Устройство измерения временных интервалов в условиях помех

 

Использование: определение местоположения подвижных объектов. Сущность изобретения: устройство измерения временных интервалов содержит источник входного сигнала 1, два синхронных накопителя 2, 3, фильтр поиска 4, сумматор 5, фильтр нижних частот 6, два коммутатора 7, 23, синхронизатор 8, электронно-лучевую трубку 9, линию задержки 10, управляемый аттенюатор 11, пороговый блок 12, модулятор 13, два формирователя характерной точки огибающей 14, 27, усилитель-ограничитель 15, временной дискриминатор 16, накопитель 17, блок выработки команд 18, источник опорного напряжения 19, блок аттенюаторов 20, N-канальный коммутатор 2, одиночный контур 22, формирователь запирающего импульса 24, инвертор 25 и усилитель 26. 17 ил.

Изобретение относится к радионавигации, может быть использовано для определения местоположения подвижных объектов по сигналам импульсно-фазовых радионавигационных систем, а также для синхронизации сигналов с помощью радиотехнических средств и является усовершенствованием устройства, описанного в заявке на изобретение N 4631423/09, кл. G 01 S 7/292 (положительное решение от 29 октября 1990 г.).

Блок-схема известного устройства показана на фиг.2, где обозначены: 1 - входной фильтр, 2 - первый синхронный накопитель, 3 - второй синхронный накопитель, 4 - фильтр, 5 - сумматор, 6 - фильтр нижних частот, 7 - коммутатор, 8 - синхронизатор, 9 - электронно-лучевой индикатор, 10- линия задержки, 11 - первый аттенюатор, 12 - N-пороговый блок, 13 - модулятор, 14 - формирователь характерной точки огибающей, 15 - усилитель-ограничитель, 16 - временной дискриминатор, 17 - накопитель, 18 - блок выработки команд, 19 - источник опорного напряжения, 20 - второй аттенюатор, 21 - N-канальный коммутатор, 22 - одиночный контур, 23 - коммутатор, 24 - формирователь запирающего импульса, 25 - инвертор.

Устройство работает следующим образом. Из входного фильтра 1 смесь полезного навигационного сигнала (поверхностная волна 42), шумов и сигнала, отраженного ионосферой (см. фиг.3, эпюра а), поступает на синхронизатор 8 через первый аттенюатор 11. Эта же смесь поступает через фильтр 4 и коммутатор 7 на электронно-лучевой индикатор 9. Узкополосный фильтр 4 обеспечивает выделение сигнала из шума. Оператор с помощью электронно-лучевого индикатора 9 осуществляет временной поиск нужных сигналов и грубое совмещение фронтов радиосигналов.

Одновременно с первого аттенюатора 11 смесь сигнала и помех поступает на первый синхронный накопитель 2, образующий синфазный канал накопления и через инвертор 25 - на второй синхронный накопитель 3, образующий противофазный канал накопления.

На синхронные накопители 2 и 3 с синхронизатора 8 подаются серии коротких импульсов 28, 29 (фиг.5б, в), согласованные с навигационными сигналом системы "Лоран-С", причем в противофазном канале накопления импульсы 29 сдвинуты на половину периода по отношению к импульсам 26 синфазного канала за счет линии задержки 10. Временное положение этих импульсов соответствует максимумам положительных и отрицательных полупериодов радиосигнала.

Синхронные накопители 2 и 3 осуществляют выборку сигналов 30 и 31 в соответствии с приходом троб-импульсов 28 и 29 с синхронизатора 8 и их накопление (см. фиг. 3 эпюры г и д). На эпюре "е" (фиг.3) показан сигнал 32 на выходе сумматора 5. После фильтрации в фильтре 6 низких частот гармоник частоты дискретизации выделяется огибающая 33 (фиг.3, эпюра е - сплошная линия).

Отфильтрованная от шумов огибающая 33 поступает на последовательно cоединенные формирователь характерной точки огибающей (ФХТО) 14, который формирует разностный сигнал 34 с точкой перехода через нуль по алгоритму S(t) = y(t) - ky'(t), (1) где y(t) - огибающая радиосигнала; y'(t) - первая производная огибающей; К - весовой коэффициент, характеризующий временное положение нуля сформированного сигнала, которое выбрано меньшим или равным задержке сигнала, отраженного от ионосферы. При иcпользовании устройства в дальней зоне радионавигационной системы, где задержка τ_з отраженного от ионосферы сигнала по отношению к поверхностному может оказаться минимальной (τ_з = (23-25) мкс), а амплитуда его значительно превосходит амплитуду поверхностного cигнала в (5-10) раз и более, не обепечивается точность временного интервала. Увеличение точности измерения временного интервала, в таких условиях, может быть получено либо раcширением полоcы пропускания входного фильтра 1, либо формирователя cигнала c характерной точкой t_о (см. фиг.3) на более низких уровнях огибающей радиосигнала. Фильтр 1 обеспечивает предварительную фильтрацию радиосигнала от помех. При этом имеет место искажение огибающей радиосигнала, вызванное задержкой радиосигнала в фильтре.

