Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией

 

Использование: в технике связи при построении систем радиосвязи и радиотелеметрии с широкополосными сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Сущность изобретения: устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией содержит первый, второй и третий приемники 1, 2, 3 с антеннами, первый, второй и третий 8, 9, 10 усилители первой промежуточной частоты, сжимающий фильтр 11, частотный детектор 12, первый дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов, решающий блок 15, второй гетеродин 16, четвертый смеситель 17, усилитель 18 второй промежуточной частоты, первый и второй перемножители 19, 20, первый и второй узкополосные фильтры 21, 22, первый и второй фазовые детекторы 23, 24, третий узкополосный фильтр 25, амплитудный детектор 26, генератор 27 счетных импульсов, первый и второй элементы совпадения 28, 29, второй дифференцирующий блок 30, генератор 31 развертки, ЭЛТ 32, первый, второй счетчики 33, 34, арифметический блок 35. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем автоматической и визуальной оценок основных параметров принимаемых сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при построении систем радиосвязи и радиотелеметрии с широкополосными сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Известны устройства для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (авт. св. СССР N 771901, 1109936, 1192158, 1192160, 1234995, 1309889, 1309890, 1679645 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией по (авт. св. N 1679645, кл. Н 04 L 27/14, 1989), которое обеспечивает прием широкополосных ЛЧМ-сигналов и пеленгацию источника их излучения в двух плоскостях при малом отношении сигнал/шум, но не позволяет оценить основные их параметры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем автоматической и визуальной оценок основных параметров принимаемых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены третий узкополосный фильтр, амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, два элемента совпадения, два счетчика, арифметический блок, второй дифференцирующий блок, генератор развертки и электронно-лучевая трубка, причем к выходу второго смесителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр, амплитудный детектор, первый элемент совпадения, второй вход которого через генератор счетных импульсов соединен с выходом второго дифференцирующего блока, и первый счетчик, второй вход которого соединен с выходом второго дифференцирующего блока, а выход является четвертым выходом устройства, к выходу первого дифференцирующего блока последовательно подключены второй элемент совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора счетных импульсов, и второй счетчик, второй вход которого соединен с выходом второго дифферен- цирующего блока, а выход является пятым выходом устройства.

К выходу первого счетчика подключен арифметический блок, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, а выход является шестым выходом устройства, к выходу первого дифференцирующего блока последовательно подключены второй дифференцирующий блок, генератор развертки и горизонтальный электрод электронно-лучевой трубки, вертикальный электрод которого соединен с выходом первого дифференцирующего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для приема широкополосных сигналов содержит первый 1, второй 2 и третий 3 приемники с антеннами, первый гетеродин 4, первый 5, второй 6 и третий 7 смесители, первый 8, второй 9 и третий 10 усилители первой промежуточной частоты, сжимающий фильтр 11, частотный детектор 12, первый дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов, решающий блок 15, второй гетеродин 16, четвертый смеситель 17, усилитель 18 второй промежуточной частоты, первый 19 и второй 20 перемножители, первый 21 и второй 22 узкопо- лосные фильтры, первый 23 и второй 24 фазовые детекторы, третий узкополосный фильтр 25, амплитудный детектор 26, генератор 27 счетных импульсов, первый 28 и второй 29 элементы совпадения, второй дифференцирующий блок 30, генератор 31 развертки, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 32, первый 33 и второй 34 счетчики, арифметический блок 35.

Причем к выходу приемника 1 последовательно подключены смеситель 5, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4, усилитель 8 первой промежуточной частоты, смеситель 17, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, и усилитель 18 второй промежуточной частоты. К выходу приемника 2(3) последовательно подключены смеситель 6(7), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4, усилитель 9(10) первой промежуточной частоты, перемножитель 19(20), второй вход которого соединен с выходом усилителя 18 второй промежуточной частоты, узкополосный фильтр 21(22) и фазовый детектор 23(24), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, а выход является вторым (третьим) выходом устройства. К выходу смесителя 6 последовательно подключены частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов, решающий блок 15, второй вход которого через сжимающий фильтр 11 соединен с выходом смесителя 6, а выход является первым выходом устройства. К выходу смесителя 6 последовательно подключены узкополосный фильтр 25, амплитудный детектор 26, элемент совпадения 28, второй вход которого через генератор 27 счетных импульсов соединен с выходом дифференцирующего блока 30, и счетчик 33, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока 30, а выход является четвертым выходом устройства.

