ПАНОРАМНЫЙ ПРИЕМНИК
PANORAMIC RECEIVER

Предлагаемый приемник относится к области радиоэлектроники и может быть использован для определения несущей частоты и вида модуляции сигналов, принимаемых в заданном диапазоне частот.
Известны панорамные приемники (авт.свид. СССР №№1.012.152, 1.180.804, 1.187.095, 1.272.266, 1.290.192, 1.354.124; патенты РФ №№2.001.407, 2.010.244, 2.025.737, 2.030.750, 2.124.216, 2.230.330, 2.366.079; патенты США №№4.443.801, 4.904.930, 5.208.835; Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. Радио, 1968, с.386-396, рис.10.3 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Панорамный приемник» (патент РФ №2.366.079, H03J 7/32, 2008), который и выбран в качестве прототипа.
Указанный панорамный приемник обеспечивает визуальное определение несущей частоты и вида модуляции принимаемых сигналов.
к
к
к
Следует отметить, что среди сложных сигналов с многократной фазовой манипуляцией широкое применение находят сигналы с двукратной фазовой манипуляцией со сдвигом (ФМн-4С). Это обусловлено тем, что при данном виде манипуляции удается избежать сдвига фаз на 180°, что имеет место при однократной (бинарной) [ФМн-2, φ(t)={0, π}], двукратной [ФМн-4, φ(t)={0, π/2, π, 3/2π}] и трехкратной [ФМн-8, φ(t)={0, π/4, π/2, π, 3/2π, π, 5/4π, 3/2π, 7/4π}] фазовой манипуляциях.
э
э
При двукратной фазовой манипуляции со сдвигом имеют место фазовые соотношения, идентичные фазовым соотношениям при обычной двукратной фазовой манипуляции, за исключением того, что синфазный и квадратурный потоки элементов смещены во времени на половину длительности τ/2 элементарных посылок, где τ - длительность элементарных посылок. Каждый из этих потоков может быть закодирован дифференциальным кодом, как в двух различных каналах с однократной фазовой манипуляцией. Поскольку изменение фазы сигнала происходит в каждый определенный момент времени только в одном канале, то дифференциальное декодирование проще при двукратной фазовой манипуляции со сдвигом, чем при обычной двукратной фазовой манипуляции.
При двукратной фазовой манипуляции со сдвигом каждый элемент, поступивший на вход модулятора синфазного или квадратурного канала, вызывает изменение фазы на 0°, +π/2, -π/2 (+3/2π). Таким образом, нет изменения фазы сигнала на π.
Известный панорамный приемник обеспечивает визуальное распознавание сложных сигналов с многократной фазовой манипуляцией.
При этом при приеме сложного ФМн-2 сигнала на экранах ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3 образуются одиночные спектральные составляющие (фиг.3, а).
Аналогичная картина образуется и при приеме сложного сигнала с двукратной фазовой манипуляцией со сдвигом (ФМн-4С) (фиг.3, в), т.е. возникает неоднозначность визуального распознавания сложных ФМн-2 и ФМн-4С сигналов.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности визуального распознавания сложных сигналов с однократной и двукратной фазовой манипуляцией со сдвигом.
Поставленная задача решается тем, что панорамный приемник, содержащий в соответствии с ближайшим аналогом последовательно включенные приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, видеоусилитель и вертикально-отклоняющие пластины первой электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства формирования частотной развертки, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты ключ, второй вход которого соединен с выводом видеоусилителя, первый переключатель, первый частотный детектор и вертикально-отклоняющие пластины пятой электроннолучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства формирования частотной развертки, подключенные к выходу ключа три канала обработки, каждый из которых содержит последовательно включенные умножитель фазы, делитель фазы, полосовой фильтр, амплитудный детектор и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства формирования частотной развертки, при этом в первом канале обработки фаза принимаемого сигнала умножается и делится на два, во втором - на четыре, в третьем - на восемь, управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и устройства формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока поиска, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен вторым и третьим переключателями, двумя фазовращателями на 90°, вторым и третьим частотными детекторами, шестой и седьмой электронно-лучевыми трубками, вторым делителем фазы на два, четвертым и пятым полосовыми фильтрами, причем к выходу третьего полосового фильтра последовательно подключены второй переключатель и вертикально-отклоняющие пластины шестой электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой через первый фазовращатель на 90° соединены со вторым переключателем, а управляющий электрод через второй частотный детектор соединен с выходом ключа, к выходу умножителя фазы на четыре последовательно подключены третий переключатель, второй делитель фазы на два, четвертый полосовой фильтр и вертикально-отклоняющие пластины седьмой электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой через второй фазовращатель на 90° соединены с выходом четвертого полосового фильтра, а управляющий электрод через последовательно включенные пятый полосовой фильтр и третий частотный детектор соединен с выходом удвоителя фазы.
