Устройство измерения частоты в матричном приемнике
FREQUENCY MEASURING DEVICE IN MATRIX RECEIVER

Изобретение относится к радиотехнической и электронной областям промышленности и может быть использовано в матричном приемнике средств радиотехнической разведки для снижения неоднозначности определения частоты при приеме двух и более совмещенных по времени разночастотных сигналов.
Учитывая высокие технические показатели при относительно малых массе и габаритах, матричные приемники нашли широкое применение в станциях радиотехнической разведки и станциях помех. В матричном приемнике [1] входной сигнал, попадая в первую ступень, разделяется на несколько частотных каналов и переносится в диапазон промежуточных частот (ПЧ) первой ступени. Далее сигнал ПЧ поступает на следующую ступень, где снова разделяется по частоте и переносится в диапазон ПЧ второй ступени и так далее до последней ступени. Таким образом, диапазон ПЧ после каждой ступени последовательно сужается и, кроме того, переносится вниз по частоте, что упрощает конечную обработку. Каждый частотный канал во всех ступенях снабжается индикатором, указывающим номер сработавшего канала. По набору сработавших индикаторов грубо определяют частоту принятого сигнала с точностью до половины полосы пропускания канала последней ступени. С выхода последней ступени сигнал, как правило, подается на обработку, в ходе которой с высокой точностью измеряется частота в полосе промежуточных частот последней ступени. Сопоставляя измеренное значение частоты в диапазоне ПЧ и сработавшие индикаторы, частота принятого сигнала уточняется.
N
Недостатком матричного приемника является неоднозначность определения частоты. В соответствии с классификацией, предложенной в работе [2], при приеме двух и более совмещенных по времени разночастотных сигналов (для определенности считая сигналы узкополосными, т.е. такими, что спектр сигнала полностью попадает в полосу канала последней ступени) ввиду описанной структуры матричного приемника возникает неоднозначность определения частоты третьего рода. Неоднозначность заключается в том, что при попадании на вход N-ступенчатого матричного приемника А сигналов срабатывает множество индикаторов, вследствие чего возможно несколько вариантов определяемых частот. Причем максимальное их количество составляет X=A. Из выражения видно, что неоднозначность определения частоты растет с увеличением числа используемых ступеней. Возникновение неоднозначности третьего рода возможно в условиях сложной сигнальной обстановки (при авианалете, создании преднамеренных помех, одновременном функционировании большого количества близко расположенных радиоэлектронных средств и др.)
Из уровня техники известно устройство измерения частоты (УИЧ) в матричном приемнике, которое снижает неоднозначность третьего рода [3]. УИЧ представляет собой функциональный узел, дополняющий первую ступень приемника и позволяющий при выявлении одновременного попадания сигналов в два частотных канала первой ступени исключить определение ложных значений частоты за счет задержки сигнала на выходе одного канала первой ступени относительно другого. УИЧ содержит комбинационное логическое устройство, которое при необходимости подключает в каждом канале линию задержки с фиксированной величиной задержки. Сигнал, проходящий без задержки, обрабатывается первым, а задержанный сигнал - вторым. Таким образом, уточняется принадлежность сигнала к тому или иному каналу первой ступени матричного приемника.
Недостатком описанного УИЧ является малое максимально возможное количество одновременно принимаемых сигналов (два), для которых снижается неоднозначность третьего рода. Также во время получения сигнала с линии задержки в канале, в котором она работает, сигнал теряется для обработки (происходит пропуск сигнала). Кроме того, линия задержки имеет фиксированную величину задержки, поэтому, если длительность сигналов намного меньше времени задержки, неэффективно расходуется временной ресурс - обработка сигналов выполняется значительно позже их окончания. Это увеличивает время до принятия ответных действий.