К выходу дифференцирующего блока 13 последовательно подключены элемент 29 совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 27 счетных импульсов, и счетчик 34, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока 30, а выход является пятым выходом устройства. К четвертому выходу устройства подключен арифметический блок 35, второй вход которого соединен с выхода счетчика 34, а выход является шестым выходом устройства. К выходу дифференцирующего блока 13 последовательно подключены дифференцирующий блок 30, генератор 31 развертки и горизонтальный электрод ЭЛТ 32, вертикальный электрод которой соединен с выходом дифференцирующего блока 13.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемые ЛЧМ-сигналы U₁(t)= V_c˙cos(2 π f_c t+π γ t²+ϕ₁), U₂(t)= V_c˙cos(2 π f_c t+π γ t²+ϕ₂), U₃(t)= V_c˙cos(2 π f_c t+π γ t²+ϕ₃), 0≅t≅T_c , где V_c, f_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃- амплитуда, начальная несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов; γ = - cкорость изменения частоты внутри импульса (фиг. 2б); Δf_д - девиация частоты, с выходов приемников 1-3 поступают на первые входы смесителей 5-7 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 4 U_г1(t)= V_г1˙cos(2 π f_г1 t+ϕ_г1), где V_г1, f_г1, ϕ_г1- амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 4. На выходах смесителей 5-7 образуются напряжения комбинаиционных частот. Усилителями 8-10 выделяются напряжения только первой промежуточной (разностной) частоты: U_пр1(t)= U_пр1·cos(2Πf_пр1t+Πγt²+ϕ_пр1) , , _{0≅ t≅} , 0≅t≅T_c , где U_пр1 = 1/2K₁˙ V_c ˙V_г1 ; К₁ - коэффициент передачи смесителей; f_пр1 = f_c - f_г1 - первая промежуточная частота; ϕ_пр1= ϕ₁-ϕ_г1; ϕ_пр2= ϕ₂-ϕ_г1;
ϕ_пр3= ϕ₃-ϕ_г1.

Преобразованный по частоте ЛЧМ-сигнал (см. фиг. 2а) с выхода смесителя 6 поступает на входы сжимающего фильтра 11 и частотного детектора 12. На выходе частотного детектора 12 образуется напряжение (см. фиг. 2в), пропорциональное закону изменения частоты внутри импульса (см. фиг. 2, б). Это напряжение подается на вход дифференцирующего блока 13, на выходе которого образуется прямоугольный импульс (см. фиг. 2, г), который поступает на вход формирователя 14 импульсов, на выходе которого образуются короткие положительные импульсы в моменты времени, соответствующие моментам смены знака наклона функции частотной модуляции ЛЧМ-сигнала. Эти импульсы вместе с информационными импульсами с выхода сжимающего фильтра 11 поступает на соответствующий вход решающего блока 15, обеспечивая тактовую синхронизацию при приеме решения.

Напряжение U_пр1 (t) c выхода усилителя 8 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 17, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16
U_г2(t)= V_г2˙cos(2 π f_г2 t+ϕ_г2), где V_г2, f_г2, ϕ_г2 - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 16.

На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение только второй промежуточной частоты U_пр4(t)= U_пр2·cos(2Πf_пр2t+Πγt²+ϕ_пр4), O≅ t≅ T_c,
0≅t≅T_c , где V_пр2 = 1/2K₁ ˙V_пр1˙ V_г2
f_пр2 = f_пр1 - f_г2 - вторая промежуточная частота;
ϕ_пр4 = ϕ_пр1 - ϕ_г2, которое поступает на вторые входы перемножителей 19 и 20, на первые входы которых подаются напряжения U_пр2(t) и U_пр3(t) соответственно. На выходах перемножителей 19 и 20 образуются гармонические колебания: U₄(t)= V₁˙cos(2 π f_г2} , U₅(t)= V₁˙cos(2 π f_г2} ,
0≅t≅T_c , где V₁ = 1/2 K₂ ˙V_пр1˙V_пр2 ,
К₂ - коэффициент передачи перемножителей;
Δ ϕ₁= ϕ₂-ϕ₁- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в азимутальной плоскости;
Δ ϕ₂= ϕ₃-ϕ₁- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в угломестной плоскости, в которых линейная частотная модуляция уже отсутствует. Гармонические колебания U₄(t) и U₅(t) выделяются узкополосными фильтрами 21, 22 и поступают на первые входы фазовых детекторов 23 и 24, на вторые входы которых подается напряжение U_г2(t) с выхода гетеродина 16. На выходах фазовых детекторов образуются постоянные напряжения
U_н1(β₁)= V_н˙cos Δ ϕ₁,
U_н2(β₂)= V_н˙cos Δ ϕ₂, где V_н = 1/2 K₃˙ V₁˙V_г2;
K₃ - коэффициент передачи перемножителей;
Δϕ₁ = 2Π sinβ₁;
Δϕ₂ = 2Π sinβ₂,
d₁, d₂ - измерительные базы в азимутальной и угломестной плоскостях;
β₁, β₂- углы прихода радиоволн в азимутальной и угломестной плоскостях.

