ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY DEVIATION METER

Изобретение относится к устройствам импульсной информации, производящим измерение параметров сигналов в широком диапазоне изменения параметров их модуляции и предназначено для использования в системах радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ) для измерения девиации частоты сигналов РЛС, в которых зондирующие радиосигналы имеют внутриимпульсную линейную частотную модуляцию (ЛЧМ).
В настоящее время известны устройства, позволяющие измерить величину девиации частоты ЛЧМ сигналов ([Л1] - "Вопросы кораблестроения" серия «Вычислительная техника», №7, 1977 г., с.11, [Л2] - "Вопросы кораблестроения", серия «Радиолокация», №12, 1976 г., с.91). Принцип действия этих устройств основан на определении разности Δn числа ноль-переходов за время двух измерительных интервалов. Различные способы определения числа Δn приводят к различным точностям измерения девиации частоты известных устройств.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство "измеритель 1" [Л2], предназначенное для измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов с заранее известной длительностью. В измерителе априорно устанавливаются фиксированные значения двух одинаковых полустробов, длительность которых равна половине длительности сигнала и определяется разность Δn за время первого и второго полустробов. Величина Δn пропорциональна девиации частоты ЛЧМ сигнала. Данный измеритель является оптимальным, т.к. обеспечивает наивысшую /оптимальную/ для данного метода обработки точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов.
Недостатком известного устройства "Измеритель 1" является отсутствие возможности измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов в широком диапазоне изменения их длительности.
В качестве второго аналога рассмотрим устройства "Измеритель 3" и "Измеритель 4" [Л1], которые определяют девиацию частоты в широком диапазоне изменения длительностей огибающих.
ии
мин
Работа измерителей основана на разбиении сигнала на элементарные участки длительностью τ≤0,5T,
мин
где T - минимальная длительность огибающей ЛЧМ сигнала.
Величина Δn в устройстве "Измеритель 3" определяется как разность числа ноль-переходов за время всей длительности и половины длительности сигнала, а в устройстве "Измеритель 4" - как сумма разностей чисел Δn в двух соседних стробах. Достоинством данных устройств является возможность измерения девиации частоты в широком диапазоне длительностей огибающих ЛЧМ сигналов. По точности определения девиации частоты "Измеритель 3" и "Измеритель 4" уступают "Измерителю 1", что является их недостатком.
Расчеты показывают, что при T=5-40 мкс среднеквадратическая ошибка измерения данного устройства в 3÷5 раз больше аналогичной ошибки оптимального измерителя.
ии
мин
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство "Измеритель 2" [Л1], который также предназначен для измерения девиации частоты в широком диапазоне длительностей ЛЧМ сигналов. Отличительной особенностью данного устройства по сравнению с устройствами, рассмотренными в качестве второго аналога, является то, что для определения числа Δn в нем используется только два измерительных интервала (строба) длительностью τ≤0,5T, расположенных в начале и конце импульса. Первый строб формируется по переднему фронту огибающей ЛЧМ сигнала с задержкой, равной задержке сигнала в линии задержки, а второй строб по заднему фронту огибающей сигнала. Величина задержки ЛЧМ сигнала в линии задержки постоянна и равна длительности полустробов.
При достаточно больших входных отношениях сигнал/помеха точности измерения девиации частоты данного устройства и устройств, рассмотренных во втором аналоге, одинаковы.
Недостатком второго и третьего аналогов является низкая точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов в широком диапазоне изменения длительностей их огибающих.
Анализ характеристик современных корабельных РЛС вероятного противника и оценка перспектив их развития показали, что в качестве зондирующих наряду с другими видами сигналов целесообразно использование ЛЧМ сигналов, длительность которых изменяется в пределах Т=5÷40 мкс при девиации частоты Δf=4÷15 МГц. Для успешного решения задач распознавания типов РЛС и их идентификации в условиях сложного радиолокационного поля в настоящее время в системах РТР и ПСЦУ необходимо использование устройств измерения параметров модуляции сложных радиолокационных сигналов с точностями, близкими к оптимальным.
По технической сущности наиболее близким к заявляемому объекту является "Измеритель 2" (третий аналог), который и выбираем в качестве прототипа.
<mrow><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>и</mi><mi>и</mi></mrow></msub><mo>≤</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
мин
макс
Известное устройство (прототип) содержит УПЧ (усилитель промежуточной частоты), ограничитель, ЛЗ (линию задержки), реверсивный счетчик, детектор огибающей, формирователь стробов. Вход УПЧ является входом устройства. Вход ограничителя и детектора огибающей соединены вместе и подключены к выходу УПЧ. Выход ограничителя через ЛЗ подключен ко входу счета реверсивного счетчика. Выход детектора огибающей подключен ко входу формирователя стробов, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам реверсивного счетчика. Формирователь стробов известного устройства (прототип) построен таким образом, что длительность двух полустробов, сформированных по переднему и заднему фронту входного ЛЧМ сигнала строго фиксирована и равна
независимо от длительности входных ЛЧМ сигналов (от T до T). Поэтому с увеличением длительности входных ЛЧМ сигналов растет ошибка в определении девиации частоты.