Наиболее близким к предлагаемому устройству измерения частоты в матричном приемнике является УИЧ, описанное в [4]. Указанное УИЧ, выбранное в качестве прототипа, позволяет снизить неоднозначность третьего рода и обеспечивает отсутствие задержки и пропуска сигналов, а также уменьшение времени до принятия ответных действий. УИЧ, подключаемое ко входу ступени матричного приемника, измеряет частоту сигнала в диапазоне рабочих частот этой ступени. УИЧ содержит усилитель-ограничитель, каналы обработки и устройство обработки. Каждый канал обработки содержит последовательно включенные полосовой фильтр, частотно-зависимое устройство и детектор. Входы каналов обработки подключены к выходам усилителя-ограничителя, а с выходов каналов сигнал подается на устройство обработки. Принцип действия данного УИЧ основан на уточнении принадлежности каждого принятого сигнала к тому или иному каналу ступени матричного приемника. Для этого вначале с помощью усилителя-ограничителя устраняют зависимость сигнала от амплитуды. В результате на входы каналов поступают сигналы одного уровня. В каждом канале в зависимости от частоты с помощью частотно-зависимого устройства сигнал приобретает соответствующую амплитуду и далее детектируется детектором. Продетектированные сигналы поступают в устройство обработки, выполняющее посредством аналого-цифрового преобразования измерение амплитуды сигнала в каждом канале, соотнесение этой амплитуды с таблицей частот для каждого канала и выдающее измеренное с заданной точностью в диапазоне рабочих частот ступени приемника значение частоты сигнала. Номера сработавших канальных индикаторов приемника сопоставляют со значениями частот, определенных УИЧ. В результате частоты принятых сигналов уточняются, что позволяет снизить неоднозначность определения частоты. Максимально возможное количество одновременно обрабатываемых сигналов, для которых снижается неоднозначность, соответствует количеству каналов УИЧ. Задержка сигнала определяется инерционностью используемых устройств и для решаемых задач пренебрежимо мала. Пропуск сигнала ввиду параллельного обзора и отсутствия линий задержки исключен. Отсутствие задержки сигнала обеспечивает минимальное время до принятия ответных действий.
Недостаток данного УИЧ заключается в следующем. Таблица частот устройства обработки содержит измеренные значения амплитуды сигнала на выходе каждого канала. При этом считается, что коэффициент передачи канала неизменен во времени. Однако, например, при длительной работе происходит нагрев УИЧ (особенно при использовании в составе бортовой радиоэлектронной аппаратуры). Вследствие этого изменяются АЧХ усилителей-ограничителей и полосовых фильтров, а значит, снижается точность измерений. «Старение» электронных компонентов усилителей-ограничителей также приводит к изменению АЧХ с течением времени. Таким образом, не учитывается изменение точности измерений УИЧ в зависимости от времени и температуры.
Целью изобретения является снижение зависимости точности измерений УИЧ от времени и температуры.
Технический результат заключается в повышении точности определения частоты устройством измерения частоты, которое уточняет значения частот, определяемых матричным приемником при приеме множества совмещенных по времени сигналов.
Указанный результат достигается тем, что в известное УИЧ к каждому каналу обработки дополнительно добавляется канал калибровки. Канал калибровки включает в себя детектор. Вход канала калибровки соединен с выходом полосового фильтра. Выход канала соединен со входом устройства обработки. При этом количество входов устройства обработки по сравнению с вариантом реализации УИЧ без каналов калибровки увеличивается в 2 раза. Устройство обработки определяет разницу (путем вычитания или деления) между сигналами с выходов каждой пары каналов, образованной основным и калибровочным каналами. Поскольку коэффициенты передачи обоих каналов различаются только на коэффициент передачи частотно-зависимого устройства, а коэффициенты передачи усилителя-ограничителя и полосового фильтра для них являются общими, то при вычислении разницы (разности или частного) между сигналами с выходов калибровочного и основного каналов влияние нестабильности коэффициентов передачи усилителя-ограничителя и полосового фильтра на точность измерений УИЧ устраняется. Тем самым зависимость точности измерений УИЧ от времени и температуры уменьшается.