Выбор типа и полосы пропускания фильтра определяется компромиссным решением задачи фильтрации сигнала в условиях воздействия отраженных сигналов и помех. В этих условиях воздействия оптимальный фильтр представляет собой три соответствующим образом связанных резонансных конутра. Полоса пропускания такого фильтра составляет примерно 30 кГц. Однако полоса 30 кГц трехконтурного фильтра 1 не обеспечивает разделение поверхностного и отраженного от ионосферы сигнала при их относительной задержке τ_з = = (23-25) мкс. Таким образом, в устройстве происходит искажение огибающей радиосигнала в результате наложения отраженного от ионосферы сигнала на поверхностный (полезный) сигнал, что приводит к смещению на Δ t характерной точки перехода через нулевой уровень за допустимый предел (более T_o/2 = 5 мкс), а это в свою очередь приводит к ошибке измерения временного интервала на 10 мкс.

Формирование характерной точки t_о (см. фиг.5, эпюры а-д), на уровне более низком (0,1-0,15) U_m, где U_m - амплитудное значение огибающей радиосигнала, приводит к уменьшению уровня полезного сигнала в точке формирования, который становится соизмеримым с шумами формирователя 14 характерной точки, а это приводит к неустойчивости в работе устройства измерения.

Сигнал на выходе формирователя 14 характерной точки в промежутке от 0 до t₁ можно аппроксимировать отрезком синусоиды U_фхто = U_М1˙sinω₁ t. Сигнал U_фхто поступает на одиночный колебательный контур 22, на выходе которого образуется напряжение U₂= U_фхто(o)·h(t)+ U(λ)·h(t-λ)·dλ (2) где h(t) - переходная характеристика колебательного контура, h(t) = · e^-α^t·sinω_ot где ω_o= , α = - резонансная часто- та и затухание контура.

Переходная амплитуда А и фаза ϕ напряжения на контуре определяется выражениями: A = (3) ϕ = arctg (4) Сигнал с характерной точкой t_о в районе первой полуволны синусоиды 45 (см. фиг.6, эпюра в) определяется стабильностью и настройкой контура и мало меняется при воздействии сигнала, пораженного ионосферным сигналом.

В момент t₁ формирователь 24 из строб-импульсов 28, поступающих из синхронизатора 8 на синхронные накопители, формирует импульс запирания 46, который поступает на управляющий вход коммутатора 23. При этом в момент t₁ происходит закорачивание выхода контура 22 на корпус. Колебательный процесс прекращается до момента поступления следующего радиоимпульса 42. На выходе коммутатора 23 образуется сигнал 47 (фиг.6,д) с характерной точкой, поступающей на усилитель-ограничитель 15 и через коммутатор 7 на электронно-лучевой индикатор 9. Меандровый сигнал 48 поступает на временной дискриминатор 16, где он стробируется строб-импульсом 36 (см. фиг.6, эпюра ж), а результат стробирования накапливается в накопителе 17. Если сигнал на выходе накопителя 17 равен нулю, то блок 18 формирует команду на останов изменения начального временного положения делителей синхронизатора 8, а строб-импульс 36 (фиг.6, эпюра ж) находится при этом точно симметрично относительно перехода через нуль "меандрового" сигнала 48. Если результат накопления имеет положительную или отрицательную полярность, то он, поступив на блок 18, преобразуется в команду, которая управляет делителями синхронизатора 8 до тех пор, пока не наступит устойчивое состояние положения строб-импульса относительно нуля перехода "меандрового" сигнала 48 и результат накопления будет равен нулю.

На входе устройства смесь шумов, полезного поверхностного и отраженного от ионосферы сигналов может меняться в широком динамическом диапазоне, что, в свою очередь, сможет привести к искажениям накопленных напряжений в синхронных накопителях 2 и 3 и появлению ошибки при измерении временного навигационного параметра.

Возможность появления таких искажений устраняется следующим образом. На фиг. 4, а изображены пачки сигналов 35 ведущей (ВЩ) и ведомой (ВМ) станций, имеющих некоторый разбаланс по амплитуде. Накопленная выборка 38 входного сигнала 37, соответствующая моменту t_зстр (фиг.4, эпюра а), поступает на модулятор 13, в котором происходит преобразование накопленного сигнала в регулирующее напряжение 40 (фиг.4, эпюра г) в соответствии с поступающими широкими селекторными импульсами 39 (фиг.4, эпюра в), временное положение и длительность которых соответствует пачкам входных радиоимпульсов (фиг.4,а).

Весь динамический диапазон входных сигналов разбивается на N уровней, каждому из которых соответствует порог в N-пороговом блоке 12. При превышении каждого из порогов на аттенюатор 11 поступает напряжение 40 (фиг.4, эпюра г) регулировки уровня сигнала. Сигнал на выходе аттюатора 11 поддерживается в линейном динамическом диапазоне синхронных накопителей 2 и 3 и тем самым устраняется возможность появления нелинейности в тракте накопления.

