Индикаторное устройство

(5 П 5 МИТЕТТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ЪМ ф 1 4 фы ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ%24 Ю. Е р ем ее в. В, В. Мел ьтельство СССРО 7/10.Е УСТРОЙСТВ;: р ,3 Ь (57) 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. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности определения направле,Лисина Реда ектор З,Лончакова оизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 2" 87 Тираж Подписное ЬНИИПИ Государственного комитета пс изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/51744471 ния на источник излучения путем визуальной оценки фазового сдвига, Для достижения цели в индикаторное устройство введены вторая антенна 42, второй широкополосный усилитель 43, второй смеситель 44, второй усилитель 45 промежуточной частоты, четвертый умножитель 46 частоты на восемь. шестой полосовой фильтр 47, третий делитель 48 частоты на восемь. седьмой полосоИзобретение 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), и является усовершенствованием устройства по авт, св, Кг 1682788,Известное индикаторное устройство обеспечивает поиск и обнаружение в заданном частотном диапазоне О сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией, а также визуальную оценку их основных параметров,Однако указанное устройство не позволяет осуществлять визуальную пеленгацию источника излучения ЛЧМ-МФМн сигналов.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности определения направления на источник излучения путем визуальной оценки фазового сдвига,Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные вторая антенна, второй широкополосный усилитель. второй смеситель. второй усилитель промежуточной частоты. третий умножитель частоты на восемь, шестой полосовой фильтр. третий делитель частоты на восемь, седьмой полосовой фильтр. управляемый фазовращатель. второй фазовый детектор, третий ключ и вертикально отклоняющие пластины четвертой электронно-лучевой трубки. последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов. третья дифференцирующая цепь и второй генератор развертки. выход которого подключен к горизонтально отклоняющим пластинам четвертой электроннолучевой трубки. третий элемент задержки. включенный между выходом генератора прямоугольных импульсов. соединенным с вой фильтр 49, управляемый фазовращатель 50, второй фазовый детектор 52, третий ключ 52, вертикально отклоняющие пластины четвертой ЭЛТ 53 между выходом генератора прямоугольных импульсов и входом управляемого фазовращателя, сумматор, вычитатель, второй фазовращатель 60 на 90, вертикально отклоняющие пластины пятой ЭЛТ 61. 8 ил. другим входом третьего ключа и другим входом управляемого фазовращателя, сумматор, последовательно соединенныевычитатель, второй фазовращатель на 90 и5 вертикально отклоняющие пластины пятойэлектронно-лучевой трубки, горизонтальноотклоняющие пластины которой подключены к выходу сумматора, один вход которогосоединен с одним входом вычитателя, с вы 10 ходом частотного детектора и другим входом второго фазового детектора, другиевходы вычитателя и сумматора подключенык выходу седьмого полосового фильтра, другой вход второго смесителя соединен с вы 15 ходом гетеродина,На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -структурная схема обнаружителя; на фиг. 3- вид возможных осциллограмм; на фиг. 4,20 7. 8 - временные диаграммы, поясняющиеработу устройства; на фиг. 5 - принцип пеленгации источника излучения ЛЧМ-МФМнсигналов в одной плоскости фазовым методом; на фиг. 6 - картина выходного напря 25 жения фазового детектора,Индикаторное устройство содержит генератор 1 развертки, соединенный с горизонтально отклоняющими пластинамиэлектронно-лучевой трубки 2, имеющей вер 30 тикально отклоняющие пластины, приемную антенну 3, соединенную с вторымвходом широкополосного усилителя 4, первый частотный детектор 5 и первую и вторуюдифференцирующие цепи 6 и 7. Вход пер 35 во дифференцирующей цепи 6 соединен свыходом частотного детектора 5. Выходпервой дифференцирующей цепи 6 подключен к вертикально отклоняющим пластинамэлектронно-лучевой трубки 2 и соединен че 40 рез вторую дифференцирующую цепь 7 свходом генератора " развертки.