Устройство для измерения параметров линейно-частотно модулированных сигналов

(54) УСТРО РАМЕТРОВ ЛИ РОВАН (57) Испол быть испол скорости и скорости и значения, д ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПА- ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУНЫХ СИГНАЛОВьзование: изобретение может ьзовано для измерения средней зменения частоты, отклонения зменения частоты от среднего евиации частоты и длительности линейно-частотно-модулированных (Л ЧМ) радиоимпульсов. Сущность изобретения: устройство содержит 2 фазовращателя (1,8), смеситель (2), 1 усилитель промежуточной частоты (3), 1 усилитель-ограничитель (4), 2 элемента И (5,13), 3 счетчика импульсов (6,7,14), 2 амплитудных детектора (9,16), 1 вычитающий блок (10), 1 делитель (11), 1 генератор импульсов(12), 1 линию задержки (15), 1 блок регулируемой задержки (17), 1 блок формирования интервалов счета (18), 1 дифференцирующую цепь (19), 1 сумматор (20), 1 блок памяти (21), 1 умножитель (22), 1 блок индикации (23), 12" 7-1 -2-3- 4 5-6 10 -.11=22-23; 7"8 2; 15 8; 16 19-17-18-1314= - 20 - 22; 21-20-23; 14 11; 14- 10; 3-9-5; 9-13; ф18-5; 7- 13; 19-6; 19-14. 5 ил,50 55 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения средней скорости изменения частоты, отклонения скорости изменения частоты от среднего значения, девиации частоты и длительности линейно- частотно-модулированных (ЛЧМ) радиоимпульсов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения длительности и девиации частоты ЛЧМ радиоимпульсов, а также средней скорости изменения частоты парциальных импульсов составленных ЛЧМ сигналов и повышения точности измерения средней скорости изменения частоты одиночных ЛЧМ сигналов,На фиг.1 приведена функциональная блок-схема устройства для измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов; на фиг.2 функциональная блоксхема блока индикации; на фиг.З - функциональная блок-схема вычитающего блока; на фиг,З и 4 - эпюры, поясняющие работу устройства.Устройство для измерения параметров ЛЧМ сигналов (фиг.1) содержит фазовращатель 1, смеситель 2, усилитель 3 промежуточной частоты, усилитель-ограничитель 4, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, счетчик 7 импульсов, фазовращатель 8, амплитудный детектор 9, вычитающий блок 10, делитель 11, кварцевый. генератор 12, элемент И 13, счетчик 14 импульсов, линию задержки 15, амплитудный детектор 16, блок 17 регулируемой задержки, блок 18 формирования интервалов счета, дифференцирующую цепь 19, сумматор 20, блок памяти 21, умножитель 22, блок индикации 23.При этом в устройстве соединены последовательно линия задержки 15, фазовращатель 8, смеситель 2, усилитель промежуточной частоты 3, усилитель-ограничитель 4. Элемент И 5, счетчик 6, вычитающий блок 10, делитель 11, умножитель 22, блок индикации 23, последовательно соединены амплитудный детектор 16, дифференцирующая цепь 19, блок регулируемой задержки 17, блок формирования интервалов 18, элемент 13, счетчик 14, сумматор 20, последовательно соединены кварцевый генератор 12, счетчик 7, фазовращатель 1, При этом выход сумматора 20 соединен с первым входом блока индикации 23 и вторым входом умножителя 22. Выходы делителя 11 соединены с третьим входами блока индикации 23, Вход линии задержки 15 соединен с входами фазовращателя 1 и амплитудного детектора 16 и является входом устройства. Вход амплитудного детектора 9 соединен с выходом усилителя промежуточной частоты 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 3, а выход соединен с третьими входами элементов 5,13, Выход блока 18 формирования интервалов счета соединен с вторыми входами элементов И 5, 13, Первый вход элемента И 13 соединен с последним разрядным выходом счетчика 7, остальные разрядные выходы счетчика 7 соединены управляющими входами фазовращателя 8, Прямые разрядные выходы счетчика 14 соединены вторыми входами делителя 11 и первыми входами сумматора 20, вторые входы сумматора 20 соединены с выходами блока памяти 21, Выход дифференцирующей цепочки 19 соединен с установочным входами счетчиков 6, 14.