Имитатор радиосигналов

Имитатор радиосигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.,-,ЕОО<ЗН,-. яв ек

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалнстииескнк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 05. 06. 78 {21) 2638820/18-24 с присоединением заявки hK — (23) ПриоритетОпубликовано 1510,80. Бюллетень t¹ 38

Дата опубликов иия описания 18.1080 (51}М. Кл.з

G 09 В 23/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (З} УДК 681.3. 071 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. П.Землякоь и А. А. Игнатьев (71) Заявитель (54) ИМИТАТОР РАДИОСИГНАЛОВ

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обучения операторов, штурманов, работающих с аппаратурой, обеспечивающей безопасное вождение транспортных средств,5 таких как самолеты, корабли и т.д., на которых используются радионавигационные средства, позволяющие определять местоположение объекта по принимаемым сигналам станций радионавигационных систем типа Лоран, Омега и т.п.

Прием и (обработка) сигналов в реальных условиях затруднен действием многочисленных мешающих факто- 15 ров: изменяются уровни сигналов, изменяется уровень помех (флуктуационных, узкополосных синусоидальных, импульсных), возникают отраженные, мешакщие сигналы, изменяется форма сиг- 2() налов, их амплитуда, фазовые соотношения между спектральными составляющими и т д, Организовать обучение операторов, штурманов работе с аппаратурой в 25 реальных условиях с учетом всего многообразия мешающих факторов достаточно сложно.

Поэтому обучение операторов работе с приемной аппаратурой, а также 3р контроль качества аппаратуры в условиях, приближенных к реальным, производится с помощью имитаторов радиосигналов, позволяющих воссоздать в учебных условиях ситуации, характерные для реальных условий приема сигналов.

При обучении и тренаже экипажей особенно важно обеспечить имитацию наиболее сложны: условий работы с аппаратурой. Одним иэ подобных условий для реальных объектов, таких как самолеты, корабли и другие транспортные средства, является изменяющаяся помеховая обстановка: изменяется уровень флуктуационных помех, уровень сосредоточенных по спектру узкополосных помех и т.п.

Оператор в таких изменяющихся условиях должен обеспечить работу радионавигационной аппаратуры. При попадании в спектр принимаемого сигнала узкополосной помехи оператор должен обеспечить подавление до определенного уровня этой помехи, например, с помощью настраиваемого режекторного фильтра. Очевидно, что т очность работы аппаратуры в этом случае зависит от правильности действий оператора. Поэтому для повышения эффектнвнос-

771706 ти обучения экипажей, улучшения контроля работы аппаратуры и правильности действий оператора необходимо имитировать варианты помеховой обстановки и контролировать цействия оператора или работу аппаратуры в указанных условиях.

Известны имитаторы радиосигналов j1) содержащие задающий генератор, преобразователи частоты, например в виде делителей, умножителей .и т.п., обеспечивающие формирование сигналов заданных частот„ фазовращатели, аттенюаторы сигналов. Они построены на элементах различ ых типов. В настоящее время широко используются устройства, которые реализуются полностью на цифровых логических элементах. Они могут быть как автономными, так и неавтономными устройствами на базе цифровых вычислительных машин.

Подобные устройства допускают микроминиатюризацию, позволяют формировать выходные сигналы различных частот с изменяемыми параметрами (частотой, амплитудой, фазой и т. д.).

При использовании цифровых методов приема, характеризующихся отсутствием цепей автоматического регулирования уровней сигналов в приемной аппаратуре и жестким ограничением принимаемых сигналов в приемной части, затрудняется опознавание оператором сигналов узкополосных помех, попадающих в полосу спектра принимаемого сигнала, поскольку на выходе приемной части аппаратуры сигналы имеют импульсную форму и нормированы по амплитуде. Поэтому даже при наличии осциллографического индикатора оператору практически невозможно оценить соотношение амплитуд полезного и мешающего сигнала и.по результатам оценки включить подавитель помех и настроить его так, чтобы максимально подавить сигнал IIoмехи. Оказывается сложно также и проконтролировать работу автоматических подавителей помех, имеющихся в аппаратуре. В обоих случаях отсутствие объективных данных о степени подавления сигнала помехи является недостатком. Это затрудняет объективную корректировку действий оператора в процессе обучения его работе с приемной аппаратурой, на которую подается сигнал, имитирующий реальные сигналы.

Затрудняется и проверка автоматизированных приемных комплексов. Основываться va результатах измерения параметров полезного сигнала затруднительно, поскольку ошибки измерения имеют ряд составляющих, маскирующих составляющую, обусловленную мешающим сигналом.

