УСТРОЙСТВО АНАЛИЗА ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
APPARATUS FOR ANALYSING PULSED SIGNAL MODULATION PARAMETERS

Изобретение относится к приемникам импульсной информации, работающим в широком диапазоне параметров сигналов (радиолокация, радиоразведка), в частности, предназначено для приема информации в виде радиоимпульсных сложных сигналов, определения видов модуляции и измерения параметров модуляции этих сигналов.
В настоящее время известны устройства анализа параметров сложных сигналов.
Известно устройство, в котором производится измерение частот биений сигналов с линейной частотой модуляции (ЛЧМ), числа перебросов фазы сигналов с бинарной фазовой манипуляцией 0, π (БФМ), формирование признака вида модуляции сигнала. Недостатком известного устройства является низкая чувствительность измерительного канала при обработке ЛЧМ сигналов и узкая полоса рабочих частот при анализе параметров сигналов с БФМ.
Также известно устройство, в котором также производится измерение частоты биений ЛЧМ сигналов с БФМ и формируется признак вида модуляции сигнала. Отличительной особенностью этого устройства является высокая чувствительность измерительного канала при обработке ЛЧМ сигналов. Недостатком известного устройства является узкая рабочая полоса частот при обработке сигналов с БФМ.
Также известно устройство, в котором производится различение вида модуляции в широком диапазоне рабочих частот. Недостатком известного устройства является отсутствие на его выходе информации о параметрах модуляции сигналов.
Кроме того, общим недостатком известных устройств является то, что их применение не позволяет проанализировать весь диапазон параметров модуляции применяемых в настоящее время сложных сигналов РЛС в Военно-морских флотах. Это обусловлено тем, что в известных устройствах имеют место следующие противоречия:
- с одной стороны, для получения заданной точности измерения девиации частот ЛЧМ сигналов необходимо на выходе перемножителя иметь достаточно большое число периодов биений при низких значениях скорости перестройки частоты, что приводит к необходимости увеличения времени задержки сигнала в линии задержки (ЛЗ);
- с другой стороны, увеличение времени задержки приводит к сужению диапазона анализируемых параметров модуляции сигналов с БФМ. Последнее обусловлено тем, что на выходе перемножителя для разделения спектров сигналов с ЛЧМ и БФМ с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) и полосового фильтра (ПФ) необходимо выполнение условия
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mo>≤</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>д</mi><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
з
где τ - величина задержки ЛЗ,
д
τ - минимальная длительность дискрета кода сигнала с БФМ.
з
д
мин.
Из (I) следует, что с увеличением τ увеличивается τ, т.е. сужается диапазон анализируемых параметров модуляции сигналов с БФМ. Необходимость измерения всего диапазона параметров модуляции сложных сигналов современного радиолокационного поля приводит к невыполнению условия (I). При этом на выходе перемножителя сигналы с БФМ содержат такие спектральные составляющие, которые могут вызвать неправильное определение вида модуляции.
Таким образом, из рассмотренных устройств наиболее близким является устройство, которое содержит усилитель-ограничитель, два перемножителя, ЛЗ, широкополосный квадратурный направленный ответвитель, формирователь импульса сброса, причем вход устройства через усилитель-ограничитель подключен к соединенным вместе входам ЛЗ, формирователя импульса сброса и первым входам перемножителей, а выход ЛЗ соединен со входом широкополосного квадратурного направленного ответвителя, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам перемножителей, два ПФ, входы которых соединены с выходами соответствующих перемножителей, ФНЧ, вход которого соединен с выходом одного из перемножителей, три пиковых детектора со сбросом, причем выход первого ПФ и выход второго ПФ соединены соответственно со входом первого и второго детектора, выход ФНЧ соединен со входом третьего пикового детектора, а выход формирователя импульса сброса подключен ко входам сброса пиковых детекторов, схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого и второго пикового детекторов, а второй вход схемы сравнения соединен с выходом третьего пикового детектора.
Кроме того, рассмотренные аналоги позволяют считать, что измеритель (счетчика) входит в состав прототипа.
