Индикаторное устройство

 

Устройство относится к индикаторным и регистрирующим приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров широкополосных сигналов с линейном частотной модуляцией, а также пеленгации источника их излучения. Цель изобретения - повышение точности индикации. Индикаторное устройство содержит антенны 1 и 2. широкополосные усилители 3 и 4, частотный детектор 5, дифференцирующие цепи 6 и 8, ЭЛТ 7. генератор 9 развертки, коммутаторы 10 и 11, коррелятор 12, состоящий из многоотводных линий 13 задержки, перемножителя 14 и фильтра 15 нижних частот , блок 16 сравнения, регистры 17, 21 и 23, генератор 18 тактовых импульсов, элемент И 19, счетчик 20, элемент 22 задержки, цифровой компаратор, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. 5 ил.

СОК)Э СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я> G 01 D 7/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821286/ t 0 (22) 27.03.90 (46) 07.12.92, Бюл. ¹ 45 (72) B.È.Äèêàðåâ, В.В,Федоров и В.С.Чупров (56) Авторское свидетельство СССР № 1719894, кл. 6 01 О 7/10 1991; (54) ИНДИКАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Устройство относится к индикаторным и регистрирующим приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров широкополосных сигналов с линей„„. Ж „„1 779936 А1 ной частотной модуляцией, а также пеленгации источника их излучения. Цель изобретения — повышение точности индикации.

Индикаторное устройство содержит антенны 1 и 2. широкополосные усилители 3.и 4, частотный детектор 5, дифференцирующие цепи 6 и 8, ЭЛТ 7, генератор 9 развертки, коммутаторы 10 и 11, коррелятор 12. состоящий из многоотводных линий 13 задержки, перемножителя 14 и фильтра 15 нижних частот, блок 16 сравнения, регистры 17, 21 и 23, генератор 18 тактовых импульсов, элемент И

19, счетчик 20, элемент 22 задержки, цифровой компаратор, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. 5 ил.

1779936 ра, счетчик, элемент И, элемент задержки и 20

25 усилителей, а выходы подключены к первому и второму входам коррелятора соответ- 30 ственно, выходы блока сравнения.

45

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам, может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности визуального анализа.и регистрации параметров широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), а также пеленгации источника их излучения.

Известны индикаторные устройства, в т,ч. и прототип (1).

Недостатком известных индикаторных устройств является низкая точность (достовеность) индикации.

Целью изобретения является .повышение точности (достоверности) индикации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два коммутатора, блок вычитания, сумматор по модулю два, генератор тактовых импульсов, три регистцифровой компаратор, при этом выходы первого и второго широкополосных усилителей соединены с первыми входами, а через блок вычитания и сумматор по модулю два — с вторыми входами первого и второго коммутаторов соответственно, третьи входы которых соединены соответственно с выxîäàìè второго и первого широкополосных соединены с соответствующими входами первого регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора такговых импульсов и через элемент И к первому входу счетчика, второй вход которого соединен через элемент задержки с другим входом элемента И, выходом первого регистра сдвига и первым входом второго регистра сдвига, второй вход которого подключен к выходу счетчика, а выход — к первому входу третьего регистра и одному входу цифрового компаратора и выходной шине, а вход первого разряда первого регистра сдвига соединен с другим входом сумматора по модулю два, Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, а временные диаграммы, поясняющие работу .устройства, изображены на фиг.2 — 5, Индикаторное устройство содержит первую 1 и вторую 2 антенну, подключенные к входам первого 3 и второго 4 широкополосных усилителей соответственно, последовательно соединенные частотный детектор 5, вход которого подключен к выходу первого широкополосного усилителя 3, первую дифференцирующую цепь 6, выход которой подключен к вертикально-отклоняющим пластинам ЗЛТ 7. вторую дифферен5

15 цирующую цепь 8 и генератор 9 развертки, выходом подключенный к горизонтальноотклоняющим пластинам ЗЛТ 7, коммутаторы 10, 11, коррелятор 12. состоящий из многоканальных линий задержки 13ь перемножителя 14 и фильтра 15 нижних частот (1=1, 2,..., n),âûõîäàìè соединенный с входами блока 16 сравнения, первый регистр 17ь генератор 18 тактовых импульсов, элемент

