Имитатор радиосигналов

.,-,ЕООКЗН - нв ек МЬ:е О ПИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалнстииескнк Республик(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 05. 06. 78 (21) 2638820/18-24с присоединением заявки Нов(51)М, Кл,з 6 09 В 23/18 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71) Заявитель 54) ИМИТАТОР РАДИОСИГНАЛОВ 1Изобретение 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 ров; изменяются уровни сигналов, изменяется уровень помех (флуктуационных, узкополосных синусоидальных, импульсных), возникают отраженные, мешакщие сигналы, изменяется Форма сиг 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 30 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 эФФектнвности 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 (1) содержащие задающий генератор, преобразователи частоты, например в виде делителей, умножителей .и т.п., обеспечивающие формирование сигналов заданных частот Аазовращатели, аттенюаторы сигналов. Они построены на элементах различных типов. В настоящее время широкоиспользуются устройства, которые реализуются полностью на цифровых логических элементах. Они могут быть как автономными, таки неавтономными устройствами на базе цифровых вычислительных машин. Подобные устройства допускают микро" миниатюризацию, 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 подави- тель помех и настроить его так, чтобы максимально подавить сигнал помехи. 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 на 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 проверкиаппаратуры, что ведет к росту затратна обучение и.контроль состоянияаппаратуры,Указанный недостаток усугубляетсяеще и тем, что коэффициент усиленияприемных устройств с предельным ограничением сигналов имеет значительныйразброс от образца к образцу, чтоделает практически невозможным установку одинообраэных условий .(параф метров имитируемого сигнала), наиболее подходящихдля укаэанных режимов работы, при использованииизвестных имитаторов сигналов.Наиболее .близким к изобретению15 является имитатор радиосигналов 23 Фсодержащий задающий генератор, формирователь основного имитируемогосигнала, формирователь дополнительного имитируемого сигнала, блок задащ ния соотношения амплитуд основного,и дополнительного сигналов, выходнойблок, к которому присоединено испытуемое устройство, измеритель параметровсигналов и измеритель соотношенияамплитуд основного и дополнительногосигналов, присоединенные к испытуемому устройству, блок управления,В этом устройстве формируются двасигнала близких частот, задаетсясоотношение их амплитуд, сигналы по .даются на испытуемое устройство, скоторым работает обучаемый (проверяющий) оператор, с помощью измерителя соотношения измеряется соотношение тех же сигналов на выходе35 испытуемого устройства, по результатуизмерения - по изменению соотношенияуровней сигналов можно судить обисправности испытуемого устройстваи о правильности действий оператораП в процессе работы с испытуемым устройством. При этом уровень сигналовможет быть любым .в заданном диапазоне. КоэФФициент усиления испытуемого устройства, его разброс такжене 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 измерениясоотношения амплитуд сигналов онидолжны быть разделены, что при относительно близких частотах затруднительно. Каждый сигнал должен быть6 О выделен высокоизбирательным фильтромс узкой полосой пропускания. Фильтрыдостаточно сложны в изготовлении инастройке, их параметры изменяютсяпри изменении условий окружающейу 5 среды. Перестройка таких фильтровзатруднительна, 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 параметров сигналов с переменными изменяе ьщи параметрами,что расширяет функ;,иона.,ьные воэможности устройства и повышает эффективность обучения и тренировки операторов в условиях, максимально приближенн:лх к реальны.;.,Указанная цель достигается 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, соединеньый 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 и делитель частоты, а измеритель сотношения 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 б сигналов реального процесса, измеритель7 параметров сигналов, измеритель Йсоотношения параметров, блок 9 управления, формирователь 10 вспомогательных сигналов, дискретный фаэовращатель 11, делитель 12 частоты, блок13 изменения фазы вспомогательныхсигналов, фазорасщепитель 14, фазовый дискриминатор 15, интегратор 16,измеритель 17 уровней напряжения,фазовый дискриминатор 18,интегратор 10 19, пороговый блок 20.