устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее усилитель высокой частоты, гетеродин, выход которого соединен с первым входом смесителя, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты, пороговый блок, выход которого соединен с входом линии задержки, первый амплитудный детектор, генератор развертки, выход которого подключен к первому электроду первой электронно-лучевой трубки, второй и третий электроды которого объединены и подключены к земляной шине, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем распознавания сложных сигналов с многократной фазовой и частотной манипуляцией, введены вторая и третья электронно-лучевые трубки, второй и третий амплитудные детекторы, четыре умножителя, три делителя частоты, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, ключ и генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к первому входу генератора развертки, к первому входу ключа и к выходу порогового блока, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, к входу первого умножителя и к второму входу ключа, выход которого соединен с входами второго, третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены к входам соответственно первого, второго и третьего делителей частоты, выходы которых соединены с входами соответственно первого, второго и третьего амплитудных детекторов, выходы которых подключены к четвертым электродам соответственно первой, второй и третьей электронно-лучевых трубок, причем выход усилителя высокой частоты соединен с вторым входом смесителя, выход генератора пилообразного напряжения подключен к входу гетеродина, выход линии задержки соединен с вторым входом порогового блока и с вторым входом генератора развертки, выход которого подключен к первым электродам второй и третьей электронно-лучевых трубок, вторые и третьи электроды которых объединены и подключены к земляной шине, а выход первого умножителя через второй измеритель ширины спектра соединен с вторым входом блока сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для поиска в заданном диапазоне частот Д(f), обнаружения и визуального распознавания сложных импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией, которое обеспечивает распознавание сложных импульсных сигналов только с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и не позволяет распознавать сложные импульсные сигналы с другими законами внутриимпульсной модуляции, среди которых широкое распространение нашли сложные импульсные сигналы с внутриимпульсной фазовой (ФМн) и частотной (ЧМн) манипуляцией.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем распознавания сложных сигналов с многократной фазовой и частотной манипуляцией.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены вторая и третья электронно-лучевые трубки, второй и третий амплитудные детекторы, четыре умножителя, три делителя частоты, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, ключ и генератор пилообразного напряжения, вход которого подключен к первому входу генератора развертки, к первому входу ключа и к выходу порогового блока, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, к входу первого умножителя и ко второму входу ключа, выход которого соединен со входами второго, третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены ко входам соответственно первого, второго и третьего делителей частоты, выходы которых соединены со входами соответственно первого, второго и третьего амплитудных детекторов, выходы которых подключены к четвертым электродам соответственно первой, второй и третьей электронно-лучевой трубки, причем выход усилителя высокой частоты соединен со вторым входом смесителя, выход генератора пилообразного напряжения подключен ко входу гетеродина, выход линии задержки соединен со вторым входом порогового блока и со вторым входом генератора развертки, выход которого подключен к первым электродам второй и третьей электронно-лучевых трубок, вторые и третьи электроды которых объединены и подключены к земляной шине, а выход первого умножителя через второй измеритель ширины спектра соединен со вторым входом блока сравнения.

На фиг. 1. представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - взаимное расположение символьных частот сигналов с многократной частотной манипуляцией; на фиг. 3 - закон изменения фазы частотно-манипулированного сигнала; на фиг. 4 - возможный вид осциллограмм на экране ЭЛТ.

Устройство содержит усилитель 1 высокой частоты, генератор 2 пилообразного напряжения, гетеродин 3, смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, обнаружитель 6, первый измеритель 7 ширины спектра, первый умножитель 8, второй измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, пороговый блок 11, линию задержки 12, ключ 13, генератор 14 развертки, второй, третий и четвертый умножители 15-17, первый, второй и третий делители частоты 18-20, первый, второй и третий амплитудные детекторы 21-23, первую, вторую и третью ЭЛТ 24-26.

