УНИФИЦИРОВАННЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ РАДИОИМПУЛЬСОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ МЕТОДЕ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ

Предполагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных комплексах, обеспечивая адаптацию, оптимизацию, унификацию каналов формирования простых и сложных сигналов в условиях воздействия на них преднамеренных непрерывных шумовых помех.
Известно устройство, позволяющее обеспечить адаптацию и оптимизацию режимов зондирования, содержащее устройство управления, N возбудителей по числу используемых сигналов, N ключей для коммутации данных возбудителей, предварительный усилитель, выходной усилитель [1, стр.42, рис.18]. Работа устройства заключается в том, что устройство управления по заложенной заранее в него программе или по команде при выборе необходимого режима работы подключает определенный возбудитель с требуемым видом сигнала. Далее этот сигнал после усиления в предварительном усилителе и выходном усилителе поступает в антенно-фидерное устройство и излучается в пространство.
Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности по формированию сложных сигналов с внутриимпульсной модуляцией.
Известно также устройство, позволяющее обеспечить адаптацию и оптимизацию режимов зондирования, содержащее устройство управления, возбудитель унифицированный, предварительный усилитель, выходной усилитель [1, стр.42, рис.19]. Работа устройства заключается в том, что устройство управления по заложенной заранее в него программе или по команде при выборе необходимого режима работы формирует управляющие сигналы для синхронизации унифицированного возбудителя. В возбудителе происходит формирование заданного сигнала, который затем усиливается в предварительном усилителе. Далее формируемый сигнал поступает в выходной усилитель, где происходит усиление сигнала до уровня выходной мощности и через антенно-фидерное устройство излучается в пространство.
Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности по формированию сложных сигналов с внутриимпульсной модуляцией.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции [2, стр.181, рис.1], который и выбран в качестве прототипа.
Устройство содержит два генератора запускающих импульсов, три генератора стробимпульсов, генератор кодирующих импульсов, генератор гармонического напряжения, делитель частоты, четыре умножителя частоты, четыре стробирующих каскада, фазовый манипулятор, сумматор, четыре усилителя промежуточной частоты, три фазовых модулятора, смеситель, фильтр дисперсионный, пять управляемых устройств, выполняющих функцию полосовых фильтров.
При этом первый выход генератора гармонического напряжения через первый умножитель частоты подключен на параллельно соединенные входы второго умножителя частоты, первого стробирующего каскада, генератора кодирующих импульсов, фазового манипулятора, выход которого соединяется с входом второго стробирующего каскада, выходы первого и второго стробирующих каскада через сумматор, подключены ко второму входу смесителя. Выход второго умножителя частоты соединяется со входом первого фазового модулятора, выход которого через управляемое устройство с полосовым фильтром подключен ко второму выходу устройства, выход второго умножителя частоты является также первым выходом устройства. Первый вход возбудителя соединен со вторым входом первого генератора запускающих импульсов. Второй вход возбудителя является входом генератора кодирующих импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго стробирующих каскадов. Первый выход генератора гармонического напряжения соединяется с первыми входами третьего и четвертого стробирующих каскадов, третьим и четвертым умножителями частоты, при этом выход третьего стробирующего каскада через второй усилитель промежуточной частоты, смеситель, первый усилитель промежуточной частоты подключен к модулирующему входу первого фазового модулятора, выход четвертого стробирующего каскада через дисперсионный фильтр соединен со входом второго усилителя промежуточной частоты. Второй выход генератора гармонического напряжения через делитель частоты подключен к первому входу первого генератора запускающих импульсов, первый выход которого через первый генератор стробирующих импульсов соединен с третьим входом генератора кодирующих импульсов. Второй и третий выходы первого генератора запускающих импульсов соответственно через второй и третий генераторы стробирующих импульсов подключаются к управляющим входам третьего и четвертого стробирующих каскадов. Четвертый выход первого генератора запускающих импульсов соединяется с входом второго генератора запускающих импульсов, три выхода которого подключены к управляющим входам первого, второго, третьего устройств с полосовыми фильтрами. Выход первого фазового модулятора соединен с входами второго и третьего устройств с полосовыми фильтрами. Выход второго устройства с полосовым фильтром через второй фазовый модулятор, четвертое устройство с полосовым фильтром подключен к третьему выходу устройства. Выход третьего устройства с полосовым фильтром через третий фазовый модулятор, пятое устройство с полосовым фильтром подключен к четвертому выходу устройства. Выход третьего умножителя частоты через третий усилитель промежуточной частоты подключен к модулирующему входу второго фазового модулятора, выход четвертого умножителя частоты через четвертый усилитель промежуточной частоты подключен к модулирующему входу третьего фазового модулятора.
0
1
2
1
2
Работа известного устройства заключается в следующем. Генераторы запускающих импульсов и стробирующих импульсов определяют временную последовательность работы всех элементов возбудителя. Генератор кодирующих импульсов управляет работой фазового манипулятора. Когерентность последовательностей всех формируемых сигналов СВЧ обеспечивается стабильностью и синфазностью опорных колебаний частот f, F и F, а также тем, что запускающие, стробирующие и кодирующие импульсы синхронизированы колебаниями частот F и F. Гетеродинное колебание СВЧ для первого когерентного преобразования в приемнике всех видов сигналов снимается с выхода 1. При этом на выходах 2, 3 и 4 можно сформировать следующие виды простых и сложных сигналов СВЧ.
