Устройство для определения частоты узкополосных сигналов

1 муОЦ д Комитет Росснйской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Таганрогский радиотехнический институт(73) Таганрогский радиотехнический институт(54) УстеойстВО ДЛЯ ОПРЕДЕПЕНИЯ ЧАСТОТЫ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ(7) Изобретение может быль использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, в из ю ШЫ (щ 2 РЦ 5 О 1 В ЗЗ ОО мерительных комплексах внеполосных или паразитных узкополосных излучений, Устройство дпя определения частоты узкополосных сигналов содержит анализатор, состоящий из каналов, входы которых соединань 1 параллельно, каждый канал содержит полосовой фильтр, амплитудный детектор, интегратор пороговый блок, блок совпадения и ключ, блок грубой оценки частоты, мультиплексор 3, частотный детектор, сумматоры напряжений и индикатор, 2 зл. ф-лц 1 ил.10 20 30 40 50 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и преимущественно может быть использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, а также в измерительных комплексах внепопосных или паразитных узкополосных излучений,Целью изобретения является повышение точности определения частоты, включающее в себя и повышение помехоусточивости с допустимой функциональной сложностью.На чертеке приведена структурная схема устройства.Устройство для определения частоты узкополосных сигналов содеркит многоканальный частотный анализатор 1, состоящий из К каналов, входы которых соединены параллельно, каждый из каналов содержит полосовой Фильтр 11, подключен ный к первому входу интегратора 31 через последовательно включенный амплитудный детектор 21, выход первого интегратора 31 подключен через последовательно соединенные пороговый блок 41, первый вход блока совпадения 51 к первому входу электронного ключа. 61, второй вход которого соединен с выходом генератора иг 1 пульсов сброса 81, вход генератора синхроимпульсов 71 подключен ко входу генератора импульсов сброса 81, второй вход первого интегратора 31 связан с выходом генератора, вторые входы блока совпадения 51 подключены к выходу генератора тактовых импульсов 91, вход которого соединен с выходом генератора импульсов сброса 81, потенциальные вьходы 1 соединены с информационными входами двухканального блока грубой оценки частоты 2, у которо-го К/2 потенциальных выходов многоканального частотного анализатора подключены к К/2-1 входам второго мультиплексора 12, К/2-1 потенциальных выходов многоканального . частотного анализатора подключены к К/2 входам третьего мультиплексора 22, выход второго мультиплексора 12 связан со входом первого демупьтиплексора 32, выход третьего мультиплексора 22 связан со входом второго демультиплексора 22, К/2 выходов первого демул ьтиплексора 32 подкл ючен ы к К/2 адресным входам четвертого демультиплексора 32, К/2-1 выходов второго демультиплексора 4 л подкпючень 1 к адресным входам пятого,мультиплексора 62, на информационные входы четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров подаются опорные напряжения, соответствующие центральным частотам и нечетных каналов, а инфорационе вод с водами мультиплексора 3, выход которого соединен со входом частотного детектора 4, состоящего из фазовращателя 14, соединенного совходом линии задержки 24, выход которойподключен ко вторым входам первого перемножителя 34 и второго перемножитепя 54,выход линии задержки 24 свяэан с первымвходом второго Зв, выход фазовращателя 14соединен через последовательно включенный первый вход первого перемножителя 34и второй и третий фильтры нижних частот 54и 64-, с первым и вторым входами фазовогодетектора 74, выход второго перемножителя35 связан со входом третьего фильтра нижних частот 64, выход которого соединен совторым входом фазоаого детектора 74, выход 4 соединен с первыми входами первого5 и второго 6 сумматоров напряжений, выходы которых соединены со входом индикатора 7, вход генератора кодов адресовопроса 8 связан с выходом генератора синхроимпульсов 71 многоканального частотного анализатора 1, а выход 8 с адреснымивходами мультиплексора 3 и двухканального блока грубой оценки частоты 2.Работает устройство определения частоты узкополосных сигналов следующим образом,Пусть на входы К каналов многоканального частотного анализатора поступаетпроцесс в виде аддитивной смеси М сигналов, представляющих собой гармоническиекомпоненты, существующие на интервалето, 1 о + Тгк) где то начало анализа; Тгкдлительность сигнала.Му(т) = , Ом ехр ЩЯо 1х + гр;Полагаем, что максимально число М известно, сигналы могут поступать одновременно, но во во 2 Ф-,.Иом и в один каналпопадает не более одного сигнала, Ою-неизвестные амплитуды 1-ых сигналов; гр-неизвестные начальные фазы сигналов,Время анализа, за которое происходит просмотр первым мультиплексором 3 всех Иканалов определяется длительностью импульсов генератора тактовых импульсов 91Тгтм, причем ТгтиТгк махВ момент включения генератора синхроимпульсов 7, запускающего генератортактовых импульсов 91 и генератор импульсов сброса 81, котарь.