УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ РАДИОСИГНАЛОВ
DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY OF RADIO SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, радиосвязи, системах автоподстройки частоты, радиопеленгаторах и аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется измерение ширины спектра и частоты радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ).
Известно устройство измерения частоты радиосигналов [см., например, Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения: Учеб. пособие для радиотехнических спец. Вузов / Под ред. В.И. Винокурова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 351 с.: ил., рис. 7.6., с. 148], в котором осуществляется преобразование синусоидального сигнала в последовательность импульсов той же частоты и подсчете числа этих импульсов за известный интервал времени.
Недостатком устройства является низкая точность измерения частоты радиосигнала при малых отношениях сигнал/шум.
Известно устройство измерения частоты радиосигналов [см., например, Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с, с. 198-199], в котором осуществляется вычисление дискретного преобразования Фурье входного процесса и измерение частоты сигнала осуществляется путем определения номера спектральной составляющей с максимальным уровнем, которому соответствует определенное значение частоты.
Недостатком устройства является низкая точность измерения частоты радиосигнала при малых отношениях сигнал/шум.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство измерения частоты радиосигналов [см., например, Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - 3-е изд. - М.: Вузовская книга, 2015. - 360 с.: ил., рис. 1.8., с. 22-23], содержащее последовательно соединенные приемную антенну, высокочастотную (ВЧ) часть приемника, первый и второй каналы обработки, первое вычитающее устройство (ВУ), выход которого является выходом устройства, при этом каждый из каналов обработки содержит последовательно соединенные полосовой фильтр (ПФ), амплитудный детектор (АД), фильтр нижних частот (ФНЧ), при этом входы ПФ объединены и соединены с выходом ВЧ части приемника.
Недостатком способа является низкая точность измерения частоты радиосигнала при малых отношениях сигнал/шум.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения частоты радиосигналов за счет увеличения отношения сигнал/шум путем компенсации шума на выходах первого и второго каналов обработки.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные приемную антенну, ВЧ часть приемника, первый и второй каналы обработки, первое ВУ, выход которого является выходом устройства, при этом каждый из каналов обработки содержит последовательно соединенные ПФ, АД, ФНЧ, при этом входы ПФ объединены и соединены с выходом ВЧ части приемника, дополнительно введены третий, четвертый, пятый и шестой каналы обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и ФНЧ, при этом первые входы перемножителей четвертого и пятого каналов объединены с входами ПФ и выходом ВЧ части приемника, а их вторые входы объединены с первыми и вторыми входами перемножителей третьего и шестого каналов обработки соответственно и соответствующими выходами ПФ; второе, третье, четвертое и пятое ВУ, второе и третье из которых своими первыми и вторыми входами соединены с выходами ФНЧ соответственно третьего и четвертого, пятого и шестого дополнительно введенных каналов обработки, а четвертое и пятое ВУ первыми входами соединены с выходами ФНЧ соответственно первого и второго каналов обработки, а выходами с первым и вторым входами первого ВУ соответственно, выход которого является выходом устройства, при этом вторые входы четвертого и пятого ВУ соединены с выходами дополнительно введенных соответственно первого и второго устройств извлечения квадратного корня, входы которых соединены с выходами второго и третьего ВУ соответственно.
Сущность изобретения заключается в том, что в известное устройство - измерения частоты радиосигналов [см., например, Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - 3-е изд. - М.: Вузовская книга, 2015. - 360 с.: ил., рис. 1.8., с. 22-23], дополнительно введены третий, четвертый, пятый и шестой каналы обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и ФНЧ, при этом первые входы перемножителей четвертого и пятого каналов объединены с входами ПФ и выходом ВЧ части приемника, а их вторые входы объединены с первыми и вторыми входами перемножителей третьего и шестого каналов обработки соответственно и соответствующими выходами ПФ; второе, третье, четвертое и пятое ВУ, второе и третье из которых своими первыми и вторыми входами соединены с выходами ФНЧ соответственно третьего и четвертого, пятого и шестого дополнительно введенных каналов обработки, а четвертое и пятое ВУ первыми входами соединены с выходами ФНЧ соответственно первого и второго каналов обработки устройства прототипа, а выходами с первым и вторым входами первого ВУ соответственно, выход которого является выходом устройства, при этом вторые входы четвертого и пятого ВУ соединены с выходами дополнительно введенных соответственно первого и второго устройств извлечения квадратного корня, входы которых соединены с выходами второго и третьего ВУ соответственно. Совокупность дополнительно введенных каналов обработки и вычитающих устройств и вновь введенных взаимосвязей позволяет осуществлять, в отличие от устройства прототипа, измерение средней мощности шумовой составляющей входного процесса в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума, и ее компенсацию на выходах ФНЧ первого и второго каналов обработки устройства прототипа путем вычитания из средней мощности низкочастотной составляющей спектра входного процесса. Это приводит к увеличению отношения сигнал/шум на входах первого ВУ устройства прототипа, чем и достигается указанный в изобретении технический результат.