0
c
0
1
2
1
ф
ф
м
м
1
2
1. Одиночные ЛЧМ радиоимпульсы СВЧ формируются, когда генератор кода F2, создает скачок напряжения длительностью qτ=τ (q - количество дискрет, τ - длительность дискреты), открывая канал фазового манипулятора с Δφ=0 и формируя простой радиоимпульс на частоте F. Последний, а также импульсный отклик ЛЧМ фильтра с частотой F+ΔF(t) и девиацией ΔF=ΔF поступают на смеситель. При этом с его выхода на управляющий вход первого фазового СВЧ модулятора поступает ЛЧМ радиоимпульс с преобразованной начальной частотой F=F+F. Тогда на выходе первого фазового СВЧ модулятора формируется многочастотный (МЧ) сигнал вида:
у
у
0
Где K и KU - коэффициент усиления и амплитуда выходного СВЧ сигнала при отсутствии модулирующего напряжения (в режиме усиления);
0
U - амплитуда входных СВЧ колебаний;
n
Δφ∂
Δφ∂
J(M) - функция Бесселя первого рода n-го порядка действительного аргумента M;
Δφ∂
M - динамический индекс фазовой модуляции;
0
у
n
Δφ∂
UKJ(M) - амплитуда n-й составляющей выходного СВЧ сигнала в режиме модуляции;
0
ω - несущая частота;
м
Ω - частота модулирующего напряжения;
м
ΔΩ - девиация частоты модулирующего ЛЧМ напряжения;
Δφ
0φ
φ, φ - фазовые искажения импульсных боковых и немодулированных центральной составляющих спектра выходного сигнала фазового модулятора при модуляции ЛЧМ напряжением;
0
φ - начальная фаза.
с
c
0
м
м
c
м
макс
макс
Первым управляемым устройством с полосовым фильтром, открываемым импульсом формирователя F3 на время τ, на выходе 2 выделяется n-й парциальный ЛЧМ радиоимпульс СВЧ с частотой f(t)=f±n[F+ΔF(t)] и девиацией Δf=nΔF. Здесь n=1, 2, 3,…, n, где n определяется из:
с
где  - усредненный за время τ динамический индекс модуляции.
1
1
м
1
2
0
2. Одиночные простые радиоимпульсы СВЧ формируются на выходе 2, если в описанном выше случае вместо ЛЧМ колебания на смеситель подать гармоническое колебание частоты F. Для этого запускается не генератор Г3, управляющий возбуждением дисперсионного ЛЧМ фильтра, а генератор Г2 и через управляемый им стробирующий каскад колебания частоты F подаются непосредственно на усилитель промежуточной частоты. Тогда на выходе смесителя формируется простой радиоимпульс с частотой F=F+F. Как показано в [2, стр.182], на выходе первого фазового СВЧ модулятора в этом случае получается МЧ сигнал с непрерывной составляющей частоты f и простыми МЧ парциальными радиоимпульсами СВЧ вида:
φ∂
где М - динамический индекс фазовой модуляции;
м0
φ - начальная фаза модулирующего напряжения, определяемая соотношением:
φ
з
τ, t - соответственно постоянная времени установления фазы и эквивалентное время запаздывания, численно равное групповой задержке сигнала между сигнальным входом и выходом фазового модулятора;
01
φ - начальная фаза с учетом углового запаздывания в фазовом СВЧ модуляторе.
c
0
м
Один из парциальных простых радиоимпульсов СВЧ с частотой f=f+nF выделяется первым управляемым устройством с полосовым фильтром.
1
2
0
c
0
м
1
2
3. Одиночные КФМ радиоимпульсы СВЧ формируются на выходе 2, если колебание частоты F подается на смеситель, как в предыдущем случае, а генератор кода F2 по сигналу управления переводится в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F с длительностью qτ=τ, где q и τ - число и длительность дискрет. Тогда на выходе смесителя также формируется КФМ радиоимпульс, но с частотой F=F+F:
tq
1
2
q
0
1
2
где φ(t)∈(Δφ, Δφ) - двузначная переменная начальная фаза q-x дискретов, которая изменяется в моменты t=qτ (q=0, 1, 2…). Как показано в [2, стр.182] на выходе первого фазового СВЧ модулятора в этом случае получается МЧ сигнал СВЧ, в нечетных парциальных радиоимпульсах которого при двузначной КФМ с Δφ=0 и Δφ=π она сохраняется, а во всех четных - происходит демодуляция кода. Этот МЧ сигнал СВЧ имеет вид:
0
м
Следовательно, первым управляемым устройством с полосовым фильтром при его настройке на нечетные составляющие можно выделить КФМ радиоимпульсы СВЧ соответственно с частотами f±(2n-l)F.
