Устройство измерения частоты и временной задержки радиосигнала
Использование: в комплексных радиолокационных измерителях скорости и высоты полета различных летательных аппаратов. Сущность изобретения: устройство содержит генератор тактовых импульсов, два счетчика, преобразователь напряжение-код, девять регистров, дешифратор, семь сумматоров, семь умножителей, три преобразователя фазы, что позволяет повысить помехоустойчивость и точность измерения параметров сигнала. 3 ил.
Изобретение касается радиотехнических измерений и может найти применение в комплексных радиолокационных измерителях скорости и высоты полета различных летательных аппаратов.
Известно устройство измерения частоты и временной задержки радиосигнала. Низкочастотная часть известного устройства содержит каналы измерения доплеровской частоты и временной задержки непрерывного радиосигнала с частотной модуляцией, отраженного от зондируемой поверхности. Измерение доплеровского смещения частоты производится с помощью квадратурного смесителя, схемы преобразования и узкополосного фильтра на частоте, кратной частоте модуляции радиосигнала. Канал измерения временной задержки содержит полосовой усилитель, фильтр подавления, квадратор-фильтр и фазометр. Измерение временной задержки (фазы) радиосигнала производится на частоте, в два раза превышающей частоту, кратную частоте модуляции. Известное устройство имеет низкую помехоустойчивость и точность измерения при малом отношении сигнал/шум, обусловленные тем, что энергия принятого устройством отраженного от зондируемой поверхности сигнала используется при обработке неполностью. Поэтому устройство неэффективно использует энергию принятого сигнала. Кроме того, устройство сложно в настройке и имеет невысокую инструментальную точность измерения параметров сигнала, так как реализовано на аналоговых элементах. Известное устройство не позволяет измерять параметры и с достаточной точностью. Это связано с тем, что ошибка оценивания по параметру после преобразования приводится к виду: k= sin((-)tk) sin (-) Отсюда видно, что оценивание зависит от точности оценивания параметра Переход функции sin(-) tк через 0 вызывает увеличение ошибок фильтрации . Кроме того, использование одноканальной обработки входного сигнала при оценивании снижает отношение сигнал/шум, понижает помехоустойчивость устройства, увеличивает ошибки оценивания. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности измерения параметров сигнала. На фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя; на фиг. 2 временные диаграммы выходных сигналов дешифратора; на фиг. 3 временные диаграммы выходных сигналов первого преобразователя фазы. Устройство содержит (см. фиг. 1) генератор тактовых импульсов 1, первый 2 и второй 3 счетчики импульсов, преобразователь напряжение-код 4, первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12, девятый 13, регистры, дешифратор 14, первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18, пятый 19, шестой 20, седьмой 21 сумматоры, первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый 26, шестой 27, седьмой 28 умножители, первый 29, второй 30, третий 31 преобразователи фазы. Все элементы устройства представляют собой стандартные цифровые элементы радиоэлектроники. Генератор тактовых импульсов 1 стандартный кварцевый генератор, формирующий стабильную последовательность импульсов. Первый и второй счетчики 2 и 3 стандартные цифровые многоразрядные двоичные счетчики импульсов. Преобразователь напряжение-код 4 стандартный аналого-цифровой преобразователь. Регистры 5 13 стандартные цифровые регистры записи и хранения параллельных двоичных кодов. Дешифратор 14 стандартный цифровой преобразователь позиционного кода в унитарный. Сумматоры 15 21 стандартные элементы суммирования двух чисел в параллельном двоичном коде. Умножители 22 28 стандартные цифровые однотактные элементы умножения двух чисел в параллельном коде. Преобразователи фазы 29 31 стандартные цифровые постоянные запоминающие устройства, работающие в режиме чтения информации. Устройство измерения работает следующим образом. На вход устройства первый вход преобразователя напряжение-код 4 поступает переменное напряжение y(t) S(t) + (t), где S(t) полезный радиосигнал параметры которого, частота и временная задержка подлежат измерению; (t) помеха; t текущее время наблюдения сигнала. Полезный сигнал S(t) имеет следующую структуру: S(t) Ao{cos[ (t-)+ t+ (t)] cos[ (t-)- t- (t)] где частота модуляции; задержка сигнала, подлежащая измерению; неизвестное постоянное смещение частоты, подлежащее измерению; (t) случайная фаза сигнала; Ао амплитуда сигнала. Подобный вид имеет отраженный сигнал основной гармоники на выходе УПЧ радиоприемного устройства. Сигнал S(t) после тригонометрических преобразований преобразуется к виду S(t) 2Ao cos( t+ (t) ( (t-))Acos( t+ (t)) cos ( (t-)), (1) где А амплитуда сигнала (1). Преобразователь напряжение-код 4 преобразует случайное напряжение (1) в дискретные моменты времени tк КТ, К 0, 1, 2, (Т период дискретизации) в цифровой код yk Моменты преобразования tkопределяются импульсами, подаваемыми в преобразователь напряжение-код 4 с четвертого выхода дешифратора 14. Цифровая последовательность отсчетов сигнала yk используется для выделения информации о величинах частоты и временной задержки . Измерение частоты и временной задержки в предлагаемом измерителе производится на основе реализации алгоритма, определяемого следующим образом. Для оценки используются следующие выражения:
= + Kk, где K постоянный коэффициент;
k= yk(sin(-)tk+ sin (+)tk) ошибка измерения. Величина после тригонометрических преобразований сводится к виду
sin(-)tk
Для оценки применяются следующие соотношения:
= + kk где значение формируется так: отсчеты входного сигнала ykстробируются в два момента времени, соответствующих переходу функции cos (tk-) через 0 и через максимум. При этом значения соответственно равны:
yk= cos t sin (- ) (1)
yk= cost cos (- ) cos t, (2) так как k. Значение преобразуется к виду:
c так как сигнал двойной частоты cos2 t отфильтровывается устройством. Работа блоков и элементов измерителя тактируется выходными сигналами дешифратора 14 и первого преобразователя фазы 29. Генератор тактовых импульсов 1 вырабатывает равномерную последовательность импульсов со стабильным периодом повторения. Эти импульсы поступают на счетный вход первого счетчика 2. Разрядные выходы счетчика 2 связаны со входами дешифратора 14, который вырабатывает управляющие тактирующие сигналы: a, b, c, d, e (см. фиг. 2) по соответствующим выходам 1, 2, 3, 4, 5. Тактирующие сигналы по фазе относительно друг друга сдвинуты и используются для синхронизации работы устройства при оценивании параметра . Тактирование блоков, измеряющих параметр , производится сигналами с выхода первого преобразователя фазы 29 (см. фиг. 3). Это ПЗУ, на адресные входы которого подаются отсчеты (tk- ). Измерение производится блоками 5-8, 12, 13, 15 17, 22 24, 29. Цифровые отсчеты входного сигнала с выхода ПНК 4 поступают на информационные входы восьмого регистра 12 и третьего умножителя 24. Запись отсчета сигнала в регистр 12 производится по импульсу fc первого преобразователя фазы 29 (переход функции cos (tk- ) через 0). Запись отсчета yk при переходе cos (tk- ) через максимум происходит по сигналу g в умножитель 24. При этом производится умножение этого отсчета на содержимое регистра 12. Результат умножения умножается в первом умножителе 22 на коэффициент из регистра 5 по импульсу h. В первом сумматоре 15 и втором регистре 6 выполняется рекуррентный алгоритм = + kk. При этом на выходе регистра 6 имеет место оценка параметра . Последовательность импульсов для тактирования вычисления оценки записана в первом преобразователе фазы 29. Это ПЗУ, на адресные входы которого поступают значения фазы (tk- ), которые вычисляются в третьем сумматоре 17. Слагаемое - вычисляется во втором умножителе 23 умножением оценки на значение , код которого хранится в девятом регистре 13. Значение tkвычисляется вторым сумматором 16 по рекуррентному алгоритму tk tk-1+ T. Шаг отсчета Т хранится в третьем регистре 7. В сумматоре 16 этот код складывается с кодом предыдущего значения tk-1 из регистра 8 и новое значение фазы tk записывается в этот же регистр. Оценивание параметра производится блоками 3, 7 11, 16, 18 21, 25 28, 30, 31 устройства. Применяется двухканальная обработка входного сигнала. Вычисление фазы tk производится блоками 3, 10, 28. Здесь используется прямое вычисление фазы
