Способ определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов

Предложенное изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для определения несущей частоты и вида модуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот. Технической задачей изобретения является устранение избыточной информации путем исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты и виде модуляции принимаемого непрерывного сигнала. Предложенный способ определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов основан на поиске сигналов в заданном диапазоне частот путем перестройки супергетеродинного приемника, формировании частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки, преобразовании по частоте принимаемого сигнала, усилении его по напряжению, детектировании и подаче на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, в результате чего на экране образуется импульс, по положению которого на частотной развертке определяют несущую частоту принимаемого сигнала, определении эффективного коэффициента амплитудной модуляции, эффективной девиации частоты, ширины спектра принимаемого сигнала, отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты, сравнении эффективного коэффициента амплитудной модуляции и отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты с определенными численными значениями и определении амплитудной или угловой модуляции принимаемого сигнала. При этом продетектированный видеосигнал интегрируют, сравнивают с пороговым напряжением и при его превышении измеряют частоту гетеродина в данный момент времени, сравнивают код измеренной в данный момент времени частоты гетеродина с кодами измеренных ранее частот гетеродина, если сравниваемые коды не равны, обеспечивают определение вида модуляции принимаемого сигнала, подачу видеосигнала на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки и запоминание кода измеренной в данный момент времени частоты гетеродина. 2 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области радиоэлектроники и может быть использован для определения несущей частоты и вида модуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот.

Известны способы определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов и устройства для их реализации (авторские свидетельства СССР №№524138, 620907, 868614, 1000930, 1012152, 1180804, 1187095, 1272266, 1290192, 1354124, патенты РФ №№2124216, 2230330, 2276375, патент США №4443801. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968, с.386-396, рис.10.3 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ определения частоты» (патент РФ №2230330, G01R 23/00. 2002), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный способ обеспечивает определение несущей частоты и вида модуляции принимаемого сигнала, которые являются важными характеристиками радиоизлучений, обеспечивающими решение ряда задач радиотехнической разведки радиоэлектронных средств (РЭС).

Однако для панорамного приемника, реализующего известный способ определения частоты, характерно наличие известной информации о несущей частоте и виде модуляции принимаемых сигналов. Это обусловлено тем, что любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания панорамного приемника в каждом цикле его перестройки. Поэтому избыточность получаемой информации о несущей частоте и виде модуляции принимаемого непрерывного сигнала определяется количеством циклов перестройки гетеродина.

Технической задачей изобретения является устранение избыточной информации путем исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты и виде модуляции принимаемого непрерывного сигнала.

Решение поставленной задачи достигается тем, что согласно способу определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов, основанному, в соответствии с ближайшим аналогом, на поиске сигнала в заданном диапазоне частот путем перестройки супергетеродинного приемника, формировании частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки, преобразовании по частоте принимаемого сигнала, усилении его по напряжению, детектировании и подаче на вертикально-отклоняющие пластины электроннолучевой трубки, в результате чего на экране образуется импульс, по положению которого на частотной развертке определяют несущую частоту принимаемого сигнала, определении эффективного коэффициента амплитудной модуляции, эффективной девиации частоты, ширины спектра принимаемого сигнала, отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты, сравнении эффективного коэффициента амплитудной модуляции и отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты с определенными численными значениями и определении амплитудной или угловой модуляции принимаемого сигнала по следующим критериям:

- для амплитудной модуляции

где m_эф - эффективный коэффициент амплитудной модуляции;

- отношение ширины спектра к эффективной девиации частоты;

- для угловой модуляции

осуществлении при угловой модуляции частотного и фазового детектирования принимаемого сигнала, определении отношения амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, сравнении полученного отношения с единицей, если это отношение больше единицы - делают вывод о частотной модуляции принимаемого сигнала, если меньше - о фазовой, отличается от ближайшего аналога тем, что продетектированный видеосигнал интегрируют, сравнивают с пороговым напряжением и при его превышении измеряют частоту гетеродина в данный момент времени, сравнивают код измеренной в данный момент времени частоты гетеродина с кодами измеренных ранее частот гетеродина, если сравниваемые коды не равны, обеспечивают определение вида модуляции принимаемого сигнала, подачу видеосигнала на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки и запоминание кода измеренной в данный момент времени частоты гетеродина.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Частотно-временные диаграммы, поясняющие принцип устранения избыточной информации о несущей частоте и виде модуляции принимаемого сигнала, изображены на фиг.2.