0
0
c
2
1
1
4. Смешанные составные сигналы СВЧ [2, стр.182, рис.2], как следует из соотношений для предыдущих рассмотренных случаев, могут формироваться на выходе 2, если генератор кода F2 с приходом 1-го импульса запуска создает два скачка напряжения длительностью jτ, а с приходом 2-го и 3-го импульсов запуска - по одному скачку длительностью qτ=τ, открывая при этом для колебания частоты F канал фазового манипулятора только с Δφ=0. В свою очередь, в цепи коммутации колебания частоты F с приходом 1-го и 3-го импульсов запуска запускается генератор Г2, а с приходом 2-го - генератор Г3.
с
с
c
с
0
м
5. Квазишумовые составные ЛЧМ сигналы с манипуляцией начальных фаз парциальных радиоимпульсов СВЧ [2, стр.183, рис.3] формируются на выходе 2 следующим образом. На генератор F3 и вход 2 генератора кода F2 в каждом периоде повторения подается пачка из q запускающих импульсов с интервалами τ. В интервалах τ все элементы схемы работают как при формировании одиночных ЛЧМ радиоимпульсов. Однако генератор кода F2 переводится в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F2 длительностью qτ и с дискретами, равными τ. Первое управляемое устройство с полосовым фильтром настраивается на частоты f±(2n-1)F, как и при формировании одиночных КФМ радиоимпульсов.
2
с
0
c
6. Квазишумовые ЛЧМ сигналы СВЧ с внутриимпульсной манипуляцией фазы [2, стр.183, рис.4] формируются на выходе 2, если по сравнению с предыдущим случаем изменить только то, что в каждом периоде повторения подавать одиночные импульсы запуска и генератор кода F2 перевести в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F с длительностью τ и дискретами τ=τ/q.
ci
м
макс
7. Квазингумовые МЧ ЛЧМ сигналы СВЧ с разными девиациями Δf=nΔF парциальных радиоимпульсов [2, стр.183] при формировании одиночных ЛЧМ радиоимпульсов, получаются на выходе первого управляемого устройства с полосовым фильтром при его настройке на ширину спектра всех n≤2n составляющих, число которых определяется из:
ci
м
C0
0
f
1
C0
м
f
8. Квазишумовые МЧ ЛЧМ сигналы СВЧ с одинаковыми девиациями Δf=nΔF=Δf парциальных радиоимпульсов формируются на выходе 3 с помощью однократной гармонической фазовой модуляцией в СВЧ модуляторе 2 при F=kF≥Δf=nΔF, где k - коэффициент умножения третьего умножителя частоты. Остальные элементы схемы, управляющие первым фазовым СВЧ модулятором, работают в режиме формирования одиночных ЛЧМ радиоимпульсов. Сигнал на выходе 3 описывается соотношением:
0
у1
1
Δφ∂1
где UKJ(M) - амплитуда составляющей выходного СВЧ сигнала в режиме модуляции первого фазового модулятора;
у2
К - коэффициент усиления второго фазового модулятора;
r
Δφ∂2
Δφ∂2
J(M) - функция Бесселя первого рода r-го порядка действительного аргумента M;
Δφ∂2
M - динамический индекс фазовой модуляции второго фазового модулятора;
мо2
φ - начальная фаза модулирующего напряжения второго фазового модулятора;
Δφ1
0φ1
φ, φ - фазовые искажения импульсных боковых и смодулированных центральной составляющих спектра выходного сигнала первого фазового модулятора при модуляции ЛЧМ напряжением.
макс
макс
Четвертым управляемым устройством с полосовым фильтром выделяется 2r≤N парциальных ЛЧМ радиоимпульсов, где N определяется выражением:
где  - динамический индекс фазовой модуляции второго фазового модулятора.
9. МЧ сигналы СВЧ с простыми парциальными радиоимпульсами можно получить на выходе 3, если в предыдущем случае элементы схемы, управляющие первым фазовым СВЧ модулятором, перевести в режим формирования простых радиоимпульсов.
0
f
1
м
1
2
м
f
c
10. Составные ЛЧМ сигналы с комплексно-сопряженными парными ЛЧМ радиоимпульсами [2, стр.183, рис.5] формируются в двух каналах на выходах 3 и 4. Каждый из этих каналов с последовательно включенными фазовыми СВЧ модуляторами 1, 2 и 1, 3 работают как при формировании МЧ сигнала вида (8). Однако управляемыми устройствами с полосовыми фильтрами 2, 3 и 4, 5 одновременно выделяется по одному парциальному ЛЧМ радиоимпульсу соответственно (+n)-му и (-n)-му из сигнала вида (1) и (-[r-1])-му и (+[r+1])-му из сигнала вида (8). При F=kF=F=F+F≥nΔF и , где m - коэффициент умножения четвертого умножителя частоты, на выходах 3 и 4 обеспечивается необходимая зависимость f(t), показанная в [2, стр.183, рис.5].
