Индикаторное устройство Советский патент 1993 года по МПК G01D7/10 

При этом к выходу антенны 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 2, первый амплитудный детектор 3, вторая дифференцирующая цепь 4, генератор 5 развертки, гетеродин б, смеситель 7, второй вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя 2, усилитель 8 промежуточной частоты, второй амплитудный детектор 25 и вертикально отклоняющие пластины второй ЭЛТ 29. К выходу широкополосного усилителя 2 последовательно подключены переключатель 9, частотный детектор 10. первая дифференцирующая цепь 11 и вертикально отклоняющие пластины первой ЭЛТ 12. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены умножитель 13 частоты на два, третий полосовой фильтр

16. делитель 19 частоты на два, четвертый полосовой фильтр 22. четвертый амплитуд- ный детектор 26 и вертикально отклоняющие пластины четвертой ЭЛТ 30. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены умножитель 14 частоты на четыре, пятый полосовой фильтр

17. делитель 20 частоты на четыре, шестой полосовой фильтр 23, пятый амплитудный детектор 27 и вертикально отклоняющие пластины пятой ЭЛТ 31. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены умножитель 15 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 18, делитель 21 частоты ни восемь, второй полосовой фильтр 24 и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 32. Горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 12. 29, 30, 31 и 32 соединены с выходом генератора 5 развертки.

Устройство работает следующим образом.

Если на вход устройства поступает сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн), то его аналитически можно записать следующим образом

Uc(t) Uc П fci - f (t) + p o, . 0 t Г и,

где Uc. fc. , г и - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала соответственно;

PK(I) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем уй(х) const при К тs t (К + 1) гэ и может изменяться скачком при t K г э, т.е. на границах между элементар- ными посылками (К 1.2,..., N-1;

Гэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью ги( ги N г э).

Если на одной несущей частоте дискретная информация передается от одного источника сообщения, то цепесообразно использовать однократную (бинарную) фазовую манипуляцию ФМн-. /v(t) О, л. Для передачи сообщений от двух источников используется двухкратная фазовая манипуляция ФМн-4. j ( г) 0 -к . я, п , .

Причем от одного источника фазы мэнипу- лируется по закону 0, ж . а от другого - по

л

закону -у.уЯ .. Для передачи сообщений

от трех источников используется трехкратная фазовая манипуляция

ФМн-8.р к(, J. % , | ж, л:,| я, яг, |тг .

В общем случае на одной несущей частоте одновременно можно передавать сообщения от п источников, используя для этого n-кратную фазовую манипуляцию. Однако целесообразными являются одно-, двух- и трехкратные фазовые манипуляции, которые и нашли широкое применение на практике. Дальнейшее повышение кратности фазовой манипуляции ограничивается тем. что уменьшается расстояние между элементарными сигналами и в существенной мере снижается помехоустойчивость канала связи.

Принимаемый ФМн-2 сигнал (фиг.З.а) с выхода антенны 1 через широкополосный усилитель 2 поступает на входы амплитудного детектора 3 и смесителя 7. На выходе амплитудного детектора 3 образуется прямоугольный импульс (фиг.3,6), соответствующий огибающей ФМн-2. Указанный импульс поступает на вход дифференцирующей цепи 4, на выходе которой образуются короткие импульсы разной полярности (фиг.З.в). Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 5 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг.З.г) используется для спектрального разложения принимаемого ФМн-2 сигнала и поступает на вход гетеродина б и на горизонтальные электроды ЭЛТ 12,29-32, формируя на экранах последних горизонтальные развертки.

Напряжение гетеродина б

Ur(t) Ur cos(2 л frt + п у t2 + f г), ,

О t г„

где Ur. fr, f г - амплитуда, начальная час- тота и начальная фаза напряжения гетеродина соответственно; ..Df

ГИ

гетеродина:

- скорость изменения частоты

Df - диапазон просматриваемых ч.астот, одается на второй вход смесителя 7. На ыходе последнего образуются напряжения омбинационных частот. Усилителем 8 выеляется напряжение только промежуточой частоты . Unpi(t) Unp fnpt + рк(г) - лу t2 +

pnpl 0 t Ги,

где ипр |к Uc Ur;

К - коэффициент передачи смесителя;

fnp fc - fr - промежуточная частота;

. - РГ промежуточная начальная фаза.