Блок индикации 23 (фиг,2) содержит двоично-десятичные дешифраторы 24, 25, 26 и цифровые индикаторы 27, 28, 29.Вычитающий блок 10 (фиг.3) содержит преобразователь 30 инверсного хода в дополнительный и сумматор 31,Работа предлагаемого устройства заключается в следующем, Анализируемый ЛЧМ сигнал видаф01(1)=Ч 1 соз(2 л Ен 1+0,5 ф т + / ЬЕ(0 й+ фо)приО( т ст где Ч 1, Ен, В, ро - амплитуда, начальная частота, скорость частотной модуляции (ЧМ) и начальная фаза сигнала,Ь Е(т) - функция, описывающая внутри- импульсные отклонения частоты от линейного закона, поступает на вход фазовращателя 1 и через линию задержки 15 на вход фазовращателя 8,Кварцевый генератор 12 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования тл=0,5 Есдь о,где Есця - смещение частоты сигнала;п - количество ступеней апроксимации пилообразной фазовой модуляции,Есдв выбирается с таким расчетом, чтобы она была значительно больше предлагаемых отклонений мгновенной частоты исследуемых ЛМЧ сигналов от линейного закона изменения частоты во времени и составляет.1520 МгЦ. При использовании известных в настоящее время дискретных фазовых модуляторов с числом разрядов управляющего цифрового кода М 6 количество ступеней аппроксимации может составить п=2 =64. М - разрядный счетчик 7 импульсов, работающий со сбросом, при переполнении осуществляет подсчет тактовых импульсов генератора 12, Прямые и инверсные выходы счетчика 7 подаются в качестве управляющих соответственно на входы дискретных фазовращателей. В результате ступенчатой пилообразной фазовой модуляпоступает также на вход амплитудного детектора 9 на выходе которого выделяется огибающий сигнал с выхода УПЧ,З длительностью тг =т 4 - тэ, Этот импульс подается 30 на третьи входы элементов И 5 и 13 (фиг,5 д).Амплитудный детектор 16 выделяет огибающую входного ЛЧМ сигнала длительностью т 1 =хи С выхода амплитудного детектора 16 видеоимпульс длительностью 35 т 1 = г(фиг.5 б) поступает на дифференцирующую цепь 19, На выходе дифференцирующей цепи 19 выделяется дваразнополярных импульса соответствующие фронту и спаду входного видеоимпульса (фиг.5 в). Импульс, 40 соответствующий фронту импульса, поступает на вход блока регулируемой задержки 17 и на установочные входы в "нулевое" состояние счетчиков 6,14, устанавливая их в исходное состояние,45 ГуЛИрОВатЬСя В ПрЕдЕЛаХ От тщп 17 дО Гпэх 11,50 55 ции ЛЧМ сигнала на фазовращателях происходит смещение задержанного и не задержанного исследуемых сигналов по частоте соответственно вверх и вниз на величину Есм/2. Использование фазовращателей 1,8 позволяет уменьшить влияние их инерционности на точность измерения за счет уменьшения в два раза частоты повторения управляющего кода,Разнесенные по частоте на величину Есм задержанный и не задержанный ЛЧМ сигналы перемножаются на смесителе 2. На выходе смесителя 2 образуются комбинационные частотные составляющие, из состава которых усилителем промежуточной частоты (УПЧ) 3 выделяется разностная частотная составляющая частотой тупч= ВТЗ+ +ЬЕсм+Л Е(с) тз и через усилитель-ограничитель 4 подается на первый вход элемента И 5. Усилитель-ограничитель 4 служит для устранения влияния паразитной амплитудной модуляции на результаты измерения и формирования импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами из синусоидального напряжения на выходе УПЧ 3,Сигнал частоты супу= ф хЗ+ ЬЕсмЬ+ Е(т) тз ДлительноСть Ь 1 блока регулируемойзадержки 17 выходного импульса может рет ып выбирается равной тз линии задержки 15 (фиг.5 е) Х щэс выбирается равной максимальной длительности входных ЛЧМ сигналов.