Устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях

 

Союз Советских

Соцналистичесюа

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено01, 11.77 (21) 2537689 18 09 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 05, 04. 79.Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 08.04.79

1/24

Государстаеииый комитет

СССР

Ilo делам изооретвиий и открытий

21. 396

527.. 8 (088. 8) (72) Авторы изобретения

С. М. Федотов, Б. С. Балтушевич и Л. Л. Новак (71) ЗаявитРль (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ МНОГОЗНАЧНОСТИ

ПРИ ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Изобретение относится к радионавигации.

Известно устройство устранения многозначности фазовых измерений, содержащее квантизатор принятого сигнала, накопитель и блок оценки, выход которого подключен к блоку формирования стробов, выход последнего подключен к опорному входу квантизатора, а второй вход — к источнику опорных импульсов 11).

В этом устройстве точность совмещения 1О опорных строб-импульсов с принятыми сигналами возрастает с увеличением крутизны огибающей принимаемых радиосигналов. Однако повышение крутизны огибающей принятого сигнала эквивалентно при приеме расширению полосы пропускания, что при наличии флюктуационных помех на входе приводит к снижению надежности устранения многозначности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство 2О для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатов накопления и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя (2).

Однако известное устройство имеет низкую точность опознавания заданного участка радиоимпульса.

Цель изобретения — повь|шение точности опознавания заданного участка радиоимпульса.

Для того в устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатов накопления и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя, введены последовательно соединенные экстраполятор огибающей радиоимпульса и блок вычитания, выход которого соединен с входом бинарного квантователя, причем первый и второй входы экстраполятора огибающей радиоимпульса соединены соответственно с выходами накопителя и формирователя импульсов, а экстраполятор огибающей радиоимпульса состоит из последовательно соединенных преобразователя код-напряжение, 656002 матрицы напряжений и формирователя дискретных значений огибающей радиоимпульса, управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом экстраполятора огибающей радиоимпульса.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2-временные диаграммы, поясняюшие его работу.

Устройство содержит бинарный квантователь 1, накопитель 2, блок 3 оценки результатов накопления, формирователь 4 импульсов, блок 5 вычитания и экстраполятор 6 огибающей радиоимпульса, включающего преобразователь 7 код-напряжение, матрицу 8 напряжений и формирователь 9 дискретных 15 значений огибающей радиоимпульса.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный сигнал, фрагмент которого показан на фиг. 2 а, поступает через блок 5 вычитания на один из входов бинарного квантователя !. Бинарный квантователь 1 можно представить как устройство, состоящее из последовательно соединенных усилителя с предельным ограничением и схемы совпадения, на второй вход которой поступают стро- 25 бы с формирователя 4. На второй вход блока 5 вычитания с формирователя 9 дискретных значений огибающей радиоимпульса поступает строб измерения амплитуды сигнала (фиг. 2 б).

В общем случае этот строб может быть установлен на любой полуволне (определенной полярности) фронта радиоимпульса. Его положение определяется положением строба слежения за фазой (фиг. 2 в), относительно которого строб измерения амплитуды сдви- з5 нут на 90 .

Блок 5 вычитания формирует разностный сигнал, который, вследствие неравенства амплитуд принятого сигнала (фиг. 2 а) и строба измерения амплитуды (фиг. 2 б), может

4О иметь вид, показанный на фиг. 2 г. Разностный сигнал с выхода блока 5 вычитания поступает на вход усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1, где преобразуется в бинарный сигнал (фиг. 2 д) и поступает на схему совпадения бинарного квантователя 1, на второй вход которой приходит отсчетный строб (фиг. 2 в) с формиров а тел я 9.

Бинарный квантователь 1 в этом случае регистрирует положительные отсчеты (в случае, показанном на фиг. 2 д), вследствие превышения строба измерения амплитуды (фиг. 2 б) над амплитудой радиоимпульса в данной точке. Сигнал рассогласования между ними в виде отсчетов поступает в накопитель 2 и изменяет его состояние, соответственно через экстраполятор 6, состоящий из последовательно соединенных преобразователя 7 код-напряжение, матрицы 8 напряжений и формирователя 9, представляющего собой линейный ключ, и через блок 5 вычитания изменяет величину строба измерения амплитуды в сторону уменьшения ошибки рассогласования между ним и амплитудой радиоимпульса в данной точке.

Накопитель 2 будет накапливать положительные значения отсчетов в данном конкретном случае. Если амплитуда радиоимпульса в данной точке будет превосходить амплитуду строба измерения амплитуды, то накопитель 2 будет регистрировать положительные значения отсчетов до тех пор, пока амплитуда радиоимпульса (фиг. 2 а) не сравняется с амплитудой строба измерения амплитуды (фиг. 2 б), а разностный сигнал на выходе блока 5 вычитания не примет вид, показанный на фиг. 2 ж.

На выходе усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 этот сигнал будет иметь вид, показанный на фиг. 2 з, т.е. в точке стробирования фиг. 2 е будут иметь место внутренние шумы усилителя с предельным ограничением с нулевым математическим ожиданием. Блок 3 оценки результатов накопления регистрирует факт равенства нулю математического ожидания и вырабатывает сигнал окончания режима измерения амплитуды радиоимпульса в заданной точке и начала режима устранения многозначности.