с
11. Квазишумовые составные ЛЧМ сигналы вида [2, стр.184, рис.6] формируются на выходах 2, 3 и 4 с последующим их объединением в общем усилителе мощности. По сравнению с предыдущим случаем необходимо только на генератор F3 и вход 2 генератора кода F2 в каждом периоде повторения подать пачку из q=4 импульсов запуска с интервалами τ, а импульсами формирователя F3 открывать соответственно в 1-м и 3-м интервалах управляемое устройство с полосовым фильтром 1, настроенное на (+1)-ю составляющую сигнала (1), во 2-м интервале - управляемое устройство с полосовым фильтром 3 и в 4-м интервале - управляемое устройство с полосовым фильтром 2. При этом управляемые устройства с полосовыми фильтрами 2, 3, 4 и 5 настраиваются, как и в предыдущем случае.
3
f
1
м
1
2
0
0
c
3
c1
0
м
м
c2
0
м
м
м
j
0
c
3
цj
c3
0
м
м
12. Составные ЛЧМ сигналы вида [2, стр.184, рис.7] для РЛС с комбинированным методом обработки формируются на выходах 2, 3 и 4. Режимы работы фазовых СВЧ модуляторов такие же, как в предыдущем случае. Управляемые устройства с полосовыми фильтрами 1, 2 и 3 настраиваются соответственно на (+1)-ю, (+n)-ю и (+[n-1])-ю составляющие сигнала (1), а управляемые устройства с полосовыми фильтрами 4 и 5 - на (-[r-1])-ю и (-[r-2])-ю составляющие сигнала (8). Частоты F=mF=F=F+F и . При 1-ми 2-м запусках в моменты t и t+τ+t открываются соответственно управляемые устройства с полосовыми фильтрами 1 и 2 и на выходах 2 и 3 формируются зондирующие ЛЧМ радиоимпульсы с частотами f(t)=f+F+ΔF(t) и f(t)=f+F+ΔF+nΔF(t). С приходом на вход 1 формирователя F1 импульсов сопровождения целей в моменты t=t+(2τ+t)+t открывается управляемое устройство с полосовым фильтром 3 и на выходе 4 формируются гетеродинные ЛЧМ радиоимпульсы с частотой f(t)=f+F+(n-1)ΔF(t).
c
c
сп
0
c
0i
c
c
c
c
c
c
Однако данный унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции позволяет сформировать ограниченный ряд простых и сложных сигналов. Недостатками простых радиоимпульсов является то, что трудно сочетать большие дальность и вероятность обнаружения с высоким разрешением по дальности; противоречие между разрешением по дальности и скорости; низкие скрытность от радиотехнической разведки и защищенность от самонаводящихся противорадиолокационных снарядов (ПРС) (Δfτ=1 и спектральная плотность высокая). Недостатками составных многочастотных сигналов в виде когерентной или некогерентной пачки N парциальных простых радиоимпульсов с регулярной или нерегулярной манипуляцией несущей частоты от импульса к импульсу являются: трудность реализации большой дальности обнаружения целей при однозначном ее измерении (требуются большое N и большая ширина спектра Δf=1/τ); невозможность классификации целей, если в импульсном объеме их более одной; трудно реализовать надежную селекцию элементов сложной цели. Недостатки одиночных ЛЧМ импульсов: неопределенность совместного измерения дальности и скорости целей; по одиночному импульсу скорость цели не измеряется; сравнительно низкая устойчивость к уводящим по дальности и скорости имитирующим частотную модулированным (ЧМ) помехам. Недостатки одиночных КФМ импульсов: низкое качество селекции элементов сложных целей, так как боковые лепестки ρ(τ,F=0) равномерны и уменьшение их уровня ограничено трудностями реализации при большом N=τ/τ=Δfτ устройств сжатия с весовой коррекцией; сравнительно низкая устойчивость к уводящим по скорости имитирующим активным помехам. Комплексно решаются задачи защиты РЛС от радиотехнической разведки, самонаводящихся ПРС и активных помех при квазишумовом МЧ сигнале с одинаковыми парциальными ЛЧМ радиоимпульсами. Его недостатком является значительный уровень боковых лепестков одномерной автокорреляционной функции, который требует дополнительных устройств с весовой обработкой для их снижения, другим существенным недостатком является наличие дополнительных максимумов двумерной функции неопределенности, соизмеримых по величине с основным, что приводит к неоднозначности в определении координат цели. По форме тела неопределенности (один главный пик) наиболее близок к шумовому сигналу квазишумовой ЛЧМ сигнал с внутриимпульсной манипуляцией фазы. При адаптации режима зондирования можно быстро перейти от него к "чисто" ЛЧМ, КФМ или простому радиоимпульсам. Однако, реализуемое значение Δfτ для него меньше, чем для предыдущего сигнала. Для устранения перечисленных выше недостатков (значительный уровень боковых лепестков одномерной автокорреляционной функции, наличие дополнительных максимумов двумерной функции неопределенности, соизмеримых по величине с основным, увеличение реализуемого значения Δfτ) предлагается использовать новый тип сигнала - многочастотный линейно-частотно-модулированный сигнал с внутриимпульсной фазо-кодовой манипуляцией (МЧ ЛЧМ-ФКМ), имеющий функцию неопределенности наиболее приближенную к кнопочному виду из рассмотренных в [1, 2] сигналов. При этом, в отличие от МЧ ЛЧМ сигнала, при соответствующем выборе кодовой последовательности, у МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнала уровень дополнительных максимумов двумерной автокорреляционной функции соизмерим с уровнем боковых лепестков, уровень боковых лепестков одномерной автокорреляционной функции также снижается. Помимо этого его применение в отличие от одиночных ФКМ радиоимпульсов и ЛЧМ импульсов с внутриимпульсной ФКМ позволяет в широких предела изменять ширину спектра сигнала. Данные свойства способствуют не только однозначному определению координат целей, но и лучшему совместному разрешению целей с разной ЭПР. Выражение для огибающей данного сигнала описывается следующим выражением:
i
где θ(t) - фазовая манипуляция внутри СВЧ ЛЧМ радиоимпульса,
p
м
φ(t) - фазовая манипуляция внутри модулирующего колебания на частоте F.