дискретный. Аазовращатель, варианткотооого показан на йиг. 2, включаетв себя делитель 21 частоты, элемент22 запрета и элемент ИЛИ, 3.15Имитатор радиосигналов работаетследующим Образом,Сигнал зада. щего генераторапс ступает на формирователи 2,3 и.,ия тируемых сиги а яОВ раз ны.; частотэти сигналы подаются на формирОватель р в которОм уставагиэаетсктребуемое соотношение, напримеруровней сигналов; после этого сигналы поступают на согласующий блок5, где Они смешиваются,:.: в этомже блоке, наприер, с помощью аттенюатора, устанавливается уровеньвыходных сигналов, требуемый для работы формирователя б сигналов реаль 3 О ного процесса. Полученный комплексный сигнал подается на фер:лрователь6, на. котором работает О.-.зратср, Оператор, пользуясь Органами регулировки устройства, производят наст 35 ройку помехоподавляющи:; .игьтров так,чтОбы в максимальной степени Ослабить больший по уровню имитируемыйсигнал. При этом, если параметрыформирователя б соответствуют предь 40 являемым к нему требованиям, а Опера.тор правильно выполнил настройку, тобольший по амплитуде сигнал Ослабляется в некоторое число р .: - (например, в 25 раз), т.е,на выходе форми 45:рователя б соотношение уровней сигналов изменяе-ся и становится равным1:5, вместо сОО:ношения 5:1. Этоизменение Фиксируется измерителем 8,а измеритель 7 используется для измерения требуемых параметров сигна 0 ла (амплитуды, временного положения и т,п.).Режимы работы блоков задаются блоком 9 управления.Измеритель 8 построен на принцис"З пе синхронного детектирования. Нафазовый дискриминатор 18 с выходаформирователя б поступает смесь двухсигналов разных частот, соотношениеамплитуд которых должно быть иэмеЯ рено. Один сигнал можно рассматривать как полезный, второй - как помеху, Для обеспечения режима синхронного детектирования полезного сигнала на второй вход фазового дискримиб натора 18 подается сигнал с выходафазорасщепителя 14 блока 13. Частотаи фаза этого сигнала равны частотеи Лазе полезного сигнала, В результате взаимодействия в дискриминаторе18 двух имитируемых и вспомогательного (являющегося в данном случаеопорным) сигналов на выходе дискриминатора 18 формируется сумма двухсигналов: сигнал постоянной составляющей - результат взаимодействиядвух сигналов (полезного и опорного)одной частоты с одинаковыми фазами исигнал разностной частоты котораяравна р-зности частот опорного и второго из имитируемых сигчалов. Обасигнала с выхода дискриминатора 18подаются на интегратор 19 с большойпостоянной времени, выполняющий рольфильтра, Сигнал постоянной состарляющей интегратором 19 не ослабляется, а сигнал разностной частотыослабляется тем сильнее, чем вышечастота этого сигнала и чем большепостоянная времени интегратора. Так,например, при частотах имитируемыхсигналов 102 и 101 кГц и частотевспомогательного ,опорного) сигнала101 кГц, выполнении интегратора ввиде простейшей РС-цепи с постоянной/времени с :0,1 с и номиналами элементов б = 1 кОм, С = 10 мкА сигналразностной частоты 1 кГц ослабляетсяпо сравнению с постоянной полезнойсоставляющей сигнала примерно в700 раз. Таким образом, эффективноеразделение сигналов двух частот осуществляется без применения сложныхфильтров. Уровень выходного сигналафазового дискриминатора 18 определяется только разностью Фаз сигналов,поступающих на его выходы. Для обеспечения этого с высокой степеньюточности уровни входных сигналовнормализуются, например, с помощьюограничителей во входных цепях диск-.риминатора. Ограничение уровней сигналов эквивалентно использованиюбинарно квантованных по амплитудесигналов,Таким образом, фазовый дискриминатор 18 и интегратор 19 в данном случае эквивалентны устройству "широкополоснь 1 й ограничитель - узкополосный 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 известна, что система "ограничитель- Фильтр" при соотношениях "сигнал помеха", меньших 0,5, является линейной и уровень ее выходного сигнала пропорционален соотношению"сигнал/помеха" на входе устройства.Таким образом, уровень выходногосигчала - постоянной составляющейинтегратора 19 относительно максимального уровня (принимаемого за 1)пропорционален соотношению двухсигналов на. выходе формирователя 6.Благодаря этому блок 20 совместнос элементами 16, 19 измеряют указанное соотношение амплитуд имитируемыхсигналов на выходе формирователя б,Достоинством такой структуры измерителя 8 является некритичность к уровню входного сигнала, что обусловлено 5 возможностью жесткого ограничениясигнала на его входе.Стабильность и точность работыизмерителя 8 обеспечиваются тольков том случае, если частота и фаза 26 вспомогательного - опорного сигнала,поступающего на второй вход дискриминатора 18, равны частоте и фазеодного из имитируемых сигналов. Частота вспомогательного сигнала, котор рый формируется формирователем 10из сигнала задающего генератора 1,определяется коэффициентом деленияделителя 12, который выбираетсяравным коэффициенту деления аналогиЧного делителя, входящего в составодного из Формирователей 2,3 имитируемых сигналов. Однако фаза имитируемого сигнала изменяется при грохождении через Формирователи 4 и б.