Индикаторное устройство

(51) 5 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБРЕТ ИС ИЯ АВТОР 1"ч. 24Р.Б. Панч и В.В, ф 8.8)видетельство С 601 07/10, РНОЕ УСТРОЙ ие относится рующим прибо для индикаци оцессов, в част нализа и р ССР СТВО индикатор ам и может быстро из ости для ви гистрации(57) Изобретенным и регистрииспользоватьсяменяющихся прзуального а У СВИДЕТЕЛЬСТВУ параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией. Цель изобретения - повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией, Индикаторное устройство содержит приемную антенну 1, широкополосный усилитель 2, блок 3 поиска, гетеродин 4, первый смеситель 5, первый усилитель 6 промежуточной частоты, обнаружитель 7, второй элемент 8 задержки, вторую ЭЛТ 9, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на1744473 восемь, первый полосовой фильтр 12, первый делитель 13 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 14, первый частотный детектор 15, первую дифференцирующую цепь 16, вторую дифференцирующую цепь 17, генератор 18 развертки, первую ЭЛТ 19, первый элемент 20 задержки, первый пере- множитель 21, третий полосовой фильтр 22, второй умножитель 23 частоты на восемь,Изобретение относится к индикаторным и регистрирующим приборам и может использоваться для индикации быстро изменяющихся процессов, в частности для визуального анализа и регистрации 5 параметров сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией ЛЧМ-МФМн),Наиболее близкимк предлагаемому яв ляется устройство, обеспечивающее поиск. обнаружение и визуальный анализ сложных сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией(ЛЧМ-МФМн). Для визуальной 15 оценки величины скачков фазы Ь р и кратности гп фазовой манипуляции принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала используется ЭЛТ с круговой разверткой, которая формируется с помощью генератора опорного 20 напряжения, частота вкоторого поддерживается равной частоте биений в ь ( и о = в о) с помощью системы фазовой авто- подстройки частоты (ФАПЧ).Однако система ФАПЧ работает не устойчиво и характеризуется наличием локных захватов на зеркальной частоте, что приводит к нарушению равенства частот (в,Жа ). При неравенстве частот (в,Ямб ). яркостные метки на экране ЭЛТ с круговой раз верткой будут двигаться по окружности с разностной частотой и визуальное определение кратности гп фазовой манипуляции и величины скачков фазы Лр принимаемого сигнала.не представляется возможным. 35Целью изобретения является повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией, 40Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные приемная антенна, широкополосный усилитель, смеситель, усилитель промежуточ 5 четвертый полосовой фильтр 24, второй делитель 25 частоты на восемь, пятый полосовой фильтр 26, генератор 27 опорного напряжения, второй ключ 28, второй смеси- тель 29, второй усилитель 30 промежуточной частоты, второй перемножитель 31, шестой полосовой фильтр 32, фазовращатель 33 на 90, второй частотный детектор 34 и третью ЭЛТ 35. 4 ил,ной частоты (УПЧ), первый ключ, первый умножитель частоты на восемь, первый паласовой фильтр (ПФ), первый делитель частоты на восемь, второй ПФ, первый элемент задержки, первый перемножитель, третий ПФ, второй умножитель частоты на восемь, четвертый ПФ, второй делитель частоты на 8 и пятый ПФ, последовательно соединенные первый частотный детектор (ЧД), вход которого подключен к выходу второго ПФ, первая дифференцирующая цепь, вторая дифференцирующая цепь, генератор развертки и горизонтально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки (ЗЛТ), вертикально отклоняющие пластины которой подключены к выходу первой дифференцирующей цепи, гетеродин, выход которого подключен к другому входу смесителя, обнаружитель, один вход которого соединен с выходом УПЧ и другим входом первого перемнокителя, второй элемент задержки, включенный между выходом и другим входом обнарукителя, блок поиска, выходом подключенный к входу гетеродина, одним входом - к другому входу первого ключа, входу второго элемента задержки и вертикально отклоняющим пластинам второй ЭЛТ, горизонтально отклоняющие пластины которой подключены к другому входу блока поиска, генератор опорного напряжения, выходом соединенный с одним входом второго ключа, с вертикально