И 19, счетчик 20, второй регистр 21, элемент

22 задержки, третий регистр 23, цифровой компаратор 24, блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два. При этом входы первого 3 и второго 4 широкополосных усилителей соединены с первыми входами, а через блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулюдва — с вторыми входами первого 10 и второго 11 коммутаторов соответственно, третьи входы которых соединены соответственно с выходами второго 4 и первого 3 широкополосных усилителей, а выходы подключены к первому и второму входам коррелятора 12 соответственно, Выходы блока 16 сравнения соединены с соответствующими входами первого регистра 17 сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора 18 .тактовых импульсов. и через элемент И 19 — к первому входу счетчика 20, второй вход которого соединен через элемент 22 задержки с другим входом элемента И 19, выходом первого регистра 17 сдвига и первым входом второго регистра

21, второй вход которого подключен к выходу счетчика 20, а выход — к первому входу третьего регистра 23 и одному входу цифрового компаратора 24, выход которого соединен с вторым входом третьего регистра 23, выход которого подключен к другому входу цифрового компаратора 24 и к выходной шине, а вход первого разряда первого регистра 17 сдвига соединен с другим входом сумматора 26 по модулю два.

Для пеленгации источника излучения

ЛЧМ-сигналов используется фазовый ме. тод, которому свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Разность фаз высокочастотных колебаний, принимаемых двумя разнесенными антеннами, определяется соотношением .

ЛР =2л-1- Sing, d где d — измерительная база (расстояние между антеннами);

Л вЂ” длина волны; 3- угол прихода радиоволн.

Действительно, согласно указанной формуле индикаторное устройство тем чув1779936 ствительнее к изменению угла, чем большее относительный размер базы d/1 Однако с ростом 4/Л уменьшается значение угловой координаты, при котором разность фаэ превосходит значение 2 х т,е; наступает неод- 5 нозначность отсчета (фиг.4), С другой стороны указанная разность фаз определяется следующим образом:

Дф =2Xfc (t +Т) — 2 ®fct =2 RfcT где fc — начальная частота ЛЧМ-сигналов, принимаемых двумя антеннами;

«AR

Т = — время запаздывания сигнаС лов, приходящего на одну из антенн, по отношению к сигналу, приходящему на другую антенну; с — скорость распространения света.

Следовательно, приравняв указанные 20 соотношения, получим т d/c sin P, Таким образом, измерив величину за- 25 дЕржКИ То И ЗНая ИЗМЕрИтЕЛЬНуЮ баэу 4, можно однозначно определить значение истинного пеленга

SIA Po C/d То где То =po °

Минимальное (нулевое) значение

Т (Тмин = О) будЕт СООтВЕтСтВОВатЬ ЗНаЧЕНИЮ В- О. МаКСИМаЛЬНОЕ ЭНаЧЕНИЕ Т (Тмакс) бУДЕт

35 соответствовать углу Р== 90

d d o d

Тмакс = — SIA P = — Sill 90 с с с

То

Следовательно,sin P = — ° 40

Тмакс

Измерив Х, с помощью корреляционной обработки принимаемых ЛЧМ- сигналов, можно определить истинный пеленг

jL . При этом устраняется зависимость результатов измерения от несущей начальной частоты принимаемых ЛЧМ-сигналов и неоднозначность измерения, присущая фазовому методу пеленгации.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемые сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)

U >(t) - Чс eOS (2 a fc(t + Т ) +

+ <7 (+ Ч + Pc)

UZ(t) = Ос COS (2 Угfct +

+ myt + Рс) О т Т, ГдЕ Чс, 1с, ф, Тн — аМПЛИтуда, НаЧаЛЬНая частота, начальная фаза и длительность сигналов;

Afд

y — — скорость изменения частоты

Ти внутри импульса; т- время запаздывания; с выходов антенн 1 и 2 поступают на входы широкополосных усилителей 3 и 4 соответственно.

Принимаемый ЛЧМ-сигнал UI(t) (фиг,2а) с выхода широкополосного усилителя 3 поступает на вход частотного детектора 5, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.2б), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции.

Указанный видеоимпульс поступает на вход первой дифференцирующей цепи 6, выходной импульс (фиг.2в) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 7 и на вход второй дифференцирующей цепи 8.