Причем, так как Формирователь 4 иблок 5 входят в состав собственногоимитатора, сдвиг фазы в них можетбыть ьа определенном этапе измерен,и его величина, будучи постоянной,будет известна. Но сдвиг фазы, вно О симый формирователем б, неизвестени может изменяться от образца к образцув широких гределах. Изменяется он ипри перестройке формирователя б оператором в процессе работы. Все это д затрудняет обеспечение требуемогодля измерителя 8 режима работы всмысле синфазности сигналов, подаваемых на входы дискриминатора 18.В данном устройстве изменение о Фазы вспомогательного сигнала Формирователем 10 осуществляется спомощью дискретного фазовращателя11, включенного на входе делителя12 частоты, Сигнал управления (команды управления) фазовращателем11 Формируется в блоке 13. На дискриминатор 15 блока 13 поступает сигналс выхода формирователя 6, а на второй вход дискриминатора 15 подаетсясигнал с выхода делителя 12 частотыформирователя 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.Один из них и поступает на дискри-минатор 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 фаэимитируемого и вспомогательного сигнапав, имеющих одну и ту же частоту Он и используется в качестве управляющего сигнала для подстройки фазывспомогательного сигнала формирователя 10. Выходной сигнал интегратора 16 поступает на измеритель 17, где сравнивается с эталонным - требуемым (например нулевым) уровнеи., В результате сравнения, измеритель 17 формирует сигнал управления, подаваемый на управлящцие входы фазовращателя. 11, последний изменяет фазу вспомогательного сигнала, Формируемого делителем 12, до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля. После этого сигнал фазорасщелителя 14, поступающий на дискриминатор 15, оказы-, вается сдвинут по фазе относительноимитируемого 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 13. Таким образом, независимо от параметров и режимов работы всех блоков устройства имитируемый и вспомогательный 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 делителей21, входящих в состав формирователей2,3 и 10, что легко осуществляетсяс 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 неизменнойструктуре устройства и при отсутствии подстраиваеьых элемечтов обеспечивается оперативное изменение частот имитируемых сигналов, их разделе ние и объективный контроль соотношения 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 повышает эффективность испытания и обучения.Формирователи 2,3 и 10 могут быть построены не только на основе делителей частоты, но и на 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 из 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 импульсный 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 ко;анды, то один импульс входного сигнала делителя 21 будет запрещен, фаза выходного сигнала делителя 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 сто" рону 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 час" тот, их разноса, соотношения и т.д.,что расширяет воэможности оперативного изменения параметров имиТируемых сигналов в процессе работы, обучения, тренировки операторов. В ре"эультате повышается эффективностьобучения операторов работе с аппаратурой в сложных условиях, максимально приближенных к реальным. 1,Имитатор рациосигналов, содержащий задающий генератор, соединенный через, параллельно 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 имитируемюх сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я 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 процесставитель Т,НичипорсвичхредМ.Кузьма Корректор С.Шекма Редактор И а акаэ б 03 63 Тираж 4 б 5ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж,Подписное комитета СССР открытий аушская наб.4/5 ПП"Патент", г.ужгород,ул.Проектна ил Формула изобретения са и вспомогательных сигналов и кизмерителю соотношений параметров.2,Имитатор по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок измененияфазы вспомогательных сигналов содержит последовательно включенные фазорасщепитель, фазовый дискриминатор,интегратор и измеритель уровней напряжения.З.Имитатор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что формировательО вспомогательных сигналов содержитпоследовательно включенные дискретный фазовращатель и делитель частоты,4.Имитатор по п.З, о т л и ч а ющ и й с я тем, что дискретный фазо 5 вращатель содержит последовательновключенные элемент запрета, элементИЛИ и делитель частоты.5.Имитатор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что измеритель соот;р ношения параметров содержит последо-вательно включенны"- фазовый дискриминатор, интегратор и пороговый блок.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССР9 549830 у кло 0 09 8 23/18, 1977,2.Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 254519/12 кл. 6 09 В 9/00,1977(прототип).