Устройство для приема фазоманипулированных сигналов

Появление радиолокационных систем наведения, использующих ФКМ сигнал, ставит в порядок дня вопрос об организации РПД таким системам. При этом возможно формирование как маскирующих, так и имитационных помех.
При создании маскирующих помех достаточна регистрация того факта, что защищаемый объект облучается ФКМ радиолокатором.
Необходимости в выделении кода, заложенного в принимаемых сигналах, нет, так как маскирующие помехи его не используют. Другое дело, если принимается решение о создании имитационных помех. Для их формирования требуется доскональное знание внутренней структуры принимаемого сигнала, что обычно обеспечивается путем выделения заложенного в сигнале кода. Учитывая, что имитационные помехи энергетически более выгодны и в ряде случаев их применение диктуется необходимостью, разработка средств выделения кода из ФКМ сигнала является весьма актуальной задачей. Трудность задачи усугубляется широкой полосой несущих частот (которые заранее неизвестны) и разнообразием кодов, используемых в системах наведения.
Для выделения кода в широкой полосе частот выгодно формировать гетеродинное колебание из принятого сигнала путем его временной задержки.
Известен приемник этого типа, основанный на использовании двух каналов - основного и квадратурного. Гетеродинное колебание - общее для обоих каналов. Выходные напряжения со смесителей этих каналов суммируются, а суммарное напряжение подается на триггер для восстановления кода. Так как при срабатывании триггера величина скачка фазы теряется, приемники этого типа используются лишь для выделения однофазных кодов с заранее известным скачком фазы, например π. Выделять коды произвольного характера, например, многопозиционные, с помощью указанных устройств невозможно.
Цель настоящего предложения состоит в разработке устройства, способного производить выделение кодов произвольной структуры.
Перечень фигур
Фиг. 1. Входная часть устройства (упрощенная схема):
1 - линия задержки,
3, 4 – смесители.
Фиг. 2. Блок-схема устройства.
Сущность предложения
Предлагается устройство для выделения огибающей фазы ФМ сигнала, состоящее из гетеродинного и двух сигнальных каналов, один из которых является основным, а другой - квадратурным. В оба последних канала включены смесители (с общим гетеродинным входом), соединенные со входами амплитудного функционального преобразователя.
С помощью функционального преобразователя выходные сигналы смесителя преобразовываются по амплитуде к величине, пропорциональной разности двух смещенных по времени значений огибающей фазы исходного сигнала.
Для получения огибающей фазы используется дискретный накопитель с интервалом дискретности, равным или близким времени задержки в линии гетеродинного канала.
Пусть на вход устройства (фиг. 1) подается ФКМ сигнал
Гетеродинное колебание формируется путем задержки исходного сигнала на время τ
К смесителям исходные сигналы подаются в фазе и со сдвигом фазы π/2.
При такой фазировке колебания разностной частоты на выходе смесителей имеют вид
где
Выделить из полученных колебаний функцию ψ(t) можно таким образом: сначала из колебаний (1) получить Δψ(t), а затем ψ(t).
0
Первый этап указанной двухэтапной процедуры должен состоять из а) нормировки функций (1) по амплитуде, б) устранения постоянного сдвига фазы ϕ и в) функционального преобразования сигналов к их аргументу,
Рассмотрим возможности осуществления этих операций.
Нормировка амплитуды колебаний разностной частоты проводится с целью устранения их зависимости от величины входного сигнала.
Если такая нормировка отсутствует, может оказаться, что выделенная функция будет определяться не только кодом сигнала, но и величиной . Необходимость в нормировке определяется выбранной схемой функционального преобразователя и в некоторых случаях элементы нормировки могут отсутствовать (например, при построении функционального преобразователя по принципу частного двух функций). Нормировку удобно производить путем автоматической регулировки усиления каналов приемника. Как видно из (1), управляющий сигнал должен быть пропорционален квадрату амплитуды исходного сигнала, что может быть выполнено, например, путем суммирования с квадратом функций (1) (с последующим извлечением корня).