Выражение для спектра имеет вид:
,
где 1 - длина кодовой последовательности;
;
;
erf(x)=Ф(x) - табличный интеграл вероятности;
; являются точками смены фазы.
Выражение для двумерной автокорреляционной функции имеет вид:
где:
;
- фазовый множитель.
Из анализа данных зависимостей, можно сделать выводы: подбором кодовой последовательности для внутриимпульсной модуляции ЛЧМ импульса и гармонического модулирующего напряжения можно добиться снижения уровня дополнительных максимумов и уровня максимального бокового лепестка двумерной АКФ в пять раз, на треть снизить уровень первого и максимального бокового лепестка одномерной АКФ, что свидетельствует о необходимости практического применения данного типа сигнала. Таким образом, основным недостатком прототипа является недостаточная функциональность при формировании сложных СВЧ сигналов с внутриимпульсной модуляцией.
Основной целью предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей по формированию сложных СВЧ сигналов с внутриимпульсной модуляцией.
Поставленная цель достигается тем, что в известный унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции, содержащий генератор гармонического напряжения, последовательно соединенные с ним первый и второй умножитель частоты, первый фазовый модулятор, первое устройство с полосовым фильтром, выход которого является вторым выходом устройства, выход второго умножителя частоты является первым выходом устройства, параллельно соединенные с выходом первого умножителя частоты генератор кодирующих импульсов, первый стробирующий каскад, фазовый манипулятор, последовательно соединенные второй стробирующий каскад, первый вход которого соединен с фазовым манипулятором, сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого стробирующего каскада, смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к модулирующему входу первого фазового модулятора, первый вход генератора кодирующих импульсов является вторым входом устройства, а выходы подключены соответственно к управляющим входам первого и второго стробирующих каскадов, последовательно соединенные делитель частоты, первый генератор запускающих импульсов, входом делителя частоты является второй выход генератора гармонического напряжения, первый вход устройства подключен ко второму входу первого генератора запускающих импульсов, первый, второй, третий генераторы стробирующих импульсов, входы которых соединены с первым, вторым, третьим выходами первого генератора запускающих импульсов, при этом выход первого генератора стробирующих импульсов является третьим входом генератора кодирующих импульсов, выход второго генератора стробирующих импульсов через последовательно соединенные третий стробирующий каскад, второй усилитель промежуточной частоты подключен ко второму входу смесителя, выход третьего генератора стробирующих импульсов через последовательно соединенные четвертый стробирующий каскад, фильтр дисперсионный, подключен ко второму усилителю промежуточной частоты, второй генератор запускающих импульсов, вход которого соединен с четвертым выходом первого генератора запускающих импульсов, своими тремя выходами соединен с управляющими входами первого, второго, третьего устройств с полосовыми фильтрами, первые входы второго и третьего устройств с полосовыми фильтрами соединены с выходом первого фазового модулятора, первый выход генератора гармонического напряжения соединен со вторыми входами третьего и четвертого стробирующих каскадов, со входами четвертого умножителя частоты и третьего умножителя частоты, выход которого через последовательно соединенные третий усилитель промежуточной частоты, второй фазовый модулятор, первый вход которого соединен с выходом второго устройства с полосовым фильтром, четвертое устройство с полосовым фильтром соединен с третьим выходом устройства, выход третьего устройства с полосовым фильтром через последовательно соединенные третий фазовый модулятор, модулирующий вход которого подключен к выходу четвертого усилителя промежуточной частоты, пятое устройство с полосовым фильтром подключен к четвертому выходу устройства, дополнительно введены первый ключ, второй ключ, второй фазовый манипулятор, второй сумматор, инвертор, при этом вход второго фазового манипулятора и второй вход второго ключа подключены к выходу четвертого умножителя частоты, выход фазового манипулятора подключен ко второму входу первого ключа, выходы первого, второго ключей соединены с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого соединен со входом четвертого усилителя промежуточной частоты, третий вход устройства подключен к первым входам первого, второго ключей, причем к первому входу первого ключа через инвертор.
На фиг.1 изображена схема унифицированного возбудителя простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции.
