Имитатор радиосигналов Советский патент 1980 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к устройс вам, предназначенным для обучения операторов, штурманов, работающих с аппаратурой, обеспечиваклдей безопасное вождение транспортных средс таких как самолеты, корабли и т.д., на которых используются радионавигационные средства, позволяющие определять местоположение объекта по принимаемым сигналам станций радионавигационных систем типа Лоран, Омега и т.п. Прием и (обработка) сигналов в реальных условиях затруднен действием многочисленных мешающих факторов: изменяются уровни сигналов, изменяется уровень помех (флуктуаци ных, узкополосных синусоидальных, и пульсных), возникают oтpaJкeнныe, кю шанщие сигналы, изменяется форма си налов, их амплитуда, фазовые соотно шения между спектральными составляю щими и т.д. Организовать обучение операторов штурманов работе с аппаратурой в реальных условиях с учетом всего мн гообразия мешающих факторов достато но сложно. Поэтому обучение операторюв рабо те с приемной аппаратурой, а также контроль качества аппаратуры в условиях, приближенных к реальным, производится с помощью имитаторов радиосигнашов, позволяюсцих воссоздать в учебных условиях ситуации, характерные для реальных условий приема сигналов. При обучении и тренаже экипажей особенно важно обеспечить имитацию наиболее сложных условий работы с аппаратурой. Одним из подобных условий для реальных объектов, таких как самолеты, корабли и другие транспортные средства, является изменяющаяся помеховая обстановка: изменяется уровень флуктуационных помех, уровень сосредоточенных по спектру узкополосных помех и т.п. Оператор в таких изменяюгцихся условиях должен обеспечить работу радионавигационной аппаратуры. При попадании в спектр принимаемого сигнала узкополосной помехи оператор должен обеспечить подавление до определенного уровня этой помехи, например, с помощью настраиваемого режекторного фильтра. Очевидно, что точность работы аппаратуры в этом случае зависит от правильности действий оператора. Поэтому для повышения эффективноети обучения экипажей, улучшения конт роля работы аппаратуры н правильности действий оператора необходимо имитировать варианты помеховой обстановки и контролировать цействия оператора или работу аппаратуры, в указанных условиях. Известны имитаторы радиосигналов содержащие задающий генератор, преобразователи частоты, например в виде делителей, умножителей .и т.п., обеспечивагадие формирование сигналов заданных частот, фазоврагцатели, атте нкгаторы сигналов. Они построены на элементах различных типов. В настоящее время широко используются устройства , которые реализуются полностью на цифровьлх логических элемен тах. Они могут быть как автономными, таки-неавтономными устройствами на базе цифровых вычислительных машин. Подобные устройства допускают микроминиатюризацию, позволяют формировать выходные сигналы различных частот с изменяемыми параметрами (частотой, амплитудой, фазой и т.д.). При использовании цифровых методов приема, характеризующихся отсутствием цепей автоматического регулирования уровней сипгалов в приемной аппаратуре и жестким ограничением принимаемых сигналов в приемной части/ затрудняется опознавание оператором сигналов узкополосных поtJKK, попадающих в полосу спектра при нимаемого сигнала, поскольку на выходе приемной части аппаратуры сигналы имеют импульсную форму и нормированы по амплитуде. Поэтому даже при наличии осциллографического инди катора оператору практически невозможно оценить соотношение амплитуд полезного и мешающего сигнала и. по результатам оценки включить подавитель помех и настроить его так, чтобы максимально подавить сигнал помехи. Оказывается сложно также и проконтролировать работу автоматичес ких подавителей помех, имеющихся в аппаратуре. В обоих случаях отсутствие объективных данных о сте пени подавления сигнала помехи является недостатком. Это затруд няет объективную корректировку действий оператора в процессе обучения его работе с приемной аппаратурой, на которую подается сигнгш, имитирующий реальные сигнал Затрудняется и проверка автоматизированных приемных комплексов. Основ ваться ка результатах измерения пар метров полезного сигнала затруднительно, поскольку ошибки измерения имеют ряд составлякщих, маскирующих составляиадую, обусловленную мешающи сигналом. Указанный недостаток ведет к сни жению эффективности обучения операторов и к увеличению срюков обучени а также к удлинению сроков проверки ппаратуры, что ведет к росту затрат а обучение и. контроль состояния . ппаратуры. Указанный недостаток усугубляется ще и тем, что коэффициент усиления приемных устройств с предельным ограничением сигналов имеет значительный разброс от обра.зца к образцу, что х делает практически невозможным установку одинообразных условий .(napaметров имитируемого сигнала), наиболее подходящих для указанных режимов работы, при использовании известных имитаторов сигналов. Наиболее .близким к изобретению является имитатор радиосигналов |j2j , содержащий задающий генератор, формирователь основного имитируемого сигнала, формирователь дополнительного имитируемого сигнала, блок задания соотношения амплитуд основного , н дополнительного сигналов/ выходной блок к которому присоединено испытуемое устройство, измеритель параметров сигналов и измеритель соотношения амплитуд основного и дополнительного сигналов, присоединенные к испытуемому устройству, блок управления. В этом устройстве формируются два сигнала близких частот, задается соотнощенйе их амплитуд, сигналы по.даются на испытуемое устройство, с которым работает обучаемый (проверякндий оператор, с помощью измерителя соотношения измеряется соотношение тех же сигнсшов на выходе испытуемого устройства; по результату измерения - по изменению соотношения уровней сигналов можно судить об исправности испытуемого устройства и о правильности действий оператсэра в процессе работы с испытуемом устройством. При этом уровень сигналов может быть любым в заданном диапазоне . Коэффициент усиления испытуемого устройства, его разброс также не оказывают влияния на эффективность проверки. Недостатки этого устройства заключаются в том, что все имитируемые сигналы (например, два - основной и дополнительный) должны лежать в ограниченной полосе пропускания испытуемого приемного устройства. В результате частоты испытуемых сигналов, отношение уровней которых задается и затем измеряется, оказываются близкими. Для измереиия соотношения амплитуд сигналов они должны быть разделены, что при относительно близких частотах затруднительно . Каждый сигнал должен быть вьщелен высокойзбирательным фильтром с узкой полосой пропускания. Фильтры достаточно сложны в изготовлении и настройке, их параметры изменяются при изменении условий окружающей среды. Перестройка таких фильтров