Индикаторное устройство содержиттакже включенные последовательно смеситель 8, усилитель 9 промежуточной частоты,45 первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12, первый делитель 13 частоты на восемь и второй полосовой фильтр 14, через которые широкополосный усилитель 4 соединен с первым частотным детектором 5, включенные последовательно перемнпжитель 15, третий полосовой фильтр 16, второй умно- житель 17 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 18, выполненный узкополосным, второй делитель 19 частоты на восемь, пятый полосовой фильтр 20, выполненный узкополосным, первый фазовый детектор 21, фильтр 22 нижних частот и формирователь 23 управляющего сигнала, элемент 24 управляемой задержки, обнару-житель 25, элемент 26 задержки, второй ключ 27, блок 28 поиска, гетеродин 29, второй частотный детектор 30, фазовращатель 31 на 900.генератор 32 опорного напряжения, вторую и третью электронно-лучевые трубки 33 и 34.Обнаружитель 25 снабжен первым измерителем 35 ширины спектра и включенным последовательно третьим умножителем 36 частоты на восемь, вторым измерителем 37 ширины спектоа, блоком 38 сравнения и пороговым блоком 39, подсоединенным.посредством входа 40 сброса к выходу элемента 26 задержки. При этом третий умножитель 36 частоты на восемь подсоединен к усилителю 9 промежуточной частоты посредством информационного входа 41, соединенного через первый измеритель 35 ширины спектра, с входом блока 38 сравнения.Индикаторное устройство содержит также включенные последовательно вторуюприемную антенну 42, второй широкополосный усилитель 43, второй смеситель 44, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 29, второй усилитель 45 промежуточной частоты, четвертый умножитель 46 частоты на восемь, шестой полосовой фильтр 47, третий делитель 48 частоты на восемь, седьмой полдсовой фильтр 49, управляемый фазовращатель 50, второй фазовый детектор 51, третий ключ 52 и вертикально отклоняющие пластины четвертой электронно-лучевой трубки 53, последовательно соединенные генератор 54 и ря моугол ьн ых импул ьсов. третью дифференцирующую цепь 55 и второй генератор 56 развертки, выход которого подключен к горизонтально отклоняющим пластинам четвертой электронно-лучевой трубки 53.третий элемент 57 задеожки, включенный между выходом генератора 54 прямоугольных импульсов. соединенным с другим входом гретьего ключа 52, и другим входом управляемого фазовращателя 50, сумматор 58, госледовательно соединенные вычитатель 59, второй фазовращатель 60 на 90 и вертикально отклоняющие пластины пятой электронно-лучевой трубки 61, горизонтально отклоняющие пластины которой подклю чены к выходу сумматора 58, один входкоторого соединен с одним входом вычитателя 59, с входом первого частотного детектора 5 и другим входом второго фазового детектора 51. Другие входы вычитателя 59 и 55 сумматора 58 подключены к выходу седьмого полосового фильтра 49.Работа индикаторного устройства происходит следующим образом.Просмотр заданного диапазона частотОг осуществляется с помощью блока 28 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону изменяет частоту гетеродина 29, Одновременно блок 28 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 33, которая используется как ось частот 5 и соответствует полосе обзора заданногодиапазона частот. Ключи 10, 27 и 52 в исходном состоянии закрыты.Принимаемый сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и мно гократной фазовой манипуляцией(ЛЧМ-МФМн) может быть записан следующим образом:Оф)=Ч,созвст+ ку т +р; (т) +р,1, 02(т) = Чссозв В + ту т + уМс(Ць 15 +гр), От (йгде Чс, шс р 1, д 2, ги - амплитуда, начальная частота, начальные фазы и длительность сигнала;М,7 -- -скорость изменения частогиты внутри импульса;Л 1 д - девиация частоты;рк (т) - манипулируемая составляющаяфазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М (т) (фиг, 4 а), причем р (т) = сопзспри К тэс (К+ 1) хэ и может изменяться скачком при с =К тэ, т. е, на границах между элементарными посылками (К = 1, 2, , М - 1);т М - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью ги (ги = М э ),Указанные сигналы с выхода приемныхантенн 3 и 42 через широкополосные усилители 4 и 43 соответственно поступают на первые входы смесителей 8 и 44, на вторые входы которых подается напряжение гете- родина 29 линейно изменяющейся частотыОг(т) Чг ссз(в,. т+,Угу,. 