Устройство для измерения амплитуды радиоимпульсов

Союз СоветскихСоцмалистическнхРеспублик 17675 ол ительное н авт. саид-в 10,01.77 (21) 2441946/18-09ием заявки И 22) Закал 01 8 7/44 04 В 1(10 с присоед Вщударстааааых кенитет СССР де делан изобретений и етхрытай2 З) ПРиор т02,80 Беллетен ликовп УДК621396 96 68133 (088.8) та опубликовании описания 28.02.8) УСТРОЙСТ сигнала соединен с ра, выход обнаружи входами блока пам выход блока памят дом блока воспрои мого сигнала 111. Однако известно статочную точность лосных помех,Цель изобретения измерения лри воздопоустроиство имеети воздействии- повьействии е точнос полосных мех.Для этого в устройство для измерения ам ппитуды радиоимпульсов, содержащее блок управления, управитель, индикатор, последовательно соединенные антенну и радиоприемник и последовательно соединенные первый усили. тель-ограничитель, обнаружитель, блок вос. произведения формы исследуемого сигнала, блок памяти и блок решения, причем пер - вый выход блока управления соединен с установочными входами управителя, обнару. жителя, блока воспроизведения формы исследУемого сигнала, блока памяти и блока рей 1.Изобретение относится к радиотехнике й может использоваться в ионосферных станциях вертикального, наклонного и возвратно-наклонного зондирования.Известно устройство для измерения ампли 3 туды радиоимпульсов, содержащее блок управ. ления, управитель, индикатор, последовательно соединенные антенну и радиоприемник и поспедовательно соединенные первый усилитель-ограничитель, обнаружительблок воспроизведения формы исследуемого сигнала, блок памяти и блок решения, причем первый выход блока управления соединен с установочными входами управителя, обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения, второй выход блока управления соединен с управляющими входами обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения, третий выход блока управления спединен с опорным входом радиоприемника, выход управителя соединен с управляющим входом первого усилителя-ограничители, выход блока воспроизведения формы исследуемого первым входом индикатотеля соединен с вторыми яти и индикатора, а второй и соединен с вторым вхозведения формы исследуе, 71767 ния, второй выход блока управления соеди. нен с управляющими входами обнаружителя, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения, тре. тий выход блока управления соединен с опор. ным, входом радиоприемника, выход управи теля соединен с управляющим входом первого усилителя-ограничителя, выход блока вос. произведения формы исследуемого сигнала соединен с первым входом индикатора, выход обнару 1 О жителя соединен с вторыми входами блока памяти и индикатора, а второй выход блокапамяти соединен с вторым входом блока вос произведения формы исследуемого сигнала, введены последовательно соединенные первый 15 ключ, второй усилитель. ограничитель, фор.мирователь импульсов нуль переходов, эле. мент И, измеритель временных интервалов иэлемент ИЛИ последовательно соединеннв 1 евторой ключ и фильтр нижних частот, выход 20которого соединен с первым управляющимвходом первого ключа, а также периодомер, первый и второй входы и выход, которого. .соединены, соответственно с выходами элемента И и измерителя временных интервалов 25 и вторым входом элемента ИЛИ, причем выход радиоприемника соединен с входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с входами управителя н первого усили.теля-ограничителя, четвертый выход блока управления соединен с установочными входами измерителя временных интервалов ипериодомера, пятый выход блока управлениясоединен с управляющими входами измерите.ля временных интервалов и периодомера,шес- З 5 той и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с вторь 1 м управляющим входом первого ключа и вторым входом эле. мента И, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом второго ключа, 40.На фиг, 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит антенну 1, радиопри. 45емник 2, ключ 3, первый усилитель.ограничитель 4, обнаружитель 5, блок б воспроизведе. ния формы исследуемого сигнала, блока памя.