Коррелятор разности частоты с когерентным накоплением Советский патент 1978 года по МПК G06G7/19 

1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиоприема и радиоизмерений.

Коррелятор разностной частоты с когерентным накоплением может быть использован для обнаружения и оценки параметров радиои.мпульсных сигналов в условиях априорной недостаточности, например для измерения разности фаз входных сигналов при отношениях сигнал/помеха, меньших единицы.

Известны устройства для обнаружения и оценки сигналов с накоплением по видеочастоте и по высокой частоте 1. Однако при накоплении по видеочастоте теряется информация о высокочастотном заполнении и, следовательно, становится невозможным измерение начальной фазы при малых отношениях сигнал/помеха.

Иедостаток устройств-аналогов состоит в относительно невысокой точности. Кроме этого, накопление по высокой частоте трудно осуш,ествить без точного знания значения частоты. Этот недостаток можно устранить, использовав коррелятор разностной частоты, так как в нем выходная частота инвариантна к частоте входных сигналов.

Известен коррелятор разностной частоты- прототип 2, содержащий компаратор, выход которого подключен к первому входу индикатора, фильтр низкой частоты, сумматор.

первый вход которого соедипен с выходом линии задержки, а выход - с первым входом фазового детектора, блок умножения, первый вход которого является входом коррелятора, а второй подключен к выходу смесителя, причем первый вход смесителя служит вторым входом коррелятора, а второй подключен к выходу генератора разностной частоты и к второму входу фазового детектора, фильтр

разностной частоты, первый вход которого соединен с выходом блока умножения, а второй- с первым выходом блока управления, вторым выходом подключенного к входу генератора разностной частоты.

Недостатком указанного коррелятора разностной частоты с накоплением по разностной частоте является в общем случае отсутствие синфазности накапливаемых радиоимпульсов вследствие появления от импульса к

импульсу дополнительного сдвига фаз, равного сорГп, где сор - частота генератора разностной частоты, Гц - период повторения радиоимпульсов. В случае неизвестного значения Гц для увеличения эффективности работы

коррелятор должен осуществлять поиск по периоду повторения.

Цель изобретения - повышение точности при измерении разности фаз при отношении сигнал/помеха, меньшем единицы.

Указанная цель достигается тем, что в коррелятор введены дополнительный сумматор, три коммутатора, блок выделения максимума, амплнтудный детектор, генератор тактовых импульсов и генератор ступенчатого напряжения, выход которого подключен к первому входу дополнительного сумматора, вторым входом соединенного с выходом фильтра низкой частоты, а выход дополнительного сумматора подключен к входу блока управления. Первый выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом генератора ступенчатого напряжения, второй вход носледнего - с выходом блока выделения максимума, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора и к входу компаратора. Вход амплитудного детектора соединен с выходом сумматора и первым входом первого коммутатора, второй вход которого подключен к выходу генератора разностной частоты. Выход первого коммутатора подсоединен к входу линии задержки, второй выход генератора тактовых импульсов - к третьему входу первого коммутатора и к первым входам второго и третьего коммутаторов, а выходы третьего коммутатора - к второму входу индикатора и к входу фильтра низкой частоты. Второй вход третьего ко.ммутатора соединен с выходом фазового детектора, второй и третий входы второго коммутатора- соответственно с выходом фильтра разностной частоты и с шиной нулевого потенциала, а выход второго коммутатора - с вторым входом сумматора.

На чертеже представлена структурная схема коррелятора разностной частоты с когерентным накоплением.

Он содержит блок 1 умножения, смеситель 2, генератор 3 разностной частоты, фильтр 4 разностной частоты, коммутатор 5, сумматор 6, амплитудный детектор 7, фазовый детектор 8, коммутатор 9, линию 10 задержки, коммутатор 11, индикатор 12, фильтр 13 низкой частоты, дополнительный сумматор 14, блок 15 управления, компаратор 16, блок 17 выделения максимума, генератор 18 ступенчатого напряжения, генератор 19 тактовых импульсов.