Структурная схема предлагаемого панорамного приемника представлена на фиг.1. Вид возможных осциллограмм показан на фиг.2, 3 и 4. Временные диаграммы, поясняющие принцип образования яркостных меток на экране шестой 24 и седьмой 31 электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), изображены на фиг.5.
Панорамный приемник содержит последовательно включенные приемную антенну 1, входную цепь 2, усилитель 4 высокой частоты, смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, усилитель 7 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 8, видеоусилитель 9 и вертикально-отклоняющие пластины первой ЭЛТ 11, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 10 формирования частотной развертки. Управляющие входы входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты, гетеродина 5 и устройства 10 формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока 3 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения или электрический мотор. К выходу усилителя 7 промежуточной частоты последовательно подключены ключ 12, второй вход которого соединен с выходом видеоусилителя 9, и три канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных умножителя фазы 13.1 (13.2, 13.3.), делителя фазы 14.1 (14.2, 14.3), полосового фильтра 15.1 (15.2, 15.3), амплитудного детектора 16.1 (16.1, 16.2) и вертикально-отклоняющих платин ЭЛТ 17.1 (17.2, 17.3), горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 10 формирования частотной развертки. При этом в первом канале фаза принимаемого сигнала умножается и делится на два, во втором - на четыре, в третьем - на восемь. К выходу ключа 12 последовательно подключены первый переключатель 18, первый частотный детектор 19 и вертикально-отклоняющие пластины пятой ЭЛТ 20, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом устройства 10 формирования частотной развертки. К выходу третьего полосового фильтра 15.3 последовательно подключены второй переключатель 21 и вертикально-отклоняющие пластины шестой ЭЛТ 24, горизонтально-отклоняющие платины которой через первый фазовращатель 22 на 90° соединен со вторым переключателем 21, а управляющий электрод через второй частотный детектор 23 соединен с выходом ключа 12. К выходу умножителя 13.2 фазы на четыре последовательно подключены третий переключатель 25, второй делитель 26 фазы на два, четвертый полосовой фильтр 27 и вертикально-отклоняющие пластины седьмой ЭЛТ31, горизонтально-отклоняющие платины которой через второй фазовращатель 28 на 90° соединен с выходом четвертого полосового фильтра 27, а управляющий электрод через последовательно включенные пятый полосовой фильтр 29 и третий частотный детектор 30 соединен с выходом первого удвоителя 13.1 фазы.
Предлагаемый панорамный приемник работает следующим образом.
f
Поиск сигналов в заданном диапазоне частот D осуществляется с помощью блока 3 поиска, который периодически по пилообразному закону согласованно изменяет настройку входной цепи 2, усилителя 4 высокой частоты и гетеродина 5. Одновременно блок 3 поиска управляет устройством 10 формирования частотной развертки на экранах ЭЛТ 11, 17.1, 17.2, 17.3 и 20 с линейной разверткой. В результате на экране ЭЛТ 11 образуется импульс (частотная метка), положение которого на линейной частотной развертке определяет несущую частоту принимаемого сигнала (фиг.2).
Напряжение с выхода видеоусилителя 9 одновременно поступает на управляющий вход ключа 12, открывая его. В исходном состоянии ключ 12 всегда закрыт.
При этом принимаемый сигнал, например, с бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2) на промежуточной частоте (фиг.5, б).
пр
пр
пр
к
пр
с
U(t)=υcos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр
с
г
где υ=1/2(υυ)
пр
с
г
φ=ω-ω - промежуточная частота;
пр
с
г
φ=φ-φ;
к
к
э
э
э
φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5, а), причем φ(t)=const при kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при t=k-τ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2,3…,N-1);
э
с
с
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=Nτ);
c
с
с
с
υ, ω, φ, Т - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;
г
г
г
υ, ω, φ - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина;
с выхода усилителя 7 промежуточной частоты через открытый ключ 12 поступает на входы умножителей фазы на два 13.1, на четыре 13.2 и на восемь 13.3, на выходе которых образуются гармонические напряжения соответственно:
1
1
пр
пр
U(t)=υcos[2ωt+2φ],
2
2
пp
пp
U(t)=υcos[4ωt+4φ],
3
пр
пр
с
U(t)=υ3cos[8ωt+8φ], 0≤t≤T.
к
к
к
Так как 2φ(1)={0, 2π}, 4φ(t)={0, 4π}, 8φ(t)={0, 8π}, то в указанных напряжениях манипуляция фазы уже отсутствует.
с
э
Ширина спектра Δf ФМн-2 сигнала определяется длительностью τ его элементарных посылок
с
э
Δf=1/τ,
2
4
8
с
тогда как ширина спектра второй Δf, четвертой Δf и восьмой Δf гармоник определяется длительностью T сигнала
2
4
8
с
Δf=Δf=Δf=1/T.
