ИМИТАТОР РАДИОЛОКАЦИОННОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО ДОПЛЕРОВСКОГО СИГНАЛА
RADAR HIGH-FREQUENCY FREQUENCY-MODULATED DOPPLER SIGNAL SIMULATOR

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в генераторах сигналов сложной формы, а также в моделирующих комплексах, предназначенных для испытаний и исследований радиотехнических систем.
Известно устройство формирования частотно-модулированного сигнала на основе задающего генератора, балансного модулятора, фазовращателя и сумматора [Справочник по радиоэлектронным устройствам в двух томах. Том 1. / Под ред. Д.П.Линде. - М.: Энергия. - 1978, с.260-261, рис.3-57]. Признаком, общим с заявляемым имитатором, в этом устройстве является балансный модулятор.
Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является невозможность его использования для испытаний и исследований в качестве имитатора отраженного от цели сигнала ввиду некогерентности с сигналом, излучаемым передатчиком исследуемой радиосистемы.
Известен также имитатор, выполняющий функции высокочастотного генератора входных сигналов для испытаний доплеровского измерителя скорости [В.Е.Копчинский и др. Автономные доплеровские устройства и системы навигации летательных аппаратов. - М.: Советское радио. - 1975, с.375-377, рис.12.2]. Он содержит последовательно соединенные балансный модулятор и фазовращатель, при этом один из входов балансного модулятора является информационным входом доплеровской частоты. Оба эти элемента входят и в состав заявляемого имитатора.
Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, достигаемого в изобретении, является отсутствие возможности имитации частотно-модулированного сигнала, используемого для передачи информации о временной задержке отраженного от цели сигнала, а также отсутствие возможности автоматического изменения амплитуды формируемого сигнала, например, под управлением от ЭВМ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является имитатор высокочастотного частотно-модулированного доплеровского сигнала, защищенный авторским свидетельством СССР №1758617, кл. G01S 7/40, 1990. Он формирует высокочастотный частотно-модулированный сигнал с регулируемыми амплитудой, временной задержкой и доплеровским смещением частот. Этот имитатор содержит два фазовых модулятора, два балансных модулятора, три вентиля, фазовращатель, делитель, сумматор и управляемый аттенюатор. Первый вход первого фазового модулятора является входом высокочастотного сигнала имитатора, а второй вход первого фазового модулятора соединен со входом компенсационного сигнала имитатора, второй вход второго фазового модулятора соединен со входом сигнала, определяющего временную задержку имитируемого сигнала, управляемый вход управляемого аттенюатора является входом сигнала, определяющего амплитуду имитируемого сигнала. Признаками, общими с заявляемым имитатором, являются фазовые модуляторы, балансный модулятор и управляемый аттенюатор.
Причиной, препятствующей достижению в прототипе технического результата, достигаемого в изобретении, является низкая достоверность имитации отраженного от цели сигнала. Она обусловлена наличием в спектре формируемого сигнала второй гармоники доплеровского сдвига, возникающей при формировании сигналов на выходах балансных модуляторов. К снижению достоверности имитации отраженного от цели сигнала приводит также искажение формируемого сигнала, связанное с неидентичностью каналов формирования сигналов на входах сумматора, приводящей, в частности, к появлению в спектре формируемого сигнала составляющей доплеровского сдвига со знаком, противоположным знаку фактического доплеровского сдвига.
Технической задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является повышение достоверности имитации отраженного от цели сигнала.
Технический результат достигается тем, что в известный имитатор радиолокационного высокочастотного частотно-модулированного доплеровского сигнала введены последовательно включенные фазовый детектор, управляемый генератор и направленный ответвитель, первый вход фазового детектора соединен с информационным входом сигнала доплеровской частоты имитатора, а второй - с выходом балансного модулятора, соединенного своим первым входом с выходом первого фазового модулятора, а вторым - со вторым выходом направленного ответвителя, первый выход которого соединен с первым входом второго фазового модулятора, соединенного своим выходом с информационным входом управляемого аттенюатора.
