Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией

)5Уф",;ф) .,.Ъ: Р ЗОБ КСАН Н РОКООЙ ЧАдлагаемого уст; принцип пеия ЛЧМ-сигна ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1626436, кл. Н 04 К 27/14, 1989,(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ШИ ПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙН СТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ(57) Использование: в радиотехнике в системах радиосвязи и радиометрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Сущность изобретения: устройство содержит первый, второй приемники 1,22, первый, второй смесители 2,3, первый, второй гетеродины 4, 5. первый, второй сжимающие фильтры 6,7, решающий блок 8, частотПредлагаемое устроиство относится к радиотехнике и может использоваться в системах радиосвязи и радиотелеметрии, где широко применяются широкополосные сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ),Целью изобретения является устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. Структурная схема пре ройства представлена на фи и частотная диаграммы рабо изображены на фиг,2.,4,5 и 6 ленгации источника излучен ный детектор 9, первый, второй дифференцирующие блоки 10,34, формирователь 11 импульсов, первый, второй широкополосные фильтры 12. 13, первый, второй, третий амплитудные детекторы 14, 15, 31, первый. второй элементы И 16, 33, первый, второй, третий, четвертый ключи 17, 18, 21, 27, коррелятор 19, пороговый блок 20, первый, второй, третий перемножители 23, 25, 37, первый, второй, третий узкополосные фильтры 24,26,30, фазовый детектор 28, первый, второй индикаторы 29, 41, генератор 32 счетных импульсов. однополярный вентиль 35, счетчик 36, усилитель низкой частоты 38. электронно-счетный частотомер 39, арифметический блок 40, Устройство обеспечивает устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. 6 ил. лов в одной плоскости фазовым методом иллюстрируется фиг,3.Устройство содержит первый приемник 1, первый смеситель 2, второй смеситель 3, первый и второй гетеродины 4 и 5, первый и второй сжимающие фильтры 6 и 7, решающий блок 8, частотный детектор 9, первый дифференцирующий блок 10, формирователь 11 импульсов, первый и второй широкополосный фильтры 12 и 13, первый и второй амплитудные детекторы 14 и 15, первый элемент И 16, первый и второй ключи 17 и 18, коррелятор 19, пороговый блок 20, третий ключ 21, второй приемник 22, первый перемножитель 23, первый узкополосный фильтр 24, второй перемножитель 25, вто 1818704рой узкополосный фильтр 26, четвертый ключ 27, фазовый детектор 28, первый индикатор 29, третий узкополосный фильтр 30, третий амплитудный детектор 31, генератор 32 счетных импульсов, второй элемент И 33, 5 второй дифференцирующий блок 34, одно полярный вентиль 35, третий перемножитель 37, усилитель 38 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 39, арифметический блок 40 и второй индикатор 41, 10 Причем к выходу антенны А последовательно подключены приемник 1, смеситель 2, второй вход которого соединен с выходом гетеродинв 4, ключ 17, сжимающий фильтр б и решающий блок 8. К выходу антенны В 15 последовательно подключены приемник 22, смеситель 3, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, ключ 18 и сжимающий фильтр 7, выход которого соединен с вторым входом решающего блока 8. К выхо ду ключа 18 последовательно подключены частотный детектор 9, дифференцирующий блок 10 и формирователь 11 импульсов, выход которого соединен с третьим входом решающего блока 8. К выходу смесителя 2 25 последовательно подключены широкополосный фильтр 12, амплитудный детектор 14, элемент И 16, второй вход которого через последовательно включенный широкополосный фильтр 13 и амплитудный ЗО детектор 15 соединен с выходом смесителя 3, и ключ 21, второй вход которого через последовательно включенные корректор 19 и пороговый блок 20 соединен с выходами широкополосных фильтров 12 и 13, а выход 35 подключен к вторым входам ключей 17 и 18. К выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемножитель 23. второй вход которого соединен с выходом гетеро- дина 5, узкополосный фильтр 24, фазовый 40 детектор 28 и индикатор 29. К выходу широкополосного фильтра 12 последовательно подключены перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом широкополосного фильтра 13, узкополосный 45 фильтр 26 и ключ 27, второй вход которого соединен с выходом порогового блока 20, а выход соединен с вторым входом фаэовЬго детектора 8, К выходу приемника 22 последовательно подключены узкополосный 50 фильтр 30, амплитудный детектор 31, элемент И 33. второй вход которого соединен с