панорамный приемник

Формула изобретения

ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК , содеpжащий последовательно включенные пеpвую пpиемную антенну, пеpвый смеситель, втоpой вход котоpого чеpез гетеpодин соединен с пеpвым выходом генеpатоpа pазвеpтки, пеpвый усилитель пpомежуточной частоты, умножитель частоты на восемь, втоpой измеpитель шиpины спектpа, блок сpавнения, втоpой вход котоpого чеpез пеpвый измеpитель шиpины спектpа соединен с выходом пеpвого усилителя пpомежуточной частоты, поpоговый блок, ключ, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого усилителя пpомежуточной частоты, линию задеpжки, пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом ключа и каналов обpаботки, каждый из котоpых состоит из последовательно включенных полосового фильтpа, амплитудного детектоpа, видеоусилителя и веpтикального электpода электpонно-лучевой тpубки, гоpизонтальный электpод котоpой соединен с втоpым выходом генеpатоpа pазвеpтки, отличающийся тем, что, с целью pасшиpения функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазоманипулиpованных сигналов, в него введены втоpая антенна, втоpой смеситель, втоpой усилитель пpомежуточной частоты, пеpвый и втоpой фазовpащатели на 90^o, втоpой и тpетий пеpемножители, пеpвый и втоpой фильтpы множних частот, пеpвый и втоpой квадpатоpы, сумматоp, блок извлечения квадpатного коpня, пеpвый и втоpой однополяpные вентили, пеpвая и втоpая диффеpенциpующие цепи, (n + 1)-й амплитудный детектоp, генеpатоp счетных импульсов, элемент совпадения, счетчик-делитель и блок pегистpации, пpичем к выходу втоpой антенны последовательно подключены втоpой смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом гетеpодина, втоpой усилитель пpомежуточной частоты, втоpой пеpемножитель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого усилителя пpомежуточной частоты, пеpвый фильтp нижних частот, пеpвый квадpатоp, сумматоp, блок извлечения квадpатного коpня, пеpвый однополяpный вентиль, пеpвая диффеpенциpующая цепь, втоpой однополяpный вентиль, счетчик-делитель, втоpой вход котоpого чеpез элемент совпадения соединен с выходами пеpвого однополяpного вентиля и генеpатоpа счетных импульсов, а тpетий вход чеpез последовательно включенные (n + 1)-й амплитудный детектоp и втоpую диффеpенциpующую цепь соединен с выходом пеpвого усилителя пpомежуточной частоты, и блок pегистpации, к выходу втоpого усилителя пpомежуточной частоты последовательно подключены пеpвый фазовpащатель на 90^o, тpетий пеpемножитель, втоpой вход котоpого чеpез втоpой фазовpащатель на 90^o соединен с выходом пеpвого усилителя пpомежуточной частоты, втоpой фильтp нижних частот и втоpой квадpатоp, выход котоpого соединен с втоpым входом сумматоpа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для поиска и обнаружения фазоманипулированных (ФМ_н) сигналов, а также визуальной оценки их несущей частоты и пеленгации источника излучения.

Известен панорамный приемник, который содержит приемную антенну, генератор развертки, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, умножитель частоты на восемь, второй измеритель ширины спектра, блок сравнения, пороговый блок, ключ, линию задержки, перемножитель и n каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных полосового фильтра, амплитудного детекторов, видеоусилителя и электронно-лучевой трубки.

Он обеспечивает поиск и обнаружение ФМ_н сигналов, а также визуальную оценку их несущей частоты, однако не позволяет осуществлять пеленгацию источника излучения ФМ_н сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазоманипулированных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены вторая антенна, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, первый и второй фазовращатели на 90^о, второй и третий перемножители, первый и второй фильтры нижних частот, первый и второй квадраторы, сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый и второй однополярные вентили, первая и вторая дифференцирующие цепи, (n+1)-й амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, элемент совпадения, счетчик-делитель и блок регистрации, причем к выходу второй антенны последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот, первый квадратор, сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый квадратор, сумматор, блок излучения квадратного корня, первый однополярный вентиль, первую дифференцирующую цепь, второй однополярный вентиль, счетчик-делитель, второй вход которого через элемент совпадения соединен с выходами первого однополярного вентиля, и генератора счетных импульсов, а третий вход - через последовательно включенные (n-1)-й амплитудный детектор и вторую дифференцирующую цепь соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и блок регистрации, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены первый фазовращатель на 90^о, третий перемножитель, второй вход которого через второй фазовращательна 90^о соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй квадратор, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого приемника; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу приемника; на фиг. 3 - принцип пеленгации источника излучения ФМ_н сигналов фазовым методом в одной плоскости.