В устройстве также устраняются искажения огибающей, вызванные шумами коммутации в синхронных накоплениях 2 и 3. Формирование компенсирующих шумов коммутации, аналогичных шумам коммутации в синхронных накопителях, осуществляется из напряжения, поступающего от источника 19 опорного напряжения на вход второго аттенюатора 20, состоящего из N-переменных резисторов, настроенных таким образом, чтобы скомпенсировать выборки от напряжения шумов коммутации синхронных накопителей 2 и 3. Напряжение, сформированное в блоке аттенюаторов, через ключ N-канального коммутатора 21 поступают на сумматор 5, в котором происходит их вычитание из шумов коммутации синхронных накопителей 2 и 3 в моменты появления строб-импульса 28 и 29. таким образом, в сумматоре 5 происходит компенсация шумов коммутации и огибающая 33 радиосигнала не имеет искажений на отсчетном уровне.

В устройстве, описанном в заявке на изобретение N 4631423/09, кл. G 01 S 7/292 (положительное решение от 29 октября 1990 г.) имеет место недостаток, заключающийся в том, что при использовании устройства в дальней зоне радионавигационной системы при задержке отраженного от ионосферы сигнала τ_з = (23-25) мкс и амплитуде его, значительно превосходящей амплитуду поверхностного сигнала в (5-10) раз и более не обеспечивается точность измерения временного интервала.

Увеличение точности измерения временного интервала в вышеназванных условиях воздействия отраженного сигнала может быть получено путем расширения полосы пропускания полосовой цепи входного фильтра 1, либо путем формирования сигнала с характерной точкой t_о на более низком уровне огибающей радиосигнала.

Известно, что выбор типа и полосы пропускания входного фильтра 1 определяется компромиссным решением задачи фильтрации сигнала в условиях воздействия отраженных сигналов и помех. В этих условиях оптимальный фильтр представляет собой три соответствующим образом связанные резонансных контура. Полоса пропускания такого фильтра составляет ≈ 30 кГц.

Сужение полосы пропускания приводит к недопустимой задержке и увеличению интенсивности высокочастотных помех, приводящих к перегрузке активных цепей источника сигнала 1.

Выбранная оптимальная полоса 30 кГц полосового трехконтурного фильтра 1 не обеспечивает разделение поверхностного и отраженного от ионоcферы сигналов при задержке τ_з = (23-25) мкс. Таким образом, в устройстве происходит искажение огибающей в результате положения отраженного сигнала на поверхностный (полезный) сигнал, что приводит к смещению на Δ t характерной точки перехода через нулевой уровень за допустимый предел (более Т_o/2 = =5 мкс), а это в свою очередь приводит к ошибке измерения временного интервала.

Формирование же характерной точки t_o'' (см. фиг.5 эпюры а, д) на уровне более низком (0,1-0,15) U_m, где U_m - амплитудное значение огибающей радиосигнала, т.е. ближе к началу радиосигнала приводит к уменьшению уровня полезного сигнала в точке формирования, амплитудное значение S_m которого становится соизмеримым с шумами формирователя 14 характерной точки, а это приводит к неустойчивой работе устройства измерения временного интервала.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности в условиях воздействия отраженных от ионосферы сигналов за счет повышения уровня полезного сигнала в точке формирования путем увеличения крутизны фронта огибающей радиосигнала.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройство, описанное в заявке на изобретение N 4631423/09, кл. G 01 S 7/202 (положительное решение от 29 октября 1990 г.) дополнительно введены последовательно соединенные усилитель и второй формирователь характерной точки огибающей между выходом фильтра нижних частот и входом первого формирователя характерной точки, причем второй вход введенного усилителя подключен через положительную обратную связь с вторым выходом второго формирователя характерной точки.

Отличием является то, что введенные блоки и положительная обратная связь увеличивают крутизну фронта огибающей радиосигнала, поступающей с выхода фильтра нижних частот. При этом на первом выходе введенного второго формирователя характерной точки образуется сигнал, эквивалентный производной огибающей радиосигнала, который используется как сигнал положительной обратной связи введенного усилителя. Суммарный сигнал на выходе усилителя имеет большую крутизну фронта, чем крутизна фронта огибающей радиосигнала 42. В результате на выходе первого формирователя характерной точки происходит увеличение амплитуды S_m сформированного сигнала 47 (информационной положительной полуволны) (см. фиг.7, эпюра е).

Таким образом, полученный на выходе первого формирователя характерной точки сигнал с ФХТО увеличенной амплитудной информационной части фронта радиосигнала (см. фиг. 7, эпюра - пунктир) позволяет уменьшить уровень формирования до (0,1-0,15) U_m, т.е. получить при задержках τ_з = =(23-25) мкс уменьшение искажений огибающей радиосигнала шумом и тем самым повысить точность измерения временного интервала.

Следует также отметить, что введенные блоки обладают частотно-избирательными свойствами (см. фиг.9). Сигнал огибающей, прошедший эти цепи, уменьшается по амплитуде, но при этом происходит уменьшение напряжения шумов на выходе и соотношение сигнал/шум на выходе цепей сохраняется.