Цель изобретения - измерение параметров модуляции в широком диапазоне значений модулирующих функций и повышение достоверности определения вида модуляции. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее усилитель-ограничитель, два перемножителя, ЛЗ, широкополосный квадратурный направленный ответвитель, формирователь импульса сброса, причем вход устройства через усилитель-ограничитель подключен к соединенным вместе входам ЛЗ, формирователя импульса сброса и первым входам перемножителей, а вход ЛЗ соединен со входом широкополосного квадратурного направленного ответвителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко вторым входам перемножителей, два ПФ, входы которых соединены соответственно с выходами перемножителей, ФНЧ, три пиковых детектора со сбросом, счетчик, причем выход ФНЧ соединен со входом второго пикового детектора, а выход формирователя импульса сброса подключен ко входам сброса пиковых детекторов, дополнительно введены третий перемножитель и вторая ЛЗ, причем выход усилителя-ограничителя непосредственно соединен с одним из входов перемножителя и через вторую ЛЗ - с другим входом перемножителя, а выход последнего подключен ко входу ФНЧ, квадраторы, сумматор, инвертор, пороговые схемы, схема «И», ключи, схема «ИЛИ», второй счетчик, причем выходы полосовых фильтров через первый и второй квадраторы соответственно соединены со входами сумматора, выход которого подключен к соединенным вместе входам первого пикового детектора и первой цепи, состоящей из последовательно соединенных второй пороговой схемы, первого ключа, первого счетчика и третьего ключа; выход первого пикового детектора подключен ко входу первой, пороговой схемы, выход которой соединен с управляющими входами третьего и пятого ключей; выход ФНЧ через вторую цепь, состоящую из последовательно соединенных третьего квадратора, третьей пороговой схемы, второго ключа, второго счетчика и четвертого ключа, подключен к одному из входов схемы «ИЛИ» и через третью цепь, состоящую из последовательно соединенных инвертора, третьего пикового детектора и четвертой пороговой схемы, подключен к одному из входов схемы «И», а выход второго пикового детектора через пятую пороговую схему подключен к другому входу схемы «И», выход которой через пятый ключ соединен с управляющим входом четвертого ключа; выход первой цепи соединен с другим входом схемы «ИЛИ», а входы сброса счетчиков подключены ко входу сброса первого пикового детектора; дополнительный выход формирователя импульса сброса подключен к управляющим входам первого и второго ключей.
Таким образом, введение в известное устройство дополнительных узлов и связей позволило получить новый эффект - измерение параметров модуляции сигналов в широком диапазоне значений модулирующих функций, диапазон анализируемых скоростей перестройки частоты ЛЧМ сигналов расширен приблизительно в 5 раз при тех же параметрах модуляции сигналов с БФМ) и повышение достоверности определения вида модуляции.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства.
Устройство состоит из усилителя-ограничителя 1, выход которого подключен к соединенным вместе входам линий задержки 2 и 3, формирователя импульса сброса 4 и первым входам перемножителей 5, 6 и 7.
Выход линии задержки 2 соединен со входом широкополосного квадратурного направленного ответвителя 8, первый и второй выходы которого соединены соответственно со вторыми входами перемножителей 5 и 6, а выход линии задержки 3 соединен со вторым входом перемножителя 7. Выходы перемножителей 5, 6 и 7 через соответствующие им полосовые фильтры 9, 10 и фильтр нижних частот 11 подключены ко входам соответствующих им квадраторов 12, 13, 14, кроме того, выход фильтра нижних частот 11 подключен ко входам инвертора 15 и пикового детектора 16. Выход инвертора 15 через последовательно включенные пиковый детектор 17 и пороговую схему 18 подсоединен к одному из входов схемы «И» 19, к другому входу которой подсоединен выход пикового детектора 16 через пороговую схему 22, а выход схемы «И» 19 подсоединен ко входу ключа 20. Выходы квадраторов 12 и 13 соединены соответственно с одним и другим входами сумматора 21, выход которого через последовательно соединенные пиковый детектор со сбросом 23 и пороговую схему 24 соединен с управляющими входами ключей 20 и 25, а выход ключа 20 соединен с управляющим входом ключа 26. Выход сумматора 21 кроме того через последовательно соединенные пороговую схему 27, ключ 28, счетчик 29 и ключ 25 соединен с одним из входов схемы «ИЛИ» 33, а выход квадратора 14 через последовательно соединенные пороговую схемы 30, ключ 31, счетчик 32 и ключ 26 соединен с другим входом схем «ИЛИ» 33. Выход формирователя импульса сброса 4 соединен со входами сброса пиковых детекторов 16, 17, 23 и счетчиков 29, 32, а дополнительный выход формирователя импульса сброса 4 соединен с управляющими входами ключей 28 и 31.