Панорамный приемник содержит первую антенну 1, генератор 2 развертки, гетеродин 3, первый смеситель 4, первый усилитель 5 промежуточной частоты, обнаружитель 6, умножитель 7 частоты на восемь, первый измеритель 8 ширины спектра, второй измеритель 9 ширины спектра, блок сравнения 10, пороговый блок 11, ключ 12, линию задержки 13, первый перемножитель 14, полосовые фильтры 15₁-15_n, амплитудные детекторы 16₁-16_n, видеоусилители 17₁-17_n, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) 18₁-18_n, вторую антенну 19, второй смеситель 20, второй усилитель 21 промежуточной частоты, первый и второй фазовращатели 22 и 23 на 90^о, второй и третий перемножители 24 и 25, первый и второй фильтры 26 и 27 нижних частот, первый и второй квадраторы 28 и 29, сумматор 30, блок 31 извлечения квадратного корня, первый однополярный вентиль 32, первую дифференцирующую цепь 33, второй однополярный вентиль 34, (n+1)-й амплитудный детектор 35, вторую дифференцирующую цепь 36, генератор 37 счетных импульсов, элемент 38 совпадения, счетчик-делитель 39 и блок 40 регистрации.

Причем к выходу генератора 2 развертки последовательно подключены гетеродин 3, смеситель 4, второй вход которого соединен с выходом антенны 1, усилитель 5 промежуточной частоты, умножитель 7 частоты на восемь, измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, второй вход которого через измеритель 8 ширины спектр соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, пороговый блок 11, ключ 12, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, линия 13 задержки, перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом ключа 12, и n каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных узкополосного фильтра 15_i, амплитудного детектора 16_i, видеоусилителя 17_i и вертикального электрода ЭЛТ 18_i(i= 1,2, . . . . , n), горизонтальный электрод которой соединен с вторым выходом генератора 2 развертки. К выходу антенны 19 последовательно подключены смеситель 20, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3, усилитель 21 промежуточной частоты, перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, фильтр 26 нижних частот, квадратор 28, сумматор 30, блок 31 извлечения квадратного корня, однополярный вентиль 32, дифференцирующая цепь 33, однополярный вентиль 34, счетчик-делитель 39, второй вход которого через элемент 38 совпадения соединен с выходами однополярного вентиля 32 и генератора 37 счетных импульсов, а третий вход через последовательно включенные амплитудный детектор 35 и дифференцирующую цепь 36 соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, и блок 40 регистрации. К выходу усилителя 21 промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель 22 на 90^о, перемножитель 25, второй вход которого через фазовращатель 23 на 90^о соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, фильтр 27 нижних частот и квадратор 29, выход которого соединен с вторым входом сумматора 30.

Панорамный приемник работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот D_f осуществляется с помощью генератора 2 развертки, который периодически с периодом Т_n по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 3. Одновременно генератор 2 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 18₁-18_n, которая используется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона D_f. Ключ 12 в исходном состоянии всегда закрыт.

Принимаемые ФМ_н сигналы

u₁(t) = U_сcos [_сt + _к(t) + ₁] = U_сM(t)cos (_сt + ₁),

u₂(t) = U_сcos [_сt + _к(t) + ₂] = U_сM(t+)cos [_сt+) + ₂] ,

0 t T_c, где U_c, _c, T_c, ₁, ₂ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;

_k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующей функцией М(t), причем _k (t)= сonst при k_u<t<(k+1)_u и может изменяться скачком на при t= k _u, т. е. на границах между элементарными посылками (k= 0,1,2, . . . , N-1);

_u, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлены сигналы с длительностью Т_с (Т_с= _uN);