1
В состав унифицированного возбудителя простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции входят: генератор гармонического напряжения 1 частоты F первый умножитель частоты 2, второй умножитель частоты 3, первый фазовый модулятор 4, первое устройство с полосовым фильтром 5, делитель частоты 6, первый стробирующий каскад 7, первый усилитель промежуточной частоты 8, второе устройство с полосовым фильтром 9, второй фазовый модулятор 10, четвертое устройство с полосовым фильтром 11, первый генератор запускающих импульсов 12, генератор кодирующих импульсов 13, первый фазовый манипулятор 14, первый сумматор 15, смеситель 16, третий усилитель промежуточной частоты 17, третий умножитель частоты 18, первый генератор стробирующих импульсов 19, второй стробирующий каскад 20, второй усилитель промежуточной частоты 21, третье устройство с полосовым фильтром 22, третий фазовый модулятор 23, пятое устройство с полосовым фильтром 24, второй генератор стробирующих импульсов 25, третий стробирующий каскад 26, четвертый усилитель промежуточной частоты 27, первый ключ 28, инвертор 29, третий генератор стробирующих импульсов 30, четвертый стробирующий каскад 31, фильтр дисперсионный 32, второй генератор запускающих импульсов 33, второй сумматор 34, второй фазовый манипулятор 35, четвертый умножитель частоты 36, второй ключ 37.
Элементы унифицированного возбудителя простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции соединены следующим образом. Первый выход генератора гармонического напряжения 1 через первый умножитель частоты 2 подключен на параллельно соединенные входы второго умножителя частоты 3, первого стробирующего каскада 7, генератора кодирующих импульсов 13, первого фазового манипулятора 14, выход которого соединяется с входом второго стробирующего каскада 20, выходы первого и второго стробирующих каскада через сумматор 15, подключены к первому входу смесителя 16. Выход второго умножителя частоты 3 соединяется с входом первого фазового модулятора 4, выход которого через управляемое устройство с полосовым фильтром 5 подключен ко второму выходу устройства, выход второго умножителя 3 частоты является также первым выходом устройства. Первый вход устройства соединен со вторым входом первого генератора запускающих импульсов 12. Второй вход возбудителя является входом генератора кодирующих импульсов 13, выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго стробирующих каскадов 7, 20. Первый выход генератора гармонического напряжения 1 также соединяется параллельно с третьим и четвертым стробирующими каскадами 26, 31, третьим и четвертым умножителями частоты 18, 36, при этом выход третьего стробирующего каскада 26 через второй усилитель промежуточной частоты 21, смеситель 16, первый усилитель промежуточной частоты 8 подключен к модулирующему входу первого фазового модулятора 4, выход четвертого стробирующего каскада 31 через дисперсионный фильтр 32 соединен с входом второго усилителя промежуточной частоты 21. Второй выход генератора гармонического напряжения 1 через делитель частоты 6 подключен ко входу первого генератора запускающих импульсов 12, первый выход которого через первый генератор стробирующих импульсов 19 соединен с третьим входом генератора кодирующих импульсов 13. Второй и третий выходы генератора запускающих импульсов 12 соответственно через второй и третий генераторы стробирующих импульсов 25, 30 подключаются к третьему и четвертому стробирующим каскадам 26, 31. Четвертый выход первого генератора запускающих импульсов 12 соединяется с входом второго генератора запускающих импульсов 33, три выхода которого подключены к управляющим входам первого, второго, третьего устройств с полосовыми фильтрами 5, 9, 22. Выход первого фазового модулятора 4 соединен с входами второго и третьего устройств с полосовыми фильтрами 9, 22. Выход второго устройства с полосовым фильтром 9 через второй фазовый модулятор 10, через четвертое устройство с полосовым фильтром 11 подключен к третьему выходу устройства. Выход третьего устройства с полосовым фильтром 22 через третий фазовый модулятор 23, через пятое устройство с полосовым фильтром 24 подключен к четвертому выходу устройства. Выход третьего умножителя частоты 18 через третий усилитель промежуточной частоты 17 подключен к модулирующему входу второго фазового модулятора 10, выход четвертого умножителя частоты 36 через ключ 37 подключен к первому входу второго сумматора 34, также через фазовый манипулятор 35 через первый ключ 28 подключен ко второму входу сумматора 34, выход которого через четвертый усилитель промежуточной частоты 27 соединен с модулирующим входом третьего фазового модулятора 23. Вход 3 устройства подключен к управляющим входам ключей 28 и 37, к управляющему входу ключа 28 через инвертор 29.
0
1
2
1
2
Работает унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции следующим образом. Генераторы запускающих импульсов и стробирующих импульсов определяют временную последовательность работы всех элементов возбудителя. Генератор кодирующих импульсов управляет работой фазового манипулятора. Когерентность последовательностей всех формируемых сигналов СВЧ обеспечивается стабильностью и синфазностью опорных колебаний частот f, F и F, а также тем, что запускающие, стробирующие и кодирующие импульсы синхронизированы колебаниями частот F и F. Гетеродинное колебание СВЧ для первого когерентного преобразования в приемнике всех видов сигналов снимается с выхода 1. При этом на выходах 2, 3 и 4 можно сформировать 13 видов простых и сложных сигналов СВЧ.