Один из входов блока 1 умножения и один из входов смесителя 2 являются входами коррелятора разностной частоты. Генератор 3 разностной частоты соединен с вторым входом смесителя 2, а выход смесителя - с вторым входом блока 1 умножения. Выход блока 1 подключен через фильтр 4 разностной частоты и коммутатор 5 к одному из входов сумматора 6, выход сумматора - к входу амплитудного детектора 7, входу фазового детектора 8 и к одному из входов коммутатора 9, выход коммутатора 9 соединен через линию 10 задержки с вторым входом сумматора 6. Второй вход коммутатора 9 и второй вход фазового детектора 8 связаны с выходом генератора 3 разностной частоты.

Выход фазового детектора 8 соединен с входом коммутатора 11, один из выходов коммутатора И-с входом индикатора 12, а второй выход комм)татора 11 через фильтр 13 низкой частоты - с одним из входов дополнительного сумматора 14, выход которого через

блок 15 управления подключен к управляющим входам генератора 3 разностной частоты и фильтра 4 разностной частоты. Выход амплитудиого детектора 7 соединен с входом компаратора 16 и через блок 17 выделения

максимума с одним из входов генератора 18 ступенчатого напряжения, выход генератора 18 - с вторым входом дополнительного су.мматора 14. Второй вход генератора 18 ступенчатого напряжения связан с выходом генератора 19 тактовых импульсов, выход которого соединен также со всеми управляющими входами коммутаторов 5, 9, 11.

Рассмотрим работу коррелятора разностной частоты с когерентным накопление.м при

известном периоде повторения Тп пр1шимаемых сигналов.

Пусть па входе блока 1 умножения имеется сигнал

и, (t) :г и, cos ш, при О / „,

а на входе смесителя 2

и (О f/2 cos (а)с/ - рс) при ,

где Тц - длительность радиоимпульса; фс - разность фаз входных сигналов.

После приема первого импульса на выходе фильтра разностной частоты

6ф(0 :Ас08().(1)

Из этого выражения видно, что на выходе фильтра разностной частоты (ыр) информация о разности фаз входных сигиалов сохраняется.

При приеме второго импульса напряжение

на выходе того же фильтра 4 составляет

i/ф А cos (Шр - срс - ШрГп).(2)

Из выражений (1) и (2) видно, что от импульса к импульсу фаза колебания на выходе фильтра меняется, поэтому когерентное накопление в общем случае невозможно. Однако при 0р7п 2я-А выражения (I) и (2) совпадают и накопление на разностной частоте возможно.

Для подстройки генератора разностной частоты (для выполнения условия сор7п 2яй) вводится режим подстройки (коммутаторы 5, 9 и 11 находятся в положении б). В этом случае нанряжение с выхода генератора разностной частоты подается на один вход фазового детектора 8 непосредственно, а на второй вход - через линию 10 задержки и сумматор 6. Поскольку время задержки линии 10 равно Г,:, то в фазовом детекторе 8 сравниваются

частоты генератора разностной частоты, разделенные временем Т. Напряжение на выходе фазового детектора равно нулю при выполнении условия сйрГп 2я/%. При невыполнении этого условия сигнал с выхода фазового детектора 8 через коммутатор И, фильтр

13 низкой частоты и сумматор 14 воздействует на блок 15 управления, который подстраивает генератор 3 разностной частоты. После этого генератор тактовых имнульсов переводит коммутаторы 5, 9, 11 в положение а и происходит синфазное накопление сигнала на разностной частоте с сохранением разности фаз фс. Амплитудный детектор 7 и компаратор 16 выполняют функции нормировки уровня сигнала, необходимой для измерения разности фаз. Прн достижении установленного порога компаратор 16 дает разрешение в индикатор 12 на отсчет разности фаз, измеряемой фазовым детектором 8.

Рассмотрим рабогу коррелятора разностной частоты с когерентным накоплением при неизвестном периоде повторения принимаемых радиоимпульсных сигналов. В этом случае необходимо, во-нервых, осуществить поиск по периоду повторения, во-вторых, установить время задержки линии задержки равным найденному периоду повторения, в-третьих, нодстроить генератор разностной частоты для выполнения условия

ШрГд 2Kk.

