Индикаторное устройство

Индикаторное устройство

Реферат

 

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляции. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Устройство содержит генератор 1 развертки, электронно-лучевые трубки 2, 33, 34, антенны 3, 42, широкополосные усилители 4, 43, частотные детекторы 5, 30, дифференцирующие цепи 6, 7, смесители 8, 44, усилители 9, 45 промежуточной частоты, ключи 10, 27, умножители 11, 17, 38, частоты на восемь, полосовые фильтры 12, 14, 16, 18, 20, делители 13, 19, частоты на восемь, перемножители 15, 48, 49, фазовый детектор 21, фильтры 22, 50, 51 нижних частот, формирователь 23 управляющего сигнала, элемент 24 управляемой задержки, обнаружитель 25, элемент 26 задержки, блок 28 поиска, гетеродин 29, фазовращатели 31, 46, 47 на 90генератор 32 опорного напряжения, информационный вход 35, вход сброса 36, измерители 37, 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, квадраторы 52, 53, сумматор 54, блок 55 извлечения квадратного корня, однополярный вентиль 56, измеритель 57 временных интервалов и блок 58 регистрации. 1 зп. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМн).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому выбрано "индикаторное устройство", которое содержит генератор развертки, три электронно-лучевые трубки, антенну, широкополосный усилитель, два частотных детектора, две дифференцирующие цепи, смеситель, усилитель промежуточной частоты, два ключа, два умножителя частоты на восемь, два усилителя частоты на восемь, пять полосовых фильтров, элемент управляемой задержки, обнаружитель, фазовый детектор, фильтр нижних частот, формирователь управляющего сигнала, элемент задержки, блок поиска, гетеродин, фазовращатель на 90^о и генератор опорного напряжения.

Это индикаторное устройство обеспечивает визуальный анализ и регистрацию параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-МФМн).

Однако указанное устройство не позволяет осуществлять пеленгацию источника излучения сложных ЛЧМ-МФМн сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены вторая антенна, второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй и третий фазовращатели на 90^о, второй и третий перемножители, второй и третий фильтры нижних частот, первый и второй квадраторы, сумматор, блок извлечения квадратного корня, однополярный вентиль, измеритель временных интервалов и блок регистрации, причем к выходу второй антенны последовательно подключены второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, второй фильтр нижних частот, первый квадратор, сумматор, блок извлечения квадратного корня, однополярный вентиль, измеритель временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом ключа, и блок регистрации, к выходу первого ключа последовательно подключены второй фазовращатель на 90^о, третий перемножитель, второй вход которого через третий фазовращатель на 90^осоединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, третий фильтр нижних частот и второй квадратор, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Структурные схемы обнаружителя и измерителя временных интервалов изображены на фиг. 2 и 3. Вид возможных осциллограмм показан на фиг. 4. Принцип пеленгации источника излучения сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией фазовым методом в одной плоскости иллюстрируется на фиг. 5. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг. 6 и 7.

Индикаторное устройство содержит генератор 1 развертки, первую электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, первую антенну 3, первый широкополосный усилитель 4, первый частотный детектор 5, первую и вторую дифференцирующие цепи 6 и 7, первый смеситель 8, первый усилитель 9 промежуточной частоты, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12, первый делитель 13 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 14, первый перемножитель 15, третий полосовой фильтр 16, второй умножитель 17 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 18, выполненный узкополосным, второй делитель 19 частоты на восемь, пятый полосовой фильтр 20, выполненный узкополосным, фазовый детектор 21, первый фильтр 22 нижних частот, формирователь 23 управляющего сигнала, элемент 24 управляемой задержки, обнаружитель 25, элемент 26 задержки, второй ключ 27, блок 28 поиска, гетеродин 29, второй частотный детектор 30, первый фазовращатель 31 на 90^о, генератор 32 опорного напряжения, вторую и третью ЭЛТ 33 и 34, информационный вход 35, вход сброса 36, первый измеритель 37 ширины спектра, третий умножитель 38 частоты на восемь, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, вторую антенну 42, широкополосный усилитель 43, второй смеситель 44, второй усилитель 45 промежуточной частоты, второй и третий фазовращатели на 90^о 46 и 47, второй и третий перемножители 48 и 49, второй и третий фильтры 50 и 51 нижних частот, первый и второй квадраторы 51 и 53, сумматор 54, блок 55 извлечения квадратного корня, первый однополярный вентиль 56, измеритель 57 временных интервалов и блок 58 регистрации.