Новые признаки с указанной целью в известных устройствах не обнаружены, что свидетельствует о существенности отличий.

Предложенное устройство поясняется чертежами на фиг. 1, 2, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16, 17 и эпюрами на фиг.3, 4, 5, 6, 7, 12.

На фиг.1 - предлагаемое устройство; на фиг.2 - устройство-прототип.

На чертежах обозначены: 1 - входной фильтр, 2 - первый синхронный накопитель, 3 - второй синхронный накопитель, 4 - фильтр, 5 - сумматор, 6 - фильтр нижних частот, 7 - коммутатор, 8 - синхронизатор, 9 - электронно-лучевой индикатор, 10 - линия задержки, 11 - первый аттенюатор, 12 - N-пороговый блок, 13 - модулятор, 14 - первый формирователь характерной точки огибающей, 15 - усилитель-ограничитель, 16 - временной дискриминатор, 17 - накопитель, 18 - блок выработки команд, 19 - источник опорного напряжения, 20 - второй аттенюатор, 21 - N-канальный коммутатор, 22 - одиночный контур, 23 - коммутатор, 24 - формирователь запирающего импульса, 25 - инвертор, 26 - усилитель, 27 - второй формирователь характерной точки огибающей.

На фиг. 3: а) смесь полезного поверхностного сигнала и отраженного от ионосферы сигнала, б) строб-импульсы в синфазном и противофазном каналах накопления; в, г, д) выборки сигнала в синфазном и противофазном синхронных накопителях; е) сигнал на выходе сумматора (ступенчатая линия), сигнал на выходе фильтра нижних частот (сплошная линия); ж) сформированный сигнал на выходе ФХТО; з) "меандровый" сигнал на выходе усилителя-ограничителя; и) строб-импульс на входе временного дискриминатора.

На фиг. 4: а) пачки сигналов ведущей (ВЩ) и ведомой (ВМ) станций; б) выборки сигналов, соответствующих моменту времени; в) широкие селекторные импульсы; г) регулирующее напряжение на выходе модулятора (N-пороги в пороговом элементе).

На фиг.5: а) радиосигнал и огибающая радиосигнала, где t_о - характерная точка на огибающей, U_m - амплитуда радиосигнала. б,в) строб-импульсы в синфазном и противофазном каналах накопиления. г) шумы коммутации на выходе сумматора. д) сформированный сигнал S(t) (без искажений на выходе ФХТО, сформированный сигнал с наложенными шумами коммутации (с искажениями на выходе ФХТО).

На фиг.6: а) радиосигнал на входе полосового фильтра 1; б) радиосигнал на выходе полосового фильтра 1; в) сформированный сигнал 34 на выходе ФХТО 14, и сформированный сигнал 45 на выходе коммутатора 23 без включения цепи демпфирования остаточных колебаний контура; г) импульс на выходе формирователя запирающего импульса; д) сформированный сигнал на выходе коммутатора 23 с включенной цепью демпфирования; е) сформированный сигнал на выходе усилителя-ограничителя; ж) строб-импульс на входе времненого дискриминатора.

На фиг.7: а) радиосигнал на входе полосового фильтра 1; б) радиосигнал на выходе полосового фильтра 1; в) огибающая 33 радиосигнала на выходе усилителя 26 без обратной связи (пунктирная линия), огибающая 49 радиосигнала на выходе усилителя 26 с обратной связью (сплошная линия); г) сформированный сигнал 50 на выходе второго формирователя 27 характерной точки; д) строб-импульс 46 на выходе формирователя запирающего импульса; е) сформированный сигнал 47 на выходе первого формирователя 14 характерной точки; ж) сформированный сигнал 48 на выходе усилителя-ограничителя; з) строб-импульсы на входе временного дискриминатора.

На фиг. 8: а) схема фильтра поиска 4; б) амплитудно-частотная характеристика фильтра 4.

На фиг.9: Амплитудно-частотная характеристика последовательно включенных усилителя 26 с положительной обратной связью и формирователя 27 характерной точки.

На фиг.10: Электрическая схема синхронных накопителей 2 и 3.

На фиг.11: Блок-схема синхронизатора 8.

На фиг.12: Эпюры сигналов, поясняющие работу синхронизатора 8.

На фиг.13: Схема реализации N-порогового элемента 12 и аттенюатора 11.

На фиг.14: Схема формирователя характерной точки 14. а) блок-схема; б) принципиальная электрическая схема.

На фиг.15: Схема временного дискриминатора 16.

На фиг. 16: Принципиальная электрическая схема усилителя 26 с обратной связью и второго формирователя 27 характерной точки.