выходом генератора 32 счетных импульсов, счетчик 36, второй вход которого через последовательно включенные дифференциру ющий блок 34 и однополярный вентиль 35 соединены с выходом амплитудного детектора 31, арифметический блок 40 и индикатор 41. К выходу приемника 22 последовательно подключены перемножитель 37, второй вход которого соединен свыходом приемника 1, усилитель 38 низкихчастот и электронно-лучевой частотомер 39,выход которого соединен с вторым входомарифметического блока 40,Устройство работает следующим образом. Принимаемые широкополосные ЛЧМсигналы01=цс сов(2 л 1 ст +лУ 1 + Р 1),0=ос созе л 1 ст + ту 12 + щ),0т Т,ГдЕ цсА,Тс, у 1, р 2 - аМПЛИтуда, НаЧаЛЬНаячастота, длительность и начальные фазысигналов;Ыду = -- скорость изменения частоты1 свнутри импульса;Ыд - девиация частоты,с выходов антенн через приемники 1 и22 поступают на первые входы смесителей2 и 3, на вторые входы которых подаютсянапряжения гетеродинов 4 и 5:01(1)=ю соэ(2 61+ уИ),Оа(1)=цгс СОЗ(2 621+ уа),где О 1,оаЛг 1,та. рг 1, дЪ 2 - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов; аг 1=21 прПричем частоты гетеродинов б 1 и а выбраны симметричными относительно несущей частоты основного канала приемаФс-б 1=б 2-с=1 пр.ЧаСтОта НаСтРОйКИ тн 1 И ПОЛОСа ПРОПУскания ЛЬ широкополосных фильтров 12 и13 выбираются следующим образом:., 1 н 1=1 пр, Жп= 2 тпр.Частота настРойки тн 2 и полоса пРопУскания Жф узкополосных фильтров 24 и 26выбираются следующим образом:11 н 2=2 тпр фф= 8 тпрНа выходах смесителей 2 и 3 образуются напряжения следующих частот (фиг,2 а):101=1 с+ У Мг 1=оп р+ )Й102 б 2-1 с- )4=ЬР )4,где первый индекс обозначает канал, покоторому принимается сигнал: второй индекс обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частотыпринимаемого сигнала,Указанные напряжения попадают в полосу пропускания Ж широкополосныхфильтров 12 и 13. Опр 1(1)=цпр 1 СОЭ (2 Лпрт+ Л У С + ЪР 1),Опр 2(1)=Опр 2 СОЭ(2 ЛЬр 1- ЛУ 1 - ЪР 2),О, Т,.1 1где Опр 1= 2 К 10 с 0 с 1 Опр= 2 К 20 сОа,К 1 - коэффициент передачи смесителей, 1818704тпр=с-г 1=тг 2-тс - ПрОМЕжутОЧНая ЧВСтата; Ър 1= р 1-р 1, упр 2=р- р 2,НаПРЯжЕНИЕ Опр 1(1) И Опр 2(т) С ВЫХОДОВ широкополосных фильтров 12 и 13 одновременно поступают на два входа коррелятора 19 и на вход амплитудных детекторов 14 и 15. Амплитудные детекторы 14 и 15 выделяют их огибающие, которые одновременно поступают на два входа элемента И 16, Последний срабатывает, его выходное напряжение поступает на первый вход ключа 21,Один и тот же полезный ЛЧМ сигнал, преобразованный по частоте в двух каналах, поступает на два входа коррелятора 19. В этом случае между канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 19 превышает пороговый уровень Оппр, пороговый блок 20 срабатывает и своим выходным напряжением Открывает ключи 21 и 27, Напряжение с выхода элемента И 16 через открытый ключ 21 поступает на управляющие входы ключей 17 и 18, открывая их, Ключи 17, 18, 21, 27 висходном состоянии всегда закрыты.При этом преобразованные по частоте ЛЧМ-сигналы с выходов смесителей 2 и 3 через открытые ключи 17 и 18 соответственно поступают на сжимающие фильтры 6 и 7. Одновременно ЛЧМ-сигнал на частоте 12 о с выхода смесителя 3 через открытый ключ 18 поступает на частотный детектор 9 и преобразуется им в напряжение соответствующей формы. Это напряжение подается на вход дифференцирующего блока 10, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы в моментам времени, соответствующие моменты смены знака наклона функции частотной модуляции ЛЧМ-сигналов, Эти импульсы вместе с информационными импульсами с выходов сжимающих фильтров 6 и 7 поступают на соответствующие входы решающего блока 8, обеспечивая,тактовую синхронизацию при приеме решения.Одновременно напряжения Опр 1(т) и Опр 2(1)с ВыхОДОВ шиРОкополосных фильтРов 12 и 13 поступают на два входа перемножителя 25, на выходе которого образуется гармоническое колебание ОЗ(т)=ОЗ СОВ(2 Лфг 2-1 г 1)1+ Ьрг+ ЬР)== цзсоз(4 л тпр 1+ Ьрг+ Ьр), 0 т 5 Тс,1ГДЕ ОЗ -- К 20 пр 1 Опр 2,2К 2- коэффициент передачи перемножителя, Ьр= ба- р.1, Ьр = р 1- б 2 - фазовыйсдвиг, определяющий направление на источник излучения; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в котором линейная частотная модуляция уже отсутствует, Гармоническое колебание Оз(1) выделяется узкополоснымфильтром 26 и через открытый ключ 27 поступает на первый вход фазового детектора27,Напряжение Ог 1(т) и Ог 2(1) с выходов гетеродинов 4 и 5 одновременно поступают надва входа перемножителя 23, на выходе которого образуется гармоническое колебаниеО 4(1)=и 4 СОЗ 12 К(тг 2-тг 1)1+ Ьрг)== ОО 4 СОЗ(4 Л 1 пр 1+ ДРг)1ГДЕ О 4= - К 2 ыг 1 Цг 2,2Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 24 и подается на второй входфазового детектора 27, на выходе которогообразуется низкочастотное напряжениеОн(Я=он соз Ьр,1где цн = в , КЗ ОЗ о 4 ,2Кз - коэффициент передачи фазовогодетектора,АР =Р 1 - В =2 лбгЯсозфНапряжение Онф ), пропорциональноефазовому сдвигу Ьр, определяющему направление на источник излучения, фиксируется индикатором 28,Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема ЛЧМ сигналовпо основному каналу на частоте 1 С(фиг 2.