Указанный недостаток ведет к снижению эффективности обучения операторов и к увеличению сроков обучения, а также к удлинению сроков проверки аппаратуры, что ведет к росту затрат на обучение и.контроль состояния . аппаратуры.

Указанный недостаток усугубляется еще и тем, что коэффициент усиления приемных устройств с предельным ограничением сигналов имеет значительный разброс от образца к образцу, что делает практически невозможным установку одинообраэных условий .(параметров имитируемого сигнала), наиболее подходящих для укаэанных режимов работы, при использовании известных имитаторов сигналов.

Наиболее .близким к изобретению

15 является имитатор радиосигналов 2

«3 Ф содержащий задающий генератор, формирователь основного имитируемого сигнала, формирователь дополнительного имитируемого сигнала, блок зада2О ния соотношения амплитуд основного, и дополнительного сигналов, выходной блок, к которому присоединено испытуемое устройство, измеритель параметров сигналов и измеритель соотношения амплитуд основного и дополнительного сигналов, присоединенные к испытуемому устройству, блок управления.

В этом устройстве формируются два сигнала близких частот, задается соотношение их амплитуд, сигналы поЗО .даются на испытуемое устройство, с которым работает обучаемый (проверяющий) оператор, с помощью измери:теля соотношения измеряется соотношение тех же сигналов на выходе

35 испытуемого устройства, по результату измерения — по изменению соотношения уровней сигналов можно судить об исправности испытуемого устройства и о правильности действий оператора

gg s процессе работы с испытуемым устройством. При этом уровень сигналов может быть любым .в заданном диапазоне. Коэффициент усиления испытуемого устройства, его разброс также не оказывают влияния на эффективность проверки.

Недостатки этого устройства заключаются в том, что все имитируемые сигналы (например, два - основной и дополнительный) должны лежать в ограниченной полосе пропускания испытуемого приемного устройства. В результате частоты испытуемых сигналов, отношение уровней которых задается и затем измеряется, 5 оказываются близкими. Для измерения соотношения амплитуд сигналов они должны быть разделены, что при относительно близких частотах затруднительно. Каждый сигнал должен быть

$Q выделен высокоизбирательным фильтром с узкой полосой про. Фильтры достаточно сложны в изготовлении и настройке, их параметры изменяются при изменении условий окружающей среды. Перестройка таких фильтров

771706 затруднительна, а в ряде случаев практически невозможна. Это не позволяет изменять частоты имитируемых сигналов в пределах рабочего диапаэона. Таким образом, реализация устройств затрудняется, а воэможности имитации сигналов с изменяющимися параметрами снижаются. Поскольку возможности имитации сигналов с переменными параметрами ограничены, снижается и эффективность обучения операторов работе в сложных условиях приема сигналов с изменяющимися параметрами.

Целью изобретения является повышение точности имитации эа счет обеспечения имитации и контроля па раметров сигналов с переменными изменяе!ьн1и параметрами,что расширяет с .учк;,иона.,ьные воэможности устройства и повышает эффективность обучения и тренировки операторов в условиях, максимально приближенн:лх к реальнь;;-;.

Указанная цель достигает-.я те !, что в имчтатор радиосигналов, содержащий задающий генератор, соединенный через последовательно включен. ные формирователи имитируемых сигналов с формирователем уровней сигналов, который подключен через последовательно соединенные согласующий блок и формирователь сигналов реального продесса к измерителям параметров сигналов и соотношения параметров, и блок управления, соединенный с формирователями имитируемых сигналов и уровней сигнало, введены формирователь вспо !Огательных сигналов, соединенный с задающим генератором и блоком управления, и блок изменения фазы вспомогательных сигналов, подключенный к формирователям сигналов реального процесса и вспомогательных сигналов и к измерителю соотношения параметров, причем блок изменения фазы вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные фазорасщепитель, фазовый дискриминатор, интегратор и измеритель уровней напряжения, формирователь вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные дискретный фаэовращатель и делитель частоты, дискретный фазовращатель содержит последовательно включенные элемент запрета, элемент ИЛИ н делитель частоты, а измеритель с отношения параметров содержит последовательно включенные фазовый дискриминатор, интегратор и пороговый блок.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства ; на фиг. 2 — вариант дискретного фазовращателя.

