ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАДИОИМПУЛЬСОВ С БОЛЬШИМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ
RADIO PULSE TRAIN SHAPER WITH A LARGE DYNAMIC RANGE

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в стендовой аппаратуре для отработки устройств обработки радиолокационных сигналов.
В стендовой аппаратуре для отработки устройств обработки радиолокационных сигналов необходимо формировать радиоимпульсы на промежуточной частоте с разными значениями амплитуды, длительности фронта и подавлением в паузе без дополнительных модуляций и искажений.
pи
pи
На фиг. 2 для пояснения приведена спектрограмма радиоимпульса предлагаемого изобретения. В спектре сигнала заметны паразитные спектральные составляющие (ПСС), ограничивающие рабочий динамический диапазон. Максимальное значение сигнала А (минус 26 дБм, где дБм - абсолютный уровень мощности выражается в «децибелах относительно одного милливатта»), значение В - это паразитные спектральные составляющие (ПСС), выраженные в дБм (минус 110 дБм). Динамический диапазон радиоимпульса D (D=А-В, в данном случае около 80 дБ). С - общая спектрограмма для последовательности радиоимпульсов. ПСС можно интерпретировать как ложные цели в доплеровском диапазоне.
Динамический диапазон радиоимпульса, свободный от паразитных составляющих, - безразмерная величина, равная отношению мощности полезного узкополосного сигнала к мощности наибольшей паразитной частотной составляющей.
Известно устройство «Цифровой формирователь радиолокационных сигналов» (заявка №2015146971/07 на одноименную полезную модель по МПК G01S 13/00 от 02.11.2015 г.), содержащее выход, на котором имитируют радиолокационные сигналы.
Недостатками известного устройства является то, что оно формирует радиолокационные сигналы с динамическим диапазоном 65 дБ (см. формулу известной полезной модели), для качественной отработки радиолокационных приемников требуется порядка 80 дБ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для формирования радиоимпульсов (патент №174639 по МПК Н03К 3/80 за 2017), содержащее последовательно соединенные генератор несущей частоты (в известном устройстве - источник синусоидального сигнала), модулятор (в известном устройстве - схема на биполярных транзисторах) и выход последовательности радиоимпульсов устройства, причем второй вход модулятора является его входом управления.
Недостатком известного устройства считается то, что в нем отсутствует возможность формирования и изменения длины огибающей последовательности радиоимпульсов и пауз между ними, а также формирования одиночного радиоимпульса с возможностью изменения его длины. Патент на устройство не раскрывает необходимые детали технической реализации его важнейшей схемы аналогового ключа, обеспечивающего, главным образом, большой динамический диапазон последовательности радиоимпульсов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей и развитие прототипа путем обеспечения формирования огибающей последовательности радиоимпульсов и одиночных импульсов с изменением их длины и изменением пауз между радиоимпульсами.