Недостатком известного устройства, как было отмечено ранее, является низкая точность измерения девиации частоты импульсных ЛЧМ сигналов в широком диапазоне изменения их длительностей.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов в широком диапазоне изменения длительностей огибающих.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно включенные усилитель промежуточной частоты, ограничитель, линию задержки, первый детектор огибающей, вход устройства соединен со входом усилителя промежуточной частоты, реверсивный счетчик, первый вход которого подключен к выходу линии задержки введены первая цепь, содержащая последовательно включенные первый пороговый элемент, генератор коротких импульсов, конвольвер, второй детектор огибающей и второй пороговый элемент, причем вход и выход первой цепи соответственно подключены к выходу первого детектора огибающей и к третьему входу реверсивного счетчика, вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных первого инвертора, элемента И и второго инвертора, вход первого инвертора соединен с выходом второго порогового элемента, а выход второго инвертора подключен ко второму входу реверсивного счетчика, второй вход элемента И соединен с выходом первого порогового элемента, второй вход конвольвера подключен к выходу ограничителя, выход реверсивного счетчика является выходом устройства. Введение в известное устройство указанных элементов и связей, позволило получить новый эффект - повышение точности измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов в широком диапазоне изменения длительностей огибающих.
На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит УПЧ 1, ограничитель 5, конвольвер 9, линию задержки 2, первый детектор, огибающей 3, первый пороговый элемент 4, первый инвертор 6, элемент И 7, второй инвертор 8, второй детектор огибающей 10, второй пороговый элемент 11, генератор коротких импульсов 13, реверсивный счетчик 12.
Вход УПЧ 1 является входом устройства. Выход УПЧ 1 через последовательно соединенные ограничитель 5, линию задержки 2, детектор огибающей 3, пороговый элемент 4, генератор коротких импульсов 13 соединен с первым входом конвольвера 9, второй вход которого соединен с выходом ограничителя 5. Выход конвольвера 9 через последовательно соединенные между собой детектор огибающей 10, пороговый элемент 11, инвертор 6, элемент И 7, инвертор 8 подключен ко второму входу реверсивного счетчика. Выход порогового элемента 11 соединен с третьим входом реверсивного счетчика 12, а выход линии задержки 2 соединен с первым входом реверсивного счетчика 12, выход которого "код Δn" служит выходом устройства.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Усиленный радиосигнал длительностью T с выхода УПЧ 1 через ограничитель 5 одновременно поступает на второй вход конвольвера 9 и вход линии задержки 2. Сигнал с выхода линии задержки 2 поступает для обработки на первый вход реверсивного счетчика 12 и детектора сгибающей 3, который выделяет огибающую сигнала. Выходной сигнал детектора огибающей 3 через пороговый элемент 4 запускает генератор коротких импульсов 13. Сигнал задерживается линией задержки 2 на время прохождения ЛЧМ импульса под параметрическим электродом конвольвера. После подачи короткого импульса произойдет считывание /взаимодействие входного ЛЧМ сигнала и короткого импульса в конвольвере/, в результате на выходе конвольвера 9 получим ЛЧМ сигнал, длительность которого в два раза короче длительности входного ЛЧМ сигнала [Л3] - IEE transactions on Sonics and Ultrasonics, april 1973, p.166].
<mrow><mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
Этот сигнал (первый полустроб) через детектор огибающей 10 и пороговый элемент 11 одновременно поступает на третий вход реверсивного счетчика 12 и на вход инвертора 6. Передний фронт первого полустроба совпадает с передним фронтом ЛЧМ сигнала на выходе линии задержки 2. Формирование второго полустроба происходит следующим образом: первый полустроб (длительностью
) через инвертор 6 подается на 2-й вход элемента И 7, на первый вход которого воздействует видеоимпульс длительностью T (с выхода порогового элемента 4). Так как передние фронты импульсов совпадают, на выходе инвертора 8 на время действия первого полустроба будем иметь нулевой потенциал. Формирование второго полустроба начнется в тот момент, когда окончится первый полустроб. Второй полустроб поступает на второй вход реверсивного счетчика 12 (длительность второго полустроба также равна половине длительности входного сигнала). В реверсивном счетчике 12 определяется разность количества ноль-переходов за время длительности первого и второго полустробов. Код Δn пропорционален девиации частоты ЛЧМ сигнала.
В предлагаемом устройстве реализуется оптимальный алгоритм измерения числа Δn, в котором длительность полустробов одинакова и равна половине длительности входного ЛЧМ сигнала. При этом длительность входного сигнала изменяется в широких пределах (например 5÷40 мкс).
В предлагаемом измерителе все узлы построены по типовым схемам с использованием микросхем, полупроводниковых приборов и логических элементов. Конвольвер представляет собой устройство вырожденного типа на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с подложкой из акобата лития. Линия задержки - с использованием ПАВ. УПЧ и ограничитель собраны на транзисторах 2T316, 2T904 и 2Т914. Детекторы огибающей построены на диодах 2 А105А. Пороговые элементы - на микросхемах 597СА2, а инверторы и элемент И на микросхемах серии 155. Все остальные устройства выполнены по типовым схемам на современной элементной базе.
Произведенные согласно [Л1] сравнительные оценки точности измерения девиации частоты (предлагаемого устройства и прототипа) показали, что среднеквадратическая ошибка измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов, длительность которых изменяется от 5 мкс до 40 мкс, в предлагаемом устройстве меньше в 3-5 раз аналогичной ошибки прототипа.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - повысить точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов в 3÷5 раз в широком диапазоне изменения их длительностей.
Это дает возможность в системах РТР и ПСЦУ улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность правильного распознавания типов РЛС и их носителей, а также повысить эффективность радиоэлектронного подавления РЛС вероятного противника системами радиопротиводействия.