устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащее последовательно включенные первый усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, первое дифференцирующее звено, первый элемент совпадения, первый накопитель, первый пороговый элемент и первый блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого амплитудного детектора фазоинвертор, второй элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего звена, второй накопитель и второй пороговый элемент, выход которого соединен с вторым входом первого блока регистрации, при этом второй выход усилителя промежуточной частоты через первый амплитудный детектор соединен с вторым входом первого элемента совпадения, отличающееся тем, что введены первая и вторая антенны, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, третий элемент совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья, счетчик, второй усилитель высокой частоты, перемножитель, усилитель низкой частоты, частотомер, вычислительный блок и второй блок регистрации, первая антенна соединена с входом первого усилителя высокой частоты, к выходу которого последовательно подключены узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, третий элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик, вычислительный блок и второй блок регистрации, к второй антенне последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, перемножитель, второй выход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты и частотомер, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, выход второго амплитудного детектора через второе дифференцирующее звено соединен с вторым входом счетчика, выход первого амплитудного детектора через третье дифференцирующее звено соединен с вторыми входами первого и второго накопителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией и пеленгации источника их излучения.

Известны устройства для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией ( авт.cвид.1.401.615 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для распознавания импульсных сигналов с внутриимпульсной модуляцией, которое обеспечивает распознавание импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией, но не позволяет пеленговать источник их излучения.

Различают фазовый и амплитудный методы измерения угловых координат (пеленгации). При фазовом методе разность времен приема сигналов двумя разнесенными антеннами фиксируется как разность фаз этих сигналов.

=2cos, где d расстояние между антеннами (измерительная база);

- длина волны;

- угол прихода радиоволн.

Фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Согласно указанной формуле, фазовая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы d/. Однако с ростом d/ разность фаз превосходит значение 2, т.е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя способами: применением остронаправленных антенн; 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 до начала измерений и его автоматического сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений.

Многошкальность достигается использованием нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Применение многошкального способа устранения неоднозначности пеленгации с по- мощью разнесенных ненаправленных антенн не требует предварительного поиска источника излучения. Однако системы, использующие такой способ, имеют ограниченную дальность действия и сложную техническую реализацию.

В предлагаемом устройстве используется модифицированный фазовый метод пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией, основанный на перемножении сигналов, принимаемых двумя разнесенными антеннами, выделении напряжения биений, измерения частоты биений f_б и скорости изменения частоты внутри импульса, по значению которых определяется угол прихода радиоволн

=arccos где с скорость распространения света.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Это достигается тем, что в устройство введены первая и вторая антенны, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, генератор счетных импульсов, третий элемент совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья, счетчик, второй усилитель высокой частоты, перемножитель, усилитель низкой частоты, электронно-счетный частотомер, вычислительный блок и второй блок регистрации, причем первая антенна соединена с входом первого усилителя высокой частоты, к выходу которого последовательно подключены узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, третий элемент совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик, второй вход которого через второе дифференцирующее звено соединен с выходом второго амплитудного детектора, вычислительный блок и второй блок регистрации. К второй антенне последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, усилитель низкой частоты и частотомер, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, вторые входы первого и второго накопителей через третье дифференцирующее звено соединены с выходом амплитудного детектора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-5 временные и частотные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 6 принцип пеленгации источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Устройство содержит первый усилитель 1 высокой частоты, преобразователь 2 частоты, широкополосный усилитель 3 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 4, частотный детектор 5, первое дифференцирующее звено 6, первый элемент 7 совпадения, первый накопитель 8, первый пороговый элемент 9, фазоинвертор 10, второй элемент 11 совпадения, второй накопитель 12, второй пороговый элемент 13, первый блок 14 регистрации, первую и вторую антенны 15 и 16, узкополосный фильтр 17, второй амплитудный детектор 18, генератор счетных импульсов 19, третий элемент 20 совпадения, второе и третье дифференцирующие звенья 21 и 22, счетчик 23, второй усилитель 24 высокой частоты, перемножитель 25, усилитель 26 низкой частоты, частотомер 27, вычислительный блок 28 и второй блок 29 регистрации.