затруднительна, а в ряде случаев практически невозможна. Это не позволяет изменять частоты имитируемьгх сигналов в пределах рабочего диапазона. Таким образом, реализация устройств затрудняется, а вoз южнocти имитации сигналов с изменяющимися параметрами снижаются. Поскольку возможности имитации сигналов с переменными параметрами ограйичены, снижается и эффективность обучения операторов работе в сложных условиях приема сигналов с изменяющимися параметрами .

Целью изобретения является повышение точности имитации за счет обеспечения имитации и контроля параметров сигналов с nepeMeHHHN K измеHHeMitiiMH параметрами,что расширяет фучкцкональкые возможности устройств и повышает эффективность обучэния и тренировки операторов в условиях, максимально приближенных к реальный.

Указанная цель достигается тем,что в имитатор радиосигналов, содержащий задающий генератор, соединенный через последовательно включен. ные формирователи имитируемых сигналов с формирователем уровней сигналов, которий подключен через последовательно соединенные согласующий блок и формирователь сигналов реального продесса к измерителям параметрюв сигналов и соотношения параметров, и блок управления, соединенный с формирователями имктиpye гйx сигналов и уровней сигналов, введены формирователь вспомогательных сигналов, соединенный с задающим генератором и блоком управления, и блок изменения фазы вспомогательных сигнсшов, подключенный к формирователям сигналов реального процесса и вспомогательных сигналов и к измерителю соотношения параметров, причем блок изменения фазы вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные фазорасщепитель, фазовый дискриминатор, интегратор и измеритель уровней напряжения, формирователь вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные , дискретный фазовращатель и делитель частоты, дискретный фазовращатель содержит последовательно включенные элемент запрета, элемент ИЛИ и делитель частоты, а измеритель соотношения параметров содержит последовательно включенные фазовый дискриминатор, интегратор и пороговый блок

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант дискретного фазовращателя.

Устройство включает в себя задакхций генератор 1, формирователи 2 и 3 имитируемых сигналов, формирователь 4 уровней сигналов, согласующий блок 5, формирователь б сигналов реального процесса, мз 6epитeль 7 параметров сигналов, измеритель Я соотношения параметров, блок 9 управления, формирователь 10 вcпo югaтeльных сигналов, дискретный фазовргцдатель 11, делитель 12 частоты, блок 13 изменения фазы вспомогательных сигналов, фазорасщепитель 14, фазовый дискриминатор 15, интегратор 16, измеритель 17 уровней напряжения, гфазовый дискриминатор 18,интегратор

0 19, пороговый блок 20.

