ЦИФРОВОЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛА С НЕИЗВЕСТНОЙ ЧАСТОТОЙ Советский патент 1973 года по МПК H03D3/04 

1

Известны цифровые обнаружители сигнала с неизвестной частотой, используемые в радиоизмерительной технике, в частности, в радиолокации и радиосвязи.

Первым нелинейным элементом, преобразующим аналоговый синусоидальный сигнал в последовательность кмпульсов, является практически идеальный ограничитель, потери на котором в отношении сигнал/шум не превышают порядка 1-2 дб при любом отношении сигнал/шум на входе.

Поскольку идеальный ограничитель является единственным нелинейным элементом, преобразующим синусоидальный сигнал в параметр (фазу или приращение фазы) практически без потерь при любых слабых сигналах, выделяемых на фоне шумов, целесообразно использовать устройства выборки разности фаз смеси сигнала и шума (цифровые частотные дискриминаторы) для реализаци-и обнаружителей, близких к оптимальным.

Известное устройство содержит пороговый каскад, формирователь мерных интервалов, один выход которого через первый вентиль соединен со входом информационного счетчика, а другой выход через второй вентиль -со входом буферного каскада. Входы обоих вентилей подключены также к выходу генератора счетных импульсов.

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения слабого сигнала с неизвестной частотой.

Предлагаемый цифровой обнаружитель сигнала отличается тем, что в него дополнительно введены вентиль, вспомогательный счетчик, накапливающий сумматор, блок образования модуля выходного числа, схемы «И и «НЕ, причем вход вспомогательного счетчика через дополнительный вентиль соединен с выходвми формирователя мерных интервалов и генератора счетных импульсов, а выход вспомогательного счетчика через последовательно соединенные схемы «НЕ и «И под1ключен к установочному входу информационного счетчика, выход которого через последовательно соединенные блок образования модуля выходного числа и накапливающий сумматор подключен к первому входу порогового каскада, а к его второму входу подключен выход делителя, вход которого соединен с выходом буферного каскада, подключенного также ко второму входу блока образования модуля выходного числа.

Для повышения надежности обнаружения слабого сигнала с неизвестной изменяющейся частотой в него дополнительно введен блок образования вторых разностей приращений фаз, состоящий из оперативного сумматора, схем «И и схемы «НЕ, причем первый вход

Оперативного сумматора через одну схему «И подключен к выходу информациовного счетчика, -второй через последовательно соединенные схему «НЕ и другую схему «И - к выходу информациовного счетчика, выход оперативного сумматора подключен ко входу блока образования модуля выходного числа, а вторые входы схем «И подключены к выходу буферного каскада.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Обнаружитель сигнала содержит формирователь мерных интервалов /, генератор счетных импульсов 2, вентили 3-5, буферный каскад 6, вспомогательный счетчик 7, схему «НЕ 8, схему «И 9, информационный счетчик 10, блок образования модуля выходного числа 11, накапливающий сумматор 12, пороговый каскад 13, делитель 14, блок образования вторых разностей приращений фаз 15, в который входят схема «И 16, оперативный сумматор 17, схема «НЕ 18 и схема «И 19.

Входной сигнал f поступает на вход формирователя / импульсов, соответствующих переходу синусоидальной смеси сигнала и шума через нулевой уровень. Эти импульсы, разделенные на число К., попадают «а нулевой вход статического триггера формирователя 1 и устанавливают его в состояние «О, после чего открывают вентиль буферного каскада 6, который объединяет их в группы по два синхроимпульса CHi -и СИч, управляющие работой обнаружителя в каждом цикле и опрашивающие пороговый каскад через каждые т циклов измерений. Неред каждым циклом измерений в счетчик 10 с помощью схем «НЕ 8 и «И 9 записывается из счетчика 7 число в обратном коде, в результате чего по окончании счета в счетчике 10 образуется число l Ni Ni-Ni-i, модуль которого (A/Vt). образованный в блоке //, заносится в накаплизающ-ий сумматор.

Накопленные за т циклов измерений числа

т

М,,- пз сумматора 12 сравниваются в пороговом каскаде , с пороговым числом с помощью синхроимпульсов СИ, разделенных в делителе 14 на т.

Сравнение выходного числа накапливающего сумматора 12 с пороговым Лп показывает наличие сигнала при Л/, или отсутствие сигнала при . Выходное число сумматора зависит от скорости изменения неизвестной частоты сигнала. Поскольку скорость изменения частоты в общем случае неизвестна, установить порог обнаружителя оптимальным образом невозможно, поэтому его использование становится неэффективным.