Преобразованный по частоте ЛЧМ-сигнал (см. фиг. 2, а) одновременно поступает на вход узкополосного фильтра 25 с полосой пропускания Δf. На выходе узкополосного фильтра 25 образуется радиоимпульс длительностью t_и (см. фиг. 2, ж)
t_и = .

Указанный радиоимпульс поступает на вход импульсного детектора 26, который выделяет его огибающую (см. фиг. 2, з). Прямоугольный импульс с выхода амплитудного детектора 26 поступает на первый вход элемента 28 совпадения, на второй вход которого подаются счетные импульсы первого выхода генератора 27 счетных импульсов. Количество счетных импульсов n₁(см. фиг. 2, к) , пропорциональное скорости изменения частоты γ внутри импульса, подсчитывается счетчиком 33 и поступает на четвертый выход устройства и на первый вход арифметического блок 35.

Прямоугольный импульс (см. фиг. 2, г), пропорциональный длительности Т_с принимаемых ЛЧМ-сигналов, с выхода дифференцирующего блока 13 поступает на входы элемента 29 совпадения, дифференцирующего блока 30 и на вертикальный электрод ЭЛТ 32. На второй вход элемента 29 совпадения с второго выхода генератора 27 счетных импульсов подаются счетные импульсы. Их количество n₂ подсчитывается счетчиком 34 и они поступают на пятый вход устройства и на второй вход арифметического блока 35. На выходе арифметического блока 35 образуется количество счетных импульсов, пропорциональное девиации частоты Δf_д ( Δf_д = γ ˙T_c). Указанные импульсы поступают на шестой выход устройства.

На выходе дифференцирующего блока 30 образуются короткие разнополярные импульсы (см. фиг. 2, д). При этом коротким положительным импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрываются генератор 27 счетных импульсов и генератор 31 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (см. фиг. 2, е) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтальный электрод ЭЛТ 32. На экране ЭЛТ 32 образуется прямоугольный импульс (см. фиг. 2, г), длительность которого пропорциональна длительности Т_с принимаемых ЛЧМ-сигналов, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты γ , а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Δf_д ( Δf_д = γ˙ T_c) принимаемых ЛЧМ-сигналов.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемых ЛЧМ-сигналов на экран ЭЛТ 32 наносится координатная частотно-временная сетка.

Положительный короткий импульс с выхода дифференцирующего блока 30 поступает на входы сброса счетчиков 33 и 34 и сбрасывает их содержимое в нулевое состояние, подготавливая к работе.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает автоматическую и визуальную оценку основных параметров принимаемых ЛЧМ-сигналов. Тем самым функциональные возможности устройства расширены. (56) Авторское свидетельство СССР N 1679645, кл. Н 04 27/14, 1989.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ , содеpжащее последовательно соединенные пеpвый пpиемник с антенной, пеpвый смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, пеpвый усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, пеpвый пеpемножитель, пеpвый узкополосный фильтp и пеpвый фазовый детектоp, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, последовательно соединенные втоpой пpиемник с антенной, втоpой смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, втоpой усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, тpетий смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, и усилитель втоpой пpомежуточной частоты, последовательно соединенные тpетий пpиемник с антенной, четвеpтый смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, тpетий усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, втоpой пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с втоpым входом пеpвого пеpемножителя и с выходом усилителя втоpой пpомежуточной частоты, втоpой узкополосный фильтp и втоpой фазовый детектоp, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, последовательно соединенные частотный детектоp, пеpвый диффеpенциpующий блок, фоpмиpователь импульсов и pешающий блок, втоpой вход котоpого соединен чеpез сжимающий фильтp с выходом пеpвого смесителя и входом частотного детектоpа, пpичем выходы pешающего блока, пеpвого и втоpого фазовых детектоpов являются соответственно пеpвым, втоpым и тpетьим выходами устpойства, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные тpетий узкополосный фильтp, амплитудный детектоp, пеpвый элемент совпадения и пеpвый счетчик, последовательно соединенные втоpой элемент совпадения, втоpой счетчик и аpифметичекий блок, последовательно соединенные втоpой диффеpенциpующий блок, генеpатоp pазвеpтки и электpонно-лучевая тpубка, а также генеpатоp счетных импульсов, пpи этом выход пеpвого смесителя соединен с входом тpетьего узкополосного фильтpа, выход пеpвого диффеpенциpующего блока - с веpтикальным электpодом электpонно-лучевой тpубки, с пеpвым входом втоpого элемента совпадения и с входом втоpого диффеpенциpующего блока, выход котоpого соединен с соответствующими входами пеpвого и втоpого счетчиков и генеpатоpа счетных импульсов, выходы котоpого соединены соответственно с втоpыми входами пеpвого и втоpого элементов совпадения, пpичем выход пеpвого счетчика соединен с втоpым входом аpифметического блока и является четвеpтым выходом устpойства, пятым и шестым выходами котоpого являются соответственно выходы втоpого счетчика и аpифметического блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2