Причем к выходу антенны 3 последовательно подключены широкополосный усилитель 4, смеситель 8, второй вход которого через гетеродин 29 соединен с первым выходом блока 28 поиска, усилитель 9 промежуточной частоты, второй вход которого соединен с выходом элемента 26 задержки, обнаружитель 25 и вертикальный электрод ЭЛТ 33, горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом блока 28 поиска. К выходу усилителя 9 промежуточной частоты последовательно подключены ключ 10, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя 25, умножитель 11 частоты на восемь, полосовой фильтр 12, делитель 13 частоты на восемь, полосовой фильтр 14, частотный фильтр 14, частотный детектор 5, дифференцирующая цепь 7, генератор 1 развертки и горизонтальный электрод ЭЛТ 2, вертикальный электрод которой соединен с выходом дифференцирующей цепи 6.

К выходу усилителя 9 промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 15, второй вход которого соединен с выходом элемента 24 управляемой задержки, полосовой фильтр 16, умножитель 17 частоты на восемь, полосовой фильтр 18, делитель 19 частоты на восемь, полосовой фильтр 20, фазовый детектор 21, второй вход которого соединен с выходом генератора 32 опорного напряжения, фильтр 32 нижних частот, формирователь 23 управляющего сигнала и элемент 24 управляемой задержки, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 14. К выходу полосового фильтра 16 последовательно подключены ключ 27, второй вход которого соединен с выходом обнаружителя 25, частотный детектор 30 и модулирующий электрод ЭЛТ 34, вертикальный электрод которой непосредственно, а горизонтальный электрод через фазовращатель 31 на 90^осоединены с выходом генератора 32 опорного напряжения. К выходу антенны 42 последовательно подключены широкополосный усилитель 43, смеситель 44, второй вход соединен с выходом гетеродина 29, усилитель 45 промежуточной частоты, перемножитель 48, второй вход которого соединен с выходом ключа 10, фильтр 50 нижних частот, квадратор 52, сумматор 54, блок 55 извлечения квадратного корня, однополярный вентиль 56, измеритель 57 временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом ключа 10, и блок 58 регистрации.

К выходу ключа 10 последовательно подключены фазовращатель 46 на 90^о, перемножитель 49, второй вход которого через фазовращатель 47 на 90^о соединен с выходом усилителя 45 промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и квадратор 53, выход которого соединен с вторым входом сумматора 54.

Измеритель 57 временных интервалов содержит последовательно включенные дифференцирующую цепь 61, однополярный вентиль 62, счетчик-делитель 67, второй вход которого через элемент 66 совпадения соединен с выходами однополярного вентиля 56 и генератора 65 счетных импульсов, а третий вход через дифференцирующую цепь 64 соединен с выходом амплитудного детектора 63.

Индикаторное устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона Д_f осуществляется с помощью блока 28 поиска, который периодически по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 29. Одновременно блок 28 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 33, которая используется как ось частот и соответствует полосе обзора заданного диапазона частот. Ключи 10 и 27 в исходном состоянии закрыты.

Принимаемые сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ-МФМн) U₁ = U_ccos[_ct + t² + _к(t) + ₁] = = U_cM(t)cos(_ct + t² + ₁).

U₂ = U_ccos[_c(t + ) + (t + )² + + _к(t + ) + ₂] = U_cM(t + ) + + (t + )² + _к(t + ) + ₂] , 0 t _и где U_c, _c, ₁, _{2, и} - амплитуда, начальная несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов; = - скорость изменения частоты внутри импульса; f_g - девиация частоты; _и(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем _и(t) = const при К_э < < t < (К + 1) _э и может изменяться скачком при t = К _э т. е. на границах между элементарными посылками (К = 1,2, . . . , N-1); _э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлены сигналы длительностью _и( _и = N. _э); M(t) - модулирующая функция, в соответствии с которой манипулируемая фаза сигналов; = = - время запаздывания сигнала, приходящего на одну из антенн, по отношению к сигналу, приходящего на другую антенну (фиг. 5); - расстояние между антеннами (измерительная база); - угол прихода радиоволны; с - скорость распространения света; с выходов антенн 3 и 42 через широкополосные усилители 4 и 43 соответственно поступают на первые входы смесителей 8 и 44, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 29 линейноизменяющейся частоты U₁ - (t) = U_гcos(_гt + _гt + _г), otT_г где U_г, _{г, г} - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина; _r= - скорость изменения частоты гетеродина. На выходах смесителей 8 и 44 образуются напряжения комбинационных частот.

Усилителями 9 и 45 выделяются напряжения промежуточной частоты: U_пр1(t) = U_прcos[_прt + t² + _к(t) - - _гf²+ _пр1] = U_прM(t)cos(_прt + + t² - _гf²+ _пр1] .

