Индикаторное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01D7/10 

Предлагаемое устройство относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может быть использовано для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сигналов с линейной частотной модуляцией.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1; принцип пеленгации источника излучения ЛЧМ-сигналов фазовым методом в одной

плоскости иллюстрируется фиг.2; временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.З, 4 и 5.

Индикаторное устройство содержит первую приемную антенну 1, первый широкополосный усилитель 2, частотный детектор 3, первую и вторую дифференцирующие цепи 4 и 5, генератор 6 развертки электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 7, вторую приемную антенну 8, второй широкополосный усилитель 9, перемножитель 10, усилитель 11 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, узкополосный фильтр 13, амп- литудный детектор 14. генератор 15 счетных импульсов, элемент М 16, счетчик 17, арифметический блок 18 и индикатор 19. При

00

1ЧЭ

Јь

сэ

О

этом к приемной антенне 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 2, частотный детектор 3, первая дифференцирующая цепь 4, вторая дифференцирующая цепь 5, генератор 6 развертки и горизонтальный электрод ЭЛТ7, вертикальный электрод которой соединен с выходом дифференцирующей цепи 4. К приемной антенне 8 последовательно подключены ши- рокополосный усилитель 9, перемножитель 10, второй вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя 2, усилитель11 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, арифметический блок 18 и индикатор 19. К выходу широкополосного делителя 9 последовательно подключены узкополосный фильтр 13, амплитудный детектор 14, элемент И 16, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 счетных импульсов, и счетчик 17, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 5, а выход подключен к второму входу арифметического блока 18.

Устройство работает следующим образом. . . : . -..- .. - : / . :

Принимаемые сигналы с линейной частотной модуляцией

Ui(t) Vc-COS(27rfct + Jryt2 )c). U2(t) vc-cos 2 fc(t+r) +

+ ry(t + r)2

0 t Гу,

гдеУс , fc, рс -, TVi-амплитуда, начальная чатота, начальная фаза и длительность сигна- 40 ов (импульсов);

Afa У скорость изменения частоты

:: -.. т .: : . внутри импуМьса;

Afg-девиация частоты;45

Д D.

г г - время запаздывания ЛЧМ {. . : - -

сигнала, приходящего на одну антенну, по отношению к ЛЧМ-сигналу, приходящему на другую антенну;

ДЙ d-sin/Ј- разность хода сигналов (фиг.2);

d - расстояние между антеннами (измерительная база);

/J- угол прихода радиоволн;

С - Скорость расгфостранения света, с выходов приемных антенн 1 и 8 через широкополосные усилители 2 и 9 соответственно поступают на два входа перемножителя 10. Принимаемый ЛЧМ-сигнал Ui(t)

50

55

(фиг.3,а) одновременно поступает на вход частотного детектора 3, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.3,6), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции (фиг,5,а). Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 3 поступает на вход дифференцирующей цепи 4, выходной прямоугольный импульс U4 (фиг.З.в) который подается на вертикальный

электрод ЭЛТ 7 и на вход дифференцирующей цепи 5. На выходе последней образуются короткие разнополярные импульсы (фиг.3,г). При этом положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 6 развертки. Кроме того, положительный короткий импульс поступает на вход сброса счетчика 17 и приводит его в исходное {нулевое) состояние, подготавливая к работе. Сформированное пилообразное напряжение Ve (фиг,3,д) используется в

качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ 7. На экране ЭЛТ 7 образуется импульс

(фиг.З.в), длительность которого пропорциональна длительности ги принимаемого ЛЧМ-сигнала Ui(t), амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты у внутри импульса, а площадь осциллограммы

пропорциональна девиации частоты

Afg() :

принимаемого ЛЧМ-сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого ЛЧМ-сигнала на экран ЭЛТ 7 наносится координатная частотно-временная сетка.

Для пеленгации источника излучения ЛЧМ-сигналов в предлагаемом устройстве используется фазовый метод. При этом раз ность фаз Ау между ЛЧМ-сигналами, принимаемыми антеннами 1 и 8, пропорциональна направляющему косинусу угла прихода радиоволны (фиг.2)

2jr jCOS/,

где Я-длийа волны. :

Однако фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Действительно, согласно приведенной формуле, фазовая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы d/ A . Однако с ростом d/А уменьшается значение угловой координаты, при котором разность фаз превосходит значение 2 ж, т.е. наступает неоднозначность отсчета,

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя классическими способами:

- применением остронаправленных антенн,

- использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправлен- ными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающей способн остью по направлению. Однако они требуют поиска источника излучения до начала измерений и его автоматического со- провождения по направлениюантенным лучом в процессе измерений.