Указанный технический результат достигается тем, что формирователь последовательности радиоимпульсов (ФПР) с большим динамическим диапазоном, содержащий последовательно соединенные генератор несущей частоты, модулятор и выход последовательности радиоимпульсов ФПР, причем второй вход модулятора является его входом управления, отличающийся тем, что генератор несущей частоты представляет собой последовательно соединенную цепь из схемы распределения опорной частоты, первого делителя частоты, частотно-фазового детектора, фильтра нижних частот и генератора, управляемого напряжением, а также содержит второй делитель частоты и согласующую нагрузку, а модулятор представляет собой последовательно соединенную цепь из первого полосового фильтра, аналогового ключа через его первый сигнальный вход, и второго полосового фильтра, а также содержит третий полосовой фильтр и два фильтра нижних частот, кроме того ФПР содержит аттенюатор и формирователь огибающей последовательности радиоимпульсов в составе схемы автоподстройки частоты, двух схем сравнения, триггера пуска, счетчика (Сч), четырех схем ИЛИ, триггера видеоимпульсов (Тг ВИ), кроме того ФПР содержит вход, выход и группу входов управления. При этом вход схемы распределения опорной частоты является входом ФПР, первый выход генератора управляемого напряжением через второй делитель частоты соединен со вторым входом частотно-фазового детектора, а его второй выход соединен со входом первого полосового фильтра, выход второго полосового фильтра через аттенюатор соединен с выходом ФПР, второй сигнальный вход аналогового ключа через третий полосовой фильтр связан с согласующей нагрузкой, выход первой схемы ИЛИ связан со входом установки в нулевое логическое состояние (в ноль) Тг ВИ, вход установки в единицу которого соединен с выходом второй схемы ИЛИ, прямой выход которого через первый фильтр нижних частот связан, с первым входом управления аналогового ключа, второй вход управления которого связан через второй фильтр нижних частот с инверсным выходом Тг ВИ, выход третьей схемы ИЛИ соединен с входом установки в ноль Сч, счетный вход которого соединен с выходом первой схемы И и с входами опроса первой и второй схем сравнения, выход второй схемы И соединен с первым входом четвертой схемы ИЛИ, выход которой соединен с входом установки в ноль Тг пуска, прямой выход которого соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с выходом схемы автоподстройки частоты, вход которой соединен со вторым выходом схемы распределения опорной частоты, выход «равно» первой схемы сравнения соединен с первым входом второй схемы И и первым входом первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с входом установку в единицу Тг пуска и входом ФПР Пуск, вход ФПР выбора сигнального входа ключа соединен с первым входом второй схемы ИЛИ второй вход которой соединен с выходом «равно» второй схемы сравнения и первым входом третьей схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с третьим входом первой схемы ИЛИ, со вторым входом четвертой схемы ИЛИ и с входом «Сброс» ФПР, второй вход второй схемы И соединен с входом управления «Серия/Один» ФПР, первая группа входов первой схемы сравнения является входами «Кода длины ВИ» ФПР, первая группа входов второй схемы сравнения является входами «Кода периода ВИ» ФПР, группа выходов Сч поразрядно соединена со вторыми группами входов первой и второй схем сравнения.
На фиг. 1 и на фиг. 2 представлены соответственно блок-схема заявляемого устройства - формирователя последовательности радиоимпульсов (ФПР) и полученная с его помощью спектрограмма радиоимпульса.
ФПР содержит генератор 1 несущей (опорной) частоты со схемой 1.1 распределения опорной частоты, первым делителем 1.2 частоты, частотно-фазовым детектором 1.3, фильтром 1.4 нижних частот, генератором 1.5 управляемым напряжением, вторым 1.6 делителем частоты и согласованной нагрузкой 1.7, модулятор 2 с первым 2.1 и вторым 2.2 полосовыми фильтрами, аналоговым ключом 2.3, третьим полосовым фильтром 2.4, первым 2.5 и вторым 2.6 фильтрами нижних частот, аттенюатор 3, формирователь 4 огибающей последовательности радиоимпульсов (последовательности видеоимпульсов) со схемой 4.1 автоподстройки частоты, первой схемой сравнения (сх ср) 4.2, триггером 4.3 пуска, счетчиком (Сч) 4.4 длины и периода повторения видеоимпульсов (ВИ), второй схемой сравнения 4.5, 1-й схемой ИЛИ 4.6, 2-й схемой ИЛИ 4.7, триггером 4.8 ВИ, 3-й схемой ИЛИ 4.9, 4-й схемой ИЛИ 4.10, 1-й схемой И 4.11 и 2-й схемой И 4.12, а также вход 5, выход 6 и группу 7 входов управления ФПР.
Блок управления (БУ) 8 ФПР не входит в устройство и показан на фиг. 1 для пояснений. При этом для простейшего ручного управления ФПР БУ 8 может содержать тумблер 8.1 выбора первого или второго сигнального входа аналогового ключа 2.3, первый 8.2 и второй 8.3 наборники кода длительности и периода видеоимпульсов соответственно на переключателях, кнопка 8.4 «Пуск», тумблер 8.5 «Серия/Один», кнопка 8.6 «Сброс».