Это напряжение через амплитудный детектор 25 поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 29, на экране которой визуально наблюдаются спектральные составляющие принимаемого ФМн-2сигнала (фиг.2.а). Напряжение Unp(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты одновременно поступает на входы умножителей 13,14 и 15 частоты (фазы) на два, четыре и восемь. На выходах последних образуются следующие напряжения соответственно Ui(t) Unp соз(4я fnpt -2 лгут2+ 2 утпр), U2(t)Unp -соз(8л: frtPt-4 луг2+ 4 рпр).

Ua(t) Unp С05(16Я fnpt - 8 ЛУ 8 ybp).

О t ти,. Так как 2 y(t) 0, 2я ; 4 pK(t) 0, 4я ; 8у. к(0 0, 8 л , то в указанных напряжениях манипуляция фазы уже отсутствует. Причем ширина спектра второй Дг2, четвертой Дт4 и восьмой Д fa гармоник определяется длительностью Ти сигнала ( Afa

Дт4 Afe г ) Тогда как ширина спектра

Ь И

Afc ФМн-2 сигнала определяется длительностью гэ его элементарных посылок (Afc

1

-). Следовательно, при умножении часто- э

ты (Фазы) на два. четыре и.восемь спектр ФМн-2 сигнала сворачивается в N раз

(-ДТГ )итр«нсформиру-.

ется в одиночные спектральные составляющие, которые выделяются полосовыми фильтрами 16.17 и 18 и после деления в делителях 19.20 и 21 частоты на два. четыре и восемь, выделения полосовыми фильтрами 22.23 и 24 и детектирования в амплитуд- ных детекторах 26.27 и 28 поступают на вертикальные электроды ЭЛТ 30.31 и 32. на экранах которых визуально просматриваются одиночные спектральные составляющие. Таким образом, на экране ЭЛТ 29 формируется амплитудный спектр принимаемого ФМн-2 сигнала, а на экранах ЭЛТ 30-32 отдельные его спектральные составляющие

(фиг.,2,а). Это обстоятельство и является

признаком визуального распознавания

ФМн-2 сигнала, у которого кратность фазовой манипуляции m 2, а величина скачков фазы Д(.

На фиг.З.д.е показаны вторая и первая гармоники ФМн-2 сигнала. Если на вход устройства поступает сигнал с двухкратной

фазовой манипуляцией ФМн-4, yMcW О,

я 3

у , л , j я то на выходе полосового фильтра

16 образуется ФМн-2 сигнал p(i) О, я , 2я, Зя, .спектр которого наблюдается

на экране ЭЛТ 30,а на выходе полосовых фильтров 17 и 18 образуются соответствующие напряжения Ua(t) и Ua(t), которые после соответствующей обработки визуально наблюдаются на экранах ЭЛТ31 и 32. В этом

случае на экранах ЭЛТ 29 и 30 визуально наблюдаются амплитудные спектры ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экранах ЭЛТ 31 и 32 визуально одиночные спектральные составляющие (фиг.2.б). Такая ситуация харэктерна только для ФМн-4 сигнала, параметры которого оцениваются аналогичным образом (т 4. Ду - п ).

Если на вход устройства поступает сиг- нал с трехкратной фазовой манипуляцией

ФМн-8, (thO.JJ -| л, я |я| я, | я ,

то на выходах полосовых фильтров 16 и 17 образуются ФМн-4 и ФМн-2 сигналы, амплитудные спектры которых визуально наблюдаются на экранах ЭЛТ 30 и 31 соответственно, а на выходе полосового фильтра 18 образуется напряжение Us(t). В этом случае на экранах ЭЛТ 29-31 наблюдаются амплитудные спектры ФМн-8, ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экране ЭЛТ 32 - одиночная спектральная составляющая (фиг.2.в). Такая ситуация характерна только для ФМн-8 сигнала, параметры которого

оцениваются аналогичным образом (т 8,

A f).

Среди сложных сигналов с частотной манипуляцией (ЧМн) широкое рэспространение получили сигналы с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн-2), дубинарной частотной манипуляцией (ЧМн-3) и скругленной частотной манипуляцией (ЧМн-5) фиг.9.