Причем к выходу усилителя 1 высокой частоты подключен смеситель 4, второй вход которого через гетеродин 3 соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 2, усилитель 5 промежуточной частоты, умножитель 8 частоты на восемь, измеритель 9 ширины спектра, блок 10 сравнения, второй вход которого через измеритель 7 ширины спектра соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, пороговый блок 11, второй вход которого через линию 12 задержки соединен с его выходом, ключ 13, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, и три канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя частоты 15 (16, 17), делителя частоты 18 (19, 20), амплитудного детектора 21(22, 23) и вертикального электрода ЭЛТ 24 (25, 26), горизонтальный электрод которого через генератор 14 развертки соединен с выходами порогового блока 11 и линией 12 задержки. При этом в первом канале обработки частота сигнала умножается и делится на два, во втором - на четыре и в третьем - на восемь. Измерители 7 и 9 ширины спектра, умножитель 8 частоты на восемь, блок 10 сравнения, пороговый блок 11 и линия 12 задержки образуют обнаружитель 6.

Устройство работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот Дf и поиск сложных импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией осуществляется с помощью генератора 2 пилообразного напряжения, который периодически с периодом Тn по пилообразному закону изменяет частоту гетеродина 3. Ключ 13 в исходном состоянии закрыт.

Принимаемый сложный сигнал например, с внутриимпульсной бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2) u_c(t)= U_ccos[2f_ct+_k(t)+_c] , 0tT_c где U_c, f_c, T_c, _c - амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала;

_k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем _k(t)= const при k_и<t <(K+1) _и и может изменяться скачком при t= k _и, т. е. на границах между элементарными посылками (K= 1, 2, . . . , N-1);

_и, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc= N_n); с выхода усилителя 1 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 4, на второй вход которого подается напряжение линейно-изменяющейся частоты с выхода гетеродина 3

u_г(t)= U_гcos(2f_гt+t²+ _г), 0tT_п, где U_г, f_г, T_п , _г - амплитуда, начальная частота, период повторения и начальная фаза напряжения гетеродина;

= - скорость перестройки гетеродина. На выходе смесителя 4 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 5 промежуточной частоты выделяется напряжение разностной (промежуточной) частоты U_пр1(t)= U_пр cos[2f_прt+_k(t)-t²+_пр] ,

0tT_c, где U_пр= k

K - коэффициент передачи смесителя,

f_пр= f_c-f_r - промежуточная частота,

_пр= _c-_г; которое поступает на вход обнаружителя 6. При этом на выходе умножителя 8 частоты на восемь образуется напряжение

U₁(t)= U_прcos[16f_прt-8t²+8_пр] ,

0tT_c. Так как 8 _k(t) = 0,8 , то в указанном напряжении фазовая манипуляция уже отсутствует.

Ширина спектра ФМн-2 сигнала f_c определяется длительностью_иэлементарных посылок (f_c= ). Тогда как ширина спектра восьмой гармоники f₈ определяется длительностью T_c сигнала (f₈= ), т. е. ширина спектра восьмой гармоники f₈ в N раз меньше ширины спектра f_c входного ФМн - 2 сигнала ( = N). Следовательно, при умножении частоты (фазы) на восемь спектр ФМн - 2 сигнала "сворачивается" в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить сложный ФМн - 2 сигнал.