Используемые в ФПР элементы за исключением блока 1 и 2 (генератор несущей частоты и модулятор на основе аналогового ключа 2.3) являются элементами широкого применения. Вся логика блока 4 может реализовываться на одной микросхеме ПЛИС с соответствующими элементами подключения.
В качестве аналогового ключа 2.3 применяют отечественный ключ 6400КХ014, ОАО «ОКБ-Планета» (www.okbplaneta.ru), в качестве аналога можно использовать MASWSS0192 фирмы М/А-СОМ (www.macom.com) с большим быстродействием и линейностью. В данной технической реализации используется аналоговый ключ 6400КХ014 имеющий первый и второй сигнальные входы, а в качестве входных управляющих выводы упр. 1 и упр. 2.
В качестве генератора 1.5 управляемого напряжением применяют высокочастотный прецизионный кварцевый генератор ГК87-ТС фирмы «Морион», в качестве аналога можно использовать миниатюрный высокочастотный прецизионный малошумящий кварцевый генератор ГК219-ТС с предельно возможными уровнями значений относительной спектральной плотности фазовых шумов.
Формирователь последовательности радиоимпульсов (ФПР) с большим динамическим диапазоном, содержащий последовательно соединенные генератор 1 несущей частоты, модулятор 2 и выход 6 последовательности радиоимпульсов ФПР, причем второй вход модулятора 2 является его входом управления, при этом генератор 1 несущей частоты представляет собой последовательно соединенную цепь из схемы 1.1 распределения опорной частоты, первым делителем 1.2 частоты, частотно-фазового детектора 1.3, фильтра нижних частот 1.4 и генератора 1.5 управляемого напряжением, а также содержит второй делитель 1.6 частоты и согласующую нагрузку 1.7, а модулятор 2 представляет собой последовательно соединенную цепь из первого полосового фильтра 2.1, аналогового ключа 2.3 через его первый сигнальный вход и второго полосового фильтра 2.2, а также содержит третий полосовой фильтр 2.4 и два фильтра нижних частот 2.5 и 2.6, кроме того ФПР содержит аттенюатор 3 и формирователь огибающей 4 последовательности радиоимпульсов в составе схемы автоподстройки частоты 4.1, двух схем сравнения 4.2 и 4.5, триггера пуска 4.3, счетчика (Сч) 4.4, четырех схем ИЛИ 4.6, 4.7, 4.9 и 4.10, триггера видеоимпульсов (Тг ВИ) 4.8, кроме того ФПР содержит вход 5, выход 6 и группу входов управления 7, при этом вход схемы распределения опорной частоты 1.1 является входом 5 ФПР, первый выход генератора 1.5 управляемого напряжением через второй делитель 1.6 частоты соединен со вторым входом частотно-фазового детектора 1.3, а его второй выход соединен с входом первого полосового фильтра 2.1, выход второго полосового фильтра 2.2 через аттенюатор 3 соединен с выходом 6 ФПР, второй сигнальный вход аналогового ключа 2.3 через третий полосовой фильтр 2.4 связан с согласующей нагрузкой 1.7, выход первой схемы ИЛИ 4.6 связан с входом установки в нулевое логическое состояние (в ноль) Тг ВИ 4.8, вход установки в единицу которого соединен с выходом второй схемы ИЛИ 4.7, прямой выход которого через первый фильтр нижних частот 2.5 связан, с первым входом управления аналогового ключа 2.3, второй вход управления которого связан через второй фильтр нижних частот 2.6 с инверсным выходом Тг ВИ 4.8, выход третьей схемы ИЛИ 4,9 соединен с входом установки в ноль Сч 4.4, счетный вход которого соединен с выходом первой схемы И 4.11 и с входами опроса первой 4.2 и второй 4.5 схем сравнения, выход второй схемы И 4.12 соединен с первым входом четвертой схемы ИЛИ 4.10, выход которой соединен с входом установки в ноль Тг пуска 4.3, прямой выход которого соединен с первым входом первой схемы И 4.11, второй вход которой соединен с