ти 7, блок решения 8, управитель 9, блокуправления 10, элемент И 11, периодомер 12, 0измеритель 13 временных интервалов, индикатор 14, второй усилитель-ограничитель 15,формирователь 16 импульсов нуль. переходов,элемент ИЛИ 17, второй ключ 18 и фильтрнижних частот 19. 55Устройство работает следующим образом.Отраженные от ионосферы исследуемые радиоимпульсы с помехами (фиг, 2 п), принятые антенной 1, поступают на радиоприемник . 5 42. В радиоприемнике 2 осуществляется предва.рительная селекция и усиление этих сигналов,а также производится суммирование флуктуационных шумов и помех с радиоимпульсомэталонной амплитуды, поступающим с бло.ка управления 10, Это суммирование осущест.вляется в моменты времени (в канале дистанции), когда невозможен прием исследуе.мых радиоимпульсов. С выхода радиоприемника2 высокочастотное напряжение с отфильтрован.,ной в нем постоянной составляющей, содержа.щее эталонный и исследуемые сигналы спомехами, поступает через ключ 3 на основ.ной вход первого усилителя ограничителя 4,на управитель 9 и на вход второго усилителяограничителя 15.Управитель 9 вырабатывает напряжение 1пропорциональное среднему значению интенсивности адцитивных помех, сопутствующих иссле.дуемым сигналам. Выходное напряжение управителя 9 подается на управляющий вход усилителя.ограничителя 4,Работа усилителя-ограничителя 4 состоит вбинарном квантовании входного сигнала, Есливходной процесс больше уровня порога квантования, то на выходе усилителя. ограничителя4 формируется нормализованный по амплитудесигнал, на всем интервале превышения. Вели.чина порога ограниченияизменяется в соответ.ствии с изменением интенсивности помех, иавтоматически поддерживает постоянным числошумовых выбросов, превысивших этот порогограничения, за определенный интервал време.ни, что способствует улучшению характеристикобнаружения,Ограниченные колебания с выхода усилителя-ограничителя 4 подаются на обнаружитель 5.Режим обнаружения сосредоточенных по .спектру помех (ССП) и полезного сигнала начинается с момента, когда блок управления 10 формирует команду (фиг. 2 и) и начинает вырабатывать на обнаружитель 5 короткие стробирующие импульсы, Стробирующие импульсы производят дискретизацию рабочей дистанции станции на кванты дистанции, а также записывают в двоичный реверсивный счетчик обнаружителя 5 дополнительное значение "+1", если за интервал стробирования ограниченный сигнал от усилителя. ограничителя 4 положительный, Эта информация по каждому кван. ту дистанции (последовательно во времени) передается из обнаружителя 5 на индикатор 14 и блока памяти 7.Индикатор 14 состоит из электронно-лучевого индикатора типа А и двоичного счетчика индикации, На индикаторе А осуществляется регистрация процесса накопления и вьщеле аия сигнала. На счетчик индикации считывает7675 6хода обнаружителя 5 формируется импульс,который поступает на блок управления 10 иразрешает определенному строб-импульсу(фиг. 2 а) проходить на счетчик числа.отсче.;- тов, расположенному в блоке управления О О 15 20 30 35 40 45 50 5 71ся информация о числе накопленных импульсов кванта дистанции, предварительно выде.ленного по индикатору А строб-импульсом,Блок памяти 7 представляет собой дискретный многоканальный счетчик, с чиспомсчетчиков, равным числу квантов дистанции,За интервал времени, соответствуюший однОму кванту дистанции, производится два обращения (в начале и конце кванта дистан.ции) к блоку. памяти 7, При первом обращении к блоку памяти 7 из выбранного счетчика соответствующего кванта дистанции,производится считывание кода накопленныхимпульсов за (М - ) переходов зондированияв реверсивный счетчик обнаружителя 5, В ре.версивном счетчике обнаружителя 5 осушествляется суммирование числа накопленныхсигналов за (М) периодов зондирования ссигналом М-го периода. При втором обращении к блоку памяти 7 происходит перезаписьв него (в тот же счетчик выбранного кванта дистанции) из реверсивного счетчика обнару.1жителя 5 числа сигналов за М периодов. Затем в блоке памяти 7 производится переключение на счетчик следующего кванта дистан. 2ции, и процедура суммирования сигналов повторяется аналогично изложенной.За Мобипериодов зондирования, соответствующих интервалу обнаружения, путем суммирования накапливается число К превышений уровня ограничения по каждому кванту дистанции.