й обнуляет интеграто- .ры 31 после их работы в предыдущем такте,генератор 9 подает разрешающее напряжение на блоки совпадения 51. Блоки полосовых фильтров 11, амплитудных детекторов .21, интеграторов 31 и пороговых блоков 41представляют собой энергетические обнаружители, причем для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы времяинтегрирования Т было меньше Тгк, но до- . статочное для обеспечения заданной веро-.ятности правильного обнаружения Рв.Если уровень напряжения превышает порог1-го порогового блока, то блок совпадения 51 5 выдает отпирающее напряжение не электронный ключ 61, который подключает соответствующий полосовой Фильтр 11Входные сигналы с выхода 1-го полосового фильтра поочередно, через первый мульти плексор 3, управляемый генератором кодов адресов опроса 8, поступают на входы фазовращателя 14, линии задержки 2 и второго перемножителя 3.На выходе фазовращателя имеем 15Оф= Оо 81 п(63 о + й+)= Оосоз(ЙЬ 1 дй+ О)на выходе линии задержки 24 20О 1 з=Оо 1 п(во с+ ао 1 Ф +Р 1)тогда на выходе первого перемножителя 44получимг 2501= - (зЬ (2 йь т+йзо 1 13+291)- 2-31 пи о Гз)на выходе второго перемножителя30 О 2= - (соэйь 3 - социо т+ио 1 тэ +2 фЩОо2после фильтров нижних частот 5 а, (и имеемОо 35О 1 ф= - э 1 п во юз22О 2 ф = соз йь 1 хЪОо2окончательно отклик фазового детектора 474з 1 паызиод - агсщ% =Вд 1 фДсозйь 1тзТ да й= фд, где гз величина за. 45Офдгздержки 2 а известна и выбирается из значения ширины полосы анализа частот одного канала многоканального частотного анализатора 1. 60Таким образом, частотный детектор 4 осуществляет точное определение частоты иоь В то же время видно, что незнание номера полосового фильтра (канала, в котором присутствует сигнал, приводит к 55 неоднозначности отсчета. Если же такая информация присутствует, кроме того есть информация о четности - нечетности номера канала, то появляется возможность использовать как положительную, так и отрицательную ветви дискриминационной харак" теристики,С этой целью вводится двухканальный блок грубой оценки частоты 2, который работает следующим образом: выходы блоков совпадения четных канадцев поочередно коммутируются вторым мультиплексором 12, а выходы блоков совпадения нечетных каналов коммутируются третьим мультиплексором 22. Первый и второй демультиплексоры,32 и 42 преобразуют номер канала в цифровой двоичный код, которые затем подаются на адресные входы четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров, На информационные входы четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров подаются эталонные напряжения, соответствующие значениям центральных частот полосовых фильтров каналов, В сумматорах 5 и 6 происходит суммирование напряжения с выхода фазового детектора 8 з и соответствующего информационного входа четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров, Результат индицируется индикатором 7Следует отметить, что последовательное включение блоков 12, 32, 52 и 22, 42, 62 двухканального блока грубой оценки частоты 2 приводит к возмокности синхронизации работы блоков первого мультиплексора 3, четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров от генератора кодов адреса опроса 8, который в свою очередь синхронизируется как и блоки 41, 31, 51, 91 от генератора синхроимпульсов 71, что в свою очередь приводит к сиихронизации устройства в целом. Как следствие из этого исключения появление аномальных ошибок с блоков совпадения 51, т.к. происходит развязка адресных входов мультиплексора мультиплексоров 52, 62 и выходов 52, считывание йЪ происходит лишь в момент подачи сигналов от генератора кодов адресов опроса 8, исключая тем самым появление псевдооценок ЛвььГенератор кодов адресов опроса 8 последовательно выдает двоичный код 00001,00010,00011,11111, которые поступают на адресный вход мультиплексора 3, который последовательно исключает выходы электронных ключей 61 каналов, причем адрес 000.01 соответствует подключению выхода электронного ключа первого канала многоканального частотного анализатора 1,00010-2-го канала и 11111 - М-го канала.Напряжение с выхода электронных кг: очей 61 представляет собойОо ехр Я аь т+ ф) + п(т), тС (с 1, и) О(40 и 160,тг)Гдв Оо - аМПЛИтуда СИГНаЛВ, йю - НЕИЗВЕСТ- ная частота;ф) - белый гауссовский шум; тг-т 1 -",Тпя - длительность импульсов генератора тактовых импульсов, В описании заявки для простоты анализа О 1) можно пренебречь.Соответственна по вышеприведенным кадаМ адрЕСОВ ОПрОСа СрабатцваЮт МуЛЬтйплексоры 12, 22, 32, 62 и демультиплексоры 32,42, Причем выходы блоков совпадения 61 нечетных каналов подключены к мульти" плексору 12, ВыхОды блОков совпадения 81 четных каналов ко Входам мультиплексора 22.