Устройство содержит последовательно включенные приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 4 высокой частоты, смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, усилитель 7 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 8, видеоусилитель 9, пятый ключ 41 и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 11, горизонтально-отклоняющие пластины, которые соединены с выходом устройства 10 формирования частотной развертки ЭЛТ 11. Управляющие входы входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты, гетеродина 5 и устройства 10 формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока 3 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор. К выходу усилителя 4 высокой частоты последовательно подключены первый ключ 12, второй амплитудный детектор 13, первый фильтр 14 верхних частот, первый квадратор 16, первый делитель 17 напряжения, второй вход которого через первый фильтр 15 нижних частот соединен с выходом второго амплитудного детектора 13, и первый блок 23 сравнения, два выхода которого являются первым и вторым выходами устройства. К выходу первого ключа 12 последовательно подключены частотный детектор 18, второй фильтр 19 нижних частот, второй квадратор 20 и второй делитель 22 напряжения, второй вход которого через анализатор 21 спектра соединен с выходом первого ключа 12, а выход подключен к второму входу первого блока 23 сравнения. К выходу первого ключа 12 последовательно подключены второй ключ 24, второй вход которого соединен с вторым выходом первого блока 23 сравнения, фазовый детектор 25, третий фильтр 26 нижних частот, третий амплитудный детектор 28 и второй блок 30 сравнения, второй вход которого через последовательно включенные второй фильтр 27 верхних частот и четвертый амплитудный детектор 29 соединен с выходом фазового детектора 25, а два выхода являются третьим и четвертым выходами устройства. К выходу частотного детектора 18 последовательно подключены третий фильтр 32 верхних частот, шестой амплитудный детектор 33 и третий блок 34 сравнения, второй вход которого через пятый амплитудный детектор 31 соединен с выходом второго фильтра 19 нижних частот, а два выхода являются пятым и шестым выходами устройства. К выходу видеоусилителя 9 последовательно подключены интегратор 35, пороговый блок 36, третий ключ 37, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, измеритель 38 частоты, четвертый блок 39 сравнения и четвертый ключ 40, второй вход которого соединен с выходом видеоусилителя 9, а выход подключен к второму входу первого ключа 12. Первый выход четвертого блока 39 сравнения соединен со вторым входом пятого ключа 41. К выходу измерителя 38 частоты последовательно подключены шестой ключ 42, второй вход которого соединен со вторым выходом четвертого блока 39 сравнения, и блок 43 памяти, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока 39 сравнения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Поиск сигналов в заданном диапазоне частот осуществляется с помощью блока 3 поиска, который по пилообразному закону согласованно изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты и гетеродина 5. Одновременно блок 3 поиска управляет устройством 10 формирования частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки 11.

Принимаемый сигнал после преобразования по частоте в смесителе 6 и усиления в усилителе 7 промежуточной частоты, детектирования в детекторе 8 и дополнительного усиления в видеоусилителе 9 подается через открытый ключ 41 на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 11, в результате чего на экране образуется импульс (частотная метка), положение которого на частотной развертке определяет несущую частоту принимаемого сигнала.

Модулированное колебание в самой общей форме может быть записано:

Здесь ω_с, ϕ(t) - несущая частота и начальная фаза колебания;

ϕ(t)=∫ω(t)dt+φ(t)+ϕ_c - фаза колебания;

U(t)=U_c[1+m·sin Ωt] - огибающая колебания;

где U_c - амплитуда несущей в отсутствие модуляции;

m - коэффициент амплитудной модуляции;

Ω - частота модулирующей функции.