Устройство на фиг. 1 содержит входной фильтр 1, первый синхронный накопитель 2, второй синхронный накопитель 3, фильтр поиска 4, сумматор 5, фильтр нижних частот 6, коммутатор 7, синхронизатор 8, электронно-лучевой индикатор 9, линию задержки 10, первый аттенюатор 11, N-пороговый элемент 12, модулятор 13, первый формирователь характерной точки 14, усилитель-ограничитель 15, временной дискриминатор 16, накопитель 17, блок выработки команд 18, источник опорного напряжения 19, второй аттенюатор 20, N-канальный коммутатор 21, одиночный контур 22, формирователь запирающего импульса 24, инвертор 25, усилитель 26, второй формирователь характерной точки 27. Причем выход входного фильтра 1 подключен к одному входу управляемого аттенюатора 11, другой вход которого подключен к входу N-порогового элемента 12, а выход соединен с входом инвертора 25, входом фильтра поиска 4 и входом синхронизатора 8, входы модулятора 13 подключены к одному из выходов синхронизатора 8 и одному из выходов синхронного накопителя 2, а выход мо- дулятора 13 подключен к входу N-порогового элемента, выходы синхронных накопителей 2 и 3 подключены к входам сумматора 5, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот 6, выход фильтра 4 соединен и с входом коммутатора 7, а его вход - с соответствующим входом синхронизатора 8, один выход которого соединен с одним входом электронно-лучевого индикатора 9 и входом линии задержки 10 и одним входом синхронного накопителя 2, другой вход блока 9 подключен к выходу коммутатора 7, выход фильтра 6 нижних частот соединен с первым входом усилителя 26, а выход которого подключен к входу второго формирователя характерной точки 27, выход которого подключен ко второму входу усилителя 26, а второй выход второго формирователя 27 соединен с входом первого формирователя 14 характерной точки, выход которого подключен к одиночному контуру 22, выход которого соединен с входом коммутатора 23, второй вход которого подключен к корпусу устройства, а управляющий вход коммутатора 23 подключен к выходу формирователя 24 запирающего импульса, вход которого подключен к управлящему входу синхронного накопителя 2, выход коммутатора 23 подключен к входу усилителя-ограничителя 15, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 7 и входом временного дискриминатора 16, второй вход которого подключен к соответствующему выходу синхронизатора 8, а выход - к входу накопителя 17, выход которого через блок 18 выработки команд соединен со вторым входом синхронизатора 8, выход источника 19 опорного напряжения подключен к входам N-канального источника 21, выход которого подключен к третьему входу сумматора 5, а управляющие входы N-канального коммутатора 21 подключены к соответствующим управляющим входам синхронных накопителей.

Работа устройства в части синхронизации, временного поиска нужных сигналов и грубого совмещения их огибающих, выделения огибающих радиосигналов из шумов в синхронных накопителях, а также компенсации их шумов коммутации, балансировка огибающих по амплитуде и автоматического совмещения их в характерной точке, аналогична работе известного устройства (заявка на изобретение N 4631429/09, кл. G 01 S 7/292, положительное решение от 29 октября 1990 г.).

Рассмотрим работу устройства относительно вновь введенных блоков.

Смесь сигналов шумов и отраженного от ионосферы сигнала (см. фиг.7, эпюра а) (для удобства показан полезный сигнал 41 и огибающая 43 отраженного от ионосферы сигнала) поступает на входной фильтр 1. На фиг.7, эпюра б оказан радиосигнал 42 на выходе полосового фильтра 1.

Сигнал на выходе полосового фильтра имеет некоторую задержку τ_пф и увеличение фронта τ_ф' по сравнению с фронтом τ_ф входного радиоимпульса. Радиосигнал 42 поступает на управляемый аттенюатор 11, в котором они выравниваются по амплитуде аналогично описанному в работе устройства прототипа.

Выравненные по амплитуде сигналы 42 в характерной точке поступают на входы синхронных накопителей 2 и 3 соответственно - в синфазных и противофазные каналы накопления.

На синхронные накопители 2 и 3 с синхронизатора 8 и линии задержки 10 поступают серии строб-импульсов 28 и 29 (фиг.5, эпюры б и в), высшие гармоники которых имеют точное соотношение с периодом повторения сигналов системы "Лоран-С" и частотой принимаемого сигнала, причем в противофазном канале накопления импульсы 29 сдвинуты на половину периода (T_o/2) высокочастотного заполнения радиосигнала по отношению к импульсам 28 синфазного канала за счет линии задержки 10. Временное положение этих импульсов соответствует максимумам положительных и отрицательных полупериодов радиосигналов.