а).Если ложный ЛЧМ сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналуна частоте 11(фиг.2,б), то в смесителях 2 и 3он преобразуется в сигналы следующих частот:111=тг 1-тз 1- =бр Ут 12=тг 2 гз 1- УОднако только сигналы с частотой 111попадают в полосу пропускания ЬЬ широкополосного фильтра 12, Укаэанный сигналпоступает на вход амплитудного детектора14 и на первый вход коррелятора 19, Амплитудный детектор 14 выделяет Огибающуюсигнала, которая поступает на первый входэлемента И 16. Элемент И 16 не срабатывает, так как на выходе широкополосногофильтра 13 напряжение отсутствует, выходное напряжение коррелятора 19 равно нулю. Поэтому ключи 17, 18, 21 и 27 неоткрывают и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналуна частоте 1 з 1, подавляется,Если ложный ЛЧМ-сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналуна частоте тз 2 (фиг.2 в), то в смесителях 2 и 3он преобразуется в сигналы следующих частот:тгг=тэг+ У Гг=тпр+ Уг,т 21=тэг У гг 1Однако только сигнал с частотой тгг попадает в полосу пропускания ЬЬ широкополосного фильтра 13, В этом случае элемент И 16 также не срабатывает, Выходное напряжение коррелятора 19 также равно нулю. Ключи 17, 18, 21 и 27 не открываются и ложный сигнал ЛЧМ (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте 1 зг, подавляется,Если ложные ЛЧМ-сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому и второму зеркальным каналам на частотах 11 и 1 эг (фиг.2 г), то в полосУ пРопУсканиЯ Фп широкополосных фильтров 12 и 13 попадают сигналы на частотах т 11 и 122. Эти же сигналы поступают на два входа коррелятора 19. В этом случае элемент И 16 срабатывает, его выходное напряжение поступает на первый вход ключа 21, однако ключ 21 не открывается. Это обьясняется тем, что разные ложные ЛЧМ-сигналы (йомехи), принимаемые на разных зеркальныхчастотах Гз 1 и 1 а, имеют слабую корреляционную связь. Поэтому выходное напряжение коррелято.ра 19 не превышает порогового. уровня Оп 0 р, пороговый блок 20 не срабатывает и ключи 17, 18, 21 и 27 не открываются. Следовательно, ложные ЛЧМ-сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму зеркальным, каналам на частотах 1 З 1 и 1 а, подавляются.Поаналогичным причинам подавляются и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема на частотах 1 к 1, 1 кг, з и Ьа (фиг,4),Напряжение Ог(с) с выхода приемника 22 одновременно поступает на вход узкополосного фильтра 30 (фиг.5,а), на выходе которого образуется радио импульсЛгрдлительностью оп=вУУказанный радиоимпульс поступает на вход амплитудного детектора 31, который выделяет его огибающую (фиг.5 в), Последняя подается на первый вход элемента И 33, на второй вход которого поступают счетные импульсы с выхода генератора 32 (фиг.5 г), На выходе элемента И ЗЗ образуется количество импульсов М 1, пропорциональное временному интервалу Ь(й 1=Ь).Видеоимпульс (фиг.5,в) с выхода амплитудного детектора 31 поступает на вход дифференцирующего блока 34, на выходе которого образуются два разнополярных коротких. импульсов (фиг.5,е), Однополярный вентиль 35 пропускает на свой выход только положительный короткий импульс(фиг.5,ж), который поступает на вход сброса счетчика 36 и приводит его в исходное (нулевое) состояние. Счетчик 36 подсчитывает количество импульсов Й 1, которое поступа 5 ет на первый вход арифметического блока 40. Принимаемые широкополосные ЛЧМ сигналы можно представить в следующем виде: 10 О=ос соз 12 лФс(1 + тлУ 11 + г) + о), 02=Ос СОЗЕ ЛГст + дУС 2 + рД, 0т СТсЬРгде г = - С- - время запаздывания ЛЧМ.сигнала, приходящего на антенну А, по отношению к сигналу, приходящему на антенну В;С - скорость распространения света, Эти сигналы поступают на два входа 20 перемножителя 37. на выходе которого образуется напряжение биений:Об(1)= об соз(2 лбт + д 76), 01 -д сГдЕ Об= - К 2 О с,225М= Ут- частота биений (фиг,ба);06 =.2 лсг + ЛУР - . начальная фаза биений,Указанное напряжение выделяется уси 30 лителем 38 низкой частоты и поступает навход электронно-счетного частотомера 39.