Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией Советский патент 1993 года по МПК H04L27/14 

Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может использоваться в системах радиосвязи и радиотелеметрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Целью изобретения является устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1; временные и частотная диаграммы работы устройства изображены на фиг.2,4,5 и 6; принцип пеленгации источника излучения ЛЧМ-сигналов в одной плоскости фазовым методом иллюстрируется фиг.З.

Устройство содержит первый приемник 1, первый смеситель 2, второй смеситель 3, первый и второй гетеродины 4 и 5, первый и второй сжимающие фильтры 6 и 7, решающий блок 8, частотный детектор 9, первый дифференцирующий . формирователь 11 импульсов, первый и второй широкополосный фильтры 12 и 13, первый и второй амплитудные детекторы 14 и 15, первый элемент И 16, первый и второй ключи 17 и 18, коррелятор 19, пороговый блок 20, третий ключ 21, второй приемник 22, первый перемножитель 23, первый узкополосный фильтр 24, второй перемножитель 25, втоСО

2

4.

рой узкополосный фильтр 26, четвертый ключ 27, фазовый детектор 28, первый индикатор 29, третий узкополосный фильтр 30, третий амплитудный детектор 31. генератор 32 счетных импульсов, второй элемент И 33, второй дифференцирующий блок 34. одно- полярный вентиль 35, третий перемножитель 37, усилитель 38 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 39, арифметический блок 40 и второй индикатор 41. Причем к выходу антенны А последовательно подключены приемник 1. смеситель 2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4, ключ 17, сжимающий фильтр 6 и решающий блок 8. К выходу антенны В последовательно подключены приемник 22, смеситель 3, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, ключ 18 и сжимающий фильтр 7, выход которого соединен с вторым входом решающего блока 8. К выходу ключа 18 последовательно подключены частотный детектор 9, дифференцирующий блок 10 и формирователь 11 импульсов, выход которого соединен с третьим входом решающего блока 8. К выходу смесители 2 последовательно подключены широкополосный фильтр 12. амплитудный детектор 14, элемент И 16. второй вход которого через последовательно включенный широкополосный фильтр 13 и амплитудный детектор 15 соединен с выходом смесителя 3, и ключ 21. второй вход которого через последовательно включенные корректор 19 и пороговый блок 20 соединен с выходами широкополосных фильтров 12 и 13, а выход подключен к вторым входам ключей 17 и 18. К выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемножитель 23. второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, узкополосный фильтр 24, фазовый детектор 28 и индикатор 29. К выходу широкополосного фильтра 12 последовательно подключены перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом широкополосного фильтра 13, узкополосный фильтр 26 и ключ 27, второй вход которого соединен с выходом порогового блока 20, а выход соединен с вторым входом фазового детектора 8. К выходу приемника 22 последовательно подключены узкополосный фильтр ЗО, амплитудный детектор 31, элемент И 33. второй вход которого соединен с выходом генератора 32 счетных импульсов, счетчик 36, второй вход которого через последовательно включенные дифференцирующий блок 34 и однополярный вентиль 35 соединены с выходом амплитудного детектора 31, арифметический блок 40 и индикатор 41. К выходу приемника 22 последовательно подключены перемножитеяь 37, второй вход которого соединен с выходом приемника 1, усилитель 38 низких частот и электронно-лучевой частотомер 39, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока 40.

Устройство работает следующим образом. Принимаемые широкополосные ЛЧМ- сигналы

Ul(t)UcCOS(23rfct -f jryt2 ),

U2(t)uc eos(2 ж fct + тгу t2-f #)/) t T, где Uc.fc.Tc, p, pi амплитуда, начальная частота, длительность и начальные фазы сигналов;

..

У

скорость изменения частоты

внутри импульса;

A id - девиация частоты, с выходов антенн через приемники 1 и 22 поступают на первые входы смесителей 2 и 3, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 4 и 5:

Url(t)Ur1 COS(2 fr1+ #Ґ1), Ur2(t)Urc-COS(2 fr2t+# r2),

где Uri.Ur2,fri,fr2, fr, рл - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов; fr2-fr1 2fnp.

Причем частоты гетеродинов fn и fr2 выбраны симметричными относительно несущей частоты основного канала приема

fc-fr1 fr2-fc fnp.

Частота настройки fHt и полоса пропускания Afn широкополосных фильтров 12 и 13 выбираются следующим образом:.

., .