В предлагаемом устройстве дополнительный блок образования вторых разностей приращений фаз образует вторые разности приращения фаз входной смеси сигнала и щума. Если частота сигнала изменяется линейно, вторые раз1ности постоянны на любом интервале времени. При квадратичном изменении этой частоты интервал накопления ограничивается ошибкой аппроксимации параболы линейноломаной кривой.

Рассмотрим процесс образования вторых

разностей приращения фаз. В этом случае

буферный каскад в начале цикла

измерений, определяемого периодами входной

А

смеси сигнала и шума Гг у вырабатывает

четыре синхроимпульса .

Синхроимпульс CHi записывает число из счетчика 10 через схему «И 16 в оперативный сумматор 17, в котором образуются вторые разности dNi ANi-A/Vi-i, поскольку в

этом сумматоре хранилась первая разность от предыдущего замера.

Синхроимпульс CMz списывает модуль второй разности () из блока //в накапливающий сумматор 12, обнуляет сумматор /7 и

поступает на вход делителя 14 для формирования импульса опроса порогового каскада 13. Третий синхроимпульс СИз через последовательно соединенные схему «НЕ 18 и схему «И ,19 записывает в сумматор 17 число АЛг

из счетчика 10, которое хранится там до t+il-ro цикла образования второй разности и обнуляет счетчик 10.

Синхроимпульс СЯ4 через последовательно соединенные схему «НЕ 8 и схему «И 9 переписывает из счетчика 7 в счетчик W в обратном коде число Ni, которое хранится там до i-j-l-ro цикла измерений, обнуляет счетчик 7 и формирует начало мерного интервала. Далее процесс повторяется.

Вторые разности приращений фазы 8Ni складываются в соответствии с весовой функцией в сумматоре 12, в котором через каждые т циклов измерений образуется число Nm

26yVi.

i I

При наличии во входной смеси сигнала и шума с линейно изменяющейся частотой среднее значение вторых приращений разности фазы в каждом цикле стремится к нулю, поэтому по окончании накапливания в сумматоре /i2 число также близко к нулю.

В случае отсутствия во входной смеси регулярной составляющей сигнала вторая разность приращения фазы имеет случайное раснределение, поэтому модуль средней второй разности приращения фазы имеет вполне определенную величину, например NI, и в сумматоре 12 образуется число, близкое к niNi. Таким образом, число в сумматоре 12 в моменты опроса каждым синхроимпульсом пропорционально отношению шум/сигнал на входе обнаружителя. Сравнение этого числа с пороговым Лп в каскаде 13 показывает наличие сигнала при Л/те Л п или отсутствие сигнала

при .

Предмет изобретения

1. Цифровой обнаружитель сигнала с неизвестной частотой, содержащий пороговый каскад, формирователь мерных интервалов, один

выход которого через первый вентиль соединен со входом информационного счетчика, а другой выход через второй вентиль - со входом буферного каскада, входы обоих вентилей подключены также к выходу генератора счетных .импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности обнаружения слабых сигналов, в него дополнительно введены вентиль, вспомогательный счетчик, накапливающий сумматор, блок образования модуля выходного числа, схемы «И и «НЕ, причем вход вспомогательного счетчика через дополнительный вентиль соединен с выходами формирователя мерных .интервалов и генератора счетных импульсов, а выхо.д вспомогательного счетчика через последовательно соединенные схемы «НЕ и «И подключен к установочному входу информационного счетчика, выход которого через последовательно соедииенные блок образования модуля выходного сигнала и накапливающий сумматор подключен к первому входу порогового каскада.

а к его второму входу подключен выход делителя, вход которого соединен с выхо.дом буферного каскада, подключенного также ко второму входу блока образования модуля выходного числа .

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности обнарул ения слабого сигнала с неизвестной изменяющейся частотой, в него дополнительно введен блок образования вторых разностей приращений фаз, состоящий .из оперативного сумматора, схем «И и схемы «НЕ, причем первый вход оперативного сумматора через одну схему «И подключен к выходу информационного счетчика, второй вход через последовательно соединенные схему «НЕ и другую схему «И - к выходу .инфо.рмационного счетчика, выход оперативного сумматора подключен ко входу блока образования модуля выходного числа, а вторые входы схем «И подключены к выходу буферного каскада.