Способ привязки шкалы временик сигналам точного времени c гармоническойчастотной модуляцией и устройство дляего реализации

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ- СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистическик

Республик (ii) 824116 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.03.?9 (21) 2740975/18-10 (51) М. Кл.

G 04 С 11/02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—.Гоеударстеелеик комитет

СССР (,53) УДК 681.11 (088.8) Опубликовано 23.04.81. Бюллетень № 15 лв делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 25.04.81 (72) Авторы изобретения

Б. С. Дудник, Б. Л. Кащеев, Ю. А. Коваль и В. П еев

Харьковский институт радиоэлектроники

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ К СИГНАЛАМ

ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ С ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЧАСТОТНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к передаче сигналов точного времени с помощью радиоволн, в частности для привязки шкалы времени местных -часов к сигналам точного времени, и может быть использовано также в радиолокации для измерения расстояний.

Известен способ автоматического измерения задержки непрерывного радиосигнала с широкополосной синусоидальной частотной модуляцией, в котором принимаемый сигнал смешивают с опорным частотно-модулированным сигналом в смесителе, а для повы- 10 шеи ия помехоустойчивости сигнал после смесителя пропускают через узкополосный резонансный фильтр частоты модуляции (1).

Недостатком этого способа является значительное влияние шумов на точность измерения задержки радиосигнала.

Известен дальномерный радиолокатор непрерывного излучения с частотной модуляцией, в котором отраженный от цели сигнал подают на смеситель, на второй вход которого подают второй частотно-модулированный сигнал с той же несущей. На выходе смесителя полосовым фильтром выделяют частоту какой-либо высшей гармоники, по меньшей мере шестой, которую подают на детектор и определяют величину фазового сдвига между излученным и вторым частотномодулированным сигналом (2).

Недостатком известного устройства является слабая помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является известный способ измерения задержки сигнала с гармонической частотной модуляцией, основанный на преобразовании спектра принимаемого сигнала с гармонической частотной модуляцией путем смешивания его с опорным частотно-модулированным напряжением, выделении гармонических составляющих преобразованного сигнала и последующем формировании сигнала ошибки (3) .

Известно также устройство для реализации этого способа, содержащее часы, генератор синусоидального опорного напряжения, первый фазовращатель; первый частотный модулятор, первый смеситель, первый фильтр, первый амплитудный детектор, генератор высокой частоты, антенну и схему вычитания, причем выход часов подключен ко входу генератора опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом

824116

5 !

О !

5 первого фазовращателя, второй вход которого подключен к !первому выходу схемы вычитания, а выход — к первому входу первого частотного модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу генератора высокой частоты, а выход — к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к антенне, а выход — через первый фильтр ко входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входом схемы вычитания (4) .

Недостатком известного способа и устройства, реализующего этот способ, является высокая погрешность, обусловленная конечным соотношением сигнал/помеха.

Цель изобретения — повышение точности привязки шкалы времени к сигналам точного времени с гармонической модуляцией.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производят дополнительное преобразование спектра принимаемого сигнала путем смешивания его с опорным частотно-модулированным напряжением, модулирующее напряжение которого сдвинуто по фазе относительно модулирующего напряжения основного преобразования, сигнал ошибки формируют вычитанием амплитуд одинаковых по частоте составляющих, выделенных из сигналов, полученных основным и дополнительным преобразованиями спектра, а величину фазового сдвига между модулирующими напряжениями устанавливают пропорциональной уровню шумов ошибки.

Кроме того, в известное устройство введены второй частотный модулятор, второй смеситель, второй фильтр, второй амплитудный детектор, второй фазовращатель и преобразователь шумового напряжения, причем первый., вход второго фазовращателя подключен к выходу первого фазовращателя, второй вход — к выходу преобразователя шумового напряжения, а выход второго фазовращателя — к первому входу второго частотного модулятора, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора высокой частоты, а выход второго частотного модулятора — к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен к антенне, при этом выход второго смесителя соединен через второй фильтр с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом схемы вычитания, второй выход которой подключен ко входу преобразователя шумового напряжения.

На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации способа привязки шкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией.