Дискретный. Лазовращатель, вариант КОТОРОГО показан на Лиг. 2, включает в себя делитель 21 частоты, элемент 22 запрета и элемент ИЛИ,23.

5

Имигатор радиосигналов паботает следующим образом.

С;.гнал зада}0 дего генератора 1 поступает на фор.шрователи 2,3 и:.итируе -5ых сигналов разны;: частот,

0 эти сигналы подаются на формиротребуемое соотношение, например 5:1, уровней сигналов; после этого сигналы поступают на согласу адий блок

5

5,где они смешиваются, -- в этом

же блоке, напри:ер, с помощью аттенюатора, устанавливается уровень выходных сигналов, требуе йгй для работы формирователя 6 сигналов реаль0ного процесса. Полученный комплексный сигнал подается на формирователь

6,на котором работает огзратор. Оператор, пользуясь органам егулировкн устройства, производит каст5ройку помехоподаЕляющ -;;; гийпьтров так, чтобы в максимальной степени ослабить больший по уровню 1:митируемый сигнал. При этом, если параметры формирователя 6 соответствуют предъявляемым к HeNP/ требованиям, а опера0тор п)равильно выполнил настройку, то больший цо амплитуде сигнал ослабляется в некоторое число pas (например, в 25 раз), т.е. на выходе формирователя б соотношение уровней сиг5налов изменяе ся и становится равным 1:5, вместо соотношения 5:1. Это изменение фиксируется измерителем 8,

а измеритель 7 используется для измерения требуемых параметров сигна0ла (а.ллитуды, временного положения и т.п.).

Режимы работы блоков задаются блоком 9 управления.

Измеритель 8 построен на принци5пе синхронного детектирования. На фазовый дискриминатор 18 с выхода формирователя б поступает смесь двух сигналов разных частот, соотношение амплитуд которых должно быть измерено. Один сигнал можно рассматри0вать как полезный, второй - как помеху. Для обеспечения режима синхронного детектирования полезного сигнала на второй вход фазового дискриминатора 13 подается сигнал с выхода

5

фазорасщепктеля 14 блока 13. Частота и фаза этого сигнала равны частоте и фазе полезного сигнала. В результате взаимодействия в дискриминаторе 18 двух имитируемых и вспомогателиного (являющегося в данном случае опорным) сигналов на выходе дискриминатора 18 формируется сумма сигналов: сигнал постоянной составляющей - результат взаимодайствиу; двух сигналов (полезного и опорного) одной частоты с одинаковыми фазами и сигнал разностной частоты, которая равна разности частот опорного и второго из иьдатируемых сигналов. Оба сигнала с выхода дискриминатора 18 подаются на интегратор 19 с больисй постоянной времени, тзыполняющий роль фильтра. Сигнал постоянной гостарляющей интегратором 19 не ослабляется, а сигнал разностной тастоты ослабляется тем сильнее, чем выше частота этого сигнала и чем больше постоянная времени интегратора. Так, например, при частотах имитируемых сигналов 102 и 101 кГц и частоте вспомогательного (опорного) сигнала 101 кГц, выполнении интегратора в виде простейшей РС-цепи с постоянной времени t 0,1 с и номиналами элементов R 1 кОм, С 10 мкф сигнал разностной частоты 1 кГц ослабляется по сравнению с постоянной полезной составляющей сигнала примерно в 700 раз. Таким образом , эффективное разделение сигналов двух частот осуществляется без применения сложных Лильтров. Уровень выходного сигнала фазового дискриминатора 18 определяеся только разностью фаз сигналов, поступающих на его выходы. Для обеспечения этого с Еысокой степенью точности уровни входных сигналов нормализуются, например, с noNKHUbra ограничителей во входньах цепях дискриминатора. Ограничение уровней CHI- налов эквивалентно использованию бинарно квантованных по амплитуде сигналов.