Многошкальность достигается использованием нескольких баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Применение многошкального способа устранения неоднозначности пеленгации с помощью разнесенных ненаправленных антенн не требует предварительного поиска источника излучения. Однако системы/использующие такой способ, имеют ограниченную дальность действия и сложную техническую реализацию, , В предлагаемом устройстве используется модифицированный фазовый метод пеленгации источника излучения ЛЧМ-сигналов, основанный на перемножении ЛЧМ-сигналов. принимаемых разне- сенными антеннами, выделении напряжений биений, измерении частоты биений fe и скорости измерения частоты у внутри импульса, определении и регистрации по измеренным.значениям угла прихо- да радиоволн /.

На выходе перёмножителя 10 образуется результирующее колебание

МгО) «Ji(t)-U2(t ;. - Ve-COS ( 2 Jrfet +Yfi)+ + Ve-eos (4ятс t + 2 л1ь t +

. : - :.-..;..; , . ; . . +Ф6+2 yJt) .0 t г,

rfleV6 KV,

К - коэффициент передачи перемножи- теля,

fe ут-частота биений,

узб + яут2- начальная фаза биений.

Из результирующего колебания Ug (t) усилителем 11 низкой частоты выделяется напряжение биений (напряжение разностной частоты).

1)б(О V6-COS(2ttfet + + рь ) , 0 t ги ,

которое поступает на вход электронно-счетного частотомера 12. В электронно-счетном частотомере 12 из непрерывного переменного напряжения УбМ частоты fe формируются короткие импульсы, частота следования которых остается равной fe, и сосчитывается число импульсов щ за известный интервал времени At:

fe

пг At

В частности, если At 1 с, то измеренное количество импульсов ги численно равно неизвестной частоте биений fe. Измеренное количество импульсов ги поступает на первых вход арифметического блока 18. Для определения величины задержки в цифровом коде

г - : - :.

. ..; : У : .... /

которая связана с углом прихода радиоволн ft (фиг.4), необходимо измерить в цифровом коде и величину скорости изменения частоты внутри импульса. С этой целью сигнал L)2(t) с выхода широкополосного усилителя 9 одновременно поступает на вход узкополосного фильтра 13, полоса пропускания которого A f (фиг.5,а). На выходе узкополосного фильтра 13 образуется радиоимпульс длительностью т (5,6)

tH --

Af

Указанный радиоимпульс поступает на вход амплитудного детектора 14. который выделяет его огибающую (фиг.5,в). Прямоугольный импульс с выхода амплитудного детектора 14 поступает на первый вход элемента И 16, на второй вход которого подаются счетные импульсы с выхода генератора 15 (фиг.5,г). Количество счетных импульсов П2, прошедшее через элемент И 16 за вре менной интервал tH, подсчитывается счетчиком 17 и поступает на второй вход арифметического блока 18. На выходе последнего определяется значение угловой координаты в цифровом коде

/karra §-Ј ,

которое регистрируется индикатором 16. Поскольку при изменении угла ft меняется и величина частоты биений fe, то она будет однозначно определять угол прихода радиоволн. Частота биений fe и скорость изменения частоты у внутри импульса изменяются в цифровой форме, по их значению определяется угол прихода радиоволн /3 также в цифровой форме.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. Эти достигается использованием частоты биений fe. которая однозначно связана с пеленгом на источник излучения широкополосных ЛЧМ сигналов, Кроме того, предлагаемое устройство позволяет представить результаты пеленгации в цифровом коде, что обеспечивает возможность для их длительного хранения, передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжения с вычислительной техникой. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Форму л а изо бретени я Индикаторное устройство, содержащее последовательно включенные первую приf

емную антенну, первый широкополосный усилитель, частотный детектор, первую дифференцирующую цепь, вторую дифференцирующую цепь, генератор развертки и

горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом первой дифференциальной цепи, о т л и чаю ще е с я тем, что, с целью

расширения функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сигналов с линейной частотной модуляцией, в него введены вторая приемная антенна, второй широкополосный усилитель, перемножитель, усилитель низкой частоты, электронно-счетный частотомер, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, элемент И, генератор счетных импульсов, счетчик, схема деления

и индикатор, причем к второй приемной антенне последовательно подключены второй широкополосный усилитель, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого широкополосного усилителя,

усил ител ь низкой частоты, электрон но-счет- ный частотомер, схема деления и индикатор, к выходу второго широкополосного усилителя последовательно подключены узкополосный фильтр, амплитудный детектор,

элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, и счетчик, второй вход которого соединен с выходом второй дифференцирующей цепи, а выход подключен к второму входу схемы

деления.

Фиё.З

imitiiiiiimiiimi

iiM

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛМЧ). С целью расширения функциональных воз/можностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сигналов с линейной частотной модуляцией устройство содержит первую приемную антенну 1, первый широкополосный усилитель 2. частотныйдетектор 3, первую дифференцирующую цепь 4, вторую дифференцирующую цепь 5, генератор 6 развертки, ЭЛТ 7, вторую приемную антенну 8, второй широкополосный усилитель 9, перемножитель 10, усилитель 1.1 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, узкополосный фильтр 13, амплитудный детектор 14, генератор 15 счетных импульсов, элемент И 16, счетчик 17, арифметический блок 18 и индикатор 19, 4 ил.