M(t) - модулирующая функция, в соответствии с которой манипулируется фаза сигналов;

= = - время запаздывания сигнала, приходящего на одну антенну, по отношению к сигналу, приходящему на другую антенну (см. фиг. 3);

d - расстояние между антеннами (измерительная база);

- угол прихода радиоволны;

с - скоpость распространения света, с выходов антенн 1 и 19 поступают соответственно на первые входы смесителей 4 и 20, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 3 линейноизменяющейся частоты

u_г(t)= U_гcos(_гt+₁t²+_г), ,

0 t T_п, где U_г, _г, _г, Т_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина соответственно,

₁= - скорость изменения частоты гетеродина (скорость изменения первой гармоники гетеродина).

На выходе смесителя 4 и 20 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 5 и 21 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты

u_пр1(t)= U_прcos[_прt+_к(t)-₁t²+_пр1] =

= U_прM(t)cos(_прt-₁t²+_пр1);

u_пр2(t)= U_прcos[_прt+_к(t)-₁t²+_пр2] =

= U_прM(t+)cos[_пр(t+)-₁t²+_пр2] , 0 t T_с,

0 t T_c где U_пр= k₁U_cU_г;

k₁ - коэффициент передачи смесителей;

_пр= _c-_г - промежуточная частота;

_пр1= ₁ - _г, _пр2= ₂-_г, , которые представляют собой сигналы с комбинированной линейной частотой модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМ_н).

Напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 6, состоящего из умножителя 7 частоты на восемь, измерителей 8 и 9 ширины спектра, блока 10 сравнения, порогового блока 11 и ключа 12. На выходе умножителя 7 частоты на восемь образуется напряжение

u₃(t)= U_прcos(8_прt-8₁t²+8_пр1), 0 t T_с.

Так как величина фазы 8 _k(t) принимает одно из значений 8 _k(t)= { 0; 8 } при приеме сигнала с однократной фазовой манипуляцией (ФМн-2, _k(t)= { 0; } , тогда величина фазы принимает одно из значений 8 _k(t)= { 0; 4 ; 8 ; 12 } при приеме сигнала с двухкратной фазовой манипуляцией (ФМн-4, _к(t) = 0; ; ; ) и 8 _k(t)= { 0; 2 ; 4 ; 6 ; 10 ; 12 ; 14 } при приеме сигнала с трехкратной фазовой манипуляцией (ФМ_н-8, _к(t) = 0; ; ; ; ; ; ; ). Следовательно в указанном напряжении u_з(t) при ФМ_н-2, ФМ_н-4 и ФМ_н-8 манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра f₈ восьмой гармоники определяется длительностью Т_с сигнала (f₈ = ), тогда как ширина спектра принятого ФМ_н сигнала определяется длительностью _u его элементарных посылок (f_с = ) , т. е. ширина спектра восьмой гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

= N.

Следовательно, при умножении частоты ФМ_н сигнала на восемь его спектр "сворачивается" в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМ_н сигнал в узкой полосе частот, определяемой шириной полосы пропускания узкополосного фльтра 15 даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше средней мощности шумов.

Ширина спектра f_с входного ФМ_н сигнала измеряется с помощью измерителя 8, а ширина спектра f₈ восьмой гармоники сигнала - с помощью измерителя 9. Напряжения U и U₈, пропорциональные f_c и f₈соответственно с выхода измерителей 8 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как U >> U₈, то на выходе блока сравнения 10 образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень U _пор в пороговом блоке 11. Пороговый уровень U_порвыбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 11 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 12, открывая его.

При этом напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты через открытый ключ 12 одновременно поступает на первый вход перемножителя 14 и на вход линии задержки 13, на выходе которой образуется напряжение

u_пр3(t)= U_пр1(t-₃)= U_прcos[_пр(t-₃)+_к(t-₃)-

-₁(t-₃)²+_пр1] , 0 t T_с , , где _з - время задержки линии задержки 13. Это напряжение подается на второй вход перемножителя 14, на выходе которого образуется напряжение

u_б1(t)= U_бcos[_б1t+_k1(t)+_б1] ,

0 t T_c, где U_б= K₂U²_пр;

k₂ - коэффициент передачи перемножителя 14;

_б1= 2_1з- частота биений;

_k1(t)= _k(t-_з)-_k(t);

_б1= _прз+_1з² - начальная фаза биений.