Для сигнала с амплитудной модуляцией (AM) выражение (1) будет иметь вид:

Если АМ-сигнал поступает на вход амплитудного детектора 13 с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12, то на его выходе образуется напряжение:

Следовательно, на выходе амплитудного детектора 13 при воздействии на его вход АМ-сигнала выделяется модулирующая функция, в которой заложена полезная информация.

Если на вход амплитудного детектора 13 поступает сигнал с угловой модуляцией (УМ), то при этом U(t)=U_c=const и выражение (1) принимает вид:

т.е.

Из полученных выражений видно, что при отсутствии паразитной УМ при амплитудной модуляции колебания и паразитной AM при угловой модуляции колебания различить амплитудно-модулированный сигнал от сигнала с угловой модуляцией можно, пропуская его через амплитудный детектор 13.

В качестве информативных признаков распознавания сигналов с амплитудной и угловой модуляциями могут быть использованы следующие параметры:

- эффективный коэффициент амплитудной модуляции

где - среднеквадратическое значение переменного напряжения сигнала и шума на нагрузке амплитудного детектора 13;

М(t)=ΔU(t)·sin Ωt - модулирующая функция;

- эффективная девиация частоты

где T - длительность сигнала;

- ширина спектра Δω_c принимаемого сигнала.

Для АМ-сигнала указанные признаки равны:

Для УМ-сигнала:

Эффективный коэффициент амплитудной модуляции m_эф определяется с помощью амплитудного детектора 13, фильтра 14 верхних частот, первого фильтра 15 нижних частот, первого квадратора 16 и первого делителя 17 напряжений.

Эффективная девиация частоты Δω_дэф определяется с помощью частотного детектора 18, второго фильтра 19 нижних частот, второго квадратора 20 и второго делителя 22 напряжений.

Ширина амплитудного спектра Δω_c принимаемого сигнала определяется с помощью анализатора 21 спектра.

Отношение Δω_c/Δω_дэф определяется в делителе 22 напряжений. В первом блоке 23 сравнения измеренные величины m_эф и Δω_c/Δω_дэф сравниваются с определенными численными значениями m₀ и K₀. По результатам сравнения определяется вид модуляции (амплитудная или угловая) принимаемого сигнала.

Если принимаемый сигнал имеет угловую модуляцию, то постоянное напряжение со второго выхода блока 23 сравнения подается на управляющий вход ключа 24, открывая его. В исходном состоянии ключи 12 и 24 всегда закрыты. При этом принимаемый сигнал с угловой модуляцией с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытые ключи 12 и 24 поступает для дальнейшей обработки.

Следует отметить, что распознавание вида угловой (частотная или фазовая) модуляции является сложной технической задачей. Это связано с трудностью выделения информативных признаков, по которым можно отличить сигнал с частотной модуляцией (ЧМ) от сигнала с фазовой модуляцией (ФМ), так как частотная и фазовая модуляции в силу интегродифференциальной связи между частотой и фазой колебания имеют много общего друг с другом, что и оправдывает существование объединенного термина "угловая модуляция".

Заметим, что в силу указанной связи частотная модуляция всегда сопровождается изменением фазы модулируемого колебания, а при осуществлении фазовой модуляции всегда имеет место изменение частоты радиосигнала. Эти изменения неразрывно связаны друг с другом и все дело в том, какое из них является первичным, т.е. какое из них пропорционально модулирующей функции. При частотной модуляции, очевидно, первичным является изменение частоты, а при фазовой модуляции - изменение фазы высокочастотных колебаний.

Следует отметить, что распознавание ЧМ- и ФМ-сигналов при гармонической модулирующей функции вообще невозможно. Однако реальные колебания имеют модулирующую функцию значительно более сложную, чем гармоническая. Поэтому имеется определенная возможность для распознавания ЧМ- и ФМ-сигналов, используя в качестве признака распознавания деформацию модулирующей функции на выходе частотного 18 и фазового 25 детекторов.

Пусть разложение модулирующей функции в ряд Фурье на некотором временном интервале имеет следующий вид:

где U_i, Ω_i, ϕ_i - амплитуда, частота и начальная фаза i-ой спектральной составляющей.