0
Если несущая частота исходного сигнала отличается от значений  (к=0, 1…), возникает ошибка при выделении кода, вызванная наличием фазового сдвига ϕ.
с
с
Для устранения этого сдвига фазы, а следовательно, и ошибки, нужно ввести в гетеродинный канал фазовращатель, который давал бы возможность получить суммарный сдвиг фазы в этом канале, кратный 2π (или нуль). Если несущая частота сигнала заранее известна, установка фазы в фазовращателе может быть выполнена вручную; при неизвестной частоте необходимо введение автоматической подстройки фазы канала. Для получения ошибки рассогласования в последнем случае следует произвести в одном из каналов приемника небольшое периодическое изменение фазы с фиксированной частотой ƒ. Выделяя сигнал на выходе соответствующего смесителя, пропуская его через узкополосный фильтр, настроенный на частоту ƒ, и подавая отфильтрованный сигнал на детектор, синхронизируемый опорным напряжением той же частоты, получим ошибку рассогласования. Последняя подается для отработки на управляемый фазовращатель.
В результате нормировки и фазовой подстройки сигнала вместо (I) получим
для получения функций Δψ(t).
Из (2) и (3) могут быть предложены различные схемы функциональных преобразователей. Рассмотрим вариант, основанный на нелинейном преобразовании одного из колебаний, например, (3). Предположим, что амплитудная характеристика преобразователя выражается в виде
вх
Подставляя в (4) вместо u(t) функцию (3), получим Δψ(t) (если аргумент находится в первом квадранте).
1
2
Однако в общем случае для однозначного определения необходимо знание квадранта углов. Схема преобразователя поэтому должна быть дополнена логической схемой, определяющей по знаку функций u(t) и u(t) номер квадранта и истинное мгновенное значение Δψ(t) в интервале от -π до +π.
Схема работает таким образом, что в первом и четвертом квадрантах преобразованное напряжение не меняется по величине и лишь дополняется знаком + или -, а во втором и третьем квадрантах полученное в результате преобразования напряжение вычитается из величины, соответствующей +180° или -180°.
Второй этап процедуры состоит в получении функции ψ(t). Для этого необходимо просуммировать те значения Δψ(t), которые отстоят на время τ. Операция суммирования осуществляется с помощью дискретного (импульсного) накопителя, имеющего интервал дискретности τ. К моменту t=nτ накопитель дает на выходе напряжение, равное сумме предыдущих дискретных значений, т.е.  (к<n)
Блок-схема устройства показана на фиг. 2. Принимаемые сигналы поступают на балансные смесители 3 и 4 и одновременно на линию задержки 1.
При этом сигналы, поступающие на один из смесителей (4), проходят через четвертьволновую секцию. Гетеродинный канал кроме линии задержки включает ЛБВ 2, являющуюся одновременно усилителем и управляемым фазовращателем.
Сигналы разностной частоты с выхода смесителей 3 и 4 усиливаются усилителями 5 и 6.
Последние охвачены целями АРУ. Управляющий сигнал, обеспечивающий нормировку, вырабатывается в схеме 7, выходное напряжение которой пропорционально квадрату амплитуды принимаемых сигналов.
с
С целью автоматической подстройки фазы гетеродинного канала в ЛБВ (2) производится неглубокая фазовая модуляция синусоидальным или пилообразным колебанием фиксированной частоты ƒ, подаваемым с генератора 8.
c
Опорное колебание той же частоты поступает и на детектор 9. Информация о несущей частоте содержится в фазе сигнала, выделяемого на выходе узкополосного фильтра (усилителя) 10, настроенного на фиксированную частоту ƒ. Напряжение рассогласования подается на ЛБВ через интегратор 11. Начальная установка фазы производится ручным фазовращателем 12. Функциональный преобразователь состоит из нелинейного звена 13 и схемы логики 14. На выходе дискретного накопителя 15 образуется напряжение, пропорциональное огибающей фазы исходного ФМ сигнала.