Синхронные накопители 2 и 3 осуществляют разработку сигналов 31 в соответствии с приходом строб-имупльсов 28 и 29 с синхронизатора 8 и их накопление (см. фиг.3, эпюры г и д). На эпюре (фиг.3) показан сигнал 32 на выходе сумматора 5. После фильтрации в фильтре 6 нижних частот с малой постоянной времени высших гармоник частоты дискретизации получают огибающую 33 (фиг. 3, эпюра е, - сплошная линия, на фиг.7 эпюра в - пунктир). Далее сигнал огибающей 33 поступает на первый вход усилителя 26 и с его выхода на вход второго формирователя 27 характерной точки (см. фиг.7, эпюры в. г). На выходе формирователя 27 характерной точки формируется разнополярный сигнал 50, который используется в качестве сигнала положителной обратной связи и поступает на второй вход усилителя 26. В результате на выходе усилителя 26 образуется сигнал огибающей (фиг.7, эпюра в) с большей крутизной фронта, чем у сигнала огибающей на входе усилителя 26. Полученный сигнал 49 с второго выхода формирователя 27 характерной точки поступает на вход первого формирователя 14, в котором так же, как и в устройстве-прототипе, из огибающей 49 формируется сигнал 47 (см. фиг.7, эпюра е) по алгоритму (см. формулу 1) с характерной точкой t_о перехода через нулевой уровень. Причем характерная точка t_о соответствует уровню (0,1-0,15) U_m, т.е. на период ранее сформированной характерной точки t_о без уменьшения амплитуды S_m сформированного сигнала (информационной положительной полуволны).

Сигнал с характерной точкой t_о1 поступает на одиночный колебательный контур, на выходе которого также как и в устройстве-прототипе образуется сигнал U₂ (см. формулы 2, 3 и 4), параметры которого определяются стабильностью и настройкой одиночного контура и мало меняются при воздействии сигнала пораженного от ионо-сферы сигналом.

В момент t₁ формирователь 24 импульса из строб-импульсов 26, поступающих из синхронизатора 8 на синхронные накопители 2 формирует импульс запирания, который поступает на управляющий вход коммутатора 23. При этом в момент t₁ происходит закорачивание выхода контура 22 на корпусе устройства.

Колебательный процесс прекращается до момента поступления следующего радиоимпульса 42. На выходе коммутатора 23 образуется сигнал 47 (фиг.7е) с характерной точкой, поступающей на усилитель-ограничитель 15 и через коммутатор 7 на электронно-лучевой индикатор 9 и на временной дискриминатор 16, в котором он стробируется строб-импульсом 36 (см. фиг.7, эпюра ж), а результат стробирования накапливается в накопителе 17.

Так же, как и в устройстве-прототипе, если сигнал на выходе накопителя 17 равен нулю, блок 18 выработки команд дает команду на останов делителей синхронизатора 8, а строб-импульс 36 находится при этом точно симметрично относительно перехода через нуль сформированного сигнала 48. Если результат накопления положительный или отрицательной полярности, то, не поступив на блок 18 выработки команд, преобразуется в команду, которая управляет сбоем делителей синхронизатора 8 до тех пор, пока не наступит устойчивое состояние положения строб-импульса относительно нуля перехода сигнала 48 и результат накопления будет равен нулю.

Реализация блоков синхронных накопителей 2 и 3, фильтра 4 поиска, блока 8 - синхронизатора; N-порогового элемента 12; формирователя 14 характерной точки; временного дискриминатора 16; блока 18 выработки команд; блока 20 - аттенюатора; многоканального коммутатора 21 приводятся ниже.

Например, известно описание синхронных накопителей 2 и 3, а электрическая схема приведена на фиг.10. В предлагаемое устройство входит два блока синхронных накопителей. В одном из них, работающем на синфазном канале накопления, имеется второй выход с накопительной емкости С3, соответствующей третьему полупериоду рабочего сигнала. Напряжение с накопительной емкости С3 поступает на вход модулятора 13. В другом блоке 3 синхронного накопителя, работающем в противофазном канале накопления, такой выход не используется и он отсутствует.

Блок 4 - фильтр поиска представляет собой двухконтурный фильтр с критической связью и полосой пропускания выбранной 5 кГц, исходя из оптимального отношения сигнал/шум на его выходе, электрическая схема которого приведена на фиг.8, а выбор параметров известен.

Блок 8 - синхронизатор, блок схема которого приведена на фиг.1, а эпюры сигналов, поясняющие его работу, приведены на фиг.12, реализация такого синхронизатора известна. Рассмотрим работу синхронизатора 8 в составе устройства. Сигнал от опорного генератора ОГ поступает на вход опорного делителя частоты ОДЧ, представляющего собой цепочки последовательно включенных триггеров. Коэффициент деления ОДЧ изменяется оператором ручками управления "Основные частоты" и "Дополнительные частоты", в соответствии с котовыми обозначениями цепочек сигналов радионавигационной системы (РНС). При поступлении на вход ОДЧ числа импульсов от ОГ, равного установленному коэффициенту деления, все триггеры ОДЧ устанавливаются в нулевое состояние.