Блок формирования интервалов счета 18 запускается по спаду импульса с выхода блока регулируемой задержки, Длительность его импульса регулируется от таю 18 До айвах 18, %пп 18 ВЫбИРаЕтСЯ РаВНОй минимальной длительности т пэр парциального ЛЧМ сигнала в составном ЛЧМ сигнале 5 10 15 20 25(фИГ,5 ж). трах 18 ВЫбИраЕтСя раВНОй МаКСИ- мальной длительности входных ЛЧМ сигналов (фиг.5 ж). Импульсы с выхода блока формирователя интервалов счета 18 поступает на вторые входы элементов И 5 и 13. На выходах элементов И 5 и 13 выделится пачка импульсов, длительность которого равна длительности импульса с выхода блока 18, и задержанная относительно начала входного ЛЧМ сигнала на величинУ т зз 1(фиг.5 а,г),На выходе элемента И 13 количество импульсов в пачке будет пропорционально ВЕЛИЧИНЕ Есм т и 18Это обусловлено тем, что на первый вход элемента И 13 поступают импульсы с выхода последнегоразряда счетчика 7 с частотой равной Е см.На выходе элемента И 5 количество импульсов в пачке будет пропорционально ве- ЛИЧИНЕ (Есм+Рэ+А Е(1).з) Ги 18Счетчики 6 и 14 осуществляют подсчет импульсов, поступающих на их входы. По окончании импульсов строба с блока 18 на выходах счетчиков 6 и 14 образуется код 1 ч 1 и йг соответственно, ПричемИ 2=Есм с и 18Й 1=(Есм+ ф7 з+ Ь Е(т) Гу) и 18или М 1=М 2+(р7 э + ЬЕ(1)Т з) Т и 18 где Есм - частота смещения;т з - величина задержки в линии задержки 15;р- скорость частотной модуляции входного ЛЧМ сигнала;ЬЕ(т) - внутриимпульсные отклонения частоты от линейного закона;7 и 18 - ДЛИтЕльнОСть импульСа на выхсдЕ блока 18,В случае, когда длительность импульса блока 17 г з 17 Равна Длительности т з линии задержки 15, а длительность импульса блоКа 187 и 18 раВНа дЛИтЕЛЬНОСтИ Ппах 18, КОДЫ М 1 и )чг будут пропорциональны следующим выражениямЙг=Есм т и 18Й 1 (Есм+ фг з+ Ь Е(с) тз)( г - сз )ИЛИ М 1= - Ига тэ+ МФ з)"1"(ти тз ) - Мг М 1Таким образом код на выходе счетчика 14 пропорционален длительности сигнала, а код на выходе счетчика 6 пропорционален как длительности сигнала так и скорости частотной модуляции р и внутриимпульсным отклонениям частоты от линейного закона Ь Е(1),Код й 1 и )чг поступают на вычитающий блок 10, Для упрощения операции вычисления разности используется инверсный код Кг счетчика 14, который в преобразователе 30 преобразуется в дополнительный кодй 2, Преобразователь 30 представляет изсебя сумматор, на втором входе которого вмладшем разряде всегда присутствует единица. Сложение инверсного кода йг и "1"дает дополнительный код. Далее при сложении на сумматоре 31 кода К 1 и дополнительного кода Йг на выходе получаетсярезультат равный разности й-й 2=й 1 . Зна 1чение двоичного кода пропорционально таким образом;И=(ф гз+ ЬЕЕ.)Л -7 )Делитель 11 осуществляет операциюделения двоичного числа й 1 на число Й 2, Врезультате двоичное число на выходе делителя будет пропорционально выражению;й /ЬЬ=,Втз+ЬЕ(с) гз .Среднее значение Ь Е(т) за время, равное длительности сигнала т , равно нулю,поэтому в режиме измерения параметровобычного (не составного) входного ЛЧМ сигнала двоичное число на выходе делителябудет пропорционально ф средней скорости измерения частоты ЛЧМ сигнала, т.е.Й 1/Й 2= Втз,Этот код в двоичной форме поступает натретий вход блока индикации 23. Показанияиндикатора 29 будут соответствовать ф -скорости измерения частоты ЛЧМ сигнала.Величинут учесть легко при выборет З.10",где К=12., путем переноса запятой в показаниях индикатора 29, Кроме того кодй 1/йр поступает на выход умножителя 22,Двоичный код йг с выхода счетчика 14поступает на вход сумматора 20, На второйвход сумматора 20 поступает код соответствующий Есм тз с блока памяти 21. Блок памяти 21 может быть выполнен например напереключателях. Таким образом при известной Е на выходе сумматора 20 будетдвоичное число соответствующее длительности т и входного ЛЧМ сигнала, Это числов параллельном коде поступает на первыйвход блока индикации 23 и на вход умножителя 22,В умножителе 22 производится умножение двоичного числа, соответствующегодлительности импульса ЛЧМ сигнала ти, надвоичное число соответствующее ф скорости изменения частоты, Таким образом навыходе умножителя 22 получается произведение ти ф и равное девиации частоты Ь 1,Двоичное число соответствующе поступаетна второй вход блока индикации 23 и отображается на индикаторе 28,В случае измерения параметров парци. ального ЛЧМ радиоимпульс составногоЛЧМ сигнала (фиг,4) величина задержкитзп блока 17 устанавливается равной задержке парциального радиоимпульса относительно начала ЛЧМ сигнала с учетом задержки в линии 15, а длительность импульса(который определяет величину интервалаизмерения) блока 18 ти 1 в устанавливается5 равным длительности парциального ЛЧМрадиоимпульса. В остальном работа устройства аналогична первому режиму. В этомслучае показания блока индикации 23 будетсоответствовать длительности тзр, девиа 10 ции частоты Д 1 и скорости изменениячастоты 3 пзрпарциального ЛЧМ радиоимпульса (фиг.4).