Причем к антенне 15 последовательно подключены усилитель 1 высокой частоты, преобразователь 2 частоты, усилитель 3 промежуточной частоты, амплитудный детектор 4, элемент совпадения, второй вход которого через последовательно включенные частотный детектор 5 и дифференцирующее звено 6 соединен с вторым выходом усилителя 3 промежуточной частоты, накопитель 8, второй вход которого через дифференцирующее звено 22 соединен с выходом амплитудного детектора 4, пороговый элемент 9 и блок 14 регистрации.

К выходу амплитудного детектора 4 последовательно подключены фазоинвертор 10, элемент 11 совпадения, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 6, накопитель 12, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 22, и пороговый элемент 13, выход которого соединен со вторым входом блока 14 регистрации. К выходу усилителя 1 высокой частоты последовательно подключены узкополосный фильтр 17, амплитудный детектор 18 элемент 20 совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора 19 счетных импульсов, счетчик 23, второй вход которого через дифференцирующее звено 21 соединен с выходом амплитудного детектора 18, вычислительный блок 28 и блок 29 регистрации. К антенне 16 последовательно подключены усилитель 24 высокой частоты, перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 1 высокой частоты, усилитель 26 низкой частоты и частотомер 27, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока 28.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемые импульсные сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией

U_c(t) V_cсos (2f_ct + /|t² + _c),

U_c(t + ) V_c соs [(2f_c(t + ) + /(t+)² + _c]

0 t T_и, где V_c, f_c, _c, T_и амплитуда, начальная частота, начальная фаза и длительность сигналов;

скорость изменения частоты внутри импульса.

- время запаздывания сигнала, приходящего на антенну 16, по отношению к сигналу, приходящему на антенну 15, с антенны 15 и 16 через усилители 1 и 24 высокой частоты соответственно поступают на два входа перемножителя 25.

Принимаемый сигнал U_c(t) одновременно поступает на входы преобразователя 2 частоты и узкополосного фильтра 17. В преобразователе 2 частоты внутриимпульсная частота заполнения сдвигается по частотной оси в область промежуточной частоты. Преобразованный по частоте импульс одновременно поступает на входы амплитудного 4 и частотного 5 детекторов. Амплитудный детектор 4 выделяет огибающую V_и импульса с внутриимпульсной частотной модуляцией по или V образному симметричному закону (см.фиг. 2,в, 3,в). С выхода частотного детектора 5 видеосигнал V₅ (см.фиг. 2д, 3д) поступает на вход дифференцирующего звена 6, выходной сигнал V₆ (фиг. 2с, 3с) которого подается на первые входы элементов 7 и 11 совпадения. На вторые входы элементов 7 и 11 совпадения поступает напряжение U₄ (см.фиг. 2в, 3в) с выхода амплитудного детектора 4. Причем на элемент 11 совпадения указанное напряжение поступает после предварительного инвертирования по фазе на 180^о в фазоинверторе 10 (см.фиг. 2, и 3,и). Так как напряжения, поступающие на два входа элементов 7 и 11 совпадения, занимают на временной оси одни и те же интервалы, то элементы 7 и 11 совпадения в зависимости от закона изменения частоты принимаемого сигнала последовательно срабатывают. При этом напряжения с выходов элементов 7 (см. фиг. 2, ж, 3, ж) и 11 (см.фиг. 2,з, 3,з) совпадения поступают в накопители 8 и 12 соответственно, где они интегрируются с целью уменьшения числа ложных срабатываний за счет воздействия шумов.

Прямоугольный импульс (см.фиг. 2, в, 3,в) с выхода амплитудного детектора 4 поступает на вход дифференцирующего звена 22, на выходе которого образуется два коротких разнополярных импульса (см.фиг. 2,г, 3,г). Эти импульсы поступают на входы сброса накопителей 8 и 12 и переводят их в исходное (нулевое) состояние, обеспечивая нормальную работу. Выходные напряжения U₈ и U₁₂ (см. фиг. 2, к, 3, к) накопителей 8 и 12 поступают на входы пороговых элементов 9 и 13, где они сравниваются с двумя пороговыми уровнями +V_пор и -V_пор соответственно.