Процесс обнаружения ССП и полезных сит.палов и помех предусматривает сравнение вреверсивном счетчике обнаружителя 5 числанакопленных сигналов за М М, и М, периодов зондирования с соответствующими порогами обнаружения К из М К, из М, и Кз .из Мз. В обнаружитель 5 входят три схемысравнения соответственно емкостью К К,Кз. Управление схемами сравнения обнаружителя 5 осушествляется с блока управления10, который открывает соответсвующую схемусравнения только на М М, н М, выборочйуюреализацию. Если число накопленных сигналовза М, периодов зондирования ( в одном изквантов дистанции) превысит К то срабатывает первая схема сравнения, и на выходеобнаружителя 5 формируется импульс обнаружения (фиг, 2 н), Аналогично производитсяобнаружение полезных сигналов и при других порогах обнаружения К, нз Мт и Кэ ирМ только в этих случаях сработает соответственно вторая и 1 ретья схемы сравнения об.наружителя 5,Обнаружение ССП производится в интервал 5времени (в определенном кванте дистанции),когда прием полезного ралиоимпульса невоз-можен, При обнаружении наличия ССП с в и на считывающие входы периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала. Строб. импульс (фиг. 2 а) синхронизирован относи. тельно импульса начала зондирования (фиг.2 и). Задержанные в блоке управления 10 строб-импульсы (фиг. 2 а) поступают на управляющий вход элемента И 11, разрешая прохождение импульсов с формирователя 16 импульсов нуль. переходов на информацион. ные входы периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала.На вход формирователя 16 исследуемый си нал поступает с выхода радиоприемника.2 через ключ 3 и усилитель-ограничитель 15, Усилитель-ограничитель 15 производит глубокое двухстороннее Ограничение промежуточных (ПЧ) колебаний входного сигнала (фиг. 2 в,г, д). В формирователе 16 импульсов нуль-переходов ограниченный ПЧ сигнал подвергается дифференцированию, а затем формируются импульсы (фиг. 2 е), которые соответствуют моментам пересечения ССП нулевого уровня, частота их повторения равна удвоенной несушей частоте ССП и они имеют скважность порядка 50. Превый импульс с формирова- теля 16, пройдя в ицтервале разрешения через элемент И 11, поступает,на информационные входы периодомера 2 и измерителя 13 временного интервала 13, переключая их, а имен. но: запрещая прохождение высокочастотных импульсов (фиг. 2 б) на измеритель 13 и разрешая их прохождение в периодомер 2. Таким образом, на выходе измерителя 13 временного интервала формируется пачка импульсов и г (фиг, 2 ж,л), начинающаяся от переднего фронта строб-импульса (фиг 2 а) и заканчивающаяся приходом первого импульса с формирователя 16 (фиг. 2 е) . Интервал, занымае мый этой пачкой импульсов, характеризует величину начальной фазы, С приходом второго импульса с формирователя 16 на информационный вход периодомера 12 производится запрещение на прохождение высокочастотных импульсов. Формируется пачка импульсов п (фиг, 2 з, м), начинающаяся от первого импульса формирователя 16 и заканчивающаяся вторым импульсом формирователя 16. Интервал времени, занимаемыйэтой пачкой импуль. сов, характеризует половину периода повторения ССП (удвоенную несущую частоту ССП).Величины начальной фазы и несущей частоть ССП из-за возпействия шумов случайны и флуктуируют в ограниченном диапазоне, поэ71767 7тому необходимо их статистическое усреднение,В предложенном устройстве: усреднениеосуществляется эа счет суммирования пачекиМпульсов п в счетчике периодомера 12 ииМпульсов и в счетчике измерителя 13 эаопределенное число-Периодов зондирования,Как известно, в измерителях среднегозначения схема деления не обязательна, если" "число высокочастотных импульсов, уклады.вающееся в один полупериод повторения ССП, 1 пи число отсчетов есть целые степени десяти.Такая обработка приводит при окончании ин .