Устройство для измерения амплитуды радиоимпульсов Советский патент 1980 года по МПК G01S7/44 H04B1/10 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в ионосферных стшздиях вертикального, наклонного и возвратно-наклонного зондирования.

Известно устройство для измереш1я амплитуды радиоимпульсов, содержащее блок управления, управитель, индикатор, последовательно соединенные антенну и радиоприемник и последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель, обнаружитель, блок воспроизведения формы исследуемого сигнала, блок намят И блок решения, причем первый выход блока управления соединен с установочными входами управителя, обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения, второй выход блока управления соединен с управляющими входами обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и бдока решения, третий выход блока управле{Шй соединен с опорным входом радиоприемшка, выход управителя соединен с управляющим входом первого усилителя-ограничителя, выход бпока воспроизведения формы исследуемого

шгнгла соединен с первым входом индикатора, выход обнаружителя соединен с вторыми входами блока памяти и индикатора, а второй выход блока памяти соединен с. вторым входом блока воспроизведения формы исследуемого сигнала 11.

Однако известное устройство имеет недостаточную точность при воздейстшт узкопо-. лосных помех.

Цель изобретения - повьииение точности измерения при воздействии узкополосных помех.

Для этого в устройство для измерения ам шштудь радиоимпульсов, содержащее блок управления, управитель, индикатор, последовательно соединенные антенну и радиоприемник и последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель, обнаружитель, блок воспроизведения формы исследуемого сигнала, блок памяти и блок решения, причем первый выход блока управления соединен с установочнымивходами управителя, обнаружителя, блока воспроизведения формы исследУ емого сигнала, блока памяти и блока решр3 i- 7176754

Ю1Я, второй выход блока управления соеди- 2. В радиоприемнике 2 осуществляется предванен с управляющими входами обнаружителя,ритепьнал селекция и усиление этих сигналов,

блокавоспроизведения формы исследуемогоа также производится суммирование флуктуасигнала, блока памяти и блока реще1шя, тре-иионных шумов и помех с радиоимпульсом

тий выход блока управления соединен с опор- jэталонной амплитуды, поступающим с блоным. входом радиоприемника, выход управи-ка управления 10. Это суммирование осущесттеля соединен с управляющим входом перво-вляется в моменты времени (в канапе дисго усилителя-ограничителя, выход блока Вое-танции), когда невозможен прием исследуепроизведения формы исапедуемого сигнала соединенмых радиоимпульсов. С выхода радиоприемника

с первым входом индикатора, выход обнаружи1еля соединен с вторыми входами блока памяти и индикатора, а второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока воспроизведения формы йссло/Цемйго сигнала, введены последовательно соединенные первый ключ, второй усилитель-ограничитель, формирователь импульсов нуль-переходов, элемент И, измеритель временных интервалов и элемент ИЛИ последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот, выход которого соединен с первым управляющим входом первого ключа, а также периодомер, первый и второй входы и выxoдJ которого, .соединены . соответственно с выходами элемента И и измерителя временных интервалов и вторым входом элемента ИЛИ, причем выхо радаоприемника соединен с входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединён с входами управителя и первого усилителя-ограничителя, четвертый выход блока управления соединен с установочными входами измерителя временных интервалов и периодомера, пятый выход блока управления соединен с управляющими входами измерителя временных интервалов и периодомера, шеетой и седьмой выходы блока управления соеднены соответственно с вторым управляющим входом первого ключа и вторым входом элемента И, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом второго ключа.

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

Устройство содержит антенну, радиоприемннк 2, ключ 3, первый усилитель-ограничитель 4, обнаружитель 5, блок 6 воспроиЪедения формы исследуемого сигнала, блока памяти 7, блок решения 8, управитель 9, блок управления 10, элемент И 11, периодомер. 12, измеритель 13 временных интервалов, индикатор 14, второй усилитель-ограничитель 15, формирователь 16 импудьсов нуль-переходов, элемент ИЛИ 17, второй ключ 18 и фильтр нижних частот 19.,

Устройство работает следующим образом.