Если сначала пересекаются верхний пороговый уровень +V_пор (t₁), а затем нижний пороговый уровень -V_пор(t₂) (см.фиг. 2,к), то это свидетельствует о том, что на входе устройства присутствует сигнал, частота которого изменяется по симметричному -образному закону. Если сначала пересекается нижний пороговый уровень -V_пор(t₁), а затем верхний пороговый уровень +V_пор(t₂) (см. фиг. 3,к), то это является признаком приема сигнала с симметричным V-образным законом изменения частоты. Если пересекается только один верхний пороговый уровень +V_пор, то на входе устройства присутствует сигнал с монотонно-возрастающим законом изменения частоты. Если пересекается только один нижний пороговый уровень -V_пор, то принимаемый сигнал имеет монотонно-убывающий закон внутриимпульсной частотной модуляции.

В том случае, когда на вход устройства поступает сигнал с внутриимпульсной дискретной частотной модуляцией (ЧМн) или внутриимпульсной дискретной фазовой модуляцией (ФМн), то пороговые уровни +V_пор и -V_пор не пересекаются и устройство срабатывает.

В результате перемножения сигналов U_с(t) и U_с(t+ ) на выходе перемножителя 25 образуется результирующее напряжение

U(t)=U_c(t)U_c(t+)=U_бcos(2f_бt+_б)+

U_бcos(4f_ct+2f_бt+_б+2t²+2_c, где U_б 1/2 KV_c²;

K коэффициент передачи перемножителя;

f_б=|- частота биений;

_б-2f_c+||²- начальная фаза биений.

Усилителем 26 низкой частоты выделяется напряжение биений (напряжение разностной частоты)

U_б (t) U_б cos (2 f_б t + _б),

0 t T_и

При этом угол прихода радиоволны определяется следующим образом:

= arccos c/d

Поскольку при изменении угла меняется и величина частоты биений f_б, то последняя будет однозначно определять пеленг на источник излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией (см.фиг.4).

Для определения угла прихода радиоволны необходимо измерить частоту биений f_б и скорость изменений частоты| внутри импульса.

Частота биений f_б (см.фиг. 4,б) измеряется с помощью частотомера 27.

Из непрерывного переменного напряжения U_б(t) частоты формируются короткие импульсы, частота следования которых остается равной f_б. Если сосчитать число импульсов n₁ за известный интервал времени t, то легко представить искомую частоту:

f_б

В частности, если t 1c, то измеренное количество импульсов n₁численно равно неизвестной частоте f_б.

Для измерения скорости изменения частоты| внутри импульса напряжение U_c(t) с выхода усилителя 1 высокой частоты поступает на вход узкополосного фильтра 17 с полосой пропускания f (см.фиг. 5,а). На выходе узкополосного фильтра в случае приема сигнала с - образным законом изменения частоты образуются два радиоимпульса длительностью t_и= (см.фиг. 5,б). Эти радиоимпульсы поступают на вход амплитудного детектора 18, который выделяет их огибающие. Прямоугольные импульсы с выхода амплитудного детектора 18 (см. фиг. 5, в) поступают на первый вход элемента 20 совпадения, на второй вход которого подаются счетные импульсы с выхода генератора 19 счетных импульсов (см.фиг. 5,г). На выходе элемента 20 совпадения образуются счетные импульсы, количество n₂ которых, пропорциональное| подсчитывается счетчиком 23. Видеоимпульсы с выхода амплитудного детектора 18 (см.фиг. 5,в) одновременно поступают на вход дифференцирующего звена 21, на выходе которого образуются короткие разнополярные импульсы (см.фиг. 5,с). Причем каждым положительным коротким импульсом счетчик 23 переводится в исходное (нулевое) состояние, т. е. подготавливается к работе, а каждым отрицательным коротким импульсом сосчитанное количество n₂ счетных импульсов переводится в вычислительный блок 28, в котором определяется угол прихода радиоволны в цифровом коде. Последний регистрируется блоком 29 регистрации.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения импульсных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией. Это достигается приемом сигналов на две разнесенные антенны, перемножением их между собой, выделением напряжения биений, измерением частоты биений f_б и скорости изменения частоты | внутри импульса, по значению которых точно и однозначно определяется пеленг на источник излучения сигналов. Кроме того, представление результатов пеленгации в цифровом коде обеспечивает их длительное хранение, передачу на большие расстояния по каналам связи и сопряжение c вычислительной техникой. В результате функциональные возможности устройства расширены.