Сложный ЧМн-2 сигнал аналитически описывается выражением (фиг.4.а)

Uc(l) Uc Я fcpt + (f)(t) + p c,

О t ги,

где iy(t) - изменяющаяся во времени фат- вал функция (фиг. 10):

тер

ЛлА

2

средняя частота сигнала;

f

1

ср

.- - частота, соответствующая символу +1 :

h fcp + JT - частота, соответствующая символу -1.

Фазовая функция р (t) может быть представлена выражением t

y(t) вкд(т -Кг dr ,

00 к

где вк - последовательность информационных символов {-1,+1}:

h (f2 - fi) Гэ п индекс девиации

частоты.

d(t)

1

, t e о, тэ.

2тэ

О, t , Тэ.

Фазовая Функция f (t) на хаждом символьном интервале изменяется во времени линейно. За время одного символьного интервала набег фазы равен ±-™ . Спектр

ЧМн-2 сигнала в отличие от спектра частот- но-манипулированного сигнала с индексом девиации частоты h 1 является сплошным

SIП X 7

и имеет форму ( ---) . В центральном

лепестке его спектра сосредоточено 99% энергии сигнала. Скорость спадзния боковых лепестков равна 1 /fc , т.е. значительно выше, чем у ФМн сигналов.

Если на вход устройства поступает ЧМн-2 сигнал, то на выходах полосовых фильтров 16-18 образуются частотно-мани- пулированные сигналы с индексами девиации частоты h 1,2,4 соответственно. При этом его сплошной спектр трансформируется в две спектральные составляющие (фиг.2,г). Следовательно, на экране ЭЛТ 29 визуально наблюдается амплитудный спектр ЧМн-2 сигнала, а на экранах ЭЛТ 30-32 визуально наблюдаются две спектральные составляющие, по значению которых можно оценить символьные частоты fi и f2, а по их разносу можно оценить длительность гэ элементарных посылок (символьных интервалов).

На фиг.4,д,е, изображены вторая и четвертая гармоники ЧМн-2 сигнала.

Если на вход устройства поступает ЧМн-3 сигнал (фиг.9,б), то на экранах ЭЛТ 31 и 32 визуально наблюдаются три частотные метки (фиг.2,д), т.е. сплошной спектр ЧМн-3 сигнала после умножения и деления его частоты (фазы) на четыре и восемь трансформируется в три спектральные составляющие. На выходе умножителя 13 частоты на два спектр ЧМн-3 сигнала трансформируется в другой сплошной спекто, поскольку h 5 1. Таким образом, на экранах ЭЛТ 29 и 30 визуально наблюдают сплошные спектры (фиг.2.д).

Если на вход устройства поступает ЧМн-5 сигнал, то на выходе умножителя 15

0 частоты (фазы) на восемь его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8fi, 8f3, 8fCp, 8f. 812. На выходах умножителей 13 и 14 частоты на два и четы5 ре сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в другие сплошные спектры, так как в этих случаях h 1. Таким образом, на экранах ЭЛТ 29-31 визуально наблюдаются сплошные спектры, а на экране ЭЛТ 32

0 - пять спектральных лепестков (фиг.2,е).

Среди спожных сигналов с частотной модуляцией (ЧМ) широкое применение нашли сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), симметричной линейной

5 частотной модуляцией (СЛЧМ) и квадратичной частотной модуляцией (КЧМ).

Сложный ЧМ сигнал в общем случае описывается выражением

Uc(t) U -cos{2 л. fct + л у СГ + (р с),

0 0 t ги,

где Uc, fc. . и - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и длительность сигнала соответственно; Afc

5

Ус

Ги

- - скорость изменения час0

5

0

5

t2 +

л у ct1 - л- у

тоты в импульсе:

Лтд - девиация частоты:

j 1.2,3,

Если на вход устройства поступает сложный сигнал ЧМ, то смесителем 7 и гетеродином 6 он переносится на промежуточную частоту

Unpi(t) Unp соз(2ят г +

). О t Ги.