выходом схемы автоподстройки частоты 4.1, вход которой соединен со вторым выходом схемы распределения 1.1 опорной частоты, выход «равно» первой схемы сравнения 4.2 соединен с первым входом второй схемы И 4.12 и первым входом первой схемы ИЛИ 4.6, второй вход которой соединен с входом установку в единицу Тг пуска 4.3 и входом 7.4 «Пуск» ФПР, вход 7.1 ФПР выбора сигнального входа ключа соединен с первым входом второй схемы ИЛИ 4.7, второй вход которой соединен с выходом «равно» второй схемы сравнения 4.5 и первым входом третьей схемы ИЛИ 4.9, второй вход которой соединен с третьим входом первой схемы 4.6 ИЛИ, со вторым входом четвертой схемы ИЛИ 4.10 и со входом 7.6 «Сброс» ФПР, второй вход второй схемы И 4.12 соединен с входом 7.5 управления «Серия/Один» ФПР, первая группа входов первой схемы сравнения 4.2 является входами 7.2 «Кода длины ВИ» ФПР, первая группа входов второй схемы сравнения 4.5 является входами 7.4 «Кода длины периода ВИ» ФПР, группа выходов Сч 4.4 поразрядно соединена со вторыми группами входов первой 4.2 и второй 4.5 схем сравнения.
ФПР работает следующим образом.
Работу ФПР рассматриваем на реально используемой промежуточной частоте 60 МГц, на вход 5 подаем опорный сигнал 48 МГц для синхронизации блоков 1 и 4. Для сравнения двух сигналов на частотно-фазовом детекторе выбраны две схемы деления, сравнение происходит на 12 МГц.
Сигнал опорной частоты (например, от стандартного задающего генератора типа ГК87-ТС, не входящего в состав устройства) через вход 5 ФПР, схему 1.1 распределения и первый делитель 1.2 частоты поступает на первый вход частотно-фазового детектора 1.3, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 1.5 через второй делитель 1.6 частоты (обратная связь), а с выхода которого, где формируется выходное напряжение, определяемое разностью фаз на его первом и втором входах, сигнал через фильтр 1.4 нижних частот воздействует на генератор 1.5, который таким образом синхронизируется с опорной частотой.
Далее с выхода генератора 1.5 через первый полосовой фильтр 2.1 сигнал подается на первый сигнальный вход аналогового ключа 2.3, с выхода которого при его открытом состоянии через третий полосовой фильтр 2.4 и резистивный аттенюатор 3 поступает на выход 6 ФПР. При этом аналоговый ключ 2.3 открывается и закрывается с помощью первого и второго его входов управления, соответственно выбора сигнального входа и собственно открытия/закрытия аналогового ключа с помощью блока 4.
Сигнал опорной частоты со схемы распределения 1.1 поступает также на схему автоподстройки частоты 4.1 и является тактовым сигналом для всего блока 4. В зависимости от требуемых режимов работы аналогового ключа 2.3, длительности и периода радиоимпульсов задаются соответствующие команды управления на группе входов 7, которые подаются на блок 4, на котором происходит соответствующее формирование сигналов управления (видеоимпульсов и др.) аналоговым ключом 2.3.
Рассмотрим основные режимы работы ФПР при простейшем ручном управлении от БУ 8 (см. фиг. 1).
Все элементы памяти ФПР (триггер ВИ 4.8, триггер пуска 4.3 и Сч. 4.4) устанавливаются в лог. 0 при нажатии кнопки «Сброс» 8.6. При этом рассматриваемый первый сигнальный вход ключа закрывается.
Предварительно во всех режимах работы ФПР осуществляют выбор для работы первого (через первый полосовой фильтр 2.1) или второго (через второй полосовой фильтр 2.2) сигнального входа аналогового ключа 2.3. Оба сигнальных входа данного аналогового ключа 2.3 работают одинаково, поэтому ниже рассматривается его работа только через первый сигнальный вход, а второй сигнальный вход замкнут на согласующую нагрузку 1.7.