Поиск по периоду повторения проводится следующим образом.

Генератор 18 ступенчатого напрял ення, управляемый генератором 19 тактовых импульсов, выдает ступенчатое напряжение через сум-матор 14 на блок 15 управления, который перестраивает частоту генератора 3 и центральную частоту фильтра 4. Одновременно должно изменяться н время задержки линии 10. Наиболее просто это можно осуществить, использовав дисперсионную линию задержки. В начале каждой ступеньки выходного напряжения генератора 18 происходит калибровка генератора 3 (коммутаторы 5, 9, 11 в положении б) для выполнения условия (, затем процесс накопления. Если лри эгом нериод повторения радиоимпульсов не совпадает с временем задержки линии 10, то накопления не будет и генератор 18 ступенчатого напряжения «переходит на следующий уровень напряжения. Если же период повторения радиоимпульсов совпадает с временем задержки линии 10, то блок 17 выделения максимума фиксирует факт накопления радиоимпульсов и выдает сигнал «Стоп на генератор 18 ступенчатого напряжения.

Время поиска Тпк определяется диапазоном поиска АГп по периоду повторения, временем калибровки Тк, временем накопления Гнак, временем перестройки (управления) Гупр с одной ступеньки генератора 18 на другую и ожидаемой длительностью принимаемых импульсов Ти

ДУ,

Kt -- (Т -{- Гдак + Туцр)

где

/С.1(1), Г.Гл

Использование дополнительных элементов позволяет повысить точность измерения разности фаз входных сигналов при отношении сигнал/помеха gas., меньшем единицы, за счет накопления по высокой частоте. Так, например, при вх 1 без накопления дисперсия флуктуации фазы Сф2л;0,8, при накоплении по высокой частоте по 10 импульсам 0,1, т. е. точность измерения в данном случае увеличилась примерно в восемь раз.

Формула изобретения

Коррелятор разностной частоты с когерентным накоплением, содержащий компаратор, выход которого подключен к первому входу индикатора, фильтр низкой частоты, сумматор, первый вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход - с первым входом фазового детектора, блок умножения первый вход которого является входом коррелятора, а второй подключен к выходу смесителя, первый вход которого является вторым

входом коррелятора, а второй подключен к

выходу генератора разностной частоты и к второму входу фазового детектора, фильтр разностной частоты, первый вход которого соединен с выходом блока умножения, а второй- с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к входу генератора разностной частоты, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности коррелятора разностной частоты, в него введены дополнительный сумматор, три коммутатора, блок выделения максимума, амплитудный детектор, генератор тактовых импульсов и генератор ступенчатого напряжения, выход которого подключен к первому входу дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход дополнительного сумматора подключен к входу блока управления, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом генератора ступенчатого

напряжения, второй вход которого подключен к выходу блока выделения максимума, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора и к входу компаратора, вход амплитудного детектора соединен с выходом

сумматора и первым входом первого коммутатора, второй вход которого подключен к выходу генератора разностной частоты, выход первого коммутатора соединен с входом линии задержки, второй выход генератора

тактовых импульсов подключен к третьему входу первого коммутатора и к первым входам второго и третьего коммутаторов, выходы третьего коммутатора подключены соответственно к второму входу индикатора и к

входу фильтра низкой частоты, второй вход третьего коммутатора соединен с выходом фазового детектора, второй и третий входы второго коммутатора подключены соответственно к выходу фильтра разностной частоты и к шине нулевого потенциала, а выход

второго коммутатора соединен с вторым входом сзмматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Теоретические основы радиолокации.

Под ред. цроф. Я. Д. Ширмана. М., «Сов. радио, 1970, с. 149.

2. Дятлов А. П., Евдокимов Ю. Ф. К вопросу о чувствительности мультипликациопных корреляторов. «Автометрия, № 6, 1973, с. 85.