тервала усреднения к считыванию информациио среднем значении числа импульсов и,ип лишь со старших разрядов счетчика пернодомера 12 и измерителя 13. Просуммировав заданное число реализаций Исса,со счетчика чйсла отсчетов баока управления 10 поступает на считывающие входй 20 периодомера 12 и измерителя 13 временного интервала (фиг. 2 к) результирующий импульс от импульса (фиг. 2 а), но имеющий большую длительность, С поступлением импульса (фиг. 2 к) производится считывание с выхода измерите.25 лей 13 импульса п отстоящего относитель. но переднего фронта импульса (фиг. 2 к) на временной интервал, равный средней величи. не начальной фазы. Импульс п поступает на первый вход элемента ИЛИ 17 и на инфор мационный вход периодомера 12, разрешая считывание импульсов п на второй вход эле. мента ИЛИ 17, Импульсы п имеют период, равный усредненной величине половины нерио. да несущей частоты ССП. С поступлением з 5 на управляющий вход периодомера 12 от блока управления 10 импульса, соответствующего концу обрабатываемой дистанции (фиг. 2 п),производится прекращение формирования импульсов отсчетов, кратных удвоенной несущей 40частоте ССД. С поступление нового импульса (фиг, 2 к).с блока управления 10 на периодомер 12 иизмеритель 13 возможно повторное формирова. 45ние импульсов пю и пт,Импульсы (фиг, 2 б и 2 а) создаются от одного кварцевого генератора, расположенного в блоке управления 10, и являются синхрон. ными, а их отношение кратно.Счетчик числа отсчетов блока управления 10 имеет возможность варьировать числом й, кратным целой степени десяти.Пернодомер 12 и измеритель 13 временных интервалов имеют запоминающие блоки, что позволяет измерять фазы и частоты ССП при зондировании на нескольких рабочихчастотах, а также измерять начальную фазу и частоту 5 8гюлезного сигнала, Многочастотный режим, как и одночастотный, является типичным для работы ионосферных станций.Импульсы п и п, поступающие соответ. ственно с измерителя 13 и периодомера 12, имеют нормализованную амплитуду и длитель 1 юсть, и на выходе элемента ИЛИ 17 обра. зуются импульсы (фиг, 2 о), которые воздей.ствуют на управляющий вход ключа 18, разрешая входному процессу с выхода радиоприем ника 2 проходить через ключ 18 лишь в интервалы воздействия импульсов (фиг, 2 о). Огстробирования таким образом входного про.цесса создаются импульсы (фиг. 2 р), которыепроходят через фильтр низкой частоты 9 на первый ключ 3.После режимов обнаружения и измеренияпараметров начальной фазы и несущей частотыССП блок управления 10 переключает первый ключ 3, разрешая прохождения отфильтровйных от ССП принимаемых сигналов с выходафильтра низкой частоты 19. Фильтр 19 восста- ."навливает по дискретным отсчетам форму сигнала, Отфильтрованный сигнал, йройдя ключ3 поступает вновь на входы управителя 9и усилителя-ограничителя 4.Как йзвестно, девиация частоты совокуп.ности "радиоимпульса, ССП и флуктуационногошума для уэкоплосного приемного тракта не.значительна. Это обеспечивает достаточностьформируемых отсчетов в точках пересечениянулевого уровня,Если мощность ССП велика и полезныйсигнал не был обнаружен за суммарное числореализаций, затраченных на обнаружение ССП -йобн и и измеРение фазы и частоты ССП -Мссп, то обнаружение сигнала методом К изй продолжается, но уже неотфильтрованноговходного процесса,Фгнал обнаружения (фиг. 2 н) поступает на регистр сдвига блока 6 воспроизведения формы исследуемого сигнала, Регистр сдвига блока выполняет функцию линии задержки с временем задержки, равным периоду зондиро. вания. С выхода регистра блока 6 снимается импульс с длительностью, пропорциональной дчительности полезного радиоимпульса (априори длительность импульса известна), Этот сиг нал разрешает прохождение с блока управления: 10 иа блок 6 пачки стробирующих импульсов с повьппенной частотой следования. Пачки стробирующих импульсов, формируе. мые с момента обнаружения начала наличия полезного сигнала, производят взятие дискрет ных отсчетов из этого сигнала на всем интервале его длительности.Ьлок 6, используя принцип статистическогоусреднения достаточно большего числа отсче.тов в пачке стробов, позволяет получить вы.сокую точность воспроизведения формы иссле.дуемых сигналов, Когда в счетчике числа отсчетов блока управления 10 будет зафиксиро.вано число йизм (равное выбранному числуотсчетов), процесс стробирования в блоке 6прекращается, Блок памяти 7 переводится врежим "считывание", при котором,накопленнаяинформация из блока 7 считывается на блокрешения 8 и через реверсивный счетчик блока6 на индикатор 14,В индикаторе 14 воспроизводится усреднен.