Пусть сигнал Обнаружен В 1-м и 4-м каналах, По адресу 000.01 с выхода генератора кодов адресов опроса 8 подключается первый вход мультиплексора 12, если в 1 "м канале сигнал отсутствовал, то на выходе блока совпадения Б 1 будет логи 1 еский ноль, тогда на выходе 12 тоже будет ноль, соответственно и на выходах демультиплек- СОРЭ 32 тежо бУДЕТ ткОмбмнациЯ ООО ООт так как выходы демультиплексора Эгподкл Юченц к адрссным входам мультиплексора 52, тогда по адресу ООООО на выходе 52 будет логический ноль, Для рассматрйваемого случая с выхода 511-го канала имеет логическую единицу тогда по адресу 000,01 на выхОде мультиплекСора 12 будет сигнал первого его входа, т.е. логическая единица, соответственно на выходах демультиплексора 32 будет комбинация 000,01, по этому адресу мультиплексор 62 подкаочит первый свой вход, на которьй подается опорное напряжение пропорциональное Ь,соответс 1 венно с Фазового детектора 74 снимаетсят напряжение йО 1 пропорцио. НаЛЬНОЕ ЧВСтОТЕ ЛЕжаЩЕй.В ПРЕДЕЛВХ То 1- л"Й 1 о + - " где Ьф пОЛОСВЮ; Уоспропускания полосового Фильтра 1-го канала.Гаким образом, сумматор выдает постоянное йапряжение пропорциональное сум- МЕ Оо 1 о) + ЬЩ йо) И ДОбаВКИ Ьфо) С Фазового Детектора 74. Индикатор 7 с проградуированной шкалой преобразуе зто напряжение в отсчет частоты и индицируст его.Таки 1 образом с Вцходов демультимп., лексоров 52 и 62 имеется ступенчатое напряжение Оо пропорциональное частотам Ь, Если сигнал обнаружен в 4-м канале многоканального частотного анализатора 1, то на выходе блока совпадения 51 четвертого канала появляется логическая единица и на втором входе мультиплексора 22 имеем логическую единицу, а на адресном входе 22 комбинацию 000100, следовательно, на выходе 42 подключен второй вход мультиплексора 22, на адресном входе демультиплексора 42 также присутствует комбинация 000100, по этому адресу на выход мультиплексора 62 подключен второй вход 62, на который подается опорное напряжение ПРОПОРЦИОНаЛЬНОЕ ЧаСтОтЕ то 4+ Ь 5 о 4 И ИН- дицируется на индикаторе 7. Техническое преимущество предлагаемого изобретения в сравнении с прототи- ПОМ СОСТОИТ В ТОМ, ЧТОа) в частотном детекторе, в отличие от существующих устройств используется как прямая, так и обратная ветви, что позволяет увеличить крутизну дискриминационной характеристики в полосе одного Фильтра в 2 раза, а значит увеличить точность измерения частоты в 2 раза, т.к, дисперсия оценки частоты имеет видгде 8- крутизна дискриминационной характеристики;Чвх входное отношение сигнал/помеха по напряжению,б) так как на входе Фазового детектора 4 частота анализируемого сигнала всегда переносится на нулевую частоту, а неизвестная частота преобразуется в неизвестную фазу, то появляется возможность использования в фазовом детекторе фильтра нижних частот и увеличить отношение сигнал/шум цвх в К-раз, где К - коэффициент Фильтрации, Итак, если для известных устройствЯ.Жп = -г 31 = Ка 1 Цвх1Дла предлагаемого ог = - таким231 К (Звх обРазом выигрыш равенФормула изобретения1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно соединенные многоканальный частотный анализатор, мультиплексор и частотный детектор, индикатор, генератор опроса каналов, выходы которого соединены с адресными входами мультиплексора, а выходы многоканального частотного анализатора - с информационными входами мультиплексора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения частоты узкополосных сигналов, в него введены двухканальный блок грубой оценки частоты, два сумматора напряжений, первые входы которых соединены с выходами ка. налов блока грубой оценки частоты, вторые входы - с выходом частотного детектора, а выходы сумматора напряжений соединены с индикатором, адресные входы блока грубой оценки частоты соединены с адресными входами мультиплексора, информационные входы каналов блока грубой оценки частоты соединены соответственно с нечетными и четными потенциальными выходами многоканального частотного анализатора, выход синхронизатора которого соединен с выходом генератора опроса,2, Устройство по п,1, отличающееся тем, что многоканальный частотный анализатор содержит И параллельных каналов,каждый из которых содержит последовательно соединенные полосовой фильтр,5 амплитудный детектор, ивовый интегратор, пороговый блок, блок с впадения иэлектронный ключ, входы полосовых фильтров являются входом устройства, вторыевходы блоков совпадения соединены с выходом генератора тактовых импульсов, эвторые входы первых интеграторов - с выходом генератора импульсов сброса, выход генератора синхроимпульсов черезпоследовательно соединенный генераторимпульсов сброса соединен с входом гене.ратора тактовых импульсов.3. Устройсво по п,1, отличающеесятем, что двухканальный блок грубой оценки частоты состоит из второго и третьегомул ътипгексоров; выход второго мультиплексора подключен к входу первого демультиплексора, выход третьегомультиплексора - к входу второго демуль 25 типлексора, выходьг первого демультиплэксора подключейы к адресным входамчетвертого мультиплексора. выходы в 1 орого демультиплексорэ подключены к адресным входам пятого демультиплексооа,3 г 1 информационные входы четвертого и пятого мультиплексоров соединены с источниками опорных напряжений,