Отраженные от ионосферы исследуемые радиоимпульсы с помехами (фиг. 2п), принятые антенной 1, поступают на радиоприемник .

2 высокочастотное напряжение с отфильтрован-, ной в нем постоянной составляющей, содержащее эталонный и исследуемые сигналы с помехами, поступает через ключ 3 на основной вход первого усилителя ограничителя 4, на управитель 9 и на вход второго усилителяограничителя 15.

Управитель 9 вырабатывает напряжение пропорциональное среднему значению интенсивности аддитивных помех, сопутствующих исследуемым сигналам. Выходное напряжение управи теля 9 подается на управляющий вход усилителя-ограничителя 4.

Работа усилителя-ограничителя 4 состоит в бинарном квантовании входного сигнала. Если входной процесс больше уровня порога квантования, то на выходе усилителя-ограничителя 4 формируется нормализованный по амплитуде сигйал, на всем интервале превышения. Величина порога ограничения изменяется в соответствии с изменением интенсивности помех, и автоматически поддерживает постоянным число шумовых выбросов, превысивших этот порог ограничения, за определенный интервал времени, что способствует улучшению характеристик обнаружения.

Ограниченные колебания с выхода усилителя-ограничителя 4 подаются на обнаружитель 5

Режим обнаружения сосредоточенных по спектру помех (ССП) и полезного сигнала начинается с момента, когда блок управления 10 формирует команду (фиг. 2 и) и начинает вырабатывать на обнаружитель 5 короткие стробирующие импульсы. Стробирующие импульсы производят дискретизацию рабочей дистанции станции на кванты дистанции, а также записывают в двоичный реверсивный счетчик обнаружителя 5 дополнительное значение +1, если за интервал стробирования ограниченный сигнал от усилителя-ограничителя 4 положительный. Эта информация по каждому кванту дистанции (последовательно во времени) передается из обнаружителя 5 на индикатор 14 и блока памяти 7.