1. Одиночные ЛЧМ радиоимпульсы СВЧ формируются, когда
0
c
1
2
1
ф
Ф
м
м
1
2
генератор кода 13, создает скачок напряжения длительностью qτ=τ, открывая канал фазового манипулятора с Δφ=0 и формируя простой радиоимпульс на частоте F. Последний, а также импульсный отклик ЛЧМ фильтра 32 с частотой F+ΔF(t) и девиацией ΔF=ΔF поступают на смеситель 16. При этом с его выхода на управляющий вход первого фазового СВЧ модулятора 4 поступает ЛЧМ радиоимпульс с преобразованной начальной частотой F=F+F. Тогда на выходе фазового СВЧ модулятора 4 формируется МЧ сигнал вида:
с
c
0
м
м
c
м
макс
макс
Первым управляемым устройством с полосовым фильтром 5, открываемым импульсом формирователя 33 на время τ, на выходе 2 выделяется n-й парциальный ЛЧМ радиоимпульс СВЧ с частотой f(t)=f±n[F+ΔF(t)] и девиацией Δf=nΔF. Здесь n=1, 2, 3,…, n, где n определяется из
1
1
м
1
2
0
2. Одиночные простые радиоимпульсы СВЧ формируются на выходе 2, если в описанном выше случае вместо ЛЧМ колебания на смеситель 16 подать гармоническое колебание частоты F. Для этого запускается не генератор 30, управляющий возбуждением дисперсионного ЛЧМ фильтра 32, а генератор 25 и через управляемый им стробирующий каскад 26 колебания частоты F подаются непосредственно на усилитель промежуточной частоты 21. Тогда на выходе смесителя 16 формируется простой радиоимпульс с частотой F=F+F. Как показано в [2, стр.182], на выходе фазового СВЧ модулятора 4 в этом случае получается МЧ сигнал с непрерывной составляющей частоты f и простыми МЧ парциальными радиоимпульсами СВЧ вида:
где
φ
з4
τ, t - соответственно постоянная времени установления фазы и эквивалентное время запаздывания, численно равное групповой задержке сигнала между сигнальным входом и выходом фазового модулятора 4.
c
0
м
Один из парциальных простых радиоимпульсов СВЧ с частотой f=f+nF выделяется управляемым устройством с полосовым фильтром 5.
1
2
0
c
0
м
1
2
3. Одиночные КФМ радиоимпульсы СВЧ формируются на выходе 2, если колебание частоты F подается на смеситель 16, как в предыдущем случае, а генератор кода 13 по сигналу управления с входа 2 переводится в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F с длительностью qτ=τ, где q и τ - число и длительность дискрет. Тогда на выходе смесителя 16 также формируется КФМ радиоимпульс, но с частотой F=F+F:
tq
1
2
q
0
1
2
где φ(t)∈(Δφ, Δφ) - двузначная переменная начальная фаза q-x дискретов, которая изменяется в моменты t=qτ (q=0, 1, 2…). На выходе фазового СВЧ модулятора 4 в этом случае получается МЧ сигнал СВЧ, в нечетных парциальных радиоимпульсах которого при двузначной КФМ с Δφ=0 и Δφ=π она сохраняется, а во всех четных - происходит демодуляция кода. Этот МЧ сигнал СВЧ имеет вид:
0
м
Следовательно, управляемым устройством с полосовым фильтром 5 при его настройке на нечетные составляющие можно выделить КФМ радиоимпульсы СВЧ соответственно с частотами f±(2n-1)F.
0
0
c
2
1
1
4. Смешанные составные сигналы СВЧ, как следует из соотношений для предыдущих рассмотренных случаев, могут формироваться на выходе 2, если генератор кода 13 с приходом 1-го импульса запуска создает два скачка напряжения длительностью jτ, а с приходом 2-го и 3-го импульсов запуска - по одному скачку длительностью qτ=τ, открывая при этом для колебания частоты F канал фазового манипулятора 14 только с Δφ=0. В свою очередь, в цепи коммутации колебания частоты F с приходом 1-го и 3-го импульсов запуска запускается генератор 25, а с приходом 2-го - генератор 30.
с
с
2
c
с
0
M
5. Квазишумовые составные ЛЧМ сигналы с манипуляцией начальных фаз парциальных радиоимпульсов СВЧ формируются на выходе 2 следующим образом. На генератор 33 и вход 2 генератора кода 13 в каждом периоде повторения подается пачка из q запускающих импульсов с интервалами τ. В интервалах τ все элементы схемы работают как при формировании одиночных ЛЧМ радиоимпульсов. Однако генератор кода 13 переводится в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F длительностью qτ и с дискретами, равными τ. Управляемое устройство с полосовым фильтром 5 настраивается на частоты f±(2n-1)F, как и при формировании одиночных КФМ радиоимпульсов.