Для выбора первого сигнального входа тумблером 8.1 БУ 8 подают напряжение уровня лог. 1 на первый вход эл. 4.7 в результате чего через вход установки в лог. 1 триггера 4.8 на его прямом выходе устанавливается сигнал лог.1, который поступает на вход эл. 2.5, а на инверсном выходе триггера 4.8 устанавливается сигнал лог. 0, который поступает на вход эл. 2.6, что открывает ключ 2.3 (в соответствии с таблицей истинности, из спецификации на аналоговый ключ ссылка на источник дана выше). При этом осуществляется возможность через выбранный сигнальный вход ключа выходной сигнал с эл. 1.5 подать на выход 6 (например, на вход проверяемого устройства обработки сигналов).
Для формирования одиночного радиоимпульса тумблером 8.5 БУ 8 подают напряжение уровня лог.1, задавая импульсный режим работы блока 4. Требуемую длину радиоимпульса устанавливают с помощью наборника 8.2, выставляя соответствующий код, с выхода тумблера 8.5 сигнал лог.1 поступает на первый вход эл. 4.12. Затем после нажатия кнопки 8.7 «Сброс» нажимают кнопку 8.4 «Пуск», в результате чего триггер пуска 4.3 устанавливается в состояние «Лог. 1» и с помощью первой сх. И эл. 4.11 разрешает прохождение синхроимпульсов с эл. 4.1 на входы опроса обеих схем сравнения 4.2 и 4.5 и одновременно на счетный вход сч. 4.4, обеспечивающего переключение выходов счетчика по переднему фронту. Также сигнал с кнопки 8.4 поступает на сх ИЛИ 4.7, которая устанавливает на выходе триггера 4.8 уровень «Лог. 1». При достижении нарастающего кода на счетчике 4.4 заданного кода длины радиоимпульса схема сравнения 4.2 вырабатывает сигнал «равно», который поступает на сх ИЛИ 4.6, устанавливая триггер 4.8 в состояние «лог. 0». Одновременно с этим сигнал со сх ср 4.2 поступает на сх И 4.12, с выхода которого через эл. 4.10 устанавливает эл. 4.3 в лог. 0 прекращающая работу блока 4. Т.е. обеспечивается огибающая единственного радиоимпульса, который формируется (вырезается) из непрерывного сигнала на входе аналогового ключа 2.3 стробируемый радиоимпульс на его выходе (далее передается через фильтр 2.4 и аттенюатор 3 на выход 6 ФПР) в интервале открытого аналогового ключа 2.3 при состоянии «лог. 1» триггера 4.8 ВИ.
Для формирования последовательности радиоимпульсов (серии) тумблером 8.2 БУ 8 подают напряжение уровня лог. 0, задавая импульсный режим работы блока 4. Требуемую длину радиоимпульсов устанавливают с помощью наборника 8.3, а необходимый период повторения устанавливают на БУ 8 на наборнике 8.4, а также устанавливают тумблер 8.6 в положение «Серия» (уровень «лог. 0»). Затем после нажатия кнопки 8.7 сброса нажимают кнопку 8.5 пуска. Т.к. длительность импульса заведомо не превышает значения периода повторения импульсов, можно использовать счетчик 4.4 и в качестве счетчика длины импульса, и в качестве счетчика периода повторения. Процесс формирования длительности импульса аналогичен описанному выше при формировании одиночного радиоимпульса. Уровень «лог. 0», поступающий с тумблера 8.6 на сх И 4.12, запрещает сброс триггера 4.3 при появлении сигнала «равно» на выходе сх ср 4.2. Далее при достижении кода на счетчике 4.4 заданному коду периода повторения импульсов схема сравнения 4.5 вырабатывает сигнал «равно», который поступает на сх ИЛИ 4.6, устанавливая триггер 4.8 в состояние «лог. 1» и на сх ИЛИ 4.9, которая сбрасывает счетчик 4.4. Счетчик 4.4 начинает считать заново со значения «0» и процесс формирования ВИ повторяется. Т.о. формируется серия видеоимпульсов с заданной длительностью и периодом повторения.