Таким образом, фазовый дискриминатор 18 и интегратор 19 в данном случае эквивалентны устройству широкополосный ограничитель - узкополосный фильтр по отношению к смеси двух сигналов - полезного с нулевой несущей частотой (постоянная составляющая) и помехового с разностной частотой, равной разности частот двух имитируемых сигналов. Соотношение полезного сигнала и сигнала помехи на выходе формирователя б при правильной его работе и правильной работе оператора должно быть значительно меньше единицы (в приведенном примере соотношение должно быть 1:5, т.е. равно 0,2). Но известно, что система ограничительФильтр при соотношениях сигнах, помеха, меньших 0,5, является линейной и уровень ее выходного сигнала пропорционален соотношению сигнал/помеха на входе устройства. Таким образом, уровень выходного сигнала - постоянной составляющей . интегратора 19 относительно максимального уровня (принимаемого за 1) пропорционален соотношению двух сигналов на выходе формирователя 6. Благодаря этому блок 20 совместно с элементами 16, 19 измеряют указаннов соотношение амплитуд имитируемых сигналов на выходе формирователя 6, Достоинством такой структуры измерителя 8 является некритичность к уровню входного сигнала, что обусловлено 5 возможностью жесткого ограничения сигнала на его входе.

Стабильность и точность работы измерителя 8 обеспечиваются только в том случае, если частота и фаза 0 вспомогательного - опорного сигнала, поступакщего на второй вход дискриминатора 18, равны частоте и фазе одного из имитируемых сигналов. Частота вспомогательного сигнала, который формируется формирователем 10 из сигнала задающего генератора 1, определяется коэффициентом деления делителя 12, который, выбирается равныгд коэффициенту деления аналогичного делителя, входящего в состав одного из формирователей 2,3 имитируемых сигналов. Однако фаза имитируемого сигнала изменяется при прохоиодении через формирователи 4 и 6. 5 Причем, так как формирователь 4 и блок5 входят в состав собственного имитатора, сдвигфазы в них может быть на определенном этапе измерен, и его величина, будучи постоянной, будет известна. Но сдвиг фазы, вно0 СИММИ формирователем 6, неизвестен и может изменяться от образца к образцу в широких пределах. Изменяется он и при перестройке формирователя 6 оператором Б процессе работы. Все это 5 затрудняет обеспечение требуемого для измерителя 8 режима работы в смысле синфазности сигналов, подаваемых -на входы дискриминатора 13.

В данном устройстве изменение §д фазы вспомогательного сигнала формирователем 10 осуществляется с помощью дискретного фазовращателя 11, включенного на входе делителя 12 частоты. Сигнал управления (команды управления) фазовращателем 11 формируется в блоке 13. На дискриминатор 15 блока 13 поступает сигнал с выхода форлчирователя б, а на второй вход дискриминатора 15 подается сигнал с выхода делителя 12 частоты формирователя 10. Цричем он подается через фазорасщепитель 14, в котором i)op шpyютcя два сигнала одной частоты, сдвинутые О.ДИН относительно второго на девяносто градусов, т.е. находящиеся в квадратуре.

Один из них и поступает на дискрминатор 15, на выходе которого формируется сигнал с нулевой разностной частотой и сигнал разностной частоты, равной разности частот имтируеьчых сигналов (в приведенном примере 1 кГц). Сигнал нулевой разностной частоты проходит через интегратор 16 без ослабления,.второй сигнал ослабляется на 2-3 порядка. Отфильтрованный таким образом сигнал нулевой разностной частоты пропорционален косинусу разности фаз имитируемого и вспокюгательного сигналов, имеющих одну и ту же частоту Он и используется в качестве управляющего сигнала для подстройки фазы Еспомогательного сигнала формирователя 1.0, Выходной сигнал интегратора 16 поступает на измеритель 17, где сравнивается с эталонным - требуемым (например нулевым) уровнем, В результате сравнения, измеритель 17 формирует сигнал управления, подаваемый на управляющие входы фазовращателя. 11, последний изменяет фазу вспомогательного сигнала, формируемого делителем 12, до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля. После этого сигнал фазорасцёпителя 14, поступающий на дискриминатор 15, , вается сдвинут по фазе относительно имитируемого сигнала той же частоты поступающего с формирователя 6, на девяносто градусов, а сигнал второго выхода фазорасщепителя 14, подаBaeNttJft на вход дискриминатора 18, оказывается в фазе с тем же сигналом, поступающим с формирователя б на второй вход дискри 5инатора 13. Таким образом, независимо от параметров и режимов работы всех блоков устройства имитируемый и вспомогательный сигналы одной частоты, поступакядие на измеритель 8, оказываются в фазе, что. и требуется для обеспечения его нормальной работы. В такой структуре блоков формирования и контроля параметров имитируемых сигналов изменение частот сигналов не требует дополнительной подстройки или перенастройки избирательных цепей. Частоты имитируемых основных и вспомогательного сигналов изменяются простым изменением коэффициентов деления делителей 21, входящих в состав формирователе 2,3 и 10, что легко осуществляется с помощью логических цепей, управляемых сигналом из блока 9 управления. равенство частот одного из имитируемых и вспомогательного сигналов обеспечивается автоматически при установке равных коэффициентов деления делителей-счетчиков входящих в эти формирователи,