При этoм формируется опорный импульс 2 (см. фиг.12) канала ведущей (ВЩ) станции с периодом повторения Т, равному периоду повторения сигналов выбранной оператором цепочки РНС. В схеме сравнения кодов ССК поразрядно сравниваются коды чисел содержащихся в резервном счетчике РСЧ и ОДЧ. В исходном состоянии в реверсивном счетчике хранится двоичный код некоторого числа. Двоичный код чисел в ОДЧ непрерывно меняется под воздействием импульсов ОГ. В момент, когда коды чисел РСЧ и ОДЧ совпадают, схема сравнения кодов ССК генерирует опорный импульс 8 канала ведомой (ВМ) станции. Временной интервал между опорными импульсами 2 и 3 пропорционален двоичному коду числа, хранящегося в РСЧ. Это число оператор может изменять при помощи схемы управления перемещением каналов УПК, связанной с переключателями "А-Б" (ВЩ--ВМ) и кнопками "Влево" - "Вправо". При установке переключателя "А-Б" в положение "Б" и нажатии кнопки "Влево" оператором производится вычитание содержимого в РСЧ некоторого числа импульсов, а при нажатии кнопки "Вправо" - суммирование.

В результате этого изменяется в меньшую или большую сторону временной сдвиг импульса 3 относительно импульса 2.

При установке переключателя "А-Б" в положение "А" с помощью кнопок "Вправо" - "Влево" оператор воздействует на ОДЧ, суммируя с импульсами опорного генератора ОГ или вычитая из них некоторого числа дополнительных импульсов. ОДЧ устанавливается в нулевое состояние, а затем наберет числовой код, равный числовому коду, храняющемуся в РСЧ. В результате изменяется одновременно положением импульсов 2 и 3 относительно сигналов ВЩ и ВМ принятых станций РHС. Число, записанное в РСЧ в двоичном коде и представляющее собой величину временного сдвига импульса 3 относительно импульса 2, преобразуется в дешифраторе ДШ в сигналы управления цифровым табло (ЦТ). Таким образом, на ЦТ индицируется временной интервал между импульсами 3 и 2 в микросекундах.

Сформированные ОДЧ и схемой сравнения кодов ССК опорные импульсы 2 и 3 поступают на формирователь последовательностей импульсов ФПИ, связанной с переключателями "Развертка", "Каналы", "Код 1 - Код 2".

На выходе формирователя ФПЧ формируются необходимые для работы устройства последовательности: широкие селекторные импульсы (ШСИ) 4 для работы модулятора 13, входящего в цепь регулировки усиления; строб-импульсы 5, используемые для работы временного дискриминатора 16 в канале огибающей радиоимпульсов; тактовых импульсов 6, представляющих собой пакеты строб-импульсов 28 и 29 (см. фиг.5, эпюры б и в), поступающих на синхронные накопители 2 и 3, начало пакетов 6 используются также для синхронизации развертки индикаторного устройства 9. Для обеспечения слежения за фазой рабочих сигналов ВЩ и ВМ станций на вход временного дискриминатора ВД (см. фиг. 11) поступают радиоимпульсы от аттенюатора 11. Временной дискриминатор ВД определяет временное рассогласование следящих импульсов 5 и сигналов РНС. Интеграторы ошибки U_А и U_Б суммируют их с учетом знака рассогласований. Если абсолютное число рассогласований превысит пороговое, то с выхода интегратора ошибки в РСЧ (ОДЧ) поступит импульс, под действием которого импульсы 2 и 3, а затем и следящие строб-импульсы 5 обеспечивают привязку к фазе высокочастотного заполнения принимаемых сигналов А (ВЩ) и Б (ВМ) РНС. Система слежения может быть отключена переключателями S_А1 и S_А2 в каналах А и Б. При приеме сигналов РНС слежение устанавливается по одному из периодов высокочастотного заполнения радиоимпульсов. Но так как период в.ч. радиоимпульсов равен 10 мкс (для несущей частоты 100 кГц), что вероятна многозначительность отсчета навигационного параметра (временного интервала) с периодом 10 мкс. Устранение многозначности производится оператором путем подключения выхода блока 18 разработки команд посредством переключателей S_А1 и S_А2 на время отработки, делителей РСЧ и ОДЧ, т.е. получения устойчивости состояния положения строб-импульса 6 относительно нуля перехода в характерной точке t_о огибающей сформированного сигнала 48 (см. фиг.7 описания работы устройства). После этого оператор переключателями S_А1 и S_А2 переводит синхронизатор в режим, соответствующий слежению по фазе за в.ч. радиоимпульсов. После отработки системы слежения по фазе на ЦТ индицируется точный временной интервал между ВЩ и ВМ сигналов РНС. Блок 12 - N-пороговый элемент реализован на базе аналого-цифрового преобразователя и приведен на фиг.13. Его известная блок-схема подключена своим выходом к аттенюатору 11, выполненному на операционном усилителе в неинвертирующем включении. Регулировка входного напряжения аттенюатора 11 обеспечивается путем изменения величины сопротивления резистора R₂ параллельным подключением одного из набора редукторов (R₁ - R_N) в соответствии с кодом. Подключение матриц (R₁ - R_N) обеспечивается мультиплексором, выполненным на базе МОП-ключей с дешифратором (например серии 590 или 564). Конкретно могут быть использованы микросхемы: К590КН2, К590КН1, 590КН6, К564КН1, К564КН2.