Индикатор 14 состоит из электронно-лучевого индикатора типа А и двоичного счетчика индикации. На индикаторе А осуществляется регистрация процесса накопления и вьщеле дая сигнала. На счетчик индикации считывает 5 ся информация о числе накопленных импуль-сов кванта дистанции, предварительно выделенного по индикатору А строб-импульсом. . Блок памяти 7 представляет собой дискретный многоканальный счетчик, с числом счетчиков, равным числу квантов дистанции. За интервал времени, соответствующий однбму кванту дистанции, прюизводится два обращения (в начале и конце кванта дистан, ции) к блоку памяти 7. При первом обраше НИИ к блоку памяти 7 из выбранного счетчика соответствующего кванта дистанции, производится считывание кода накопленных импульсов за (N-I) переходов зондирования в реверсивный счетчик обнаружителя 5. В ре версивном счетчике обнаружителя 5 осуществляется суммирование числа накопленных сигналов ) периодов зощщровакия с сигналом N-ro периода. При втором обраще нии к блоку памяти 7 происходит перезапись в него (в тот же счетчик выбранного кванта дистанции) из реверсивного счетчика обнар жителя 5 числа сигналов за N периодов. Затем в блоке памяти 7 производится переклю чение на счетчик следующего кванта дистанции, и процедура суммирования сигналов повторяется аналогично изложенной. За Мобн периодов зондирования, соответствующих инте валу обнаружения, путем суммирования накапливается число К превыщений уровня огра ничения по каждому кванту дистанции. Процесс обнаружения ССП и полезных сигналов и помех предусматривает сравнение в реверсивном счетчике обнаружителя 5 числа накопленных сигналов за Nj, Nj и N3 периодов зондирования с соответствующими цорогами обнаружения К) из N,, К2 из Nj и Кз из NJ. В обнаружитель 5 входят три схемы сравнения соответственно емкостью Kj, К2, Kj. Управление схемами сравнения обнаружителя 5 осуществляется с блока управления 10, который открывает соответсвующую схему сравнения только на N|, N3 и Nj выборочйую реализацию. Если число накопленных сигналов за N, периодов зондирования ( в одном из квантов дистанции) превысит KI , то срабатывает первая схема сравнения, и на выходе обнаружителя 5 формируется импульс обнаружения (фиг. 2н). Аналогично производится обнаружение полезных сигналов и при других порогах обнаружения Kj из Nj и Кэ и N3, только в этих случаях сработает соответственно вторая и третья схемы сравнения обнаружителя 5. Обнаружение ССП производится в интервал времени (в определенном кванпе дистанции), когда прием полезного радиоимпульса невозможем. При обнаружении наличия ССП с в хода обнаружителя 5 формируется импульс, который поступает на блок управления 10 и разрешает определенному строб-импульсу (фиг. 2а) проходить на счетчик шсла отсче-;Тов, расположенному в блоке управления 10 и на считывающие входы периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала. Стробимпульс (фиг. 2а) синхронизирован относительно импульса начала зондирования (фиг. 2и). Задержанные в блоке управления 10 строб-импульсы (фиг. 2а) поступают на управляющий вход элемента И II, разрешая прохождение импульсов с формирователя 16 импульсов нуль-переходов на информационные входы периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала. На вход формирователя 16 исследуемый сигнал поступает с выхода радиоприемника; 2 через ключ 3 и усилитель-ограничитель 15. Усилитель-ограничитель 15 производит глубокое двухстороннее Ограничение промежуточных (ПЧ) колебаний входного сигнала (фиг. 2 в,г, д). В формирователе 16 импульсов нуль-переходов ограниченный ПЧ сигнал подвергается дифференцированию, а затем формируются импульсь (фиг. 2 е), которые соответствуют моментам пересечения ССП нулевого уровня, частота их повторения равна удвоенной несущей частоте ССП и они имеют скважность порядка 50. Превый импульс с формирователя 16, пройдя в интервале разрешения через элемент И 11, поступает. на информационные входы периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала 13, переключая их, а именно: запрещая прохождение высокочастотных импульсов (фиг. 26) на измеритель 13 и разрешая их прохождение в периодомер 12. Таким образом, на выходе измерителя 13 временного интервала формируется пачка импульсов nvf (фиг. 2ж,л), начинающаяся от переднего фронта строб-импульса (фиг 2 а) и заканчивающаяся приходом первого импульса с формирователя 16 (фиг. 2е). Интервал, заннмае мьш этой пачкой импульсов, характеризует величину начальной фазы. С приходом второго импульса с формирователя 16 на информационный вход периодомера 12 производится запрещение на прохождение высокочастотных импульсов. Формируется пачка импульсов пл (фиг. 2 