Устройство содержит первый смеситель 1, первый фильтр 2, первый амплитудный детектор 3, второй смеситель 4, второй фильтр

Эо

4

5, второй амплитудный детектор 6, часы 7, генератор 8 синусоидального напряжения, первый фазовращатель 9, второй фазовращатель 10, первый частотный модулятор 11, второй частотный модулятор 12, генератор 13 высокой частоты, схему 14 вычитания, преобразователь 15 шумового напряжения.

Входы первого и второго смесителей I и 4 подключены к антенне, а выходы первого и второго смесителей 1 и 4 соединены со входами первого и второго фильтров 2 и 5 соответственно, выходы которых подключены ко входам первого и второго амплитудных детекторов 3-и 6. Выходы амплитудных детекторов 3 и 6 соединены с первым и вторым входами схемы 14 вычитания.

Устройство для реализации способа привязки шкалы времени к сигналам точного времени с гармонической частотной модуляцией работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал с синусоидальной частотной модуляцией поступает одновременно на смесители 1 и 4, на которые одновременно поступает опорное высокочастотное напряжение с синусоидальной частотной модуляцией, центральная частота которого совпадает с центральной частотой принимаемого сигнала. Из выходных сигналов смесителей 1 и 4 с помощью узкополосных резонансных фильтров 2 и 5 соответственно выделяют составляющие с частотой модуляции, а с помощью амплитудных детекторов 3 и 6 вырабатывают напряжения, пропорциональные амплитудам выделенных составляющих, поступающие на входы схемы 14 вычитания.

Схема формирования опорных частотномодулированных напряжений содержит часы 7, генератор 8 синусоидального опорного напряжения, фаза которого жестко связана с шкалой времени часов 7, первый фазовращатель 9, второй фазовращатель 10, генератор 13 высокочастотного напряжения и частотные модуляторы 11 и 12. Если сумма фазовых сдвигов первого фазовращателя 9 и половина фазового сдвига второго фазовращателя 10 равна фазовому сдвигу между модулирующим напряжением принимаемого частотно-модулированного сигнала и синусоидальным опорным напряжением генератора 8, то амплитудные спектры выходных сигналов смесителей и 4 одинаковы, а следовательно, равны амплитуды составляющих, выделенных фильтрами 2 и 5 и сигнал ошибки на выходе схемы 14 вычитания равен нулю. При невыполнении этого условия, равенство амплитуд, выделенных составляющих нарушается и под действием сигнала ошибки первый фазовращатель 9 поворачивает фазу выходного напряжения до восстановления нарушенного равновесия.

Таким образом, производится привязка шкалы времени к сигналам точного времени.

82411б

5 6

При конечном соотношении сигнал/шум нем шумов усилителя сигнала ошибки or ана входе приемника точность фазового сдви- ничивающем минимальное значение фазовога фазовращателя 9 ограничена уровнем го сдвига, а с другой стороны уровнем помех, помех, поступающих на вход приемника поступающих вместе с сигналом на вход вместе с принимаемым сигналом и собст- приемника, ограничивающим максимальное венными шумами приемника. Для повыше- 5 значение фазового сдвига вследствие увения точности привязки регулируют величину личения погрешности привязки. фазового сдвига, вносимого фазовращате- Совместное регулирование фазового сдвилем 10. Привязка к принимаемым сигналам га опорного низкочастотного напряжения с помощью фазовращателя 9 приводит к первым фазовращателем и фазового сдвига тому, что остаточные индексы модуляции между модулирующими напряжениями часвыходных напряжений смесителей 1 и 4 10 тотных модуляторов повышает точность примерно равны и определяются половинным привязки. значением фазового сдвига второго фазовращателя 10. Таким образом, принимаемый сигнал

Точность привязки зависит от уровня обрабатывается одновременно в двух канапомех на анод cxeMb> ычитания и кру- 15 лах, причем модулирующие напряжен я тизны дискриминационной характеристики. частотных модуляторов сдвинуты по фазе

