Панорамный приемник

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения несущей частоты и векторного анализа сигналов в системе радиоконтроля. Технической результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата дополнительно введены линия задержки, фазовращатель на 90°, два перемножителя, два фильтра нижних частот и вторая электронно-лучевая трубка. Причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены линия задержки, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и вертикально отклоняющие пластины второй электронно-лучевой трубки. К выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на 90° и второй перемножитель. 4 ил.

 

Предлагаемый приемник относится к области радиотехники и может быть использован для измерения несущей частоты и векторного анализа сигналов в системах радиоконтроля.

Известны панорамные приемники (авт. св. СССР №1.272.266, 1.354.124, 1.531.018, 1.557.532, 1.661.661, 1.742.741, 1.832.215; патенты РФ №2.001.407, 2.010.244, 2.010.245, 2.025.737, 2.030.750; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968, с.386, рис.103 и др.).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является панорамный приемник (Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968, с.386, рис.103), которой и выбран в качестве прототипа.

Указанный приемник представляет собой супергетеродин, пересматриваемый автоматически или вручную в полосе разведуемых частот.

Следует отметить, что анализ параметров сигналов наряду с их обнаружением составляет одну из основных операций радиоконтроля. В процессе анализа оператор или компьютерная программа измеряет интересующие характеристики обнаруживаемого сигнала, точнее как несущая частота, уровень, форма и ширина спектра, параметры модуляции и т.д. Результаты этих измерений используют для проверки соответствия параметров контролируемых систем установленным нормам или служит исходными данными для процедур классификации и идентификации сигналов и радиосистем, в которых эти сигналы используются.

Произвольный сигнал можно представить в следующем виде:

U_c(t)=V(t)cosФ(t)=V(t)cos[ω_ct+ϕ(t)]=V(t)cos[ω_ct+ϕ_н(t)+ϕ_c],

0≤t≤T_c,

где

V(t) - огибающая (изменяющаяся во времени амплитуда) сигнала;

Ф(t) - результирующая фаза сигнала;

ω_ct - линейная составляющая;

ω_c - несущая круговая частота;

ϕ_н(t) - нелинейная составляющая;

ϕ(t)=ϕ_н(t)+ϕ_c - фаза сигнала;

ϕ_с, Т_c - начальная фаза и длительность сигнала.

Несущая частота ω_c не влияет на форму сигнала, а только смещает его спектр по оси частот. Форма сигнала зависит от функций U_c(t) и ϕ(t), поэтому целесообразно его представить в таком виде, который учитывал бы только эти функции. Это позволяет сделать комплексная огибающая сигнала, нашедшая широкое применение для описания его свойств.

Любой сигнал в комплексной форме может быть представлен следующим образом:

где - комплексная огибающая сигнала.

С учетом формул Эйлера комплексная огибающая записывается в виде

Исходя из понятия аналитического сигнала U_c(t) выразим как его вещественную часть:

Подставив в последнее выражение значение , получим:

U_c(t)=V(t)cosϕ(t)cosω_ct-V(t)sinϕ(t)sinω_ct.

Следовательно, для представления любого сигнала достаточно знать его несущую частоту и двухкомпонентный векторный процесс - комплексную огибающую.

Панорамный приемник-прототип обеспечивает измерение только несущей частоты принимаемого сигнала и не позволяет определить его комплексную огибающую.

Технической задачей изображения является расширение функциональных возможностей панорамного приемника путем определения комплексной огибающей принимаемого сигнала.

Поставленная задача решается тем, что панорамный приемник, содержащий последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, детектор, видеоусилитель и вертикально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с устройством формирования частотной развертки, при этом управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока перестройки, снабжен линией задержки, фазовращателем на 90°, двумя перемножителями, двумя фильтрами нижних частот и второй электронно-лучевой трубкой, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены линия задержки, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и вертикально отклоняющие пластины второй электронно-лучевой трубки, к входу усилителя промежуточной частоты последовательно подключен фазовращатель на 90°, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с горизонтально отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки.

Структурная схема панорамного приемника представлена на фиг.1. Вид возможных осциллограмм на экранах ЭЛТ изображен на фиг.2 и 3.

Панорамный приемник содержит последовательно включенные приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 3 высокой частоты, смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 6, усилитель 8 промежуточной частоты, детектор 9, видеоусилитель 10 и вертикально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 11, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 7 формирования частотной развертки. При этом управляющие входы входной цепи 2, усилителя 3 высокой частоты, гетеродина 6 и устройства 7 формирования частотной развертки соединены соответствующими выходами блока 5 перестройки. В качестве последнего могут быть использованы электрический мотор или генератор пилообразного напряжения. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены линия задержки 12, первый перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом усилителя 8 промежуточной частоты, первый фильтр 16 нижних частот и вертикально откланяющие пластины второй ЭЛТ 18. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель 13 на 90°, второй перемножитель 15, второй вход которого соединен с выходом линии задержки 12, и второй фильтр 17 нижних частот, выход которого соединен с горизонтально отклоняющими пластинами ЭЛТ 18.

Панорамный приемник работает следующим образом.

В процессе поиска сигналов контролируемых радиоэлектронных средств (РЭС) перестройка приемника осуществляется блоком 5 перестройки, который по линейному закону согласованно изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 3 высокой частоты и гетеродина. Одновременно блок 5 перестройки управляет устройством 7 формирования частотной развертки на экране ЭЛТ 11.