Этот сигнал поступает на формирователь

4, который начинает выдавать на формирователь 9 экстраполятора и на бинарный квантователь 1 серию импульсов (фиг. 2 и), которые также привязаны к стробу слежения за фазой (фиг. 2 в), причем в формирователе 9 они предварительно расширяются. Результат накопления в накопителе 2, т.е. измеренное значение амплитуды радиоимпульса в данной точке, через преобразователь 7 код-напряжение и матрицу 8 напряжений трансформируется в набор напряжений, соответствующий огибающей принятого радиоимпульса относительно заранее заданной точки и поступает на второй (управляемый) вход формирователя 9 дискретных значений огибающей радиоимпульса.

На выходе последнего формируется последовательность измерительных стробов устранения многозначности (У М) (фиг. 2 к), огибающая которых соответствует огибающей принятого радиоимпульса относительно заранее заданной точки на его теле, а временное положение этих стробов задается с помощью ..пинии связи формирователей 4 и 9.

Для импульсно-фазовой радионавигационной системы Лоран-С эта точка составляет

ЭТ,где Т вЂ” период высокочастотного заполнения принятого сигнала, от начала радиоимпульса (точка установки строба слежения за фазой при измерении радионавигационного параметра). Последний строб

656002

Формула изобретения

З0

55 этой последовательности стробов равен амплитуде принятого сигнала в точке, где производились измерения.

Если принятый радиоимпульс (фиг. 2 а) и сформированная дискретная последовательность стробов (фиг. 2) сдвинуты относительно друг друга на 1 Т, т.е. строб слежения за фазой отстоит на 1Т, от начала радиоимпульса, то разностный сигнал на выходе блока 5 вычитания и усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 соответственно будет иметь вид, представленный на фиг. 2 л, м.

В этом случае схема совпадения бинарного квантователя 1 будет регистрировать отсчеты различного знака.

Последний строб последовательности импульсов устранения многозначности стробирует внутренний шум усилителя с предельным ограничением и используется для контроля качества слежения за. амплитудой сигнала, пока устройство не выработает сигнал устранения многозначности и не перейдет к слежению за передним фронтом огибающей принятого радиоимпульса.

Накопитель 2 наполняется, и результат накопления превосходит заданный порог, блок 3 оценки результатов накопления регистрирует переполнение порога и вырабатывает сигнал, который поступает на формирователь 4, и последний осуществляет сбой следящей системы по фазе на +-Т в зависимости от результата накопления в накопителе 2.

Затем снова производится измерение амплитуды радиоимпульса уже в новой точке и переходит к режиму устранения многозначности. Подобная процедура повторяется гг раз, до тех пор, пока временная диаграмма сигнала фиг. 2Н и временная диаграмма стробов устройства устранения многознач-ности (фиг. 2 б) не совпадут во времени.

Т.е. строб слежения за фазой сигнала будет отстоять на 3 Т, от начала радиоимпульса.

В этом случае сигналы на выходе блока 5 вычитания и усилителя с предельным ограничением бинарного квантователя 1 соответственно будут иметь вид (фиг. 2 гг и р) т.е. накопитель 2 в точках стробирования фиг. 2 е регистрирует внутренние шумы усилителя с предельным ограничением. Блок 3 оценки результатов накопления анализирует результат накопления и принимает решение об окончании режима устранения многозначности.

Применение устройства в приемоиндикаторах радионавигационных систем позволит производить процедуру разрешения многозначности в более узкой полосе приемника — в настоящее время эта процедура осуществляется примерно в полосе 20 кГц на уровне 0,5. Уменьшение полосы пропускания приемника, например, вдвое (Х 10,5 = 10 кГц) снизит крутизну фронта принятого сигнала, но при этом точность совмещения стробов с сигналом возрастет за счет увеличения отношения сигнал/шум на входе устройства устранения многозначности. Можно показать, что -75О/р энергии радиосигнала с колокольной формой огибающей находится в пределах полосы

hf=2—

2 т.е. при т„= 100 мкс, Л1 = 10 кГц.

При полосе приемника на уровне 0,5 равной 10 кГц энергия сигнала на выходе последнего уменьшится на 25О/z, однако энергия шума на выходе приемника (входе устройства) уменьшится вдвое, т.е. отношение энергии сигнала к энергии шума на входе устройства устранения многозначности возрастает примерно в 1,5 раза, т.е. шумовая ошибка уменьшится на 20 /о. Кроме того, за счет исключения вычисления отношения значений соседних полуволн, отношение сигнал/шум на входе блока 3 оценки также возрастет..

Таким образом отношение энергии сигнала к энергии шума на входе устройства устранения многозначности в конечном счете возрастает, что, в свою очередь. повысит точность и надежность устройства.

1. Устройство для устранения многозначности при фазовых измерениях, содержащее последовательно соединенные бинарный квантователь, накопитель, блок оценки результатов накопления и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом бинарного квантователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности опознавания заданного участка радиоимпульса, введены последовательно соединенные экстраполятор огибающей радиоимпульса и блок вычитания, выход которого соединен с входом бинарного квантователя, причем первый и второй входы экстраполятора огибающей радиоимпульса соединены соответственно с выходами накопителя и формирователя импульсов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, экстраполятор огибающей радиоимпульса состоит из последовательно соединенных ! преобразователя код-напряжение, матрицы напряжений и формирователя дискретных значений огибающей радиоимпульса, управляющий вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом экстраполятора огибающей радиоимпульса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3371346, кл. 343 — 103, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 432434, кл. G 01 S 1/24, 1972. б56002

4в . 1

Фиг.2

Составитель Е. Погиблов

Редактор И. Марховская Техред О. Луговая Корректор С. Патрушева

Заказ l51i/36сс Тираж 696 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

I I 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4