U_пр2(t) = U_прcos[_пр(t + ) + (t + +)² + _к(t + ) - _г(t + + _пр2] , 0 t _и где U_пр= K₁U_сU_г; К₁ - коэффициент передачи смесителей; _пр = _c - _г - промежуточная частота: _пр1 = ₁ - _г, _пр2 = ₂ - _г.

Напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 25. На выходе умножителя 38 частоты на восемь образуется напряжение U₃(t) = U_прcos(8_прt + 8t² - 8_гt² + + 8_пр1), 0 t _и , в котором фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра f₈ восьмой гармоники сигнала определяется длительностью _и сигнала (f₈= ), тогда как ширина спектра f_c принимаемого сигнала определяется длительностью _э его элементарных посылок (f_с= ), т. е. ширина спектра восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала = N.

Следовательно, при умножении частоты ЛЧМ-МФМн сигнала на восемь его спектр "сворачивается" в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ЛЧМ-МФМн сигнал даже тогда, когда его мощность на входе устройства меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра f_c входного сигнала измеряется с помощью измерителя 37, ширина спектра f₈ восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения U и U8, пропорциональные f_c и f₈ соответственно, с выходов измерителей 37 и 39 ширины спектра поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как U >> U₈, то на выходе блока 40 сравнения образуется положительный импульс, который поступает на вход порогового блока 41, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор. Пороговое напряжение U_пор выбирается таким, чтобы этот уровень не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение U_пор превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМн сигнала. При превышении порогового напряжения U_порв пороговом блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 28 поиска, переводя его в режим остановки, на вход линии задержки 25, на управляющие входы ключей 10 и 27, открывая их, и на вертикальный электрод ЭЛТ 33 с линейной разверткой. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Д_f и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов прекращается на время визуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, которое определяется временем задержки линии задержки 26. При этом на экране ЭЛТ 33 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту _c обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала (фиг. 4а).

При прекращении просмотра заданного частотного диапазона Д_f(при остановке блока 28 поиска) усилителями 9 и 45 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения: U_пр3(t) = U_прcos[_прt + t² + _к(t) + + _пр1] = U_прM(t)cos(_прt + + t² + _пр1] .

U_пр4(t) = U_прcos[_пр(t + ) + t² + _к(t + ) + _пр1] = = U_прM(t + ) cos[_пр(t + ) + (t + ) + _пр2] , 0 t _и Напряжение U_пр3 (фиг. 6б) через открытый ключ 10 поступает с выхода усилителя 9 промежуточной частоты на вход умножителя 11 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение U₄(t) = U_прcos(8_прt + 8t² + 8_пр1), 0 t _и , Это напряжение выделяется полосовым фильтром 12 и поступает на вход делителя 13 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг. 6в).

U₅ (t) = U_прcos(_прt + t² + _пр1), ot_и которое представляет собой ЛЧМ сигнал на промежуточной частоте, выделяется полосовым фильтром 14 и поступает на вход частотного детектора 5. На выходе последнего образуется видеоимпульс (фиг. 6г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции. Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 5 поступает на вход дифференцирующей цепи, выходной импульс (фиг. 6д) которой подается на вертикальный электрод ЭЛТ 2 и на вход дифференцирующей цепи 7. На выходе последней образуются короткие разнополярные импульсы (фиг. 6е). Причем положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрывается генератор 1 развертки. Сформированное пилообразное напряжение (фиг. 6ж) используется в качестве напряжения развертки и поступает на горизонтальный электрод ЭЛТ 2. На экране ЭЛТ 2 образуется импульс (фиг. 4б), длительность которого пропорциональна длительности _ипринимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частоты внутри импульса, а площадь осциллограммы - пропорциональна девиации частоты f_g(f_g = _и) принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала.

Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экран ЭЛТ 2 наносится координатная частотно-временная сетка.

Напряжение U₅(t) (фиг. 6в), выделяемое полосовым фильтром 14, подается также на информационный вход элемента 24 управляемой задержки, на выходе которого образуется напряжение U₆(t) = U₅(t - ) = U_прcos[_пр(t - ) + + (t - )² + _пр1] , 0 t _и Это напряжение подается на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает напряжение U_пр3(t) (фиг. 6б) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение биений (фиг. 6з) U₁(t) = U cos[t + _к(t) + ] , 0 t _и где U= K₂U²_пр; К₂ - коэффициент передачи перемножителя; = 2 - частота биений; = _пр - ² - начальная фаза биений, которое представляет собой сигнал с многократной фазовой манипуляцией на частоте биений. Причем частота биений определяется скоростью изменения частоты сигнала и величиной задержки. Напряжение биений U ₁(t) выделяется полосовым фильтром 16 и поступает на вход умножителя 17 частоты на восемь, на выходе которого образуется гармоническое колебание U ₂(t) = U cos(8t + 8), 0 t _и . Напряжение U ₂(t) выделяется узкополосным фильтром 18 и поступает на вход делителя 19 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг. 6и) U₃(t) = U cos(t + ), 0 t _и, которое представляет собой гармоническое колебание на частоте биений.