отклоняющими пластинами третьей ЗЛТ и через фазовращатель на 90 - с ее горизонтально отклоняющими пластинами, модулирующий электрод которой подключен к выходу второго ЧД, а другой вход второго ключа соединен с входом второго элемента задержки,На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема обнаружителя; на фиг, 3 - вид возможных осциллограмм на экране ЭЛТ с круговой разверткой: на фиг, 4 - временные5 10 15 20 25 М 30 35 40 45 50 55 диаграммы, поясняющие работу устройства,Индикаторное устройство содержит приемную антенну 1, широкополосный усилитель 2, блок 3 поиска, гетеродин 4, первый смеситель 5, первый усилитель б промежуточной частотыобнаружитель 7, второй элемент 8 задержки, вторую ЭЛТ 9, первый ключ 10, первый умножитель 11 частоты на восемь, первый полосовой фильтр 12, первый делитель 13 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 14, первый частотный детектор 15, первую дифференцирующую цепь 16, вторую дифференцирующую цепь 17, генератор 18 развертки, первую ЭЛТ 19, первый элемент 20 задержки, первый пере- множитель 21, третий полосовой фильтр 22, второй умножитель 23 частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр 24, второй делитель 25 частоты на восемь, пятый полосовой фильтр 26, генератор 27 опорного напряжения, второй ключ 28, второй смеси- тель 29, второй усилитель 30 промежуточной частоты, второй перемножитель 31,шестой полосовой фильтр 32, фазовращатель 33 на 90 О, второй частотный детектор 34 и третью ЭЛТ 35,К выходу антенны 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 2,смеситель 5, второй вход которого через гетеродин 4 соединен с выходом блока 3 поиска, усилитель б промежуточной частоты, обнаружитель 7, второй вход которого через элемент 8 задержки соединен с его выходом, и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 9, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с выходом блока 3 поиска, К выходу обнаружителя 7 последовательно подключены ключ 10, второй вход которого соединен с выходом усилителя 6 промежуточной частоты, умножитель 11 частоты на восемь. полосовой фильтр 12, делитель 13 частоты на восемь, полосовой фильтр 14, частотный детектор 15, дифференцирующая цепь 16 и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 19, горизонтально отклоняющие пластины которой через последовательно вкл ючен н ые дифференцирующую цепь 17 и генератор 18 развертки соеди нен ы с выходом дифферен цирующей цепи 16.К выходу полосового фильтра 14 последовательно подключены элемент 20 задержки, перемножитель 21, второй вход которого соединен с выходом усилителя б промежуточной частоты. полосовой фильтр 22, умножитель 23 частоты на восемь, поло- совой фильтр 24, выполненный узкополосным, делитель 25 частоты на восемь, полосовой фильтр 26, выполненный узкополосным, перемножитель 31. второй вход которого через последовательно включенные смеситель 29 и усилитель 30 промежуточной частоты соединен с выходом полосового фильтра 22, паласовой фильтр 32, выполненный узкоплосным, частотный детектор 34 и модулирующий электрод ЭЛТ 35, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора 27 опорного напряжения, а горизонтально отклоняющие пластины - через фазовращатель 33 на 90 соединены с выходом генератора 27 опорного напряжения. Выход, генератора 27 опорного напряжения через ключ 28, второй вход которого соединен с выходом обнару- жителя 7, соединен с вторым входом смесителя 29,Обнаружитель 7 снабжен первым измерителем 39 ширины спектра и последовательно включенными третьим умножителем 38 частоты на восемь, вторым измерителем 40 ширины спектра, блоком 41 сравнения и пороговым блоком 42, подсоединенным при помощи входа 37 сброса к выходу линии 8 задержки, При этом третий умножитель 38 частоты на восемь подсоединен к усилителю б промежуточной частоты при помощи информационного входа 36, соединенного через первый измеритель 39 ширины спектра с входом блока 41 сравнения.Работа предлагаемого индикаторного устройства происходит следующим образом,Просмотр заданного диапазона частот О осуществляется с помощью блока 3 поиска. который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 4. Одновременно блок 3 поиска формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 9, которая используется как ось частот и соответствует полосе обзора заданного диапазона частот О. Ключи 10 и 28 в исходном состоянии всегда открыты.