1 р, ), 0тТп.где Чг, (дг уг Тп - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетвродина;Зд, 4 д), длительность которого пропорциональна длительности хи принимаемого сигнала, При этом амплитуда пропорциональнаскорости изменения частоты у внутри импульса, а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Ь 1(Л 1=ух)принимаемого сигнала.Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экранЭЛТ 1 наносится координатная частотновременная сетка. Напряжение Оз(т) (фиг, 4 в)с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход элемента 24 управляемой задержки, на выходе которогообразуется напряжение 1504(г) = Чз(с - х ) = Чп р соз в)пр(т -х )+л у(г - х) + ср пр 1), 01хгЭто напряжение подается на второйвход перемножителя 15, на первый вход которого поступает напряжение Опрз(1) (фиг,4 б) с выхода усилителя 9 промежуточнойчастоты. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение биений (фиг. 4 з)О 61(г) = Чб созЕ вб гу) (г) +763,.01 хи,25где Чб - К 2Чпр .К 2 - коэффициент передачи пеоемноживб = 2 )хух - частота биений;30сааб = впр х - .7 хух 2 - начальная фаза биений,которое представляет собой ФМн сигнал начастоте биений. Частота биений определяется скоростью изменения частоты у сигнала и величиной задержки х Напряжениебиений О 61(г) (фиг, 4 з) выделяется полоссвым фильтром 16 и поступает на вход умножителя 17 частоты на восемь. на выходе 40которого образуется гармоническое колебаниеО 62(1) = Чб соз(8 гг + 8 грб ). 01хНапряжение О 62(.) выделяется пслосовым фильтром 18, выполненным узкополосным, и поступает на вход делителя 19частоты на восемь на выходе которого образуется гармоническое колебание (фиг, 4 и)063(1) = Ч 61 соз( гф + )б ), 01хи,Это колебание выделяется полосовым 50фильтром 20, выполненным узкополосн )м,и поступает на псрвый вход фазовогс детектора 21, на второй вход которого подаетсянапряжение с выхода генератора 32 опорного напряжения 55О о(г) = Чо 1 с о 3( г.1 + у)п ),где Чо, в, р - ам пл итуда. частота и начал ьная фаза напряжения генератора,Если указанные напряжения отличаются одно от другого по частоте и фазе, то на выходе фазового детектора 21 образуется управляющее напряжение. Амплитуда и полярность этого напряжения зависят от степени и направления отклонения частоты бИЕНИй Вб, От ЧаСтОтЫВо ГЕНЕРатОРа 32 опорного напряжения. Управляющее напряжение выделяется фильтром 22 нижних частот и с помощью формирователя 23 управляющего сигнала воздействует на управляющий вход элемента 24 управляемой задержки, изменяя величину задержки х так, чтобы выполнялось равенство Вб = 2 Лу Х = Во,Для визуальной оценки величины скачков фазы Лрс и кратности гп фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ - МФМн сигнала используется ЭЛТ 34 с круговой разверткой, Круговая развертка формируется с помощью генератора 32 опорного напряжения, частота в, которого поддерживается РаВНОй ЧаСтатЕ бИЕНИй Вб(Во =Вб ) С ПО- мощью системы ФАПЧ,Напряжение О 61(г)(фиг. 4 з) с выхода полосового фильтра 16 через открытый ключ 2поступает на вход частотного детектора 30. на выходе которого формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг, 4 к), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала (фиг, 4 з),Напряжение Оо(г) с выхода генератора 32 опорного напряженияпоступает непосредственно на вертикальный электрод, а через фазовращатель 31 на 90 - на горизонтальный электрод ЭЛТ 34, формируя круговую развертку. Последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг. 4 к) с выхода частотного детектора 30 поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 34 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На