Блок 14 - формирователь характерной точки. Принципиальная и функциональная схемы приведены на фиг.14 и могут быть реализованы на дифференцирующей (часть резистора R₃ и С) цепочке, усилителе VT и сумматоре, выполненном на резисторе R₃. Блок 16 - временной дискриминатор может быть реализован по известной эквивалентной схеме (фиг.15).

Блок 18 выработки команд представляет собой решающее утсройство, обеспечивающее сравнение результатов накопления и по результатам анализа сравнения формирует команду для перемещения строб-импульсов путем сбоя делителя опорной частоты в синхронизаторе 8.

Примеры реализации известны.

Блоки 26 и 27 - введенные усилитель на операционном усилителе и второй формирователь характерной точки (см. фиг.16), выход которого используется в цепи положительной обратной связи усилителя 26. Блок 20 - аттенюатор представляет собой набор N-переменных резисторов, один из выводов кажого из которых подключены к опорному стабилизированному источнику 19 напряжения, другие - к корпусу устройства, а средний вывод к соответствующим входам N-канального коммутатора (см. фиг.17).

Блок 21 - многоканальный коммутатор реализуется на МОП-ключах типа К590КН1, К590КН2, К590КН6 и т.п.

Положительный эффект предлагаемого устройства по сравнению с устройством-прототипом, при использовании в дальней зоне радионавигационной системы, где задержка τ_з отраженного сигнала становится минимальной τ_з = (23-25) мкс, а амплитуда превышает поверхностный сигнал в γ = (5-10 и более раз) имеет ошибку (3-4) мкс при γ = 5 и уровне формирования (0,2-0,3) U_m, где U_m - амплитуда огибающей радиосигнала. Формирователь характерной точки на уровне более низком (0,1-0,15) U_m приводит к уменьшению уровня полезного сигнала в точке формирования, амплитудное значение которого становится соизмеримой с шумом формирователя 14 характерной точки, а это приводит к неустойчивой работе устройства измерения временного интервала.

В предлагаемом устройстве введение усилителя с обратной связью и второго формирователя характерной точки, выходной сигнал которого используется в качестве сигнала положительной обратной связи, позволяет получить суммарный сигнал на выходе усилителя в большей крутизной фронта огибающей. В результате на выходе первого формирователя характерной точки происходит увеличение амплитуды S_m сформированного сигнала с характерной точкой t_о и тем самым позволяет уменьшить уровень формирования до (0,1-0,15) U_m, т.е. уменьшить влияние шумов формирователя характерной точки в районе точки t_о и повысить точность измерения примерно в (1,5-2) раза.

Таким образом, введение последовательно включенного усилителя с обратной связью и второго формирователя позволяют улучшить точность измерения на более низких уровнях формирователя (0,1-0,15) U_m с большей вероятностью правильного определения местоположения подвижного объекта и в зависимости от его назначения получить тот или иной технико-экономический эффект, либо за счет сокращения пути, либо сокращения расхода энергоресурсов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ В УСЛОВИЯХ ПОМЕХ, содержащее синхронизатор, первый синхронный накопитель , первый коммутатор и электронно-лучевую трубку, вход синхронизатора и первый вход первого синхронного накопителя соединен с источником входного сигнала через управляемый аттенюатор, первый выход синхронизатора соединен с вторым входом первого синхронного накопителя и с электронно-лучевой трубкой, которая соединена с выходом первого коммутатора, второй синхронный накопитель, фильтр поиска, фильтр нижних частот, выход управляемого аттенюатора через фильтр поиска соединен с первым входом первого коммутатора, пороговый блок, первый формирователь характерной точки огибающей, выход порогового блока соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора, последовательно соединенные усилитель-ограничитель, временной дискриминатор, накопитель и блок выработки команд, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора, второй выход которого соединен с управляющим входом временного дискриминатора, выход усилителя-ограничителя соединен с вторым входом первого коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях воздействия отраженных от ионосферы сигналов и помех, в него введены инвертор, линия задержки, модулятор, последовательно соединенные источник опорного напряжения, аттенюатор, N-канальный коммутатор и сумматор, управляющие входы N-канального коммутатора соединены с вторыми выходами соответственно первого и второго синхронных накопителей, выход управляемого аттенюатора через инвертор соединен с первым входом второго синхронного накопителя, первый выход синхронизатора через линию задержки соединен с вторым входом второго синхронного накопителя, выходы синхронных накопителей через сумматор соединены с входом фильтра нижних частот, третий выход синхронизатора соединен с первым входом модулятора, второй вход и выход которого соединен соответственно с первым выходом первого синхронного накопителя и входом порогового блока, формирователь запирающего импульса, одиночный контур, второй коммутатор, выход первого формирователя характерной точки огибающей через последовательно соединенный одиночный контур и второй коммутатор соединен с входом усилителя-ограничителя, второй вход второго коммутатора заземлен, а управляющий вход соединен с выходом формирователя запирающего импульса, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, последовательно соединенные усилитель и второй формирователь характерной точки огибающей, выход которого соединен с входом первого формирователя характерной точки огибающей, выход фильтра нижних частот соединен с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с вторым выходом второго формирователя характерной точки огибающей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17