Принимаемый сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и многократной фазовой модуляцией (ЛЧМ-МФМн) аналитически может быть записан следующим образом;О=Ос совест+ л) 1 +у к(т) +срс.01 тГде Ос о)с, с, Гп амплитуда, начальная несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;у -- - - скорость изменЕния частоты внутри импульса;Ыд - девиация частоты сигнала;р (т) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(т) (фиг, 4 а), причем гр к(т) = сопзс при К гэ ( т с(К + 1) тэ и может изменяться скачком при 1 = К гэ, т, е. на границах между элементарными посылками (К = 1, 2, , К),Гэ, М - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью юи (ти = М тэ )Указанный сигнал с выхода приемной антенны 1 через широкополосный усилитель 2 поступает на вход смесителя 5, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 4 линейно изменяющейся частотыОг(1) = Ог сов(огт,7 т)ф гт+)ф г), 0 Т = Тп где О гггг рг, Тп - а м пл итуда, н ачал ь н аячастота. начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;О)г = - скорость изменения частотыТпгетеродина,На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот, Усилителем б выделяется только напряжениепервой промежуточной (разностной) частоты2Опр 1(1) = Опр СО 8(Гг прт + т " 1 "г (1)т)+ гпр 01ти1где Опр 1 = - К 1ОсОг:2К 1 - коэффициент передачи смесителя,впр -- в, - иг гРпр 1 =гРо - Уг, - пеРваЯпромежуточная частота,которое поступает на вход обнаружителя 7, На выходе умножителя 38частоты на восемь образуется колебаниеОф) = Опр 1 сов(8 Впр 1 С+8 тУ Рл:УгР+8 гРпр 1) 0тТи, В КОТОРОМ фдЗОВдЯ МдНИПУляция уже отсутствует.Ширина спектра Ь 8 восьмой гармоники сигнала определяется длительностью1т сигналаМ 8 = - ) тогда как ширинаи Тпспектра Л 1 с принимаемого сигнала определяется длительностью тэ его элементарных1посылок (М, = - ) т, е. ширина спектратэвосьмой гармоники сигнала в К раз меньшеширины спектра входного сигналаЛсЛг 8Следовательно, при умнокении частотыЛЧМ-МФМн сигнала на восемь его спектр"сворачивается" в М раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ЛЧМ-МФМнсигнал даже тогда. когда его мощность на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 входе устройства меньше мощности шумови помех.Ширина спектра Л 1 с входного сигналаизмеряется с помощью измерителя 39, ширина спектра 618 восьмой гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 40,Напряжения О и О 8, пропорциональныеЛс и ЛЬ соответственно, с выходов измерителей 39 и 40 ширины спектра поступаютна два входа блока 41 сравнения. Так как ОО 8, то на выходе блока 41 сравненияобразуется положительный импульс, который поступает на вход порогового блока 42,где сравнивается с пороговым напряжением Опор, Порооое наржее Опор выбирается таким, чтобы этот уровень непревышали случайные помехи, Пороговое напряжение Опор превышается только при обнаружении ЛЧМ-МФМн сигнала, Припревышении порогового напряжения Опор впороговом блоке 42 формируется постоянноенапряжение, которое поступает на управляющий вход блока 3 поиска, переводят его врежим остановки, на вход линии 8 задержки. на управляющие входы ключей 10 и 28,открывая их, а на вертикально отклоняющиепластины ЭЛТ 9,С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Ог и поискЛЧМ-МФМн сигналов прекращается на времявизуального анализа основных параметров обнаруженного ЛЧМ-МФМн сигнала, котороеопределяется временем задержки тэ линии8 задержки, При этом на экране ЭЛТ 9 образуется импульс (частотная метка), положение которого на горизонтальной разверткеоднозначно определяет начальную несущую частоту вс обнарукенного ЛЧММФМн сигнала (фиг, За).При прекращении перестройки гетеродина 4 усилителем первой промежуточнойчастоты выделяется напряжение (фиг. 4 б),Опр 2(т) = Опр 1 СОЗ( И пр 11+ Л)С + г/Р 3 с (Т)+ гг пр 1 0ттпкоторое через открытый ключ 10 поступаетна вход умножителя 11 частоты на восемь.На выходе последнего образуется напряжениеО 2(1) = Опр 1 сов(8 гдпр 1 с + 8 тут + 8гпр). 