Определение средней мощности шумовой составляющей аддитивной смеси полезного радиосигнала и шума может быть выполнено в соответствии с, например, алгоритмом изложенном в [см., например, Одновременное измерение мощности сигнала и мощности шума (помехи) в полосе пропускания основного канала радиоприема. Бубеньщиков А.А., Владимиров В.И., Бубеньщиков А.В., Сиденко С.В. Информационно-измерительные и управляющие системы (журнал), №7, 2012. с. 67-73].
На чертеже представлена функциональная схема устройства измерения частоты радиосигналов, где введены следующие обозначения: 1 - приемная антенна; 2 - ВЧ часть приемника; 3 - ПФ; 4 - АД; 5 - ФНЧ; 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 - ВУ; 7 - перемножитель; 8.1, 8.2 - устройства извлечения квадратного корня.
Назначение элементов устройства ясны из их названия и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.
Устройство измерения частоты радиосигналов содержит последовательно соединенные приемную антенну 1, ВЧ часть приемника 2, первый и второй каналы обработки, первое ВУ 6.1, выход которого является выходом устройства, при этом каждый из каналов обработки содержит последовательно соединенные ПФ 3, АД 4, ФНЧ 5, при этом входы ПФ 3 объединены и соединены с выходом ВЧ части приемника 2, согласно изобретению дополнительно введены третий, четвертый, пятый и шестой каналы обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 7 и ФНЧ 5, при этом первые входы перемножителей 7 четвертого и пятого каналов объединены с входами ПФ 3 и выходом ВЧ части приемника 2, а их вторые входы объединены с первыми и вторыми входами перемножителей 7 третьего и шестого каналов обработки соответственно и соответствующими выходами ПФ 3; второе 6.2, третье 6.3, четвертое 6.4 и пятое 6.5 ВУ, второе 6.2 и третье 6.3 из которых своими первыми и вторыми входами соединены с выходами ФНЧ 5 соответственно третьего и четвертого, пятого и шестого дополнительно введенных каналов обработки, а четвертое 6.4 и пятое 6.5 ВУ первыми входами соединены с выходами ФНЧ 5 соответственно первого и второго каналов обработки, а выходами с первым и вторым входами первого ВУ 6.1 соответственно, выход которого является выходом устройства, при этом вторые входы четвертого 6.4 и пятого 6.5 ВУ соединены с выходами дополнительно введенных соответственно первого 8.1 и второго 8.2 устройств извлечения квадратного корня, входы которых соединены с выходами второго 6.2 и третьего 6.3 ВУ соответственно.
Работа устройства измерения частоты радиосигналов отличается от работы устройства [см., например, Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов. - 3-е изд. - М.: Вузовская книга, 2015. - 360 с.: ил., рис. 1.8., с. 22-23], взятого за прототип, тем, что с началом работы устройства на первые входы перемножителей 7 четвертого и пятого каналов обработки поступает аддитивная смесь полезного сигнала и шума с выхода ВЧ части приемника 2, а на их вторые входы и объединенные первые и вторые входы перемножителей третьего и шестого каналов обработки соответственно одновременно поступает аддитивная смесь полезного сигнала и шума с выходов ПФ 3 соответственно первого и второго каналов обработки. С выходов перемножителей 7 дополнительно введенных третьего, четвертого, пятого и шестого каналов обработки сигнал поступает на входы соответствующих ФНЧ 5. Таким образом, средняя мощность на выходах:
ФНЧ 5 третьего и шестого каналов обработки будет равна сумме мощности полезного радиосигнала и мощности шума (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 484);
ФНЧ 5 четвертого и пятого каналов обработки - мощности полезного радиосигнала, т.к. шум некоррелирован при перемножении с опорным сигналом (см., например, Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989 г. - с. 502).
На выходе второго 6.2 и третьего 6.3 ВУ получим сигналы с мощностью, равной мощности только шума, т.к. составляющая сигнала с выходов ФНЧ 5 третьего и шестого каналов обработки компенсируется сигналом с выходов ФНЧ 5 четвертого и пятого каналов обработки.
На выходах четвертого 6.4 и пятого 6.5 ВУ получим сигналы с уровнями, равными уровням только сигнала в соответствующей полосе пропускания ПФ 3 первого и второго каналов обработки соответственно, т.к. составляющие уровней шума с выходов ФНЧ 5 первого и второго каналов обработки компенсируется уровнями шума с выходов первого 8.1 и второго 8.2 устройств извлечения квадратного корня.
Таким образом, на выходе первого ВУ 6.1 получим сигнал с компенсированной составляющей шума. Тем самым отношение сигнал/помеха будет выше, чем в прототипе, что повышает точность измерения частоты радиосигнала.