Из непрерывного переменного напряженияОб(с) частоты 16 формируется короткие импульсы, частота следования которых остает 35 ся равной 16. В частотомере 39сосчитывается число импульсов Мг за известный интервал времени й:ЙгЬ= 40 В частности, если Ж=1 с, то измеренноеколичество импульсов Иг численно равнонеизвестной частоте биений Ь. Измеренноеколичество импульсов Мг поступает на второй вход арифметического блока 40, на вы 45 ходе которого образуется значениевременной задержки в цифровой форме(фиг,бб)16 К 1 Йг50 " 7 Ифкоторое регистрируется индикатором41. Следовательно,ф=агссозС,УПоскольку при изменении угла р меняется и величина частоты биений Ь, то она будет однозначно определять угол прихода радиоволны, Частота биений 16 и скорость5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 изменения частоты у внутри импульса измеряется в цифровой форме, по их значению определяется угол прихода радиоволны 3 только в цифровом коде,Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, Это достигается использованием частоты биений Гб, которая однозначно связана с пеленгом на источник излучения ЛЧМ-сигналов. При этом индикатор 41 формирует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а индикатор 29 - точную, но неоднозначную шкалу отсчета.Кроме того, предлагаемое устройство позволяет представить результаты пеленгации в цифровом коде. что обеспечивает возможность для их длительного хранения, передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжения с вычислительной техникой,формула изобретения устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, содержащее последовательно соединенные первый приемник. первый смеситель, к второму входу которого подключен выход первого гетеродина, первый ключ, к второму входу которого подключен выход второго ключа, первый сжимающий фильтр и решающий блок, к второму и третьему входам которого подключены соответственно выход формирователя импульсов,вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего блока, и выход второго сжимающего фильтра, вход которого соединен с входом частотного детектора, выход которого подключен к входу первого дифференцирующего блока, и с выходом третьего ключа, управляющий и сигнальный входы которого соединены соответственно с выходом второго ключа, к управляющему входу которого подключен выход порогового блока, и с выходом второго смесителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго приемника и выходОм второго гетеродина. который подключен к первому входу первого перемножителя, второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым входом первого смесителя, выход которого через первый широкополосный фильтр подключен к входу первого амплитудного детектора, и с входом первого узкополосного фильтра, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, выход и второй вход которого соединены соответственно с входом первого индикатора и выходом четвертого ключа, управляющий и сигнальный входы которого соединены соответственно с выходом порогового блока, к входу которого подключен выход коррелятора, и с выходом второго узкополосного фильтра, к входу которого подключен выход второго перемножителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого широкополосного фильтра, который подключен к первому входу коррелятора, и с выходом второго широкополосного фильтра, который подключен к второму входу коррелятора, при этом выход второго смесителя через последовательно соединенные второй широкополосный фильтр и второй амплитудный детектор подключен к второму входу первого элемента И, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого амплитудного детектора и сигнальным входом второго ключа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью устранения неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, введены последовательно соединенный третий узкополосный фильтр, к входу которого подключен выход второго приемника, третий амплитудный детектор, второй элемент И, счетчик, арифметический блок и второй индикатор, последовательно соединенные второй дифференцирующий блок, к входу которого подключен выход третьего амплитудного детектора. и однополярный вентиль, выход которого подключен к второму входу счетчика, последовательно соединенные третий перемножитель, к входам которого подключены выходы первого и второго приемников, усилитель низкой частоты и электронно-счетный частотомер, выход которого подключен к второму входу арифметического блока, и генератор счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И.Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Уж ул,Гагарин Заказ 1942 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раущская наб 4/5