Частота настройки fHz и полоса пропускания узкополосных фильтров 24 и 26 выбираются следующим образом:

. т fnp.

На выходах смесителей 2 и 3 образуются напряжения следующих частот (фиг.2а): yt-fri fnp+ yt ,

f02 fr2-fc- -yt,

где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал; второй индекс обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала,

Указанные напряжения попадают в полосу пропускания Ztfn широкополбсных фильтров 12 и 13.

Unpl(tHir pl COS (2 л:ут2+ pnpi), Unp2(t Unp2-COS(2 JTfnpt- ЛГут2- pnpj),

.

где ипр1 2 KiUcUrt, Unp KzUcUrtt,

Ki - коэффициент передачи смесителей,

fnp fc-fri fra-fc - промежуточная частота; (рг (рг-, рпр2 pl- рЛ.

Напряжение Unpi(t) и Unpaft) с выходов широкополосных фильтров 12 и 13 одновременно поступают на два входа коррелятора 19 и на вход амплитудных детекторов 14 и 15. Амплитудные детекторы 14 и 15 выделяют их огибающие, которые одновременно поступают на два входа элемента И 16. Последний срабатывает, его выходное напряжение поступает на первый вход ключа 21.

Один и тот же полезный ЛЧМ сигнал, преобразованный по частоте в двух каналах, поступает на два входа коррелятора 19. В этом случае между канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 19 превышает пороговый уровень Unop, пороговый блок 20 срабатывает и своим выходным напряжением открывает ключи 21 и 27. Напряжение с выхода элемента И 16 через открытый ключ 21 поступает на управляющие входы ключей 17 и 18, открывая их. Ключи 17, 18, 21, 27 в исходном состоянии всегда закрыты.

При этом преобразованные по частоте ЛЧМ-сигналы с выходов смесителей 2 и 3 через открытые ключи 17 и 18 соответственно поступают на сжимающие фильтры 6 и 7. Одновременно ЛЧМ-сигнал на частоте fao с выхода смесителя 3 через открытый ключ 18 поступает на.частотный детектор 9 и преобразуется им в напряжение соответствующей формы. Это напряжение подается на вход дифференцирующего блока ТО, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы в моментам времени, соответствующие моменты смены знака наклона функции частотной модуляций ЛЧМ-сигналов. Эти импульсы вместе с информационными импульсами с выходов сжимающих фильтров 6 и 7 поступают на соответствующие входы решающего блока 8, обеспечивая„так- товую синхронизацию при приеме решения.

Одновременно напряжения Unpi(t) и Unp2(t)c выходов широкополосных фильтров 12 и 13 поступают на два входа перемножителя 25, на выходе которого образуется гармоническое колебание

Us(t)U3 z(tr2-fri)t+ Дрг+ fxplr из cos(4 к fnpt+ ДА-+ Ар), 0 t Tc,

1 где из 2 k2Unpi Unp2.

Ка - коэффициент передачи перемножителя, рл- . &р pi- - фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения;

в котором линейная частотная модуляция уже отсутствует. Гармоническое колеба- ние Кз(х) выделяется узкополосным фильтром 26 и через открытый ключ 27 по- 5 ступает на первый вход фазового детектора 27.

Напряжение Uri(t) и Draft) с выходов гетеродинов 4 и 5 одновременно поступают на два входа перемножителя 23, на выходе ко- 0 торого образуется гармоническое колебание

U4(t)U4 X{fra-frl)t+ /tyVH

Uu4 cos(4 л fnpt+ Apr).

5 гдеУ4 2 Ur2Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 24 и подается на второй вход фазового детектора 27, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение 0 UH(/)UHCOS Л/,

где ин тгКз из U4 ,

Кз - коэффициент передачи фазового детектора,

5Дер (pi - pi - 2 л d/A cos Д

Напряжение }н$), пропорциональное фазовому сдвигу Др, определяющему направление на источник излучения, фиксируется индикатором 28.

0 Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема ЛЧМ сигналов по основному каналу на частоте (фиг.2.а). Если ложный ЛЧМ сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу

5 на частоте fsi (фиг.2,6), то в смесителях 2 и 3 он преобразуется в сигналы следующих частот;

fl1 fr1-f3l-yt fnp-yt, fl2 fr2-fs1-yt.