Работа устройства заключается в следующем.
Для усиления и нормирования сигналов в динамическом диапазоне уровней служит усилитель-ограничитель 1, с выхода которого сигнал подается на три канала: канал измерения девиации частоты ЛЧМ сигнала, канал определения числа перебросов фазы сигнала с БФМ и канал управления.
Первый и второй каналы решают задачи измерения параметров модуляции сигналов и определения видов модуляции на основе автокорреляционного метода, при котором производится перемножение задержанного и незадержанного сигналов и обработка низкочастотного спектра на выходе перемножителя с помощью полосового фильтра и фильтра нижних частот.
З ЛЧМ
Канал измерения девиации частоты ЛЧМ сигнала содержит автокоррелятор, состоящий из перемножителя 7, линии задержки 3 с временем задержки τ и фильтра нижних частот 11, квадратор 14, который совместно с пороговой схемой 30 преобразует синусоидальные полупериоды частоты биений, получаемых на выходе фильтра нижних частот 11, в нормированные по амплитуде импульсы положительной полярности, ключ 31 и счетчик импульсов 32. Ключ 31 предотвращает ложные срабатывания счетчика импульсов 32 в моменты отсутствия сигналов, а счетчик импульсов 32 выдает на выход устройства через ключ 26 и схему «ИЛИ» 33 информацию о девиации частоты ЛЧМ сигнала.
Сигнал с выхода фильтра нижних частот 11, кроме того, подается на схему выделения признака ЛЧМ сигнала, которая реагирует только на двуполярные сигналы биений. Схема выделения признака ЛЧМ сигнала состоит из пикового детектора со сбросом 16, реагирующего на положительные полупериоды сигнала биений, пороговой схемы 22, которая нормирует по амплитуде сигнал с выхода пикового детектора 16 и предотвращает срабатывание от шумовых помех, пикового детектора 17, который совместно с инвертором 15 реагирует на отрицательные полупериоды сигнала биений пороговой схемы 18, функции которой аналогичны функциям пороговой схемы 22, и схемы «И» 19, которая при одновременном наличии сигналов с выходов пороговых 22 и 18 выдает через ключ 20 сигнал - признак ЛЧМ в виде положительного напряжения. Применение пиковых детекторов 16 и 17 позволяет совместить во времени сигналы пороговых схем 18 и 22. Ключ 20 предотвращает выдачу сигнала - признака ЛЧМ при наличии сигнала с БФМ.
З БФМ
З БФМ
Канал определения числа перебросов фазы сигнала с БФМ содержит квадратурный автокоррелятор, состоящий из двух перемножителей 5 и 6, на первые входы которых сигналы с усилителя-ограничителя 1 подаются непосредственно, а на вторые - через линию задержки 2 с временем задержки τ и широкополосный квадратурный направленный ответвитель так, что сдвиг фаз между сигналами на вторых входах перемножителей 5 и 6 в рабочей полосе частот составляет π/2, и двух полосовых фильтров 9 и 10, квадраторы 12 и 13, которые совместно с сумматором 21 и пороговой схемой 27 преобразуют видеоимпульсы любой полярности, длительностью τ, получающиеся в момент переброса фазы на выходах полосовых фильтров 9 и 10, в нормированные импульсы положительной полярности, ключ 28 и счетчика импульсов 29. Ключ 28 предотвращает ложные срабатывания счетчика импульсов 29 в моменты отсутствия сигналов, а счетчика импульсов 29 выдает на выход устройства через ключ 25 и схему «ИЛИ» 33 информацию о числе перебросов фазы сигнала с БФМ.