3, м), начинающаяся от первого импульЬа формирователя 16 и заканчивающаяся вторым импульсом формирователя 16. Интервал времени, занимаемый этой пачкой импульсов, характеризует половину периода повторения ССП (удвоенную несущую частоту ССП). Величины начальной фазы и несущей частоть ССП из-за вотоействия шумой случайны и флуктуируют R ограниченном диапазоне, поэтому необходимо их статистическое усреднение В предложенном устройстве ; усреднение осуществляется за счет суммирования пачек импульсов njf в счетчике периодомера 12 и импульсов Пц, в счетчике измерителя 13 за определенное число-Яерио ув зондирования. Как известно, в измерителях среднего значеганя схема деления не обязательна, если число высокочастотных импульсов, укладывающееся в один полупериод повторения ССП, и число отсчетов есть целые степени десяти. takaя обработка приводит при окончании ин-, тервала усреднения к считыванию информации b среднем значении числа импульсов п и Пл лишь со старших разрядов счетчика периодомера 12 и измерителя 13. Просуммировав заданное число реализаций со счетчика числа отсчетов бИ(5ка управления 10 поступает на считываюище периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала (фиг. 2 к) результирующий импульс от импульса (фиг. 2 а), но имеющий больщую длительность, С поступлением импульса (фиг. 2к производится считывание с выхода измерителей 13 импульса pi , отстоящего относительно переднего фронта импульса (фиг, 2 к) на временной интервал, равный средней величине начальной фазы. Импульс П( поступает на первый вход элемента ИЛИ 17 и на информационный вход периодомера 12, разрещая отитывание импульсов nf на второй вход элемента ИЛИ 17. Импульсы п имеют период, равный усредненной величине половины периода несущей частоты ССП. С поступлением на управляющий вход ттериодомера 12 от блока управления 10 импульса, соответствующего концу обрабатываемой дистанции (фиг. 2 п), производится прекращение формирования импульсов отсчетов, кратных удвоенной несущей частоте ССЦ., С поступление нового импульса (фиг, 2 к) с блока управления 10 на периодомер 12 и измеритель 13 возможно повторное формирова 1ше импульсов пц) и nf. Импульсы (фиг. 2 б и 2 а) создаются от одного кварцевого генератора, расположенного 6 блоке управления 10, и являются синхронными, а их отношение кратно. Счетчик числа отсчетов блока управления 10 имеет возможность варьировать числом N, крат ным целой степени десяти. Периодомер 12 и измеритель 13 временных интервалов имеют запоминающие блоки, что позволяет измерять фазы и частоты ССП при зондировании на нескольких рабочих SaistOTax, а также измерять начальную фазу и частоту полезного сигнала. Многочастотный режим, как и одночастотный, является типичным для работы ионосферных станций. Импульсы и nf, поступающие соответственно с измерителя 13 и периодомера 12, имеют нормализованную аМплитуду и длительrocTb, и на выходе элемента ИЛИ 17 образуются импульсы (фиг, 26), которые воздей гвугот на управляющий вход ключа 18, разрещая входному процессу с выхода радиоприемника 2 проходить через ключ 18 лишь в интервалы воздействия импульсов (фиг, 2о), От стробирования таким образом входного процесса создаются импульсы (фиг. 2р), которые проходят через фильтр низкой частоты 19 на первый ключ 3.. После режимов обнаружения и измерения параметров начальной фазы и несущей частоты ССП блок управления 10 переключает первь1Й ключ 3, разрешая прохождения отфильтрова ных от ССП принимаемых сигналов с выхода фильтра 1ШЗКОЙ частоты 19, Фильтр 19 восста- :HaeHnBael- по дискретным отсчетам форму сигнала. Отфильтрованный сигнал, пройдя ключ 3 поступает вновь на входы управителя 9 и усилителя-ограничителя 4, Как известно, девиация частоты совокупности радиоимпульса,} ССП и флуктуационного шума для узкоплосного приемного тракта незначительна. Это обеспечивает достаточность .формируемых отсчетов в точках пересечения нулевого уровня. Если мощность ССП велика и полезный сигнал не был обнаружен за суммарное число реализаций, затраченных на обнаружение ССП No5Hccn измерение фазы и частоты ССП , то обнаружение сигнала методом К из N продолжается, но уже неотфильтрованного Входного процесса,. Шгнал обнаружения (фиг. 2 н) поступает на регистр сдвига блока 6 воспроизведения формы исследуемого сигнала. Регистр сдвига блока вьшолняет функцию линии задержки с временем задержки, равным периоду зондирования. С выхода регистра блока б снимается импульс с длительностью, пропорциональной длительности полезного радиоимпульса (априори длительность импульса известна). Этот сигнал разрешает прохождение с блока управления: 10 на блок 6 пачки стробируюпо импульсов с повьпнешой частотой следования. Пачки стробирующих импульсов, формируемые с момента обнаружения начала наличия полезного сигнала, производят взятие дискретных отсчетов из зтого сигнала на всем интервале его длительности. 