01 гпкоторое выделяется полосовым фильтром12 и поступает на вход делителя 13 частотына восемь. На выходе делителя 13 часттына восемь образуется напряжение (фиг. 4 в)ОЗ(т) = Опр 1 СОЯ(ГЛ пр 1 Т+ 7 Е) т + / пр 1),20 -- тп ,которое представляет собой ЛЧМ сигнал напервой промежуточной частоте и выделяется полосовым фильтром 14, Это напряжениепоступает на вход частотного детектора 15,на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг. 4 г), форма которого соответствует закону линейной частотной модуляции.Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 15 поступает на вход дифференцирующей цепи 16, выходной импульс(фиг, 4 д) которой подается на вертикальноотклоняющие пластины ЭЛТ 19 и на входдифференцирующей цепи 17. На выходе последней образуются короткие разнополярные импульсы (фиг, 4 е), Положительнымкоротким импульсом запускается, а отрицательным коротким импульсом закрываетсягенератор 18 развертки. Сформированное 15пилообразное напряжение(фиг. 4 ж) используется в качестве напряжения развертки ипбступает на горизонтально отклоняющиепластиныЭЛТ 19, На экране ЭЛТ 19 образуется импульс (фиг. 4 д), длительность которого 20пропорциональна длительности т принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, амплитуда пропорциональна скорости изменения частотыу внутри импульса, а площадь осциллограммы пропорциональна девиации частоты Ья 25(Лц =ути) принимаемого ЛЧМ-МФМнсигнала,Для визуальной оценки основных параметров принимаемого сигнала на экранЭЛТ 19 наносится координатная частотновременная сетка.Напряжение Оз(1) (фиг. 4 в) с выхода полосового фильтра 14 поступает на вход линии 20 задержки, на выходе которогообразуется напряжения О 1(с) = Оз(т - т) = 352=Опр 1 Гоз в пр 1(1-т ) лу ( т-г) +/ пр 1,0 .= тт Это напряжение подается навторой вход перемножителя 21, на первыйвход которого поступает принимаемыйЛЧУ-МФМн сигнал Опр(т) (фиг, 4 б) проме жуточной частоты, На выходе перемножителя 21 образуется напряжение биений (фиг.4, з)Об 1(1) = Оо соз нб 1 +фм (1) ф б,0 1 то 45где Об = - К 2 Опг2К 2 - коэффициент передачи перемножителя;в б = 2 аут - частота биений;Рб =впр т - лУР - начальнаЯ фазабиений,которое представляет собой ФМн сигнал начастоте биений, причем частота биений определяется скоростью изменения частотысигнала у и величиной задержки г Напряжение Обф) выделяется полосовым фильтром 22 и поступает на вход умножителя 23 частоты на восемь на выходе которого образуется гармоническое колебаниеОбг(1) = Об сов(8 вб+8 ф б) О т тп,Напряжение Обг(1) выделяется полосовым фильтром 24, выполненным узкополосным, и поступает на вход делителя 25 частоты на восемь на выходе которого образуется напряжение Обз(т) = Об. сов( вб т +ф б)0ттп, которое представляет собой гармоническое колебание на частоте биений. Напряжение Обз(т) выделяется полосовым фильтром 26, выполненным узкополосным, и подается на первый вход перемножителя 31.Напряжение О 51(1) с выхода полосового фильтра 22 поступает на первый вход смесителя 29, на второй вход которого через открытый ключ 28 подается напряжение с выхода генератора 27 опорного напряжения Оо(с)= Оо сов( вот+у о), где О,во, уо, - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения генератора, На выходе смесителя 29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 30 выделяется напряжение второй промежуточной частоты Опрз (т) = Опр 2соз впрг т +фас (т) + пр 23пр 2 1 пр 1 оВпр 2 = Вб - Вопрг = фб фовторая промежуточная частота,Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 31. На выходе перемножителя 31 образуется напряжениеО 5 (1) = О 5созво т - Д 3 к (т) + фоОтт1где Об = - К 1ОбОпргкоторое представляет собой фазоманипулированный сигнал на частоте во генератора 27 опорного напряжения. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 32 и поступает на вход частотного детектора 34, на выходе которого образуется последовательность корогких импульсов разной полярности (фиг, 4 и). Положение указанных импульсов на временной оси соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала (фиг. 4 б). Образованная последовательность импульсов поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 35 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. На вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 35 подается напряжение Оо(1) генератора 27 опорного напряжения непосредственно и через фазовращатель 33 на 90, формируя круговую развертку. При этом на экранеЭЛТ 35 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на окружности (фиг. Зб, в, г). Количество