На фиг. 1 представлена схема устройства измерения частоты.
i
i
Устройство измерения частоты (фиг. 1) состоит из усилителя-ограничителя 1, каналов обработки 2.1-2.K, каналов калибровки 6.1-6.K и устройства обработки 8. Входом УИЧ является вход усилителя-ограничителя 1, выход которого соединен со входами каналов обработки 2.1-2.K. Каждый канал обработки 2.i (i=1…K) содержит последовательно включенные полосовой фильтр 3.i, формирующий полосу пропускания канала Δƒ, частотно-зависимое устройство 4.i, имеющее наклон АЧХ в полосе Δƒ и детектор 5.i. Входы каналов калибровки 6.1-6.K подключены к выходам полосовых фильтров 3.1 -3.K соответствующих каналов обработки 2.1-2.K. Каждый канал калибровки 6.i содержит детектор 7.i. Выходы каналов обработки 2.1-2.K и каналов калибровки 6.1-6.K подключены ко входам устройства обработки 8.
1
K
i
УИЧ работает следующим образом. Сигнал со входа УИЧ поступает на усилитель-ограничитель 1, устраняющий зависимость сигнала от амплитуды для того, чтобы на входы каналов обработки 2.1-2.K приходили сигналы одного уровня. С выхода усилителя-ограничителя 1 сигнал разветвляется на каналы обработки 2.1-2.K. Частотные диапазоны каналов обработки Δƒ-Δƒ образованы входными полосовыми фильтрами 3.1-3.K. В каждом канале обработки, проходя через ЧЗУ 4.i, в зависимости от частоты сигнал приобретает соответствующую амплитуду и детектируется детектором 5.i. С выхода полосового фильтра 3.i каждого канала обработки сигнал ответвляется в соответствующий канал калибровки 6.i, который содержит детектор 7.i. Продетектированные сигналы с выходов каждой пары канала обработки 2.i и канала калибровки 6.i поступают в устройство обработки 8, выполняющее посредством аналого-цифрового преобразования измерение амплитуды сигнала в каждом канале. Устройство обработки вычисляет разницу (разность или частное) амплитуд оцифрованных сигналов в каждой паре каналов 2.i и 6.i (i=1…K), соотносит полученную величину с таблицей частот для каждого канала обработки и выдает измеренное с заданной точностью в диапазоне рабочих частот ступени приемника значение частоты сигнала. В отличие от прототипа для каждого частотного диапазона Δƒ таблица частот содержит не значения амплитуды сигнала на выходе канала обработки, а разницу амплитуд между сигналами на выходах канала обработки 2i и канала калибровки 6.i.
i
Частотно-зависимое устройство может быть выполнено в виде фильтра, скат АЧХ которого приходится на полосу пропускания канала Δƒ. Учитывая работу в СВЧ-диапазоне, детектор может быть выполнен на p-i-n-диоде. Устройство обработки является цифровым и включает в себя на входе аналого-цифровые преобразователи, выполняющие оцифровку сигнала. Реализация остальных элементов устройства возможна с использованием широко распространенной электронной компонентной базы [5].
Источники информации
1. Леньшин А.В. Бортовые системы и комплексы радиоэлектронного подавления. Воронеж: Науч. книга, 2014. 590 с.
2. Подстригаев А.С., Лихачев В.П. Неоднозначность определения частоты в матричном приемнике // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал, 2015. №2. 19 с.
3. Пат. 2422845 Российская Федерация, МПК G01S 7/285. Матричный приемник / Анохин В.Д., Анохин Е.В., Кильдюшевская В.Г., Симохаммед Фаузи; патентообладатель ФГОУ ВПО «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) МО РФ. - №2009131254/09; заявл. 17.08.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. №18. - 11 с.
4. Патент RU 2587645 С1, МПК G01R 23/00. Способ определения частоты в матричном приемнике и устройство для его осуществления / А.С. Подстригаев, В.П. Лихачев; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Брянский электромеханический завод». - №2015118979/28; заявл. 20.05.2015; опубл. 20.06.2016, Бюл. №17. - 10 с.
5. Каталог «ПЛАТАН. Электронные компоненты» [Электронный ресурс] // URL: http://www.platan.ru/company/catalogue.html.