Напряжение Unpi(t) выделяется усилителем 8 промежуточной частоты и поступает на входы умножителей 13.14 и 15 частоты (фазы) на два, четыре и восемь, на выходах которых образуются следующие напряжения

U/i(t) Unp -соз(4л fnpt + 2 лгу ct -2 л-у t2 + 2 у5пР), UsM-4яу t/ + 4 рпр).

Uf)(t) Unp -cos(16 л fnpt + 8 яуст,1 -8 луг2+ 8 у)пр).

О t ги

Так как длительность ЧМ сигнала на основной, второй, четвертой и восьмой гармониUnp -cos(8лтпрГ + 4 t2 + 4

ках промежуточной частоты одинакова, то увеличение ус в два. четыре и восемь раз происходит за счет увеличения в два. четыре и восемь раз девиации частоты Атд. Из этого следует, что ширина спектра ЧМ сигнала на второй Atz, четвертой Л fy и восьмой Afe гармониках промежуточной частоты в два. четыре и восемь раз больше его ширины Ate на основной гармонике промежуточной частоты ( Af2 2А fc,A f/з 4 Ate, Afs 8A fc).

Следовательно, на экране ЭЛТ 29 визуально наблюдается амплитудный спектр ЧМ сигнала, а на экранах ЭЛТ 30-32 наблюдаются амплитудные спектры ЧМ сигналов, ширина спектра которых в два, четыре и восемь раз больше ширины спектра Afc исходного ЧМ сигнала (фиг.2,ж). Это обстоятельство и является признаком распознавания Ч.М сигнала.

Для определения вида частотной модуляции (ЧМ) оператор переводит переключатель 9 в положение, при котором к выходу широкополосного усилителя 2 подключается частотный детектор 10. При этом если на вход устройства поступает сложный сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) фиг,5,а

Uc(t) Uc- сов(2л fct + лу сг с),

О t ги,

то с выхода широкополосного усилителя 2 он одновременно поступает на входы амплитудного 3 и частотного 10 детекторов. Ам- ; плитудный детектор 3 выделяет огибающую сигнала (фиг.5,в), которая поступает на вход дифференцирующей цепи 4, где она преобразуется в два разнополярных импульса (фиг.5.г). С помощью этих импульсов формируется напряжение развертки (фиг.Б.д). которое поступает на горизонтальный электргод ЭЛТ 12. На выходе частотного детектора 10 образуется видеоимпульс (фиг.5,е), форма которого соответствует закону изменения частоты принимаемого ЛЧМ сигнала (фиг.5,б). Указанный пидеоим- пульс с выхода частотного детектора 10 поступает на вход дифференцирующей цепи 11, выходной импульс (фиг.5.ж) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 12, На экране последней образуется прямоугольный импульс (фиг.2,з. фиг.5.ж), длительность которого пропорциональна . длительности ги принимаемого ЛЧМ сигнала, амплитудно пропорциональна скорости изменения частоты в импульсе, а площадь

10

15

20

25

30

35

40

45

50

осциллограммы пропорциональна девиации частоты Атд(Атд ус ги ) принимаемого ЛЧМ сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого ЛЧМ сигнала на экран ЭЛТ 12 наносится координатная частотно-временная сетка.

Если на вход устройства поступает сигнал с симметричной линейной частотной модуляцией (СЛЧМ. фиг.6.а)

Uc(t) Uc -COS(2 Л fct + ЯусА(1 + р с),

О t ги,

частота которого изменяется по А -образному закону (фиг.6.б), то на экране ЭЛТ 12 образуется двухполярный импульс (фиг.2,и, фиг.6,ж), анализируя который можно оценить основные параметры принимаемого СЛЧМ сигнала.

Если на вход устройства поступает сигнал с симметричной линейной частотной модуляцией (СЛЧМ, фиг.7,а)

-соз(2л fct + #Xc/t( рс),

О t ги,

частота которого изменяется по А -образному закону (фиг.7,6), то на экране ЭЛТ 12 также образуется двухполярный импульс (фиг,2,к. фиг.7.ж), но только противоположной полярности.