Таким образом, при структуре устройства и при отсутстВИИ подстраиваемых элементов обеспечивается оперативное изменение частот имитируемых сигналов, их разделение и объективный контроль соотношения амплитуд сигналов при любых изменениях частот сигналов в требуемом диапазоне. Это позволяет испытывать аппаратуру, обучать операторов и постоянно контролировать их действия в наиболее сложных условиях, что повышает эффективность испытания и обуoчения.

Формирователи 2,3 и 10 hraryT быть построены не только на основе делителей частоты, но и на основе любых других преобразователей частоты, наSпример смесителей - преобразователей частоты, умножителей частоты и т.п., принципиального значения для работы устройства в целом это не играет, долхсно быть обеспечено лишь точное равенство частот вспомогательного

0 и одного из имитируемых сигналов.

Реализация других узлов устройства технических трудностей также не вызывает. Так, например дискретный фазовращатель 11 может быть реали5зован на основе делителя 21 частоты, логического элемента 22 запрета и логического ИЛИ 23. На вход делителя 21 подается периодический импульсный сигнал задающего генера0тора 1, в делител.е 21 его частота снижается в несколько раз и на выходе формируется периодический сигнал пониженной частоты. Если на запрещающий - управляю1чий вход элемента

S

22подается импульс коу.анды, то один импульс входного сигнала делителя

21 будет запрещен, фаза выходного сигнала делителя изменится в сторону отставания.

Есл-и на управляюсчий вход элемента

0

23ИЛИ подается импульс команды, то на входе делителя 21 в промежутке между двумя импульсами входного сигнала подставляется дополнительный импульс, делитель 21 подсчитывает

5 eix, и в результате фаза выходного сигнала делителя 21 смещается в сторону опережения. При подаче ряда импульсов команд сдвиг фазы входного сигнала увеличивается в соот0ветствии с числом импульсов.

Таким образом, в предлагаемом устройстве все узлы и блоки могут быть реализованы на стандартных элементах, в том числе и на микросхемс1Х,

5 что повышает технологичность, упрощает изготовление, настройку и эксплуатацию аппаратуры. В то же время в предлагаемом устройстве имеется возможность и итации сигналов с изменяемыми параметрами - с переменными

0 рабочими частотами и обеспечивается контроль соотношения амплит/д этих сигналов независимо от номиналов частот, их. разноса, соотношениями т.д., что расширяет возможности оператив5

,V. .,...

., -Чт Л

--t.V , JPlT , g -. i.:-: - P.J.... НОГО изменения параметров илштируемых сигналов в процессе работы, обу чения, тренировки операторов. В результате повышается эффективность обучения операторов работе с аппаратурой в сложных условиях, максимально приближенных к реальным. Формула изобретения 1.Имитатор радиосигналов, содержащий задающий генератгор, соединенный чарез, параллеггьно включенные формирователи имитируемых сигналов с формирователем уровней сигналов, который подключен через последовательно соединенные согласующий блок и формирователь сигналов реального процесса к измерителям параметров сигналов и соотношения параметров. - . и блок управления, соединенный с фо мирователякви имитируемых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности имитации он содержит формирователь вспомогательных сигналов, соединенный с зад ющим генератором и блоком управлени и блок изменения фазы вспомогательных сигнсшов, подключенный к формирователям сигналов реального процес

12 са и вспомогательных сигнгшов и к измерителю соотношений параметров. 2.Имитатор по п.1, отличающий с я тем, что блок изменения фазы вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные фазорасщепитель, фазовый дискриминатор, интегратор и измеритель уровней напряжения. 3.Имитатор по п.1, отличающий с я тем, что формирователь вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные дискретный фазовращатель и делитель частоты. 4.Имитатор по п.З, отличающ и и с я тем, что дискретный фазовраматель содержит последовательно включенные элемент запрета, элемент ИЛИ и делитель частоты. 5. Имитатор попЛ, отличающ и и с я тем, что измеритель соотношения параметров содержит последовательно включенные фазовый дискриминатор, интегратор и пороговый блок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 549830, кл. G 09 В 23/18, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР ло заявке 254519/12 кл. G 09 В 9/00, 1977(прототип).