Устройство включает в себя задающий генератор 1, формирователи 2 и 3 имитируемых сигналов, формирователь 4 уровней сигналов, согласующий блок 5, формирователь 6 сигналов реального процесса, измеритель

7 параметров снг:-!алов, измеритель и соотношения параметров, блок 9 управления, формирователь 10 вспомогательных сигналов, дискретный фаэовращатель 11, делитель 12 частоты, блок

13 изменения фазы вспомогательных сигналов, фазорасщепитель 14, фазовый дискриминатор 15, интегратор 16, измеритель 17 уровней напряжения, .фазовый дискриминатор 18,интегратор

19, пороговый блок 20. дискретный. Аазовращатель, вариант которого показан на фиг. 2, включает в себя делитель 21 частоты, элемент

22 запрета и элемент ИЛИ. 3.

)5

Ими-.аТор радиосигналов !работает следующим Образом.

C," ríàJ; э ада1хцегО генератора пс ступает на. форы рОВатели 2, 3 н. 1ищ тируемых си гн ".ëΠpÿ з ны:. час oT эти сигналы подаются на фор!1Нроватсль б В которОм устана! г1ваетск требуемое соотнсшенне, например :3, уровней cèríëëoí, после этого сигналы rоступают на согласующий блок

5, где Они смешиваются,:- В этом же блоке, напри.ер, с помощью аттенюатора, устанавливается уровень выходных сигналов, требуемь.й для работы формирователя 6 сигналов реальЗО ного процесса. 1 .олученный комплексный сигнал подается на Ьср:!нрователь

6, на. котором работает О-.зратср. Оператор, пользуясь Органам регулировки устройства, прои водяi наст35 ройку помехоподавляющ11:! . Нльтров так, чтобы в максимал НоА степени ос.J1r3- бить больший НО уроВню имитируемый сигнал. Прн это:-1, если параметры формирователя 6 соответствуют предь,щ явля мым к нему требованиям, а Оператор правильно выполнил настройку, то больший по амплитуде сигнал Ослабляется в некоторое число р =- (например, в 25 раз), т.е,на выходе форми45: рователя 6 соотношение уровней сигналов изменяе-ся и становится равным

1:5, вместо cooTíoøeíèÿ 5:1. Это изменение фиксируется измерителем 8, а измеритель 7 используется для измерения требуемых параметров сигна5О ла (амплитуды, временного положения и т.п.).

Режимы работы блоков задаются блоком 9 управления.

Измеритель 8 построен на принцип" пе синхронного детектирования. На фазовый дискриминатор 18 с выхода формирователя 6 поступает смесь двух сигналов раз ных частот, соотношение амглитуд которых должно быть иэмеg(j рено. Один сигнал можно рассматривать как полезный, второй — как помеху. Для обеспечения режима синхронного детектирования полезного сигнала на второй вход фаэового днскрими 5 натора 18 подается сигнал с выхода

771706 фазорасщепителя 14 блока 13. Частота и фаза этого сигнала равны частоте и Лазе полезного сигнала. В результате взаимодействия в дискриминаторе

18 двух имитируемых и вспомогательного (являющегося в данном случае опорным) сигналов на выходе дискриминатора 18 формируется сумма двух сигналов: сигнал постоянной сосTÇBляющей — результат взаимодействия двух сигналов (полезного и опорного) одной частоты с одинаковыми фазами и сигнал разностной частоты„ которая равна разности частот опорного и второго из имитируемых сигчалов. Оба сигнала с выхода дискримин .тора 18 подаются на интегратор 19 о большой постоянной времени, выполняющий роль фильтра. Сигнал постоянной составляющей интегратором 19 не ослабляется, а сигнал разностной -.астоты ослабляется тем сильнее, чем выше частота этого сигнала и чем больше постоянная времени интегратора. Так, например, при час отах имитируемых сигналов 102 и 101 крц и частоте вспомогательного (опорного) сигнала

101 крц, выполнении интегратора в виде простейшей RC-цепи с постоянной

rl времени с =0,1 с и номиналами элементов R = 1 кОм, С = 10 мкА сигнал разностной частоты 1 кГц ослабляется по сравнению с постоянной полезной составляющей сигнала примерно в

700 раз. Таким образом, эффективное разделение сигналов двух частот осуществляется без применения сложных фильтров. Уровень выходного сигнала фазового дискриминатора 18 определяется только разностью фаз сигналов, поступающих на его выходы. Для обеспечения этого с высокой степенью точности уровни входных сигналов нормализуются, например, с помощью ограничителей во входных цепях диск-. риминатора. Ограничение уровней сигналов эквивалентно использованию бинарно квантованных по амплитуде сигналов.