Частота _б1 напряжения биений u_б1(t) равна _б1= 2_1з= const. Следовательно, при фиксированном времени задержки _з на выходе перемножителя 14 образуется моночастотный сигнал биений, частота _б1которого зависит от скорости изменения частоты _i(i= 1, 2, . . . , n) гетеродина 3. Скорость изменения частоты преобразованного сигнала, поступающего на вход автокоррелятора, состоящего из линии задержки 13 и перемножителя 14, зависит от номера гармоники частоты гетеродина 3, взаимодействующей с несущей частотой принимаемого ФМ_н сигнала.

Частота настройки _н1 узкополосного фильтра 15₁ выбирается равной

_н1= _б1 = 2_1з, частота настройки _н2 узкополосного фильтра 15₂ выбирается равной

_н2 = _б2 = 2_2з , а частота настройки _нn узкополосного фильтра 15_n выбирается равной

_нn = _бn= 2_nз, где _n= n₁ - скорость изменения n-й гармоники частоты гетеродина.

Напряжение u_бi(t) с выхода узкополосного фильтра 15_iпоступает на вход амплитудного детектора 16_i, где оно детектируется и после усиления в видеоусилителе 17_i поступает на вертикальный электрон ЭЛТ 18_i, на экране которой образуется импульс (частотная метка). Положение частотной метки на горизонтальной развертке ЭЛТ 18_i однозначно определяет несущую частоту _c принимаемого ФМ_н сигнала (i= 1, 2, . . . , n).

Следовательно, номер гармоники частоты гетеродина 3, с которой взаимодействует несущая частота принимаемого ФМ_н сигнала, определяется номером полосового фильтра того канала, на экране ЭЛТ которого наблюдается частотная метка.

Для пеленгации источников излучения сигналов широкое применение находит фазовый метод, при котором разность фаз сигналов, принимаемых двумя разнесенными антеннами, определяется выражением

= 2 cos , где - длина волны;

d - база пеленгатора;

- угол прихода сигнала относительно нормали к базе.

Однако фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угла (направления падения волны). Согласно приведенной формуле, фазовая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы . Но с ростом уменьшается значение угловой координаты, при котором разность фаз не превосходит значение 2 (условие однозначного отсчета угла), т. е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность фазового метода пеленгации источника излучения ФМ_н сигнала можно двумя способами: применением остронаправленных антенн и использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающей способностью по направлению. Однако они требуют поиска источника излучения сигналов до начала измерений и его автоматического сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений, а также лишают фазовый метод пеленгации одного из его достоинств - возможности использования ненаправленных (изотропных) антенных систем.

Многошкальность обычно достигается использованием нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета угла, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Системы пеленгации, использующие такой способ, имеют ограниченную дальность действия и сложную техническую реализацию.

В предлагаемом приемнике для точной и однозначной пеленгации источника излучения ФМ_н сигналов используется модифицированный фазовый метод, основаный на квадратурной корреляционной обработке принимаемых сигналов.

Для этого напряжения u_пр1(t) и u_пр2(t) с выходов усилителей 5 и 21 промежуточной частоты подаются на два входа перемножителя 24, на выходе которого образуется результирующее колебание

u(t)= U_бM(t)M(t+)cos(_пр+

+)+U_бM(t)M(t+)cos(2_прt+_пр-2₁t²++), 0 t T_с , где U_б= K₂U²_пр.

Из полученного результирующего колебания фильтром 26 нижних частот с частотой среза _пр выделяется напряжение разностной частоты u_р1(t)= U_бM(t)M(t+)cos(_пр+), 0 t T_c, пропорциональное корреляционной функции сигналов u_пр1(t) и u_пр2(t). Для получения максимального значения корреляционной функции необходимо выполнить следующее условие:

cos(_пр+)= 1;

_пр = k; k = 0, 1, 2, . . . ,

= 0.