Снижение фазового сдвига фазовращателя относительно друг друга для увеличения

10 приводит к повышению степени корре- соотношения сигнал/помеха. лированности помеховых напряжений на выходах амплитудных детекторов 3 и 6, что снижает уровень помехового напряжения 20 Формула изобретения на выходе схемы 14 вычитания. Чем меньше фазовыи сдвиг, тем меньше уровень поме- 1. Способ привязки шкалы в емени к р ия. о при этом снижается сигналам точного времени с гармонической калы времени к и уровень сигнальных напряжений на вы- частотной модуляцией, основанный на преходах каналов, так как п и сниж р с ижении вели- образовании спектра принимаемого сигнала чины остаточного ин екса мо д модуляции сни- с гармоническои частотной модуляцией пу25 жается уровень пе вой ra мон ур р " рмоники модули- тем смешивания его с опорным частотнорующей частоты. При нулевом остаточном модулированным напряжением, выделении индексе модуляции вся энергия сигнала гармонических составляющих преобразовансосредоточена в области центральной час- ного сигнала и последующем фо ми ур н первои гармоники модули- З0 сигнала ошибки, отличающийся тем, что, ру ". ты равен нулю. рующей частоты равен н лю. с целью повышения точности привязки за

Крутизна дискриминационной характе- счет улучшения соотношения сигнал/помеха, ристики при использовании первой гармони- производят дополнительное преоб р разование у рующей частоты растет с умень- спектра принимаемого сигнала путем смешением остаточного ин екса декса модуляции. шивания его с опорным частотно-модулиТаким образом, снижение фазового сдви- 3s рованным напряжением, модулирующее нага фазовращателя 10 приводит к повышению пряжение которого сдвинуто по фазе открутизны дискриминационной характерис- носительно модулирующего напряжения остики системы автопо ст ой в оподстройки и к снижению новного преобразования, сигнал ошибки уровня помех, что повышает точность при- формируют вычитанием амплиту уд одинаковых по частоте составляющих, выделенных

Минимальное значение фазов

М фазового сдвига из сигналов, полученных основным и до40 между модулирующими напряжениями ка- полнительным преобразованиями спектра, налов, вносимого фазовращателем 10, огра- а величину фазового сдвига между модуничено с одной сто оны собственн р бственным уров- лирующими напряжениями устанавливают нем шумов усилителя сигнала ошибки, а пропорциональной уровню шумов ошибки. с другой стороны — нелинейностью детек- 4s 2. Устройство для реализации способа торной характеристики амплит ны уд ых детек- привязки шкалы времени к сигналам точного торов при малых овнях сигна р ур сигналов, при- времени с гармонической частотной модуводящей к снижению крутизны дискрими- ляцией по п. 1, содержащее часы, генерато ератор синусоидального опорного напряжения, первый фазовращатель, первый частотный моаксимальное значение фазового сдвига SO дулятор, первый смеситель, первый фильтр, между модулирующими напряжениями ка- первый амплитудный детектор, гене ато о допустимым высокои частоты, антенну и схему вычитания, остаточным индексом модуляции, позволяю- причем выход часов подключен ко вхо у р днозначность дискрими- генератора опорного напряжения, выход входу национной характеристики.

Таким об азом, оптимальное которого соединен с первым входом первого аким образом, оптимальное значение фазовращателя, второй вход которого подфазового сдвига, вносимого фазов а фазовращате- ключен к первому выходу схемы вычитания, лем 10, определяется с одной сто оны д " тороны уров.- а выход — к первому входу первого частот824116

Составитель И. Сломинский

Редактор В. Лазаренко Техред А. Бойкас Корректор В. Синицкая

Заказ 2106/67 Тираж 457 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород„ул. Проектная, 4 ного модулятора, второй вход которого подключен к первому выходу генератора высокой частоты, а выход — к первому входу первого смесителя, второй вход которого подключен к антенне, а выход —, через первый фильтр ко входу первого амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входом схемы вычитания, отличающееся тем, что в устройство введены второй частотный модудятор, второй смеситель, второй фильтр, второй амплитудный детектор, второй фазовращатель и преобразователь шумового напряжения, причем первый вход второго фазовращателя подключен к выходу первого фазовращателя, второй вход к выходу преобразователя шумового напряжения, а выход второго фазовращателя— к первому входу второго частотного модулятора, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора высокой частоты, а выход второго частотного модулятора— к первому входу второго смесителя, второй вход которого подключен к антенне, при этом выход Второго смесителя соединен через второй фильтр с входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом схемы вычитания, второй выход которой подключен ко входу преобразователя шумового напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 265973, кл. G 01 S 9/10, 11.12;67.

2. Патент США № 3789398, кл. G 01 S 9/24, 3. Заявка Великобритании № 1268634, кл. Н 4 D (прототип).

4. Авторское свидетельство СССР № 568030, кл. G 01 $9/24, 18.04.75.