Таким образом, фазовый дискриминатор 18 и интегратор 19 в данном случае эквивалентны устройству "шиpoKoIIoJIocHblA ограничитель — узкопо-лосный фильтр" по отношению к смеси двух сигналов — полезного с нулевой несущей частотой (постоянная составляющая) и помехового с разностной частотой, равной разности частот двух имитируемых сигналов. Соотношение полезного сигнала и сигнала помехи на выходе формирователя б при правильной его работе и правильной работе оператора должно быть значительно меньше единицы (в приведенном примере соотношение должно быть 1:5, т.е. равно 0,2). Но известно, что система "ограничительфильтр" при соотношениях "сигнал,. помеха", меньших 0,5, является ли нейной и уровень ее выходного сигнала пропорционален соотношению

"сигнал/помеха" на входе устройства.

Таким образом, уровень выходного сигчала — постоянной составляющей интегратора 19 относительно максимального уровня (принимаемого за 1) пропорционален соотношению двух сигналов на. выходе формирователя 6.

Благодаря этому блок 20 совместно с элементами 16, 19 измеряют указанное соотношение амплитуд имитируемых сигналов на выходе формирователя 6, лостоинством такой структуры измерителя 8 является некритичность к уровню входного сигнала, что обусловлено

i5 возможностью жесткого ограничения сигнала на его входе.

Стабильность и точность работы измерителя 8 обеспечиваются только в том случае, если частота и фаза

И вспомогательного — опорного сигнала, поступающего на второй вход дискриминатора 18, равны частоте и фазе одного из имитируемых сигналов. Частота вспомогательного сигнала, котор рый формируется формирователем 10 из сигнала задающего генератора 1, определяется коэффициентом деления делителя 12, который выбирается равным коэффициенту деления аналогиЧного делителя, входящего в состав одного из формирователей 2,3 имитируемых сигналов. Однако фаза имитируемого сигнала изменяется при грохождении через формирователи 4 и 6.

Причем, ;"ак как формирователь 4 и блок 5 входят в состав собственного имитатора, сдвиг фазы в них может быть ьа определенном этапе измерен, и его величина, будучи постоянной, будет известна. Но сдвиг фазы, вно4О симый формирователем б, неизвестен и может изменяться от образца к образцу в широки:, гределах. Изменяется он и при перестройке формирователя б оператором в процессе работы. Все это затрудняет обеспечение требуемого для измерителя 8 режима работы в смысле синфазности сигналов, подаваемых на входы дискриминатора 18.

В данном устройстве изменение о фазы вспомогательного сигнала формирователем 10 осуществляется с помощью дискретного фазовращателя

11, включенного на входе делителя

12 частоты. Сигнал управления (команды управления) фазовращателем

11 формируется в блоке 13. На дискриминатор 15 блока 13 поступает сигнал с выхода формирователя б, а на ВТорой вход дискриминатора 15 подается сигнал с выхода делителя 12 частоты формирователя 10. Причем он подается через фазорасщепитель 14, в котором формируются два сигнала одной частоты, сдвинутые один относительно второго на девяносто градусов, т.е. находящиеся в квадратуре.

771706 б5

Один из них и поступает на дискриминатор 15, на выходе которого формируется сигнал с нулевой разностной частотой и сигнал разностной частоты, равной разности частот имитируемьы сигналов {в приведенном примере 1 кГц) . Сигнал нулевой разностной частоты проходит через интегратор 16 без ослабления,.второй сигнал ослабляется на 2-3 порядка.

Отфильтрованный таким образом сигнал нулевой раэностной частоты пропорционален косинусу разности фаэ имитируемого и вспомогательного сигнапав, имеющих одну и ту же частоту

Он и используется в качестве управляющего сигнала для подстройки фазы вспомогательного сигнала формирователя 10. Выходкой сигнал интегратора 16 поступает на измеритель 17, где сравнивается с эталонным — требуеьжм {например нулевым) уровнем, В результате сравнения, измеритель

17 формирует c%ãíàë управления, подаваемый на управля лдие входы фазовращателя. 11, последний изменяет фазу вспомогательного сигнала, формируемого делителем 12, до тех пор, пока сигнал рассогласования ке уменьшится до нуля. После этого сигнал фазорасщелителя 14, поступающий на дискриминатор 15, оказы-, вается сдвинут по фазе относительно имитируемого сигнала той же частоты, поступающего с формирователя б, на девяносто градусов, а сигнал второго выхода фазорасщепителя 14, подаваемый на вход дискримичатора 18, оказывается в фазе с тем же сигналом, поступающим с формирователя 6 на второй вход дискриминатора 18.

Таким образом, независимо от параметров и режимов работы всех блоков устройства имитируемый и всномогательный сигналы одной частоты, поступающие на измеритель 8, оказываются в фазе, что.и требуется для обеспечения его нормальной работы.