Однако при нестабильности несущей частоты принимаемых ФМ_нсигналов и при изменении указанное условие выполнить весьма трудно. Для выполнения данного условия предлагается использовать квадратурную обработку принимаемых ФМ_н сигналов. С этой целью напряжения u_пр1(t) и u_пр2(t) с выходов усилителей 5 и 21 промежуточной частоты одновременно поступают на входы фазовращателей 23 и 22 на 90^о, на выходах которых образуются напряжения

u(t) = U_прM(t)cos(_прt-₁t²++90) = U_прM(t)sin(_прt-₁t²+),

u(t)= U_прM(t+)cos[_пр(t+)-₁t²++90=

= U_прM(t+)sin[_пр(t+)-₁t²+] , 0 t T_с.

Эти напряжения подаются на два входа перемножителя 25, на выходе которого образуется результирующее колебание

u(t)= U_бM(t)M(t+)sin(_прt+)+

+U_бM(t)M(t+)sin[2_прt+_пр-2₁t²++] , 0 t T_с.

Из полученного результирующего колебания фильтром нижних частот 27 выделяется напряжение разностной частоты

u(t)= U_бM(t)M(t+)sin(_пр+), 0 t T_с.

Напряжения u_p1(t) и u_р2(t) через квадраторы 28 и 29 поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u(t)= U(t)+U²_р(t)= [U_бM(t)M(t+)] ²[cos²(_пр+)+

+sin²(_пр+)] = [U_бM(t)M(t+)] ².

Это напряжение поступает на вход блока 31 извлечения квадратного коня, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение (см. фиг. 2, е).

u_н(t)= U_бM(t)M(t+), которое представляет собой произведение модулирующей функции которое представляет собой произведение модулирующей функции М(t) (см. фиг. 2, а) и ее сдвинутой на копии M(t+ ) (cм. фиг. 2, д). Напряжение u_н(t) поступает на вход однополярного вентиля 32, на выходе которого образуются отрицательные импульсы (см. фиг. 2, ж) длительностью . Эти импульсы поступают на вход дифференцирующей цепи 33, на выходе которой образуются короткие разнополярные импульсы (см. фиг. 2, з). Однополярный вентиль 34 пропускает на свой выход только отрицательные короткие импульсы (см. фиг. 2, и), которые поступают на первый вход счетчика-делителя 39. Счетные импульсы (см. фиг. 2, к) с выхода генератора 37 счетных импульсов через элемент совпадения 38, на второй вход которого подаются отрицательные импульсы (см. фиг. 2, ж) с выхода однополярного вентиля 38, поступают на второй вход счетчика-делителя 39, в котором происходит последовательное сложение счетных импульсов и деление полученной суммы на количество измерений

_ср= , где _i - длительность i-го отрицательного импульса на выходе однополярного вентиля 32;

n - объем выборки (количество измерений).

Напряжение u_пр1(t) (см. фиг. 2, б) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты одновременно поступает на вход амплитудного детектора 35, который выделяет его огибающую (см. фиг. 2, в). Последняя поступает на вход дифференцирующей цепи 36, на входе которой образуется два разнополярных коротких импульса (см. фиг. 2, г). Причем коротким положительным импульсом счетчик-делитель 39 приводится в исходное (нулевое) состояние, а отрицательным коротки импульсом количество счетных импульсов, пропорциональное _cp, пересчитывается в блок 40 регистрации. По зафиксированному в цифровом коде значению _cpоднозначно определяетcя угол прихода радиоволны .

Таким образом, предлагаемый приемник по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения ФМ_нсигналов. Причем высокая точность пеленгации достигается увеличением измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность отсчета угловой координаты устраняется квадратурной корреляционной обработкой принимаемых ФМ_н сигналов, при которой измеряется среднее время задержки _cp в цифровом коде. По измеренному значению _cp однозначно определяется угол прихода радиоволны. Тем самым функциональные возможности панорамного приемника расширены.

Кроме того, представление результатов пеленгации в цифровом коде обеспечивает их длительное хранение, передачу на большие расстояния по каналам связи и сопряжение с вычислительной техникой. (56) Авторское свидетельство СССР 1661661, кл. G 01 R 23/00, 1990.