точек равно кратности п фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы Лр принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала,Время задержки т, линии 8 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить основные параметры принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала, наблюдая осциллограммы на экранах ЭЛТ 9, 19 и 35, По истечении этого времени напряжение с выхода линии 8 задержки поступает на вход 37 сброса обнаружителя 7 (порогового блока 42) и сбрасывает его содержимое на нулевое значение, При этом блок 3 поиска переводится в режим перестройки, а ключи 10 и 28 закрываются, т, е. переводятся в свои исходные состояния. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона и поиск ЛЧМ-МФМн сигналов и родол кается.В случае обнаружения следующего ЛЧМ-МФМн сигнала работа устройства происходит аналогичным образом,Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала с комбинированной частотной модуляцией и многократной фазовой манипуляцией, Это достигается переносом спектра принимаемого сигнала на стабильную частоту в генератора опорного напряжения, с помощью которого формируется круговая развертка на экране электронно-лучевой трубки. При этом образованная на выходе частотного детектора последовательность коротких разнополярных импульсов, положение которых на временной оси соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала, поступает на модулирующий электрод ЭЛТ и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости, На экране ЭЛТ образуется устойчивое изображение в виде нескольких ярких точек. расположенных на круговой развертке, Количество точек равно кратности в фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы Лгр принимаемого ЛЧМ-МФМн сигнала,Формула изобретения Индикаторное устройство, содержащеепоследовательно соединенные приемную 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 антенну, широкополосный усилитель, смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый ключ, первый умножитель частоты на восемь, первый полосовой фильтр, первый делитель частоты на восемь, второй полосовой фильтр, первый элемент задержки, первый перемножитель, третий полосовой фильтр, второй умножитель частоты на восемь, четвертый полосовой фильтр, второй делитель частоты на восемь и пятый полосо-, вой фильтр, последовательно соединенные первый частотный детектор, вход которого подключен к выходу второго полосового фильтра, первуюдифференцирующую цепь, вторую дифференцирующую цепь, генератор развертки и горизонтально отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой подключены к выходу первой дифференцирующей цепи, гетеродин, выход которого подключен к другому входу смесителя, обнаружитель, один вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и другим входом первого перемножителя, второй элемент задержки, включенный между выходом и другим входом обнаружителя, блок поиска, выходом подключенный к входу гетеродина, одним входом - к другому входу первого ключа, входу второго элемента задержки и вертикальным отклоняющим пластинам второй электронно-лучевой т рубки, горизонтально отклоняющие пластины которой подключены к другому входу блока поиска, генератор опорного напряжения, выходом соединенный с одним входом второго ключа, с вертикально отклоняющими пластинами третьей электронно-лучевой трубки и через фазовращатель на 90 - с ее горизонтально отклоняющими пластинами, модулирующий электрод которой подключен к выходу второго частотного детектора. а другой вход второго ключа соединен с входом второго элемента задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности визуальной оценки принимаемого сигнала, в него введены включенные между выходом третьего полосового фильтра и входом второго частотного детектора последовательно соединенные второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель и шестой полосовой фильтр, при этом выход второго ключа соединен с другим входом второго смесителя, а выход пятого полосового фильтра подключен к другому входу второго перемножителя,1744473 г оставитель В,Дикареехред М.Моргентал Лончаков орре дактор С,Лис оизводственно-издательский комбинат "Патент". г Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 2187 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5