Следовательно, при умножении фазы на два, четыре и восемь спектр ФМн-2 сигнала сворачивается в N раз
с
2
с
4
с
8
Δf/Δf=Δf/Δf=Δf/Δf=N
и трансформируется в одиночные спектральные составляющие. Это обстоятельство может служить признаком распознавания ФМн-2 сигнала.
1
2
3
Гармонические напряжения U(t), U(t), U(t) поступают на входы делителей фазы на два 14.1, на четыре 14.2 и на восемь 14.3 соответственно, на выходе которых образуются следующие гармонические напряжения:
4
4
пр
пр
U(t)=Ucos[ωt+φ],
5
5
пр
пр
U(t)=Ucos[ωt+φ],
6
6
пр
пр
с
U(t)=Ucos[ωt+φ], 0≤t≤T.
Эти напряжения выделяются полосовыми фильтрами 15.1, 15.2 и 15.3 соответственно, детектируются амплитудными детекторами 16.1, 16.2, 16.3 и подаются на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3. Частотные развертки ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3 формируются с помощью устройства 10, напряжение которого подается на горизонтально-отклоняющие пластины. На экране ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3 образуются импульсы, которые визуально наблюдаются и могут служить признаком распознавания ФМн-2 сигнала (фиг.3, а).
к
к
Если на вход панорамного приемника поступает ФМн-4 сигнал [φ(t)={0, π/2, π, 2π}], то на выходе полосового фильтра 15.1 выделяется ФМн-2 сигнал [φ(t)={0, π/2, π, 2π}], а на выходе полосовых фильтров 15.2 и 15.3 образуются соответствующие гармонические напряжения. В этом случае на экране ЭЛТ 17.1 визуально наблюдается спектр ФМн-2 сигнала, а на экранах ЭЛТ 17.2 и 17.3 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг.3, б).
к
Если на вход панорамного приемника поступает ФМн-4С сигнал [φ(t)={0, π/2, 3/2 π], то на экранах ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг.3, в).
пр
Аналогичная картина образуется и при приеме ФМн-2 сигнала (фиг.3, а), т.е. наступает неоднозначность визуального распознавания указанных сигналов. Для разрешения данной неоднозначности оператор замыкает второй переключатель 21. При этом гармоническое напряжение U6(t) с выхода полосового фильтра 15.3 через замкнутый второй переключатель 21 поступает непосредственно и через первый фазовращатель 22 на 90° на вертикально-отклоняющие и горизонтально-отклоняющие пластины шестой ЭЛТ 24, формируя на ее экране круговую развертку. Напряжение U(t) (фиг.5, б) промежуточной частоты с выхода усилителя 7 через открытый ключ 12 поступает на вход второго частотного детектора 23, на выходе которого формируется последовательность коротких разнополярных импульсов (фиг.5, в), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы принимаемого сигнала промежуточной частоты (фиг.5, б). Указанные короткие импульсы с выхода частотного детектора 23 поступает на управляющий электрод ЭЛТ 24 и осуществляет модуляцию ее электронного луча по яркости. При этом на экране ЭЛТ 24 образуется устойчивое изображение в виде двух яркостных точек, расположенных на круговой развертке, в случае приема ФМн-2 сигнала (фиг.4. а). А в случае приема ФМн-4С сигнала на экране ЭЛТ 24 формируется три яркостные точки, расположенные на круговой развертке (фиг.4, б).
Количество яркостных точек определяет вид и кратность фазовой манипуляции, а угловое расстояние между ними равно величине скачков фазы принимаемого ФМн сигнала.
к
2
Однако три яркостные точки на экране ЭЛТ 24 образуются и при приеме ФМн-3 сигнала [φ(t)={0, 2/3 π, 4/3 π}] (фиг.4, г), т.е. наступает неоднозначность визуального распознавания ФМн-4С и ФМн-3 сигналов. Для разрешения данной неоднозначности оператор замыкает третий переключатель 25. При этом гармоническое напряжение U(t) с выхода умножителя 13.2 фазы на четыре через замкнутый переключатель 25 поступает на делители 26 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжении
10
10
пр
кпр
с
U(t)=υcos(2ωt+φ), 0≤t≤T,
которое выделяется полосовым фильтром 27 и поступает на вертикально-отклоняющие и горизонтально-отклоняющие пластины седьмой ЭЛТ 31 непосредственно и через фазовращатель 28 на 90°, формируя на ее экране круговую развертку.
к
На выходе удвоителя 13.1 фазы в этом случае формируется ФМн-2 сигнал [φ(t)={0, π}], который выделяется полосовым фильтром 29 и поступает на вход третьего частотного детектора 30. На выходе последнего формируется последовательность коротких разнополярных импульсов, которая поступает на управляющий электрод седьмой ЭЛТ 31, на экране которой образуются две яркостные метки (фиг.4, б).