Для достижения технического результата в известный имитатор радиолокационного высокочастотного частотно-модулированного доплеровского сигнала, содержащий первый фазовый модулятор, первый вход которого является входом высокочастотного сигнала имитатора, а второй соединен со входом компенсационного сигнала имитатора, второй фазовый модулятор, второй вход которого соединен со входом сигнала, определяющего временную задержку имитируемого сигнала, балансный модулятор и управляемый аттенюатор, управляемый вход которого является входом сигнала, определяющего амплитуду имитируемого сигнала, а выход является выходом имитатора, введены последовательно включенные фазовый детектор, управляемый генератор и направленный ответвитель, первый вход фазового детектора соединен с информационным входом сигнала доплеровской частоты имитатора, а второй - с выходом балансного модулятора, соединенного своим первым входом с выходом первого фазового модулятора, а вторым - со вторым выходом направленного ответвителя, первый выход которого соединен с первым входом второго фазового модулятора, соединенного своим выходом с информационным входом управляемого аттенюатора.
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором на фиг.1 приведена структурная схема заявляемого имитатора.
Имитатор радиолокационного высокочастотного частотно-модулированного доплеровского сигнала содержит фазовые модуляторы 1 и 2, балансный модулятор 3, фазовый детектор 4, управляемый генератор 5 высокочастотного сигнала, направленный ответвитель 6, управляемый аттенюатор 7, вход 8 высокочастотного сигнала, вход 9 компенсационного сигнала, вход 10 сигнала доплеровской частоты, вход 11 сигнала, определяющего временную задержку имитируемого сигнала, вход 12 сигнала, определяющего амплитуду имитируемого сигнала, и выход 13.
Первый вход фазового модулятора 1 соединен со входом 8 имитатора, второй - со входом 9 имитатора, а выход - с первым входом балансного модулятора 3. Второй вход балансного модулятора 3 соединен со вторым выходом направленного ответвителя 6, а выход - со вторым входом фазового детектора 4, первый вход которого соединен со входом 10 имитатора, а выход - со входом управления генератора 5. Вход направленного ответвителя 6 соединен с выходом генератора 5, а первый выход - с первым входом фазового модулятора 2, второй вход которого соединен со входом 11 имитатора. Информационный вход аттенюатора 7 соединен с выходом фазового модулятора 2, управляемый вход - со входом 12 имитатора, а выход - с выходом 13 имитатора.
Работа имитатора заключается в следующем.
На вход 8 от передатчика исследуемой радиотехнической системы поступает высокочастотный сигнал вида:
где t - текущее время;
n
V - амплитуда сигнала;
ω - несущая (излученная) частота сигнала;
m - индекс модуляции;
ν - частота модуляции.
Этот сигнал со входа 8 поступает на первый вход модулятора 1. На второй вход этого модулятора со входа 9 поступает управляющее напряжение, пропорциональное
n
n
которое точно соответствует фазовой модуляции сигнала U(t). В результате воздействия управляющего напряжения на входной сигнал U(t) на выходе модулятора 1 и на первом входе модулятора 3 формируется сигнал:
В этом сигнале подавлена (компенсирована) фазовая модуляция, то есть сформирован непрерывный немодулированный сигнал с частотой ω, равной несущей частоте сигнала исследуемой радиосистемы.
Г
Управляемый генератор 5 формирует высокочастотный сигнал частотой ω под действием управляющего сигнала с выхода детектора 4. Этот сигнал через направленный ответвитель 6 поступает на первый вход модулятора 2 (с первого выхода направленного ответвителя 6) и на второй вход модулятора 3 (со второго выхода направленного ответвителя 6).