9 Блок 6, используя принцип статистического усреднения достаточно большего «гнела отсчетов в пачке стробов, позволяет получить высокую точность воспроизведения формы иссл дуемых сигналов. Когда в счетчике числа отсчетов блока управления 10 будет зафиксиро вано число Мизм (равное выбранному числу отсчетов), процесс стробирования в блоке 6 прекращается. Блок памяти 7 переводится в режим считывание , при котором .нйкопленная 1шформация из блока 7 считывается на блок решения 8 и через реверсивнь1Й счетчик блока 6 на индикатор 14. В индикаторе 14 воспроизводится усредненными дискретами стробов форма выделенных отгналов. В блоке решения. 8 путем перебора и сравнения числа накопленных отсчетов в пачке стр бов формы выделенного сигнала определяется строб с максимальным (амплитудным) числом отсчетов. Управление и синхронизация блока памяти 7 и блока решения 8 осуществляется от Sff6ка управления 10. Используя это число Пмакс и зная общее число отсчетов Ыизм счетчика отсчетов блока управления 10, определяем среднее значение квантованной величины в стробе ампли туды сигнала как ч/ - fXliH Учитывая линейную зависимость между отношением сигнал-помеха OQ , вычисляем величину do Величина интенсивности, флуктуационного 1шума с учетом погрешности от фильтрации ССП высококачественно определяется из отиощения сигнал-помеха отфильтрованного про цесса путем измерения по изложенной метода ке статистического усреднения для известной амплитуды эталонного сигнала. Генератор эталонных сигналов, расположенный в бл;оке управления 10, формирует в интервале времени (кранте дистанции), когда прием полезного радиоимпульса невозможен, радиоимпульс эталонной амплитуды. Блок решения 8, испол зуя информацию о величине отношения (жгнал помеха и интенсивность помех (вычисляемой с помощью эталонного сигнала), Определяет величину амплитуды полезного сигнала. Предложенное устройство позволит автрматическн обнаруживать и измерять в реальной совокупности помех параметры нескЪльких сигналов на нескольких частотах с точнрстьк) не ниже, 1% в широком диапазоне отнои1ёнз1Й сигнал-помеха на выходе источников сигналов с линейными и нелинейными динамическими характеристиками. 5 Формула изобретения Устройство для измерения амплитуды радиоимпульсов, содержащее блок управления, управитель, индикатор, последовательно соединенные антенну и радиоприемник и последовательно соединенные первый усилитель-Ограничитель, обнаружитель, блок воспроизведения формы исследуемого сигнала, блок памяти и блок решения, причем первый выход блока управления соединен с установочными входами управителя, обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения, второй выход блока управления соединен с управляющими входами обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памят1| и блока решения, третий выход блока управления соединен с опорным входом радиоприемника, выход управителя соединен с управляющим входом перpoj-o усилителя-ограничителя, выход блока воспроизведеюш формы исследуемого сигнайа соединен с первым входом индикатора, выход обнаружителя соединен с вторыми входами блсИса памяти и индикатора, а второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при воздействии узкополоснь1х помех, введены последовательно соединенные первый ключ, второй усилитель г-ограничитель, формирователь импульсов нуль-переходов, элемент И, измеритель временных интервалов и элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижних частот, выход которого соединен с первый управляющим входом первого ключа, а также периодомер, первый и второй входы н выход которого соединен соответственно с выходами элемента И и измерителя временных интервалов и вторым входом элемента ИЛИ, причем выход радиоприемника соединен с входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с входами управителя и первого усилителя-ограничителя первый выход блока управления соединен с установочными входами измерителя временных интервалов и периодомера, четвертый и пятый выходы блока управления соединен с управляющими .входами измерителя временных интервалов и периодомера, шестой и седьмой выходь блока управления соединены соответственно с вторым управляющим входом первого ключа и вторым входом элемента И, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом второго ключа, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка СССР № 2368143/18-09 от 4.6.76, по которой принято решение о вьщаче авторского свидетельства.