= tk= kT (2) а не рекуррентный алгоритм, как в сравниваемом измерителе. Это связано с тем, что применение рекуррентного метода вычисления фазы в случае const const приводит к неустойчивости системы ФАПЧ (устройство измерения является ФАПЧ). Однако при применении формулы (2) в случае большого значения К небольшие изменения вызывают значительные приращения фазы к, что приводит к большим ошибкам слежения за параметром Одним из методов преодоления этого недостатка является принудительное сбрасывание текущего времени tk, но не до 0, а до некоторого значения to. Это значение хранится в шестом регистре 10. Второй счетчик 3 производит наращивание шага (текущего времени) от значения to до конечного значения tкон. При достижении tк tкон производится запись в счетчик значения to. Для этого сигнал переноса счетчика соединен с входом записи в счетчик. Тактирование (счетный режим) производится с дешифратора 14. Код с выхода счетчика поступает на вход седьмого умножителя 28, на другой вход которого поступает код оценки . По импульсу b на выходе умножителя 28 появляется код выражения tк. Этот код в четвертом сумматоре 18 складывается с кодом tк с выхода второго сумматора 16, а в седьмом сумматоре 21 вычисляется разность tк tк. Результаты суммирования/вычитания поступают на адресные входы второго 30 и третьего 31 преобразователей фазы, на выходе которых появляется код значений sin (+)tk и sin (-)tk. Эти значения умножаются на цифровые значения yк в четвертом 25 и пятом 26 умножителях. Результаты умножения складываются в пятом сумматоре 19, на выходе которого получается код величины . Умножение значения на коэффициент усиления K, хранящийся в пятом регистре 9, производится умножителем 27. Рекуррентный алгоритм вычисления оценки = + kk производится шестым сумматором 20. Оценка записывается в седьмой регистр 11. Таким образом, на выходах устройства присутствует код оценки параметров и , причем оценивание производится с большей точностью, чем в известном устройстве за счет раздельного вычисления параметров и , двухканальной обработки сигнала при фильтрации , прямого вычисления фазы
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Цифровой адаптивный обнаружитель // 2048681
Изобретение относится к локационным устройствам и может использоваться в системах обнаружения квазидетерминированных сигналов
Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при расчете высоты полета летательных аппаратов в системах радиолокации
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при визуальном наблюдении или наблюдении с помощью приборов объектов, расположенных за прозрачной для электромагнитного излучения, но рассеивающей средой
Обнаружитель моноимпульсного радиосигнала // 2046370
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства для обнаружения эхо-сигнала лазерного доплеровского локатора с обзором по угловым координатам и непрерывным режимом излучения
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для селекции движущихся целей в доплеровских радиолокационных станциях (РЛС)
Способ измерения расстояний // 2045762
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в ближайшей радиолокации
Система обнаружения и опознавания // 2100823
Изобретение относится к средствам управления, а точнее к системам поиска, обнаружения, опознавания и слежения
Изобретение относится к самолетному радиоэлектронному оборудованию и предназначено для использования в самолетных грозопеленгаторах-дальномерах (СГПД) и метеорологических РЛС (СМРЛС), обеспечивающих индикацию центров грозовых очагов (гроз)
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к георадарам, и может быть использовано при зондировании земляного полотна и для обследования подземных сооружений, тоннелей
Способ измерения эффективной площади рассеяния и устройство для его осуществления (варианты) // 2101717
Изобретение относится к технике измерений эффективной площади рассеяния и может быть использовано для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) маркера телеметрической системы идентификации объектов
Способ измерения дальности до объекта // 2101726
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при применении картографических радиолокаторов с синтезированной апертурной антенны (РСА)
Метеорологическая радиолокационная станция // 2101728
Изобретение относится к радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения состояния и динамических параметров атмосферы
Изобретение относится к радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения состояния атмосферы
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к агрохимическому картографированию пахотных земель
Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в системах управляемого оружия противовоздушной обороны