0Однако только сигналы с частотой fn попадают в полосу пропускания Afn широкополосного фильтра 12. Указанный сигнал поступает на вход амплитудного детектора 14 и на первый вход коррелятора 19. Ампли5 тудный детектор 14 выделяет огибающую сигнала, которая поступает на первый вход элемента И 16. Элемент И 16 не срабатывает, так как на выходе широкополосного фильтра 13 напряжение отсутствует, выход0 нов напряжение коррелятора 19 равно нулю. Поэтому ключи 17, 18, 21 и 27 не открывают и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте fai, подавляется.

5Если ложный ЛЧМ-сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте fsa (фиг.2в), то в смесителях 2 и 3 он преобразуется в сигналы следующих частот:

yt-fr2 fnp+ yt, yt-fr1.

Однако только сигнал с частотой f22 попадает в полосу пропускания Afn широкопо лосного фильтра 13. В этом случае элемент И 16 также не срабатывает. Выходное напряжение коррелятора 19 также равно нулю. Ключи 17, 18, 21 и 27 не открываются и ложный сигнал ЛЧМ (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на час- тоте f32, подавляется,

Если ложные ЛЧМ-сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому и второму зеркальным каналам на частотах fat и fa2 (фиг.2г), то в полосу пропускания Afn широкополосных фильтров 12 и 13 попадают сигналы на частотах fit и f22. Эти же сигналы поступают на два входа коррелятора 19. В этом случае элемент И 16 срабатывает, его выходное напряжение поступает на первый вход ключа 21, однако ключ 21 не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные ЛЧМ-сигналы (помехи), принимаемые на разных зеркальных частотах f3i и f32, имеют слабую корреляционную связь. Поэтому выходное напряжение коррелятора 19 не превышает порогового уровня Unop, пороговый блок 20 не срабатывает и ключи 17,18,21 и 27 не открываются. Следовательно, ложные ЛЧМ-сигналы (помехи), прини- маемые одновременно по первому и второму зеркальнымханалам на частотах f3t и f32, подавляются.

Поаналогичным причинам подавляются и другие дополнительные (комбинацион- ные) каналы приема на частотах fKi, fe, fa и Гк4 (фиг.4).

Напряжение U2(t) с выхода приемника 22 одновременно поступает на вход узкополосного фильтра 30 (фиг.5,а), на выходе ко- торого образуется радиоимпульс

Afp длительностью tn -т/ .

Указанный радиоимпульс поступает на вход амплитудного детектора 31, который выделяет его огибающую (фиг.Бв). Последняя подается на первый вход элемента И 33, на второй вход которого поступают счетные импульсы с выхода генератора 32 (фиг.Вг). На выходе элемента И 33 образуется коли- чество импульсов N.i, пропорциональное временному интервалу tn(Nistn).

Видеоимпульс (фиг.б.в) с выхода амплитудного детектора 31 поступает на вход дифференцирующего блока 34. на выходе которого образуются два разнрполярных коротких импульсов (фиг.Б. е), бднополяр- ный вентиль 35 пропускает на свой выход только положительный короткий импульс

(фиг.5,ж), который поступает на вход сброса счетчика 36 и приводит его в исходное (нулевое) состояние. Счетчик 36 подсчитывает количество импульсов NI, которое поступает на первый вход арифметического блока

40.

Принимаемые широкополосные ЛЧМ сигналы можно представить в следующем виде:

Ui(t)uc (Т + г лу (t + г)2 4- pd

U2(t)uc + щ + pc, 0 t TC

A R где т -r-i- - время запаздывания ЛЧМ-сигнала, приходящего на антенну А, по отношению к сигналу, приходящему на антенну В;

С - скорость распространения света.

Эти сигналы поступают на два входа перемножителя 37, на выходе которого образуется напряжение биений:

U6(t)u6 Cos(2 iftfet ), 0 t TC, где Ue 2 .

f6 у г -частота биений (фи г.ба);

б 2 3ifcr + луг2 - начальная фаза биений,

Указанное напряжение выделяется усилителем 38 низкой частоты и поступает на вход электронно-счетного частотомера 39. Из непрерывного переменного напряжения Ue(t) частоты fe формируется короткие импульсы, частота следования которых остается равной fg. В частотомере 39 сосчитывается число импульсов N2 за известный интервал времени At:

fK N2

f6-aiВ частности, если At 1с, то измеренное количество импульсов Na численно равно неизвестной частоте биений fe. Измеренное количество импульсов N2 поступает на второй вход арифметического блока 40, на выходе которого образуется значение временной задержки в цифровой форме (фиг.бб)

Nr -N2

У ДГф которое регистрируется индикатором

41. Следовательно,

/3 arcGos|-|

Поскольку при изменении утла ft меняется и величина частоты биений fe, то она будет однозначно определять угол прихода радиоволны. Частота биений fe и скорость

изменения частоты у внутри импульса измеряется в цифровой форме, по их значению определяется угол прихода радиоволны ft только в цифровом коде.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. Это достигается использованием частоты биений f6, которая однозначно связана с пеленгом на источник излучения ЛЧМ-сиг- налов. При этом индикатор 41 формирует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а индикатор 29 - точную, но неоднозначную шкалу отсчета.