На выходе последней образуются короткие разнополярные импульсы (фиг.2г).

Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 9 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг.2д) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтально-отклоняющие пластины ЭЛТ

7. На экране ЭЛТ 7 образуется импульс (фиг.2в), длительность которого пропорциональна длительности Ти принимаемого

ЛЧМ-сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения ) частоты внутри импульса, а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Дfg (Д fg= у . r„) принимаемого ЛЧМ-сигнала, Для визуальной оценки параметров принимаемого ЛЧМ-сигнала на экране ЭЛТ

7 наносится координатная частотно-временная сетка.

Напряжения U>(t) и Uz(t) с выходов широкополосного усилителя 3 и 4 через коммутаторы 10 и 11 поступают на входы коррелятора 12, состоящего из многоотводных линий задержки 13l, перемножителя 14 и фильтра 15l нижних частот (i = 1,2...,п). На выходе i-го элемента перемножителя 14l образуется напряжение, которое будет иметь максимальное значение при условии т = т,. Блоком 15I выделяется напряжение раэностной частоты, пропорциональное корреляционной функции Я(т), Причем напряжение будет максимальным только при п =То Я (То),То — = po) Гдвpо — ИСтИННЫй ПЕленг.

С выходов коррелятора 12 напряжения поступают на входы блока 16 сравнения, который состоит из и аналоговых компараторов. Каждый компаратор представляет.со1779936 бой аналоговый элемент сравнения, в котором сравниваются два напряжения: входное Ч и опорное Voo.

В случае превышения входного напряжения над опорным (Vex > Voo) на выходе компаратора 16 формируется напряжение, соответствующее логической единице "1".

Следует отметить, что напряжения с выходов коррелятора 12 подаются на аналоговые компараторы таким образом, что на два соседних компаратора подается одно и тоже напряжение..

Причем на один из компараторов в качестве входного напряжения Vex, а на другой — опорного Von.

Таким образом на выходах компараторов образуется параллельный двоичный код, в котором "1" соответствует превышению напряжения в (1+ n) канале коррелятора

12 над напряжением e i.-м канале. Последовательность единиц двоичного кода соответствует возрастанию корреляционной функции R(z), а последовательность нулей соответствует спаду корреляционной функции й(ф Следовательно, последняя единица в двоичном коде будет соответствовать максимуму корреляционной функции R(to).

Подсчитав количество единиц двоичного кода й, можно определить номер канала, в котором zi =io. а следовательно, и значение mo.

Параллельный двоичный код с выходов компараторов 16 поступает на регистр 17 сдвига, где он преобразуется в последовательный двоичный код. Сдвиг параллельного двоичного кода в регистре. 17i сдвига осуществляется подачей на его тактовый вход (вход синхронизации) тактовых импульсов от генератора 18 тактовых импульсов, Счетные импульсы формируются с помощью элемента И 19. на один из входов которого поступают тактовые импульсы с выхода генератора 18, а на другой — последовательный двоичный код с выхода регистра 17 сдвига. Последовательность счетных импульсов, количеств N которых соответствует числу "1" двоичного кода, поступает на вход счетчика 20, где производится подсчет числа "1". Счет прекращается по окончании последовательности единиц двоичного кода с выхода регистра 17 сдвига, т.е. при переходе от уровня "1" к уровню "0". По окончании счета его результат необходимо записать в регистр 21, а затем перевести счетчик 20 в нулевое состояние. Запись в регистр 21 осуществляется одновременно с окончанием счета управляющим сигналом с выхода регистра 17 сдвига. Для перевода счетчика 20 в нулевое состояние именно по10

25 сле записи результата счета в регистр 21 управляющий сигнал с выхода регистра 17 сдвига задерживается элементом 22 задержки и поступает на вход сброса счетчика 20, Значение двоичного кода, записанного в регистре 21, сравнивается со значением двоичного кода, имеющегося в регистре 23, с помощью цифрового компаратора 24. Это делается для исключения повторной записи одного и того же значения двоичного кода, соответствующего одному и тому же истинному пеленгу ф> .