Если на вход устройства поступает сигнал с квадратичной частотной модуляцией (К4М, фиг.в.а)

Uc(t) Uc -cos(2 л fct + луст3 + у),

О t г„,

то на выходе частотного детектора 10 образуется видеоимпульс (фиг,8,е), форма которого соответствует закону изменения частоты (фиг.8,б) принимаемого КЧМ сигнала, Этот импульс поступает на вход дифференцирующей цепи 11, выходной сигнал (фиг.8.ж) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 12. На экране последней образуется треугольная фигура (фиг.2.л), анализируя которую можно оценить основные параметры принимаемого КЧМ сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает визуальное определение вида модуляции принимаемого сложного сигнала, а также визуальную оценку его основных параметров. В результате этого область применения устройства расширена.

(56) Авторское свидетельство СССР 55 № 1796905. кл. G 01 D 7/Ю. 1990.

делитель частоты на два, подключенный между выходом третьего полосового фильтра и входом четвертого полосового фильтра, умножитель частоты ил четыре, выходом подключенный к входу пятого полосового фильтра, делитель частоты на четыре, подключенный между выходом пятого и входом шестого полосовых фильтФормула изобретения

ИНДИКАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединенные антенну, широкополосный усилитель, смеситель и усилитель промежуточной частоты, пять электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), последовательно соединенные частотный детектор, первую дифференцирующую цепь и вертикально отклоняющие пласти- дров, при этом выход широкополосного уси- ны первой ЭЛТ, горизонтально отклоняю- лителя соединен через переключатель с щие пластины которой и второй ЭЛТ входом частотного детектора и через пер- подключены к выходу генератора рззверт- вый амплитудный детектор с входом вто- ки, вход которого соединен с выходом вто1 рой дифференцирующей цепи, оыход рой дифференцирующей цепи, гетеродин, «g усилителя промежуточной частоты соеди- выходом подключенный к другому входу Нен с входами умножителей частоты на смесителя, последовательно соединенные два. на четыре и на восемь и через второй умножитель частоты на восемь, первый по- амплитудный детектор - с вертикально от- лосовой фильтр, делитель частоты на во- клоняющими пластинами второй ЭЛТ, вы- семь и второй полосовой фильтр, 20 ходы второго, четвертого и шестого умножитель частоты на два, выходом сое- полосовых фильтров подключены соответ- диненныи с входом третьего полосового стзенно через третей, четвертый и пятый фильтра, четвертый, пятый и шестой поло- амплитудные детекторы к вертикально от- совые фильтры, отличающееся тем, что, с клоняющим пластинам соответственно целью расширения числа визуально оаени-25 третьей, четвертой и пятой ЭЛТ, гооизонваемых параметров сложного принимаемо- то сигнала, в него введены пять амплитудных детекторов, переключатель, 1

тально отклоняющие пластины которых соединены с выходом генератора развертки, подключенного к входу гетеродина.

делитель частоты на два, подключенный между выходом третьего полосового фильтра и входом четвертого полосового фильтра, умножитель частоты ил четыре, выходом подключенный к входу пятого полосового фильтра, делитель частоты на четыре, подключенный между выходом пятого и входом шестого полосовых фильтров, при этом выход широкополосного уси- лителя соединен через переключатель с входом частотного детектора и через пер- вый амплитудный детектор с входом вто- рой дифференцирующей цепи, оыход усилителя промежуточной частоты соеди- Нен с входами умножителей частоты на два. на четыре и на восемь и через второй амплитудный детектор - с вертикально от- клоняющими пластинами второй ЭЛТ, вы- ходы второго, четвертого и шестого полосовых фильтров подключены соответ- тзенно через третей, четвертый и пятый мплитудные детекторы к вертикально от- клоняющим пластинам соответственно ретьей, четвертой и пятой ЭЛТ, гооизонтально отклоняющие пластины которых соединены с выходом генератора развертки, подключенного к входу гетеродина.

$&&г.1

VYbHWhVO

ж

t

-

(9:)x (frObx (г;)2х

Why:)vvh

W/

, f

)

S-HW/)

i-:iHb

2-HW4

lezecai

l/cft)

P№.J

Фиг.5

а

фиг. 6

ФигЛ

№/t)

bf/nox

f

r#

Фиг.8

JL гт9

Фи г. 9

ЧМн-2

фи г. fO