экране ЗЛТ 34 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных по окружности (фиг. 3 б, в, г). Количество точек определяет кратность в фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы Лро принимаемого ЛЧМ - МФМн сигнал. При неравенстве частот ( п)б = о)о ) яркостные метки будут двигаться по окружности с разностной частотой и достоверность визуальной оценки кратности щ фазовой манипуляции и величины скачков фазы Лр, принимаемого ЛЧМ - МФМн сигнала резко снижается. Для устранения этого недостатка используется система фазовой авто- подстройки часготы,55 Напряжение Опр 4 с выхода усилителя45 промежуточной частоты поступает навход умножителя 46 частоты на восемь, навыходе которого образуется напряжениеОб(т) = Чпр соз(8 ау+ 8 лУ 1 + 8 Умрг,0 1 ти).Это напряжение выделяется полосовымфильтром 47 и поступает на вход делителя48 частоты на восемь, на выходе которогообразуется напряжениеОб(т) = Чпр соз( с 0 прт + л)т Фпргг,0 Ст,;Это напряжение выделяется полосовымфильтром 49,Напряжение Оз(с) с выхода полосовогофильтра 14 и напряжение Об(с) с выхода полосового фильтра 49 одновременно поступают на входы сумматора 58 и вычитателя59. На выходах сумматора 58 и вычитателя59 образуется напряжения;Ос (т) =2 Чпр уг 1+ сргл СОЯ (0)пр с + л 1 + 2 /г ) "соя - -,Ор(т) =2 Ч.,33 П ( 0 р 1 + Л 1 т + 2 Р ) "г Р 1 +02 где Ьр=р 1 - рг =2 т Рп - фазовыйб сдвиг, определяющии направление на источник излучения;б - расстоя ние между а нтен нами (измерительная база):с в длина волны;3- угол прихода радиоволн,Напряжение Ос (1) поступает на горизонтальный электрод ЭЛТ 61, на вертикальный электрод которого подается через фазовращатель 60 на 90 напряжение Ор(т), На экране ЭЛТ 53 визуально оценивается угол а(фиг, Зе)т 9 Гх= - =щ -а=О(т) 22Следовательно, визуальная пеленгация источника излучения ЛЧМ - МФМн сигналов в предлагаемом устройстве осуществляется фазовым методом., которому свойственно противоречие мыкду требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла /3,Действительно. устройство тем чувствительнее к изменению угла 3,ем больше относительный размер баь ОЯ . Однако с ростом б/Л уменьшается значение угловой координаты /3, при котором разность фаз Ьр превосходит значение 2 л. т, е. наступает неоднозначность отсчета,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для устранения неоднозначности отсчета угловой координаты Р в предлагаемом устройстве используется ЭЛТ 53 с линейной разверткой, которая позволяет определить квадрант, в котором находится измеряемый фазовый сдвиг Ьу) . С целью определения квадранта, в котором находится измеряемый фазовый сдвиг Ьу применяется относительная фазовая модуляция напряжения Об(т) и дополнительная импульсная модуляция выходного напряжения фазового детектора 51.Управляющие прямоугольные импульсы длительностью и периодом следования Т 0 (фиг. 7 а) с выхода генератора 54 одновременно поступают на входы линии 57 задержки, дифференцирующей цепи 55 и ключа 52. Время задержки туг линии 57 задержкиТо выбирается следующим образом: тзг = -2 Видеоимпульсы (фиг. 7 б) с выхода линии 57 задержки поступают на вход управляемого фазовращателя 50, на второй вход которого подается напряжение Об(с) с выхода полосового фильтра 49. Управляемый фазовращатель 50 работает таким образом, что при п осту плен ии модули рую щего и рямоу гол ьного импульса (фиг, 7 а) дискретно или плавно изменяется на некоторое значение (2 - 3 ) относительный фазовый сдвиг, Это приводит к тому, что начиная с некоторого момента времени 11, соответствующего времени задержки тг происходит дискретное или плавное изменение амплитуды напряжения на выходе фазового детектора 51 (фиг. 7 в), который работает в режиме вычитания. На фиг. 6 показана картина выходного напряжения фазового детектора 51, Для упрощения изображен один импульс меандра выходного напряжения фазового детектора 51, который в свою очередь разделен пополам дополнительной модуляцией. Следовательно, в результате относительной фазовой модуляции напряжение на выходе фазового детектора 51, пропорциональное измеряемой