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.

Формула изобретения Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, содержащее последовательно соединенные первый приемник; первый смеситель, к второму входу которого подключен выход первого гетеродина, первый ключ, к второму входу которого подключен выход второго ключа, первый сжимающий фильтр и решающий блок, к второму и третьему входам которого подключены соответственно выход формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего блока, и выход второго сжимающего фильтра, вход которого соединен с входом частотного детектора, выход которого подключен к входу первого дифференцирующего блока, и с выходом третьего ключа, управляющий и сигнальный входы которого соединены соответственно с выходом второго ключа, к управляющему входу которого подключен выход порогового блока, и с выходом второго смесителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго приемника и выходом второго гетеродина, который подключен к первому входу первого перемножителя, второй вход и выход которого

соединены соответственно с вторым входом первого смесителя, выход которого через первый широкополосный фильтр подключен к входу первого амплитудного двтекто- 5 ра, и с входом первого узкополосного фильтра, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом первого индикато0 ра и выходом четвертого ключа, управляющий и сигнальный входы которого соединены соответственно с выходом порогового блока, к входу которого подключен выход коррелятора, и с выходом второго

5 узкополосного фильтра, к входу которого подключен выход второго перемножителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого широкополосного фильтра, который подключен к

0 первому входу коррелятора, и с выходом

второго широкополосного фильтра, который

подключен к второму входу коррелятора,

- при этом выход второго смесителя через

последовательно соединенные второй ши5 рокополосный фильтр и второй амплитудный детектор подключен к второму входу первого элемента И, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого амплитудного детектора и сиг0 нальным входом второго ключа, отличающееся тем, что, с целью устранения неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, введены

5 последовательно соединенный третий узкополосный фильтр, к входу которого подключен выход второго приемника, третий амплитудный детектор, второй элемент И. счетчик, арифметический блок и второй ин0 дикатор. последовательно соединенные второй дифференцирующий блок, к входу которого подключен выход третьего амплитудного детектора, и однополярный вентиль, выход которого подключен к второму

5 входу счетчика, последовательно соединенные третий перемножитель, к входам которого подключены выходы первого и второго приемников, усилитель низкой частоты и электронно-счетный частотомер, выход ко0 торОго подключен к второму входу арифметического блока, и генератор счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И.

Фиг. I

Зпр

2

Использование: в радиотехнике в системах радиосвязи и радиометрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Сущность изобретения: устройство содержит первый, второй приемники 1,22, первый, второй смесители 2,3, первый, второй гетеродины 4, 5, первый, второй сжимающие фильтры 6,7, решающий блок 8. частотный детектор 9, первый, второй дифференцирующие блоки 10,34, формирователь 11 импульсов, первый, второй широкополосные фильтры 12. 13. первый, второй, третий амплитудные детекторы 14, 15, 31, первый, второй элементы И 16. 33, первый, второй, третий, четвертый ключи 17, 18, 21, 27, коррелятор 19, пороговый блок 20, первый, второй, третий перемножители 23, 25, 37, первый, второй, третий узкополосные фильтры 24,26,30, фазовый детектор 28, первый, второй индикаторы 29, .41. генератор 32 счетных импульсов, однополярный вентиль 35, счетчик 36, усилитель низкой частоты 38. электронно-счетный частотомер 39, арифметический блок 40. Устройство обеспечивает устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. 6 ил. (/ С

Кие

„ 2Ј 2/лр

jnp

Л, « Я fч 2fr, fKa |КА 2$га ч Фиг. 4

Фиг. 2

2/п,

.. М

L/

2fr, fKa |КА 2$га ч

Н

П

ишшнш шшшшптииштииГ

1Й | |)И1П|

i i

i-i

н

Фиг.. 5

f

t

, j

Г I

t

Фиг. 6

.