Сигналы с выхода сумматора 21, кроме того, подаются на схему выделения признака сигнала с БФМ, которая реагирует на пачки из трех и более видеоимпульсов и не реагирует на одиночные видеоимпульсы от простых сигналов. Схема выделения признака сигнала с БФМ состоит из пикового детектора со сбросом 23 и пороговой схемы 24, которая нормирует по амплитуде сигнал с выхода пикового детектора 23 и предотвращает срабатывание от шумовых помех. Выходной положительный сигнал пороговой схемы 24 является сигналом-признаком БФМ и одновременно при помощи ключа 20 запирает выход сигнала-признака ЛЧМ.
Съем данных со счетчиков 29 или 32 осуществляется импульсом признака вида модуляции сигнала путем открывания ключей 25 или 26. Это позволяет исключить выдачу ложной информации о параметрах модуляции при обработке сигналов с БФМ. Импульс признака вида модуляции существует на выходе пороговой схемы 24 или на выходе ключа 20 до тех пор, пока не пройдет сброс (обнуление) пиковых детекторов 16, 17, 23 и счетчиков 29, 32. Для этой цели служит канал управления, который формирует импульс сброса в формирователе 4 через некоторое заданное время после заднего фронта огибающей радиосигнала. Формирователь 4 вырабатывает также управляющий строб-импульс, временное положение которого соответствует временному положению огибающей радиосигнала. Управляющий строб-импульс подается на ключи 28 и 31 и открывает последние, а счетчики 28 и 32 производят счет импульсов в течение времени действия этого строб-импульса.
дев.
δ
Девиация частот сигнала ЛЧМ Δf и частота биений f связаны следующей зависимостью
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>д</mi><mi>е</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>f</mi><mi>δ</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>T</mi></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где T - длительность огибающей радиосигнала,
з
τ - величина задержки.
δ
З БФМ
З ЛЧМ
Из формулы (2) следует, что во-первых, величина определяется по известному числу полуволн биений, равному 2f·T и, во-вторых, частота биений в канале определения числа перебросов фазы сигнала с БФМ от воздействия ЛЧМ сигнала будет во столько раз меньше, во сколько задержка в этом канале τ меньше задержки в канале измерения девиации частот τ.
З ЛЧМ
З БФМ
Таким образом, в устройстве с одним автокоррелятором имеет место ограничение диапазонов изменений модулирующих функций из-за необходимости как можно большего разноса частот среза ФНЧ и ПФ, а в предлагаемом устройстве это ограничение в значительной мере снимается, т.к. ФНЧ и ПФ находятся в разных каналах и их частота среза между собой связаны тем слабее, чем больше разница времени задержки между каналами. Максимальное время задержки в канале измерения девиации частоты τ ограничивается минимально возможной длительностью огибающей ЛЧМ сигнала, а минимальное время задержки в канале определения числа перебросов фазы сигнала с БФМ τ ограничивается условием (1) и быстродействием квадраторов 12 и 13, сумматора 21 и пороговой схемы 27.
Известно, что спектр сигнала с БФМ на выходе автокоррелятора содержит наряду с высокочастотными составляющими и низкочастотные, которые, попадая в канал измерения девиации частоты ЛЧМ сигнала, могут вызвать ложные срабатывания счетчика 32 и схемы выделения сигнала-признака ЛЧМ. Ключ 20, управляемый сигналом-признаком БФМ, препятствует выдаче ложной информации по каналу ЛЧМ, чем достигается повышение достоверности определения вида модуляции.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - измерение параметров модуляции сигналов в широком диапазоне значений модулирующих функций и повышение достоверности определения вида модуляции.