разности фаз Ьр оказывается промодулированным по амплитуде(фиг. 7 в), Ключ 52 предназначен для импульсной модуляции выходного напряжения фазового дет ктора 51. В исходном состоянии ключ 52 закрыт и открывается прямоугольными импульсами с выхода генератора 54 (фиг.7 а). Это позволяет преобразовать выходное напряжение фазового детектора 51 (фиг. 7 в) в видеоимпульсы ступенчатой формы (фиг.7 г),Прямоугольные импульсы (фиг. 7 а) с выхода генератора 54 одновременно поступают на вход дифференцирующей цепи 55. в1744471 13 50 55 котором каждый прямоугольный импульс преобразуется в два коротких импульса разной полярности (фиг. 7 д). Положительным коротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом останавливается генератор 56 развертки, выходное напряжение которого (фиг. 7 е) формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 53, Выходное напряжение фазового детектора 51 через ключ 52 (фиг, 7 г) поступает на вертикальный электрод ЭЛТ 53, на экране которого образуется изображение в виде ступенчатого импульса (фиг. Зж, з, и, к).Приращение амплитуды импульса на выходе фазового детектора 51 в сочетании с его полярностью определяет квадрант, в котооом находится измеряемый фазовый сдвиг, а амплитуда импульса несет дополнительную информацию о величине фазового сдвига Ьр в пределах квэдранта (фиг. Зж, 3, и, к, фиг, 8),Время задержки т;,; линий 26 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ЛЧМ - МОМн сигнала и фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 2. 33, 34. 53 и 61, По истечении этого времени напряжение с выхода линии 26 задеркки поступает на вход сброса обнаружителя 25 и сбрасывает его пороговый блок 41 в начальное состояние, При этом блок 28 поиска переводится в реким перестройки гетеродина 29, а ключи 10 и 27 закрываются, т, е. переводятся в свои исходные состояния. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Ог и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов продолжаегся. В случае обнаружения следующего ЛЧМ-МФМн сигнала работа устройства происходит аналогичным образом.Таким образом. предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет визуально оценить н только основные параметры обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, но и фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения, При этом точная пеленгация источника излучения ЛЧМ-МФМн сигналов достигается увеличением измерительной базы б, Возникающая при этом неоднозначность 5 отсчета угловой координаты 3 устраняетсяпутем использования относительной фазовой модуляции напряжения Об(т) и дополнительной импульсной модуляции выходного напряжения фазового детектора. Тем са мым функциональные возможности устройства расширены,Ф о рмула изобретенияИндикаторное устройство по авт, св. М.15 1682788, отличающееся тем,что,сцелью расширения функциональных возмокностей за счет возмржности определения направления на источник излученияпутем визуальной оценки фазового сдвига,20 в него введены последовательно соединенные вторая антенна, второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второйусилитель промежуточной частоты, четвертый умножитель частоты на восемь, шестой25 полосовой фильтр, третий делитель частотына восемь, седьмой полосовой фильтр, управляемый фазовращатель, второй фазовыйдетектор, третий ключ и вертикально отклоняющие пластины четвертой электоонно-лу 30 чевой трубки между выходом генераторапрямоугольных импульсов, соединенного сдругим входом третьего ключа, и другим входом управляемого фазовращателя, сумматор, последовательно соединенные35 вычитатель, второй фазовращатель на 90 ивертикально отклоняющие пластины пятойэлектронно-лучевой трубки, горизонтальноотклоняющие пластины которой подключены к выходу сумматора, один вход которого40 соединен с одним входом вычитателя, с выходом частотного детектора и другим входом частотного детектора и упругим входомвторого фазового детектора, другие входывычитателя и сумматоры подключены к вы 45 ходу седьмого полосового фильтра, а другойвход второго смесителя соединен с выходомгетеродина,