ными дискретами стробов форма выделенных 1сигналов,В блоке решения 8 путем перебора и срав.пения числа накопленных отсчетов в пачке стробов формы выделенного сигнала определяетсястроб с максимальным (амплитудным) числомотсчетов.Управление и синхронизация блока памяти7 и блока решения 8 осуществляется от блбка управления 10.Используя это число пмакс и зная общеечисло отсчетов Мизм счетчика отсчетов блока управления 10, определяем среднее значение квантованной величины в стробе амплитуды сигнала какраьн ь 1Учитывая линейную зависимость междураЪни отношением сигнал-помеха Оо, вы.числяем величину бр 10 опорным входом радиоприемника, выход упра.вителя соединен с управляющим входом пер.вого усилителя ограничителя, выход блокавоспроизведения формы исследуемого сигйаласоединен с первым входом индикатора, выходобнаружнтеля соединен с вторыми входамиблуа памяти и индикатора, а второй выход25 блока памяти соединен с вторым входом бло.ка воспроизведения формы исследуемого сигна.ла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це.лью повышения точности измерения при воздействии узкополосных помех, введены последо.30 вательно соединенные первый ключ, второйусилитель-ограничитель, формирователь импульсов нуль переходов, элемент И, измеритель. временных интервалов и элемент ИЛИ, последовательно соединенные второй ключ и фильтр35 нижних частот, выход которого соединен спервьй управляющим входом первого ключа,а также периодомер, первый и второй входыи выход которого соединен соответственнос выходами элемента И и измерителя времен 40 ных интервалов и вторым входом элементаИЛИ, причем выход радиоприемнике соединенс входами первого и второго ключей, выходпервого ключа соединен с входами управителяи первого усилителя. ограничителя первый вы.45 ход блока управления соединен с установочнымивходами измерителя временных интервалов ипериодомера, четвертый и пятый выходы блокауправления соединен с управляющими входамиизмерителя временных интервалов и периодо.50 мера, шестой и седьмой выходы блока управле.ния соединены соответственно с вторым управляющим входом первого ключа и вторымвходом элемента И, а выход элемента ИЛИ со.едииен с управляющим входом второго ключа,55 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка СССР У 2368143/18-09 от 4.6.76,по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства,Величина интенсивности флуктуациониого шума с учетом погрешности от фильтрации ССП высококачественно определяется пз от. ношения сигнал. помеха отфильтрованного про. цесса путем измерения по изложенной методп. ке статистического усреднения для известной амплитуды эталонного сигнала. Генератор эта. лонных сигналов, расположенный в блоке управления 10, формирует в интервале вре. мени (кванте дистанции), когда. прием полезного радиоимпульса невозможен, радиопмпульс эталонной амплитуды, Блок решения 8, псполь. зуя информацию о величине отношения сигналпомеха и интенсивность помех (вычисляемой с помощью эталонного сигнала), определяет величину амплитуды полезного сигнала.Предложенное устройство позволит автоматически обнаруживать и измерять в реальной совокупности помех параметры нескдльких сигналов на нескольких частотах с точностью не ниже 1% в широком диапазоне отношений сигналпомеха на выходе источников сигналов с линейными и нелинейными динамическими характеристиками. Формула изобретенияУстройство для измерения амплитуды радио. импульсов, содержащее блок управления, управитель, индикатор, последовательно соединен. ные антенну и радиоприемник и последователь.,но соединенные первый усилитель-Ьграничитель, обнаружитель, блок воспроизвсдсш 1 я формы исследуемого сигнала, блок памяти и блок решения, причем первый выход блока управления соединен с установочными входами управи. теля, обнаружителя, блока воспроизведения фармы исследуемого сигнала, блока памяти и бло.ка решения, второй выход блока управлениясоединен с управляющ 1 гми входами обнаружи. теля, блока воспроизведения формы исследуемого сигнала, блока памяти и блока решения,третий выход блока управления соединен с77675 7 изм /юнгами юла Гав пюви 1111 1111111111111 11111111 атент",юла.з ГГГП ород, ул. Проекиан, 4 НГГИГГИ Заказ 9834/62Ф 4 аГГГ ираж 649 ГГониисиое