Режим измерения отклонения скоростиизменения частоты 3 от линейного закона15 (внутриимпульсных отклонений Л Е(т аналогичен режиму измерения параметровпарциального ЛЧМ радиоимпульса. Приэтом ЛЧМ сигнал условно делится на несколько ЛЧМ радиоимпульсов и измеряют 20 ся параметры каждого, Таким образом вкаждом интервале счета измеряют скоростьизмерения частоты 3 , Внутри импульсныеже отклонениями Е(т) будут равны,1ЛЕ(с)= -ф; - ф,где- число интервалов счета,или замеряя сначала среднюю скоростьизменения частоты ф за полную длитель 30 ность ЛЧМ сигнала ти, внутриимпульсныеотклонения частоты от линейного законаЬЕ(т) можно определить такЬЕ(т)= ф - %,гдето- скорость измерения частоты в каж 35 дом интервале счета.Таким образом поставленная цель достигается за счет подсчета числа импульсовтактовой частоты, и числа импульсов с выхода смесителя дифференцирующего четы 40 рехполюсника в одном и том же интервалесчета с последующим использованием кодов этих чисел для вычисления параметровЛЧМ сигналов,Точность измерения средней скорости45 изменения частоты одиночных ЛЧМ сигналов в предлагаемом устройстве повышаетсяне менее чем на порядок по сравнению спрототипом,Формула изобретения50 Устройство для измерения параметров линейно-частотно-модулированных сигналов,содержащее последовательно соединенныелинию задержки, первый фазовращатель, смеситель и усилитель промежуточной частоты,55 последовательно соединенные первый счетчик импульсов и второй фазовращатель, выход которого соединен с вторым входомсмесителя, а также амплитудный детектор,вход которого соединен с входами линиизадержки и второго фазовращателя и входной шиной устройства, вторая группа выходов первого счетчика импульсов соединена с управляющими входами первого фазовращателя, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью расширения функциональных возмож ностей за счет измерения длительности и девиации частоты ЛЧМ сигналов, и повышения точности измерения параметров одиночных ЛЧМ сигналов, в него введены последовательно соединенные усилитель-ограничи тель, первый элемент И, второй счетчик импульсов, вычитающий блок; делитель, умножитель и блок индикации, последовательно соединенные дифференцирующая цепь, блок регулируемой задержки, блок формиро вания интервалов счета, второй элемент И, третий счетчик импульсов и сумматор, а также второй амплитудный детектор, кварцевый генератор и блок памяти, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора, 20 выходы которого соединены с вторыми входами умножителя и первыми входами блока индикации, вход усилителя-ограничителя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и входом второго амплитудного детектора, выход которого подключен к третьим входам первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И соединен с выходом блока формирования интервалов счета, первый вход второго элемента И соединен с последним разрядным выходом первого счетчика импульсов, инверсные выходы третьего счетчика импульсов соединены с вторыми входами вычитающего блока, а прямые выходы соединены с вторыми входами делителя, выходы делителя подключены к третьим входам блока индикации, вход дифференцирующей цепи соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход - с установочными входами второго и третьего счетчиков импульсов, выход кварцевого генератора соединен с входом первого счетчика импульсов.+У фиг 50 оставитель Р.Матвеевахред М.Моргентал СРедактор М.Товтин Те Корректор О.Кравцова аказ 1667 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10