В такой структуре блоков формирования и контроля параметров имитируемых сигналов изменение частот сигналов не требует дополнительной подстройки или перенастройки избирательных цепей. Частоты имитируемых основных и вспомогательного сигналов изменяются простым изменением коэффициентов деления делителей

21, входящих в состав формирователей

2,3 и 10, что легко осуществляется с помощью логических цепей, управляемых сигналом из блока 9 управления. При этом равенство частот одного из имитируемых и вспомогательного сигналов обеспечивается автоматически при установке равных коэффициентов деления делителей-счетчиков, входящих в эти формирователи.

Таким образом, при неизменной структуре устройства и при отсутствии подстраиваеьых элемечтов обеспечивается оперативное изменение частот имитируемых сигналов, их разделе« ние и объективный контроль соотношекия амплитуд сигналов при любых изменениях частот сигналов в требуемом диапазоне. Это позволяет испытывать аппаратуру, обучать операторов и постоянно контролировать их действия в наиболее сложных условиях, что по вышает эффективность испытания и обучения.

Формирователи 2,3 и 10 могут быть построены не только на основе делителей частоты, но и ка основе любых других преобразователей частоты, например смесителей — преобразователей частоты, умножителей частоты и т.п принципиального значения для работы устройства в целом это не играет, должчо быть обеспечено лишь точное равенство частот вспомогательного и одного кз имитируемых сигналов.

Реализация других узлов устройства технических трудностей также не вызывает. Так, например дискретный фазовращатель 11 может быть реализован на основе делителя 21 частоты, логического элемента 22 запрета и логического элемента ИЛИ 23. На вход делителя 21 подается периодический имп льсный сигнал задающего генератора 1, в делителе 21 его частота снижается в несколько раз и на выходе формируется периодический сигнал пониженной частоты. Если на запрещающий — управляющий вход элемента

22 подается импульс коъ андн, то один импульс входного сигнала делителя

21 будет запрещен, фаза выходного сигнала делителч изменится в сторону отставания.

Если на управляющий вход элемента

23 ИЛИ подаетсн импульс команды, то на входе делителя 21 в промежутке между двумя импульсами входного сигнала подставляется дополнительный импульс, делитель 21 подсчитывает его, и в результате фаза выходного сигнала делителя 21 смещается в сторону опережения. При подаче ряда импульсов команд сдвиг фазы входного сигнала увеличивается в соответствии с числом импульсов.

Таким образом, в предлагаемом устройстве все узлы и блоки могут быть реализованы на стандартных элементах, в том числе и на микросхемах, что повышает технологичность, упрощает изготовление, настройку и эксплуатацию аппаратуры. В то же время в предлагаемом устройстве имеется возможность имитации сигналов с изменяемыми параметрами — с переменными рабочими частотами и обеспечивается контроль соотношения амплитуд этих сигналов независимо оТ номиналов частот, их разноса, соотношения и т.д., что расширяет воэможности оператив ного изменения параметров имиТируемых сигналов в процессе работы, обучения, тренировки операторов. В результате повышается эффективность обучения операторов работе с аппаратурой в сложных условиях, максимально приближенных к реальным.

Формула изобре*ения

1.Имитатор рациосигналов, содержащий задающий генератор, соединенный через,параллепьно включенные формирователи имитируемых сигналов с формирователем уровней сигналов, который подключен через последовательно соединенные согласующий блок и формирователь сигналов реального процесса к измерителям параметров сигналов и соотношения параметров, и блок управления, соединенный с формирователями имитируемых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности имитации, он содержит формирователь вспомогательных сигналов, соединенный с задающим генератором и блоком управления, и блок изменения фазы вспомогательных сигналов, подключенный к форми". рователям сигналов реального процесса и вспомогательных сигналов и к измерителю соотношений параметров.

2.Имитатор по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что блок изменения фазы вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные фазорасщепитель, фазовый дискриминатор, интегратор и измеритель уровней напряжения.

З.Имитатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что формирователь вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные дискретный фазовращатель и делитель частоты, 4.Имитатор по п.3, о т л и ч а юшийся тем, что дискретный фазоi5 вращатель содержит последовательно включенные элемент запрета, элемент

ИЛИ и делитель частоты.

5.Имитатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что измеритель соотг ношения параметров содержит последо-,, вательно включенные фазовый дискриминатор, интегратор и пороговый блок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

9 549830@ кло G 09 В 23/1В, 1977.

2 . Авторское с виде тел ьс т во СССР по заявке Р 254519/12 кл. 6 09 В 9/00, 1977(прототип).

Составитель Т.Ничипорсвич

Редактор И.Шубина ТехредМ.Кузьма Корректор С.Шекмар

Заказ б 03 63 Тираж 4б5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП"Патент", r.Óæroðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4