Известно, что на выходе фазового детектора 25 будет выделяться фаза колебания:

а на выходе частотного детектора 18 получается дифференциал от фазы:

Рассмотрим случай, когда тип детектора соответствуют виду угловой модуляции принимаемого сигнала.

При ЧМ ω(t)=М(t), φ(t)=0 и на выходе частотного детектора 18 будем иметь:

При ФМ ω(t)=0, φ(t)=М(t) и на выходе фазового детектора 25 будем иметь:

Если тип детектора не соответствует виду угловой модуляции, то возможны следующие ситуации.

Пусть на вход фазового детектора 25 поступает ЧМ-сигнал. При этом ω(t)=М(t), φ(t)=0 и на выходе фазового детектора 25 будем иметь:

Анализируя формулу (11), видим, что спектр ЧМ-колебания после фазового детектора 25 претерпевает деформацию. С увеличением номера спектральной составляющей амплитуда ее будет уменьшаться, т.е. отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитуде спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, будет больше 1.

Теперь рассмотрим прохождение ФМ-колебания через частотный детектор 18.

При ФМ ω(t)=0, φ(t)=M(t) и на выходе частотного детектора 18 будем иметь:

Из формулы (12) видно, что спектр ФМ-колебания на выходе частотного детектора 18 также претерпевает деформацию. С увеличением номера спектральной составляющей амплитуда ее будет увеличиваться, т.е. отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, будет меньше 1.

Принимаемый УМ-сигнал с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытые ключи 12 и 24 поступает на входы частотного 18 и фазового 25 детекторов. Фильтры 19 и 26 нижних частот выделяют спектральные составляющие, расположенные в начале частотной оси. Фильтры 27 и 32 верхних частот выделяют спектральные составляющие, расположенные на некотором расстоянии от начала оси. Амплитудные детекторы 28, 29, 31 и 33 выделяют огибающие соответствующих спектральных составляющих. Блоки 30 и 34 сравнения определяют отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала частотной оси, на выходах фазового 25 и частотного 18 детекторов. В зависимости от указанного отношения принимается решение о виде угловой (частотная или фазовая) модуляции принимаемого сигнала.

Если на выходе фазового детектора 25 указанное отношение больше единицы, а на выходе частотного детектора 18 указанное отношение приблизительно равно единице, то принимаемый сигнал имеет частотную модуляцию.

Если на выходе частотного детектора 18 отношение амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих взятых на некотором расстоянии от начала частотной оси, будет меньше единицы, а на выходе фазового детектора 25 указанное отношение приблизительно равно единице, то принимаемый сигнал имеет фазовую модуляцию.

Для панорамного приемника, входящего в состав устройства, реализующего предлагаемый способ, характерно наличие избыточной информации о несущей частоте и виде модуляции принимаемых сигналов. Это обусловлено тем, что любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания Δf_П панорамного приемника в каждом цикле его перестройки (фиг.2). Поэтому избыточность полученной информации определяется количеством циклов перестройки гетеродина 5.

Для устранения этого недостатка может быть использован панорамный приемник с устройством исключения повторного определения и регистрации несущей частоты и вида модуляции принимаемых сигналов.

Ключи 40, 41 и 42 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый сигнал, например, на несущей частоте f₁ (фиг.2) после преобразования по частоте, детектирования и усиления интегрируется (накапливается) в интеграторе 35 и сравнивается с пороговым напряжением U_пор в пороговом блоке 36. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 36 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 37, открывая его. При этом частота f_Г1 гетеродина 5 в данный момент времени t₁ через открытый ключ 37 измеряется измерителем 38 частоты в цифровом коде и поступает на первый вход блока 39 сравнения, на второй вход которого подаются коды измеренных ранее частот гетеродина 5 из блока 43 памяти. В исходном состоянии в памяти блока 43 памяти информация отсутствует.

Если сравниваемые коды не равны, то блок 39 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 40, 41 и 42, открывая их.