Применяемый сигнал, несущую частоту и вид модуляции которого необходимо определить

U_c(t)=V(t)cos[ω_ct+ϕ_н(t)+ϕ_c]=V(t)cos[ω_ct+ϕ₁(t)], 0≤t≤T_c

с выхода приемной антенны 1 через входную цепь 2 и усилитель 3 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 4, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 6 линейно-изменяющейся частоты:

U_Г(t)=V_Гcos[ω_Гt+πγt²+ϕ_Г], 0≤t≤Т_П,

где

V_Г, ω_Г, ϕ_Г, Т_П - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость перестройки частоты гетеродина в заданном диапазоне частот Δƒ.

На выходе смесителя 4 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 8 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

U_пр(t)=V_пр(t)cos[ω_прt+ϕ_н(t)-πγt²+ϕ_пр]=V_пр(t)cos[ω_прt+ϕ₂(t)],

0≤t≤Т_c

где

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр=ω_с-ω_Г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_с-ϕ_Г;

ϕ₂(t)=ϕ_н(t)-πγt²+ϕ_пр.

Это напряжение после детектирования в детекторе 9 и дополнительного усиления в видеоусилителе 10 подается на вертикально отклоняющие пластины первой ЭЛТ 11, в результате чего на экране образуется импульс (частотная метка), положение которого на частотной развертке определяет несущую частоту ω_c разведываемого устройства (фиг.2). При этом частотная развертка ЭЛТ 11 проградуирована в единицах частоты, что позволяет оператору визуально оценить несущую частоту принимаемого сигнала.

Напряжение U_пр(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты одновременно поступает на входы линии задержки 12 фазовращателя 13 на 90° и перемножителя 14. На выходах линии задержки 12 и фазовращателя 13 на 90° образуются следующие напряжения:

U_пр1(t)=V_пр(t-τ)cos[ω_пр(t-τ)+ϕ₂(t-τ)];

U_пр2(t)=V_пр(t)sin[ω_пр(t)+ϕ₂(t)],

где τ - время задержки линии задержки 12, которые поступают на входы перемножителей 14 и 15. При этом время задержки τ целесообразно выбирать таким образом, чтобы удовлетворялось неравенство

где Δf_c - полоса частоты, занимаемых принимаемым сигналом.

На выходах перемножителей 14 и 15 образуются следующие напряжения:

U_∑1(t)=V_пр1(t)cos[ω_bt+ϕ_н1(t)+ϕ_b(t)]+V_пр1(t)cos[2ω_прt-ω_прτ+ϕ₂(t)+ϕ₂(t-τ)];

U_∑2(t)=V_пр1(t)sin[ω_bt+ϕ_н1(t)+ϕ_b(t)]+V_пр1(t)sin[2ω_прt-ω_прτ+ϕ₂(t)+ϕ₂(t-τ)],

где

K₂ - коэффициент передачи перемножителей;

ω_b=2πγτ - частота биений;

ϕ_н1(t)=ϕ_н(t-τ)-ϕ_н(t);

ϕ_b=ω_прτ-πγτ².

Фильтрами 16 и 17 нижних частот из результирующих напряжений U_∑1(t) и U_∑2(t) выделяются низкочастотные напряжения биений:

U_н1(t)=V_пр1(t)cos[ω_bt+ϕ_н1(t)+ϕ_b];

U_н2(t)=V_пр1(t)sin[ω_bt+ϕ_н1(t)+ϕ_b];

0≤t≤т_c,

которые подаются на вертикально отклоняющие и горизонтально отклоняющие пластины второй ЭЛТ 18.

В указанных напряжениях содержится вся исчерпывающая информация как о значении огибающей V_пр1(t), так и о разности фаз

Δϕ(t)=ϕ₂(t-τ)-ϕ₂(t),

принятых колебаний в двух отстоящих на τ моментах времени. Этим напряжениям на плоскости соответствует точка с координатами U_н1(t) и U_н2(t) (фиг.4). При этом очевидно, что с изменением огибающей U_пр1(t) точка смещается по радиусу из начала координат, а изменение разности фаз Δϕ(t) приводит к повороту этой точки по окружности вокруг спектра координат. В связи с вышеуказанным, различным видам модуляции в плоскости [U_н1(t), U_н2(t)] будут соответствовать различные образы. На фиг.3 приведены осциллограммы для различных классов, которые образуются на экране ЭЛТ 18.

Таким образом, предлагаемый панорамный приемник по сравнению с прототипом обеспечивает не только измерение несущей частоты принимаемого сигнала, но и определение вида его модуляции. Это достигается путем определения и визуального анализа комплексной огибающей принимаемого сигнала. В предлагаемом приемнике визуальная оценка вида модуляции принимаемого сигнала не зависит от несущей частоты и скорости передачи сообщения по каналу связи.

Тем самым функциональные возможности приемника расширены.

Панорамный приемник, содержащий последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, детектор, видеоусилитель и вертикально-отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины, которые соединены с выходом устройства формирования частотной развертки, при этом управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока перестройки, отличающийся тем, что он снабжен линией задержки, фазовращателем на 90°, двумя перемножителями, двумя фильтрами нижних частот и второй электронно-лучевой трубкой, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены линия задержки, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и вертикально-отклоняющие пластины второй электронно-лучевой трубки, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на 90°, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с горизонтально-отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки.