Устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях Советский патент 1979 года по МПК G01S1/24 

Изобретение относится к радионавигации.

Известно устройство устранения многозначности фазовых измерений, содержащее квантизатор принятого сигнала, накопитель и блок оценки, выход которого подключен к блоку формирования стробов, выход последнего подключен к опорному входу квантизатора, a второй вход - к источнику опорных импульсов 1.

в этом устро.йстве точность совмещения опорных строб-импульсов с принятыми сигналами возрастает с увеличением крутизны огибающей принимаемых радиосигналов. Однако повышение крутизны огибающей принятого сигнала эквивалентно при приеме расщирепию полосы пропускания, что при наличии флюктуационных помех на входе приводит к снижению надежности устранения многозначности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатов накопления

и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя 2.

Однако известное устройство имеет низкую точность опознавания заданного участка радиоимпульса.

Цель изобретения - повыщение точности опознавания заданного участка радиоимпульса.

Для того в устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатов накопления и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя, введены последовательно соединенные экстраполятор огибающей радиоимпульса и блок вычитания, выход которого соединен с входом бинарного квантователя, причем первый и второй входы экстраполятора огибающей радиоимпульса соединены соответственно с выходами накопителя и формирователя импульсов, a экстраполятор огибающей радиоимпульса состоит из последовательно соединенных преобразователя код-напряжение,

матрицы напряжений и формирователя дискретных значений огибающей радиоимпульса, управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом экстраполятора огибающей радиоимпульса.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2-временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит бинарный квантователь 1, накопитель 2, блок 3 оценки результатов накопления, формирователь 4 импульсов, блок 5 вычитания и экстраполятор 6 огибающей радиоимпульса, включающего преобразователь 7 код-напряжение, матрицу 8 напряжений и формирователь 9 дискретных значений огибающей радиоимпульса.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный сигнал, фрагмент которого показан на фиг. 2 а, поступает через блок 5 вычитания на один из входов бинарного квантователя 1. Бинарный квантователь 1 можно представить как устройство, состоящее из последовательно соединенных усилителя с предельным ограничением и схемы совпадения, на второй вход которой поступают стробы с формирователя 4. На второй вход блока 5 вычитания с формирователя 9 дискретных значений огибающей радиоимпульса поступает строб измерения амплитуды сигнала (фиг. 2 б).

В общем случае этот строб может быть установлен на любой полуволне (определенной полярности) фронта радиоимпульса. Его положение определяется положением строба слежения за фазой (фиг. 2 в), относительно которого строб измерения амплитуды сдвинут на 90°.

Блок 5 вычитания формирует разностный сигнал, который, вследствие неравенства амплитуд принятого сигнала (фиг. 2 а) и строба измерения амплитуды (фиг. 2 б), может иметь вид, показанный на фит. 2 г. Разностный сигнал с выхода блока 5 вычитания поступает на вход усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1, где преобразуется в бинарный сигнал (фиг. 2 д) и поступает на схему совпадения бинарного квантователя 1, на второй вход которой приходит отсчетный строб (фиг. 2 в) с формирователя 9.

Бинарный квантователь 1 в этом случае регистрирует положительные отсчеты (в случае, показанном на фиг. 2 д), вследствие превышения строба измерения амплитуды (фиг. 2 б) над амплитудой радиоимпульса в данной точке. Сигнал рассогласования между ними в виде .отсчетов поступает в накопитель 2 и изменяет его состояние, соответственно через экстраполятор 6, состоящий из последовательно соединенных преобразователя 7 код-напряжение, матрицы 8 напряжений и формирователя 9, представляющего собой линейный ключ, и через блок 5 вычитания изменяет величину строба измерения амплитуды в сторону уменьшения ошибки рассогласования между ним и амплитудой

радиоимпульса в данной точке.

Накопитель 2 будет накапливать положительные значения отсчетов в данном конкретном случае. Если амплитуда радиоимпульса в данной точке будет превосходить амплиУДУ строба измерения амплитуды, то накопитель 2 будет регистрировать положительные значения отсчетов до тех пор, пока амплитуда радиоимпульса (фиг. 2 а) не сравняется с амплитудой строба измерения амплитуды (фиг. 2 б), а разностный сигнал на выходе блока 5 вычитания не примет вид, показанный на фиг. 2 ж.

На выходе усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 этот сигнал будет иметь вид, показанный на фиг. 2 з,

т.е. в точке стробирования фиг. 2 е будут иметь место внутренние шумы усилителя с предельным ограничением с нулевым математическим ожиданием. Блок 3 оценки результатов накопления регистрирует факт равенства нулю математического ожидания и

5 вырабатывает сигнал окончания режима измерения амплитуды радиоимпульса в заданной точке и начала режима устранения многозначности.

