый 11 смесители, вход 12 устройства соединен с первыми входами первого 3 и второго 4 смесителей, выход гетеродина 1 соединен со вторым входом первого смесителя 3 непосредственно, а со вторым входом второго смесителя 4 через фазовращатель 2, выходы первого 5 и второго б ФНЧ являются соответствующими выходами устройства, первые входы третьего 10 и четвертого 11 смесителей соединены ; через дополнительный фазовращатель 9 со I Сходом 12 устройства, второй вход третьего смесителя 10 соединен со вторым входом второго смесителя 4 непосредственно, а со вторым входом четвертого смесителя 11 че- . рез фазовращатель 2, выходы первого 3 и третьего 10 смесителей соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора 7, выход которого соединен с входом первого фильтра 5 нижних частот, выходы второго 4 и четвертого 11 смесителей соединены с первым и вторым входами второго сумматора 8, выход которого соеди- L нен с входом второго фильтра нижних частот 6.

Устройство работает следующим образом. На вход 12 устройства и на первые входы первого 3 и второго 4 смесителей непосредственно, а на первые входы третьего 10 и четвертого 11 смесителей через дополнительный фазовращатель 9 поступает радиосигнал

Uc(tHJtcos uJbt+ p(t).-(1) где U(t) - огибающая радиосигнала;

ел

ЖЛ&

00

о

00

о о

а, - опорная частота (частота гетеродина);

р (т.) - фаза радиосигнала.

С выхода гетеродина 1 на вторые входы первого 3 и четвертого 11 смесителей непосредственно, а на вторые входы второго 4 и третьего 10 смесителей через фазовращатель 2 подается опорный сигнал

Uon(t)Uon COS (Do t,

где Uon - амплитуда опорного сигнала.

Пары сигналов на первых и вторых входах первого 3 и третьего 10, второго 4 и четвертого 11 смесителей можно записать в комплексной форме и трактовать их как физический процесс. Кроме того, учитывая технологический разброс параметров элементов до входов смесителей 3, 4, 10 и 11 включительно, эти сигналы можно записать:

на первых входахсмесителей и 10 (4 и 10):

UBx(t)AiA(j,(t)®UBx(t)e + А2дф(1)0 вхМе- оТ;

.

(3) ,

на вторых входах смесителей 3 и 10 (4 и 11):

Попиф фМв-иоп e)WOt+ +

+ А2фМ и0пе-1а01,(4)

где А1Дф(т.), А2дф(т.) и А1ф(т), А2ф(т.) - импульсные характеристики гипотетических искажающих фильтров, комплексные коэффициенты передачи которых име ют одинаковый вид:

А2()ш)А2(ю)(й ),

Ai И cos ДрОи)2 + 5K(u) sin А(«У)2 Aa H sin AKft))f + 5кИ cos )2

; (5)

i(y)arctg 6K(ft)tgA(ew) ... ф(о) arctg дк(ш) ctg A p (af)

10

15

20

25

30

35

40

Uon и (йо)11оп ej(t)+ + А2ф(ао).(6) Часть устройства, состоящая из смесителей 3, 4,10. 11 и сумматоров 7, 8 осуществляет алгоритм перемножения сигналов (3) и (6) по алгоритму перемножения комплексных чисел. В результате имеем:

U Bb,x(t)lMt) U9n(t)

ДА1ДФМвХхМе л Ai uOJone V ЧА ффайвхЮе 1 А2ф(ы0)иопе- 01 + иА2дФ(

(7)

А1ф(й)о)иоп

+ ОА2дФ(г)ви

3

+

(t)

иА2ф(йлэ)

В выражении (7) в первом и четвертом слагаемых произведение высокочастотных комплексносопряженных множителей равно единице, в следствие чего они являются низкочастотными составляющими; причем первое слагаемое является полезной, а четвертое - ложной.

На втором и третьем слагаемых остановимся более подробно. В (7) второе слагаемое в соответствии с алгоритмом перемножения комплексных чисел, записанных в алгебраической форме, принимает вид: .,.-.

А1Дф(г)®ивх(1)е .....DAa uteJUorie 10

RefAW(tFU Bxe-JU)t}

ВеОА2ф(йъ)иопе т}-Jm{A1дФ(t)

итОА2ф(а)ь)иопе и;ог}+

ЯРе{А1Дф(1)

)

Jm{Aw(

((Ыь)(8)

Рассмотрим (8) процесс формирования 4Ь реальной части (первые два слагаемые). Для

этого запишем ее в явном виде:

Устройство выделения квадратурных составляющих радиосигнала. Использование: в системах селекции движущихся целей. Сущность изобретения: содержит 1 гетеродин (1), 2 фазовращателя (2, 9), 4 смесителя (3, 4, 10, 11), 2 сумматора (7, 8), 2 фильтра нижних частот (5, 6), что позволяет обеспечить компенсацию низкочастотных ложных составляющих. 1-2-4-8-6, 1-11-8, 1-3-7, 9-10- 7-5,9-11-8. 1 ил.