Ширина спектра f_c входного ФМн-2 сигнала измеряется с помощью измерителя 7, а ширина спектра f₈ восьмой гармоники изменяется с помощью измерителя 9. Напряжение U и U₈, пропорциональные f_c и f₈соответственно, с выходов измерителей 7 и 9 ширины спектра поступают на два входа блока 10 сравнения. Так как U>>U₈, то на выходе блока 10 сравнения образуется положительный импульс, который сравнивается с пороговым напряжением U пор в пороговом элементе 11. Положительный импульс на выходе блока 10 сравнения образуется в том случае, когда напряжения U и U₈, поступающие на два входа блока 10 сравнения, значительно отличаются по величине друг от друга. При равенстве напряжений (U= U₈) на выходе блока 10 сравнения напряжение отсутствует. Пороговое напряжение Uпор в пороговом элементе 11 выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового напряжения Uпор в пороговом элементе 11 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход генератора пилообразного напряжения, переводя его в режим остановки, на управляющий вход ключа 13, открывая его, на вход линии 12 задержки и на вход генератора 14 развертки, запуская его. С этого момента времени процесс перестройки гетеродина 3 и поиск сложных импульсных сигналов прекращается на время визуального анализа обнаруженного сложного сигнала, которое определяется временем задержки _з линии 12 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 3 усилителем 5 промежуточной частоты выделяется напряжение u_пр2(t)= U_прcos[2f_прt+_k(t)+_пр] , 0tT_c, которое через открытый ключ 13 поступает на входы умножителей 16, 16 и 17 частоты на два, на четыре и на восемь. На выходах указанных умножителей образуются гармонические колебания:

u₂(t)= U_прcos(4f_прt+2_пр),

u₃(t)= U_прcos(8f_прt+4_пр),

u₄(t)= U_прcos(16f_прt+8_пр), 0tT_c

Так как 2_k(t)= 0,2 ; 4_k(t)= 0,4; 8_k(t)= 0,8; то в указанных колебаниях манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра второй гармоники f₂. четвертой f₄ и восьмой f₈определяется длительностью сигнала f₂= f₄= f₈= , тогда как ширина спектра ФМн-2 сигнала определяется длительностью его элементарных посылок f_c= , т. е. ширина спектра указанных гармоник в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

Напряжения u₂(t), u₃(t) и u₄(t) с выходов умножителей 15, 16 и 17 поступают на входы делителей частоты 18, 19 и 20 на два, четыре и восемь соответственно. На выходах указанных делителей образуются гармонические колебания:

u₅ (t) = (2f_прt+2_пр),

u₆ (t) = (2f_прt+2_пр),

u₇ (t) = (2f_прt+2_пр), 0tT_c Эти колебания детектируются амплитудными детекторами 21, 22 и 23 соответственно и поступают на вертикальные электроды ЭЛТ 24, 25 и 26, на горизонтальные электроды которых подается напряжение горизонтальной развертки с выхода генератора 14 развертки. На экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 образуются одиночные частотные метки, соответствующие указанным гармоническим колебаниям (см. фиг. 4, а).

Следовательно, при умножении и делении частоты ФМн-2 сигнала на два, четыре и восемь его спектр "сворачивается" в N раз и трансформируется в одиночные спектральные составляющие. Это обстоятельство и является признаком распознавания ФМн-2 сигнала.

Время задержки _з линии 12 задержки выбирается таким, чтобы можно было визуально оценить спектральные составляющие, образующиеся на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26. По истечении этого времени постоянное напряжение с выхода линии 12 задержки поступает на вход сброса порогового элемента 11, сбрасывая его содержимое на нулевое значение, и на второй вход генератора 14 развертки, выключая его. Следовательно, длительность горизонтальной развертки ЭЛТ 24, 25 и 26 определяется временем задержки _з линии 12 задержки. С этого момента времени визуальный анализ спектрограмм на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 прекращается, а просмотр заданного частотного диапазона Df и поиск сложных импульсных сигналов продолжается. Генератор 2 пилообразного напряжения переводится в режим перестройки; а ключ 13 закрывается, т. е. указанные блоки переводятся в свои исходные состояния.

В случае обнаружения следующего ФМн-2 сигнала работа устройства происходит аналогичным образом.

Если на вход устройства поступает ФМн-4 сигнал (t)= 0, , , то на выходе умножителя 15 частоты на два образуется ФМн-2 сигнал [_k(t)= 0, , 2, 3] , а на выходах умножителей 16 и 17 частоты на четыре и восемь образуются гармонические колебания u₃(t) и u₄(t) соответственно, т. е. в указанных каналах осуществляется свертка спектра входного ФМн-4 сигнала. В этом случае на экране ЭЛТ 24 наблюдается спектр входного сигнала, а на экранах ЭЛТ 25 и 26 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (см. фиг. 4, б).