При этом код измеренной частоты f_Г1 гетеродина в первом цикле его перестройки через открытый ключ 42 поступает в блок 43 памяти, где записывается в его памяти. Видеосигнал (фиг.2, б) с выхода видеоусилителя 9 в момент времени t₁ через открытый ключ 41 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 11, в результате чего на ее экране образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту принимаемого сигнала. Этот же видеосигнал через открытый ключ 40 поступает на управляющий вход ключа 12, открывая его. При этом принимаемый сигнал с выхода усилителя 4 высокой частоты через открытый ключ 12 поступает на входы второго амплитудного детектора 13, частотного детектора 18, анализатора 21 спектра и второго ключа 24 для дальнейшей обработки с целью определения вида его модуляции.

При втором и последующих циклах перестройки гетеродина 5 непрерывный сигнал на частоте f₁ опять будет попадать в полосу пропускания Δf_П панорамного приемника (усилителя 7 промежуточной частоты). Сравниваемые коды в этом случае будут равны и на выходах блока 39 сравнения напряжения отсутствуют, ключи 40, 41 и 42 остаются в закрытом состоянии.

Следовательно, только в первом цикле перестройки гетеродина 5 осуществляется визуальная оценка несущей частоты f₁ принимаемого сигнала, определение вида его модуляции и запись кода частоты f_Г1 гетеродина в данный момент времени в блок 43 памяти.

Если, например, во втором цикле перестройки гетеродина в полосу пропускания Δf_П панорамного приемника попадает другой непрерывный сигнал на частоте f₂, то устройство работает аналогичным образом. При этом код частоты f_Г2 гетеродина 5, измеренный в момент времени t₂, сравнивается с кодом частоты f_Г1 гетеродина 5, измеренной в момент времени t₁.

Так как указанные коды не равны друг другу, то блок 39 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 40, 41 и 42, открывая их. При этом значение несущей частоты f₂ принимаемого сигнала визуально оценивается на экране ЭЛТ 11, вид его модуляции определяется другими блоками устройства, а код частоты f_Г2 гетеродина 5, измеренный в момент времени t₂, записывается в блок 43 памяти.

Таким образом, предлагаемый способ определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает устранение избыточной информации. Это достигается путем исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты и вида модуляции принимаемого сигнала.

Способ определения частоты и вида модуляции принимаемых сигналов, основанный на поиске сигналов в заданном диапазоне частот путем перестройки супергетеродинного приемника, формировании частотной развертки на экране электронно-лучевой трубки, преобразовании по частоте принимаемого сигнала, усилении его по напряжению, детектировании и подаче на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, в результате чего на экране образуется импульс, по положению которого на частотной развертке определяют несущую частоту принимаемого сигнала, определении эффективного коэффициента амплитудной модуляции, эффективной девиации частоты, ширины спектра принимаемого сигнала, отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты, сравнении эффективного коэффициента амплитудной модуляции и отношения ширины спектра к эффективной девиации частоты с определенными численными значениями и определении амплитудной или угловой модуляции принимаемого сигнала по следующим критериям:

для амплитудной модуляции

где m_эф - эффективный коэффициент амплитудной модуляции;

- отношение ширины спектра к эффективной девиации частоты;

для угловой модуляции

осуществлении при угловой модуляции частотного и фазового детектирования принимаемого сигнала, определении отношения амплитуд спектральных составляющих, взятых в начале частотной оси, к амплитудам спектральных составляющих, взятых на некотором расстоянии от начала оси, сравнении полученного отношения с единицей, если это отношение больше единицы, делают вывод о частотной модуляции принимаемого сигнала, если меньше - о фазовой, отличающийся тем, что продетектированный видеосигнал интегрируют, сравнивают с пороговым напряжением и при его превышении измеряют частоту гетеродина в данный момент времени, сравнивают код измеренной в данный момент времени частоты гетеродина с кодами измеренных ранее частот гетеродина, если сравниваемые коды не равны, обеспечивают определение вида модуляции принимаемого сигнала, подачу видеосигнала на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки и запоминание кода измеренной в данный момент времени частоты гетеродина.