9 - знак свертки;

-знак комплексного сопряжения;

j - означает поворот фазы на угол л/2: индексы ДФ и Ф означают соответственно дополнительный фазовращатель 9, фазовращатель 2

iUexft)

3JV 8X(t),

(смотри выражение (2)).

Вследствие монохроматичности колебаний (2) гетеродина выражение (4) запишется более просто:

-А1дф(1)ивх(г)с08 ОЫ+| (1) X X А2ф( (Do}( Щ (Оо)У

- А1Дф(г)иВхШ$) (t)x

X А2ф( UAsJUonCOSt GJot- V( UJb)} + | А2ф( )Uon X X {-Sin +(T)+ ((Oo) 2 (Dot +

.)(1).

ивх(г)А2ф( c«o)Uon {-sln +y(t)+

0)

(fO)

V (m)+slnt+2 oib(t)+. (t) - #( (Do)}

Видно, что в (10) низкочастотная ложная составляющая (первое слагаемое), обусловленная разбалансом цепей по входу опорного сигнала (о чем говорит множитель А2ф() и формируется в результате первого перемножения (см, первое слагаемое в (9), компенсируется с помощью другой противофазной ложной составляющей (третье слагаемое в (10), обусловленной разбалансом тех же цепей и формируемой с по- мощью другого перемножения (см. второе слагаемое в (9).

Вследствие этого выражение для реальной составляющей (10) запишется более просто:

-А1Дф(т.) 9 иВх(г)А2ф( ft 0)UonSin 2 ftb t+ + (()

которое идентично реальной части второго слагаемого в (7).

Проведя аналогичные вычисления можно показать, что ив мнимой (квадратурной) составляющей во втором, а также ив третьем слагаемых в (7) в реальной и мнимой его частях низкочастотные составляющие ском- пенсируются и останутся только составляющие на двойной высокой частоте.

Реальная и мнимая части комплексного сигнала (7) поступают соответственно на первый 5 и второй 6 ФНЧ. Вследствие того, что первое и четвертое слагаемое не содержат высокочастотного множителя они проходят на выход фильтров 5 и б без ослабления. Второе и третье слагаемые, включают быетроосциллирующий множитель е WDt (или ) и подавляются фильтрами 5 и 6.

В следствие этого комплексный сигнал на выходе фильтров 5 и 6 имеет вид:

иВых(гНА1дф(1)Ч)вхМ

X А1ф( едОиоп+ А2дф(г)(т.) х X А2ф(ОАо)и0п.

()

В (11) множители А1Дф(т) и Ачф(г.) при малом уровне ошибок разбаланса Ду(й) и 5к (а)) с точностью до ошибки второго порядка малости равны единице. Это непосредственно следует из (5). Действительно, выражения для Ai(cw) и ipi (fa) с учетом 4 преобразуются к виду:

AiH 1- Д V/2 /2

Vl(ft) & .(12) С учетом (12) Ai()1

с точностью до величин 5к А# второго порядка малости.

Аналогично можно показать, что в (11) множители А1Дф(1) и Ааф(т.) при малом уровне ошибок разбаланса являются величинами первого порядка малости по отношению к А1дф(т) и Агф(т),

Это непосредственно следует из (5). Действительно выражения для Аг( м) с учетом 4 преобразуется к виду

5 10

15

20

25

0 5

0

5

0

5

А2(ш)

Т.к. величина Aa(t) во втором слагаемом в (11) входит дважды, то второе слагаемое является величиной второго порядка малости по отношению к первой.

Вследствие этого выражение (11) запишется в виде:

UBbix(t) UX8X(t)

С точностью до величины второго порядка малости (а не первого по сравнению с прототипом).

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность выделения квадратурных составляющих радиосигнала.

Формула изобретения Устройство выделения квадратурных составляющих радиосигнала, содержащее гетеродин, фазовращатель, первый и второй смесители, первый и второй фильтры нижних частот, при этом вход устройства соединен с первыми входами первого и второго смесителей, выход гетеродина соединен с вторым входом первого смесителя непосредственно, а с вторым входом второ- го смесителя - через фазовращатель, выходы первого и второго фильтров нижних частот являются соответствующими выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности выделения квадратурных составляющих за счет уменьшения ошибок разбаланса каналов, введены первый и второй сумматоры, дополнительный фазовращатель и третий и четвертый смесители, первые входы третьего и четвертого смесителей через дополнительный фазовращатель соединены с входом устройства, вторые входы третьего и . четвертого смесителей соединены с выходом гетеродина, выходы первого и третьего смесителей соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого соединен с выходом первого фильтра нижней частоты, выходы второго и четвертого смесителей соединены с первым и вторым входами второго сумматора соответственно, выход которого соединен с входом второго фильтра нижней частоты.