Напряжение U₃(t) выделяется узкополосным фильтром 20 и поступает на первый вход фазового детектора 21, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 32 опорного напряжения U_o(t) = U_ocos( _ot + _o), где U_o, _o , _o - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.

Если указанные напряжения отличаются друг от друга по частоте или фазе, то на выходе фазового детектора 21 образуется управляющее напряжение. Причем амплитуда и полярность этого напряжения зависит от степени и направления отклонения частоты биений от частоты _oгенератора 32 опорного напряжения. Управляющее напряжение выделяется фильтром 22 нижних частот и с помощью формирователя 23 управляющего сигнала воздействует на элемент 24 управляемой задержки, изменяя величину задержки так, чтобы выполнялось равенство = 2 = _o.

Для визуальной оценки величины скачков фазы и кратности m фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала используется ЭЛТ 34 с круговой разверткой. Причем круговая развертка формируется с помощью генератора 32 опорного напряжения, частота _o которого поддерживается равной частоте биений (_o= ) с помощью системы фазовой автоподстройки частоты.

Напряжение U₁ (t) (фиг. 6з) с выхода полосового фильтра 16 через открытый ключ 27 поступает на вход частотного детектора 30, на выходе которого формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг. 6к), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы сигнала (фиг. 6з).

Напряжение U_o(t) с выхода генератора 32 опорного напряжения поступает непосредственно на вертикальный электрод, а через фазовращатель 31 на 90^о - на горизонтальный электрод ЭЛТ 34, образуя на ее экране круговую развертку. Сформированная последовательность кротких разнополярных импульсов (фиг. 6к) с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 34 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 34 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. 4в, г, д). Количество точек определяет кратность m фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала. При неравенстве частот ( _o) яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности m фазовой манипуляции и величины скачков фазы принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала резко снижается. Для устранения этого недостатка используется система фазовой автоподстройки частоты.

Напряжения U_пр3(t) и U_пр4(t) с выходов делителей 9 и 45 промежуточной частоты через открытый ключ 10 поступают на два входа перемножителя 48, на выходе которого образуется результирующее колебание U (t) = U_pM(t)M(t + )cos( t + + + U_pM(t)M(t + )cos(2_прt + + 2t² + 2_пр1 + t + ²), 0 t _и где U_р= K₂U²_пр. Из результирующего колебания U (t) фильтром 50 нижних частот выделяется напряжение разностной частоты U_р1(t) = UM(t)M(t + )cos(t + + ), 0 t _и, где = ₂ - ₁; пропорциональное корреляционной функции.

Максимальное значение корреляционной функции обеспечивается при выполнении следующего условия /cos( t + )/ = 1. Для выполнения этого условия напряжения U_пр3(t) и U_пр4(t) с выходов усилителей 9 и 45 промежуточной частоты одновременно поступают на входы фазовращателей 46 и 47 на 90^о, на выходах которых образуются напряжения: U_пр5(t) = U_прM(t)sin(_прt + t² + _пр1), U_пр6(t) = U_прM(t + )sin[_пр(t + ) + + (t + )² + _пр2] , которые поступают на два входа перемножителя 49. На выходе перемножителя 49 образуется результирующее колебание, из которого фильтром 51 нижних частот выделяется напряжение разностной частоты U_р2(t) = UM(t)M(t + )sin(t + + ) . Напряжения U_р1(t) и U_р2(t) с выходов фильтров 50 и 51 нижних частот поступают через квадраторы 52 и 53 на два входа сумматора 54 U (t) = U _p1²(t) + U _p2²(t) = [UM(t) x M(t + )] ² x [cos²(t + + ) + + sin²(t + + )] = [UM(t) x x M(t + )] ² . Суммарное напряжение U (t) поступает на вход блока 55 извлечения квадратного корня, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение U_н(t) = U M(t). M(t + ), представляющее собой произведение двух модулирующих функций M(t) (фиг. 7а) и M(t + +) (фиг. 7в), сдвинутых друг относительно друга на величину задержки .

Напряжение U_н(t) (фиг. 7е) поступает на вход однополярного вентиля 56, на выходе которого образуются отрицательные импульсы длительностью