Если на вход устройства поступает ФМн-8 сигнал (t)= 0, , , , , , , , то свертка его спектра осуществляется только на выходе умножителя 17 частоты на восемь. В этом случае на экранах ЭЛТ 24 и 25 наблюдаются спектры сигнала, а на экране ЭЛТ 26 наблюдается одиночная спектральная составляющая (см. фиг. 4, в).

Если на вход устройства поступает ЧМн-2 сигнал, то на выходе умножителей 15, 16 и 17 частоты на два, четыре и восемь образуются частотно-манипулированные сигналы с индексами девиации частоты h= 1, 2 и 4 соответственно. При этом его спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2f₁ и 2f₂, 4f₁ и 4f₂, 8f₁ и 8f₂. На экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 в этом случае наблюдаются две частотные метки (см. фиг. 4, г).

Если на вход устройства поступает ЧМн-3 сигнал, то на выходе умножителей 16 и 17 на четыре и восемь его сплошной спектр трансформируется в три спектральные составляющие (см. фиг. 4, д).

Если на вход устройства поступает ЧМн-5 сигнал, то на выходе умножителя 17 частоты на восемь его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8f₁, 8f₃, 8_ср, 8f₄, 8f₂. На выходах умножителей 15 и 16 частоты на два и четыре сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в сплошные спектры, так как в этом случае h<1. Таким образом, на экранах ЭЛТ 24 и 25 будут наблюдаться сплошные спектры, а на экране ЭЛТ 26 - пять спектральных лепестков (см. фиг. 4, е), что является признаком распознавания ЧМн-5 сигнала.

Если на вход устройства поступает сложный импульсный сигнал с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) u_c(t)= U_ccos(2f_ct+_ct²+_c), 0tT_c, где U_c, f_c, T_c, _c- амплитуда, начальная частота, длительность и начальная фаза сигнала;

_c = - скорость изменения частоты внутри импульса;

f_д - девиация частоты, то усилителем 5 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение u_пр3(t)= U_прcos(2f_прt+_ct²-t²+_пр),

0tT_c, которое через открытый ключ 13 поступает на входы умножителей 15, 16 и 17 частоты на два, четыре и восемь. На выходах указанных умножителей образуются напряжения u₈(t)= U_прcos(4f_прt+2_ct²-2t²+2_пр), u₉(t)= U_прcos (8f_прt+4_ct²-4t²+4_пр), u₁₀(t)= U_прcos(16f_прt+8_ct²-8t²+8_пр), 0tT_c. Так как длительность Т_с ЛЧМ сигнала на основной промежуточной частоте f_пр и на частотах 2 f_пр, 4f_пр и 8f_пр одинакова, то увеличение в 2, 4 и 8 раз происходит за счет увеличения в 2, 4 и 8 раз девиации частоты f_д.

Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на второй четвертой f₄ и восьмой f₈ гармониках промежуточной частоты в 2, 4 и 8 раз больше его ширины f_c на основной промежуточной частоте ( f₂ = 2f_c, f₄ = 4f_c , f₈ = 8f_c).

Следовательно на экранах ЭЛТ 24, 25 и 26 наблюдаются спектры ЛЧМ сигналов, ширина которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра принимаемого ЛЧМ сигнала (см. фиг. 4, ж). Это обстоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает поиск и обнаружение в заданном диапазоне частот Df, а также распознавание сложных сигналов не только с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией, но и с многократной фазовой и частотной манипуляцией. Причем в качестве информационных признаков визуального распознавания сложных импульсных сигналов используются ширина спектра и изменения в его структуре при умножении частоты (фазы) принимаемого сигнала на два, четыре и восемь. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.