Этот сигнал поступает на формирователь 4, который начинает выдавать на формирователь 9 экстраполятора и на бинарный квантователь 1 серию импульсов (фиг. 2 и), которые также привязаны к стробу слежения за фазой (фиг. 2 в), причем в формиро-вателе 9 они предварительно расширяются. Результат накопления в накопителе 2, т.е. измеренное значение амплитуды радиоимпульса в данной точке, через преобразователь 7 код-напряжение и матрицу 8 напряжений трансформируется в набор напряжений, соответствующий огибающей принятого радиоимпульса относительно заранее заданной точки и поступает на второй (управляемый) вход формирователя 9 дискретных значений огибающей радиоимпульса.

На выходе последнего формируется последовательность измерительных стробов устранения многозначности (УМ.) (фиг. 2 к), огибающая которых соответствует огибающей принятого радиоимпульса относительно заранее заданной точки на его теле, а временное положение этих стробов задается

0 с помощью jIинии связи формирователей 4 и 9.

Для импульсно-фазовой радионавигационной системы Лоран-С эта точка составляет ЭТо, где TO - период высокочастотного заполнения принятого сигнала, от начала радиоимпульса (точка установки строба слежения за фазой при измерении радионавигационного параметра). Последний строб ЭТОЙ последовательности стробов равен амплитуде принятого сигнала в точке, где производились измере1}ия. Если принятый радиоимпульс (фиг. 2 а) и сформированная дискретная последовательность стробов (фиг. 2) сдвинуты относительно друг друга на 1 TO , т.е. строб слежения за фазой отстоит на IT от начала радиоимпульса, то разностный сигнал на выходе блока 5 вычитания и усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 соответственно будет иметь вид, представленный на фиг. 2 л, м. В этом случае схема совпадения бинарного квантователя 1 будет регистрировать отсчеты различного знака. Последний строб последовательности импульсов устранения многозначности стробирует внутренний шум усилителя с предельным ограничением .и используется для контроля качества слежения за- амплитудой сигнала, пока устройство не выработает сигнал устранения многозначности и не перейдет к слежению за передним фронтом огибающей принятого радиоимпульса. Накопитель 2 наполняется, и результат накопления превосходит заданньш порог, блок 3 оценки результатов накопления регистрирует переполнение порога и вырабатывает сигнал, который поступает на формирователь 4, и последний осуществляет сбой следящей системы по фазе на ±То в зависимости от результата накопления в накопителе 2. Затем снова производится измерение амплитуды радиоимпульса уже в новой точке и переходит к режиму устранения многозначности. Подобная процедура повторяется я раз, до тех пор, пока временная диаграмма сигнала фиг. 2Н и временная диаграмма стробов устройства устранения многозначности (фиг. 2 б) не совпадут во времени. Т.е. строб слежения за фазой сигнала будет отстоять на 3 То от начала радиоимпульса. В этом случае сигналы на выходе блока 5 вычитания и усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 соответственно будут иметь вид (фиг. 2 п и р) т.е. накопитель 2 в точках стробирования фиг. 2 е регистрирует внутренние щумы усилителя с предельным ограничением. Блок 3 оценки результатов накопления анализирует результат накопления и принимает решение об окончании режима устранения многозначности. Применение устройства в приемоиндикаторах радионавигационных систем позволит производить процедуру разрешения многозначности в более узкой полосе прие.мника - в настоящее время эта процедура осуществляется примерно в полосе 20 кГц на уровне 0,5. Уменьшение полосы пропускания приемника, например, вдвое ( fo.s Ю кГц) снизит крутизну фронта принятого сигнала. НО при этом точность совмещения стробов с сигналом возрастет за счет увеличения отношения сигнал/щум на входе устройства устранения многозначности. Можно показать, что 75% энергии радиосигнала с колокольной формой огибающей находится в пределах полосы А f 2- , т.е. при TU 100 МКС, А 1 10 кГц. При полосе приемника на уровне 0,5 равной 10 кГц энергия сигнала на выходе последнего уменьшится на 25%, однако энергия шума на выходе приемника (входе устройства) уменьщится вдвое, т.е. отношение энергии сигнала к энергии шума на входе устройства устранения многозначности возрастает- примерно в 1,5 раза, т.е. шумовая ошибка уменьщится на 20%. Кроме того, за, счет исключения вь1числения отношения значений соседних полуволн, отнощение сигнал/ш 1 на входе блока 3 оценки также возрастет.. Таким образом отношение энергии сигнала к энергии шума на в.чоде устройства устранения многозначности в конечном счете возрастает, что, в свою очередь, повысит точность и надежность устройства. Формула изобретения 1.Устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатс в накопления и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности опознавания заданного участка радиоимпульса, введены последовательно соединенные экстраполятор огибающей радиоимпульса и блок вычитания, выход которого соединен с входом бинарного квантователя, причем первый и второй входь экстраполятора огибающей радиоимпульса соединены соответственно с выходами накопителя и формирователя импульсов. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, экстраполятор огибающей радиоимпульса состоит из последовательно соединенных преобразователя код-напряжение, матрицы напряжений и формирователя дискретных значений огибающей радиоимпульса, управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом экстраполятора огибающей радиоимпульса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3371346, кл. 343-103, 1964. 2.Авторское свидетельство СССР № 432434, кл. G 01 S 1/24, 1972.