Г
Г
На выходе модулятора 3 формируются два сигнала с частотами ω+ω и ω-ω, равными соответственно сумме и разности частот сигналов на его первом и втором входах. Эти сигналы поступают с его выхода на второй вход детектора 4, на первый вход которого со входа 10 имитатора поступает сигнал, пропорциональный ASinΩt, где А - амплитуда, a Ω - доплеровская частота, несущая информацию о скорости сближения носителя исследуемой радиотехнической системы с целью.
Г
Г
В детекторе 4 каждый из поступивших на его второй вход сигналов перемножается на сигнал, поступивший на его первый вход, а результаты перемножения проходят через фильтр нижних частот, входящий в состав детектора 4. Сигнал суммарной частоты ω+ω, будучи высокочастотным, значительно ослабляется уже во входной цепи детектора 4, а результат его перемножения с сигналом доплеровской частоты Ω полностью подавляется фильтром нижних частот. В результате перемножения сигнала разностной частоты Ω'=ω-ω, близкой или равной доплеровской частоте Ω, формируются два сигнала с частотой Ω'+Ω и Ω'-Ω. Сигнал суммарной частоты Ω'+Ω также подавляется фильтром нижних частот. Фильтром нижних частот детектора 4 выделяется постоянная составляющая сигнала разностной частоты Ω'-Ω, которая с выхода детектора 4 поступает на управляющий вход генератора 5 в качестве сигнала управления.
Г
Совокупность замкнутых в кольцо детектора 4, генератора 5, направленного ответвителя 6 и модулятора 3 выполняет функцию системы фазовой автоподстройки частоты, осуществляющей слежение за частотой Ω сигнала на первом входе детектора 4. Напряжение на выходе детектора 4 в установившемся режиме пропорционально разности фаз сигналов с частотами Ω и Ω' на его входах, при этом в установившемся режиме устанавливается равенство этих частот, то есть Ω'=Ω. Учитывая, что Ω'=ω-ω, можно записать
Г
ω=ω-Ω.
Таким образом, частота сигнала генератора 5 сдвинута вниз относительно несущей частоты ω на доплеровскую частоту Ω.
Г
Сигнал частотой ω=ω-Ω с выхода генератора 5 через направленный ответвитель 6 поступает на первый вход модулятора 2, на второй вход которого со входа 11 имитатора поступает управляющее напряжение, пропорциональное
Это напряжение несет информацию о временной задержке τ распространения сигнала передатчика до цели и обратно до радиосистемы и о частотной модуляции сигнала передатчика. На выходе модулятора 2 формируется модулированный по фазе (частоте) сигнал вида:
Этот сигнал по структуре полностью совпадает с реальным отраженным от цели сигналом на входе исследуемой системы.
фм2
Сигнал U(t) с выхода модулятора 2 поступает на информационный вход аттенюатора 7. На управляемый вход этого аттенюатора со входа 12 имитатора поступает сигнал управления, под действием которого затухание аттенюатора 7 устанавливается таким, чтобы сформированный сигнал, поступив на вход исследуемой радиосистемы, имел такую же амплитуду, как и реальный отраженный от цели сигнал. С выхода аттенюатора 7 ослабленный им сигнал поступает на выход 13 имитатора.
В спектре сформированного предлагаемым имитатором сигнала отсутствуют имеющие место в сформированном имитатором-прототипом сигнале паразитные составляющие, обусловленные второй гармоникой доплеровского сдвига и неидентичностью каналов формирования сигналов на входах сумматора. Это существенно повышает достоверность имитации отраженного от цели сигнала.
Заявляемый имитатор достаточно легко реализуем. В качестве вновь введенных фазового детектора 4 и управляемого генератора 5 (управителя частоты) могут служить соответствующие элементы систем автоматического слежения за частотой [см., например, Справочник по радиоэлектронике в трех томах. / Под ред. А.А.Куликовского. Том 3. - М.: Энергия. - 1970, с.147-150, 155, 156]. В качестве остальных элементов имитатора (фазовых модуляторов, балансного модулятора, управляемого аттенюатора) могут служить соответствующие элементы имитатора-прототипа.