Если сравниваемые двоичные коды не равны, то на выходе цифрового компаратора 24 формируется сигнал, соответствующий уровню логической единицы "1", который поступает на управляющий вход регистра 23, разрешая запись нового значения двоичного кода.

Если сравниваемые двоичные коды равны, то повторной записи в регистре 23 не производится. Следовательно. на выходе регистра 23.формируется двоичный код, который соответствует т — — т, . т.е. значению задержки, при которой корреляционная функция R(To) имеет максимальное значение

«о=N т1 где N — число единиц в двоичном коде, соответствующее номеру элемента многоотводной линии задержки; г1 — величина задержки одного элемента многоотводной линии задержки.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю расположения источника излучения ЛЧМ-сигналов в правой полуплоскости (фиг.3а). B этом случае на выходе первого канала блока 16 сравнения будет "1", потому что при сравнении сигналов первого и второго каналов коррелятора

40 12 сигнал первого канала будет иметь большую задержку, при которой корреляционная функция В(т) принимать большее значение. Если источник излучения ЛЧМсигналов расположен в левой полуплоско45 сти (фиг.3в), то для правильной работы коррелятора 12 необходимо произвести переключение приемных каналов, Для этого используются коммутаторы 10 и 1 t блок 25 вычитания и сумматор 26 по модулю два, На выходе блока 25 вычитания напряжение появляется лишь в том случае, когда Ui(t) Uz(t). что соответствует "1" на выходе сумматора

26 по модулю два, Если ЛЧМ-сигналы приходят из левой полуплоскости. то на выходе первого канала блока 16 сравнения будет

"0", так как сигнал второго канала будет больше сигнала первого канала. т.е. он будет иметь большую задержку. Выходное напряжение сумматора 26 по модулю два

1779936

10 управляет работой коммутаторов 10 и 11 согласно таблицы истинности, изображенной на фиг.5, Если источник излучения ЛЧМсигналов расположен на равносигнальном направлении, то V>(t) = Vg(t) и напряжение на выходе блока 25 вычитания будет равно нулю, что соответствует g- О (фиг. 36).

Таким образом предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности (достоверности) индикации. При этом для повышения точности (достоверности) пеленгации источника излучения происходит увеличение измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность отсчета угловой координаты устраняется корреляционной обработкой канальных сигналов и измерением в цифровом коде величины задержки, равной (то (а = ro)). т.е. задержки. соответствующей истинному пеленгу Д (r = j4) .

Представление результатов пеленгации в цифровом коде обеспечивает возможность для их длительного хранения, передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжения с вычислительной техникой..

Формула изобретения

Индикаторное устрой",тво, содержащее первую и вторую антенны, подключенные к входам первого и второго широкополосных усилителей соответственно, последовательно соединенные частотный детектор, вход которого подключен к выходу первого широкополосного усилителя, первую дифференцирующую цепь, выход которой подключен к вертикально отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки. вторую. дифференцируащую цепь и генератор развертки, выходом подключенный к горизонтально отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 повышения точности индикации, в него введены два коммутатора, блок вычитания. сумматор по модулю два, генератор тактовых импульсов, три регистра, счетчик, элемент

И, элемент задержки и цифровой компара10 тор, при этом выходы первого и второго широкополосных усилителей соединены с первыми входами, а через блок вычитания и сумматор по модулю два — с вторыми входами первого и второго коммутаторов соответ15 ственно, третьи входы которых соединены соответственно с выходами второго и первого широкополосных усилителей, а.выходы подключены к первому и второму входам коррелятора соответственно. выходы блока

20 сравнения соединены с соответствующими входами nepaoro регистра сдвига, тактовый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и через элемент Ик первому входу счетчика, второй вход кото25 .рого соединен через элемент задержки с другим входом элемента И, выходом первого регистра сдвига и первым входом второго регистра. второй вход которого подключен к выходу счетчика, а выход — к первому входу

30 третьего регистра и одному входу цифрового компаратора, выход которого соединен с вторым входом третьего регистра, выход которого подключен к другому входу цифрового компаратора и к выходной шине, а вход

35 первого разряда первого регистра сдвига соединен с другим входом сумматора по модулю два.

1779936 фиг. 2 фиг. 3

1779936

Составитель В.Дикарев

Техред М.Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор И,Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 4429 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5