Следовательно, наличие трех яркостных меток на экране ЭЛТ 24 и двух яркостных меток на экране ЭЛТ 31 является признаком распознавания ФМн-4С сигнала.
Наличие трех яркостных меток на экране ЭЛТ 24 и 31 является признаком распознавания ФМн-3 сигнала.
к
4
к
3
Если на вход панорамного приемника поступает ФМн-8 сигнал [φ(t)={0, π/4, π/2, /, π, 5/4π, 3/2π, 7/4π}], то на выходе полосового фильтра 15.2 образуется ФМн-2 сигнал [φ(t)={0, π}], а гармоническое напряжение образуется только на выходе полосового фильтра 15.3 (фиг.3, г).
В общем случае на одной несущей частоте одновременно можно передавать сообщения от n источников, используя для этого m-кратную фазовую манипуляцию. Однако целесообразными является одно- (ФМн-2), двух- (ФМн) и трехкратная (ФМн-8) фазовые манипуляции, которые и нашли широкое применение на практике. Дальнейшее повышение кратности фазовой манипуляции ограничивается тем, что уменьшается расстояние между элементарными сигналами и в существенной мере снижается помехоустойчивость канала связи.
Среди сложных сигналов с частотной манипуляцией (ЧМн) широкое распространение получили сигналы с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн-2), с дуобинарной частотной манипуляцией (ЧМн-3) и со скругленной частотной манипуляцией (ЧМн-5).
f
Если на вход панорамного приемника поступает ЧМн-2 сигнал, то на выходе полосовых фильтров 15.1, 15.2 и 15.3 образуются частотно-манипулированные сигналы с индексом частотной манипуляции m=1. При этом спектр ЧМн-2 сигнала трансформируется в две спектральные составляющие (фиг.3, д), что и является признаком распознавания ЧМн-2 сигнала.
Если на вход панорамного приемника поступает ЧМн-3 сигнал или ЧМн-5 сигнал, то его сплошной спектр трансформируется в три (фиг.3, е) или пять (фиг.3, ж) спектральные составляющие соответственно, которые являются признаками распознавания указанных сигналов.
Если на вход панорамного приемника поступает сигнал с частотной модуляцией (ЧМ)
с
с
с
с
с
i
U(t)=υcos(ωt+πγt+φ), 0≤t≤T
g
c
где Y=Δf /T - скорость изменения частоты внутри импульса;
g
Δf - девиация частоты;
j-1, 2, 3, …,
то после преобразования на частоте в смесителе 6 с использованием гетеродина 5 через открытый ключ 12 он поступает на входы умножителей фазы на два 13.1, на четыре 13.2 и на восемь 13.3, на выходе которых образуются следующие напряжения соответственно:
7
7
пp
пp
j
U(t)=υcos(2ωt+2πγt+2φ),
8
8
пp
пp
j
U(t)=υcos(4ωt+4πγt+4φ)
9
9
пp
пp
с
j
U(t)=υcos(8ωt+8πγt+8φ), 0≤t≤T,
с
g
так как длительность Т ЧМ-сигнала и его гармоник остается постоянной, то увеличение γ в два, четыре и восемь раз происходит за счет увеличения во столько же раз девиации частоты Δf и ширины спектра принимаемого ЧМ сигнала.
Следовательно, на экране ЭЛТ 17.1, 17.2 и 17.3 визуально наблюдаются спектры ЧМ сигналов, ширина спектра которых в два, четыре и восемь раз больше ширины спектра исходного сигнала (фиг.3, з). Это обстоятельство и является признаком распознавания ЧМ сигнала.
Для распознавания вида и закона частотной модуляции оператором замыкается первый переключатель 18. При этом принимаемый ЧМ сигнал, преобразованный по частоте, через открытый ключ 12 и замкнутый переключатель 18 поступает на вход первого частотного детектора 19, а затем на вертикально-отклоняющие пластины пятой ЭЛТ 20. На экране ЭЛТ 20 образуется осциллограмма, по характеру которой определяют вид частотной модуляции.
Для сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) j=2 осциллограмма имеет вид, показанный на фиг.3, и.
Одной из модификаций ЛЧМ сигнала является сигнал с симметричной линейной модуляцией (СЛЧМ) (фиг.3, к).
Для сигналов с квадратичной частотной модуляцией (КЧМ) j=3 осциллограмма имеет вид, показанный на фиг.3, л.
Таким образом, предлагаемый панорамный приемник по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение достоверности визуального распознавания сложных сигналов с однократной и двукратной фазовой манипуляцией со сдвигом. Тем самым функциональные возможности панорамного приемника расширены.