2
с
0
c
6. Квазишумовые ЛЧМ сигналы СВЧ с внутриимпульсной манипуляцией фазы формируются на выходе 2, если по сравнению с предыдущим случаем изменить только то, что в каждом периоде повторения подавать одиночные импульсы запуска и генератор кода 13 перевести в режим формирования КФМ радиоимпульсов частоты F с длительностью τ и дискретами τ=τ/q.
ci
м
макс
7. Квазишумовые МЧ ЛЧМ сигналы СВЧ с разными девиациями Δf=nΔF парциальных радиоимпульсов при формировании одиночных ЛЧМ радиоимпульсов, получаются на выходе управляемого устройства с полосовым фильтром 5 при его настройке на ширину спектра всех n≤2n составляющих, число которых определяется из:
ci
м
C0
0
f
1
C0
м
8. Квазишумовые МЧ ЛЧМ сигналы СВЧ с одинаковыми девиациями Δf=nΔF=Δf парциальных радиоимпульсов формируются на выходе 3 с помощью однократной гармонической фазовой модуляцией в СВЧ модуляторе 10 при F=kF≥Δf=nΔF. Остальные элементы схемы, управляющие фазовым СВЧ модулятором 4, работают в режиме формирования одиночных ЛЧМ радиоимпульсов. Сигнал на выходе 3 описывается соотношением:
макс
макс
Управляемым устройством с полосовым фильтром 11 выделяется 2r≤N парциальных ЛЧМ радиоимпульсов, где N определяется выражением:
9. МЧ сигналы СВЧ с простыми парциальными радиоимпульсами можно получить на выходе 3, если в предыдущем случае элементы схемы, управляющие фазовым СВЧ модулятором 4, перевести в режим формирования простых радиоимпульсов.
1
2
0
f
1
м
1
2
м
c
10. Составные ЛЧМ сигналы с комплексно-сопряженными парными ЛЧМ радиоимпульсами формируются в двух каналах на выходах 3 и 4. При этом на вход 3 подается положительный уровень напряжения, открывающий ключ 37 и канал фазового манипулятора с Δφ=0, на ключ 28 через инвертор подается отрицательный уровень напряжения, закрывая его и канал фазового манипулятора с Δφ=π. Каждый из двух каналов с последовательно включенными фазовыми СВЧ модуляторами 4, 10 и 4, 23 работают как при формировании МЧ сигнала вида (20). Однако управляемыми устройствами с полосовыми фильтрами 9, 22 и 11, 24 одновременно выделяется по одному парциальному ЛЧМ радиоимпульсу соответственно (+n)-му и (-n)-му из сигнала вида (13) и (-[r-1])-му и (+[r+1])-му из сигнала вида (20). При F=kF=F=F+F≥nΔF и  на выходах 3 и 4 обеспечивается необходимая зависимость f(t).
1
2
с
11. Квазишумовые составные ЛЧМ сигналы формируются на выходах 2, 3 и 4 с последующим их объединением в общем усилителе мощности. При этом на вход 3 подается положительный уровень напряжения, открывающий ключ 37 и канал фазового манипулятора с Δφ=0, на ключ 28 через инвертор подается отрицательный уровень напряжения, закрывая его и канал фазового манипулятора с Δφ=π;. По сравнению с предыдущим случаем необходимо только на генератор 33 и вход 2 генератора кода 13 в каждом периоде повторения подать пачку из q=4 импульсов запуска с интервалами τ, а импульсами формирователя 33 открывать соответственно в 1-м и 3-м интервалах управляемое устройство с полосовым фильтром 5, настроенное на (+1)-ю составляющую сигнала (13), во 2-м интервале - управляемое устройство с полосовым фильтром 22 и в 4-м интервале - управляемое устройство с полосовым фильтром 9. При этом управляемые устройства с полосовыми фильтрами 9, 22, 11 и 24 настраиваются, как и в предыдущем случае.
1
2
3
f
1
м
1
2
0
0
c
з
cl
0
м
м
c2
0
м
м
м
j
0
с
3
цj
c3
0
м
м
12. Составные ЛЧМ сигналы для РЛС с комбинированным методом обработки формируются на выходах 2, 3 и 4. При этом на вход 3 подается положительный уровень напряжения, открывающий ключ 37 и канал фазового манипулятора с Δφ=0, на ключ 28 через инвертор подается отрицательный уровень напряжения, закрывая его и канал фазового манипулятора с Δφ=π. Режимы работы фазовых СВЧ модуляторов такие же, как в предыдущем случае. Управляемые устройства с полосовыми фильтрами 5, 9 и 22 настраиваются соответственно на (+1)-ю, (+n)-ю и (+[n-1])-ю составляющие сигнала (13), а управляемые устройства с полосовыми фильтрами 11 и 24 - на (-[r-1])-ю и (-[r-2])-ю составляющие сигнала (20). Частоты F=mF=F=F+F и . При 1-м и 2-м запусках в моменты t и t+τ+t открываются соответственно управляемые устройства с полосовыми фильтрами 5 и 9 и на выходах 2 и 3 формируются зондирующие ЛЧМ радиоимпульсы с частотами f(t)=f+F+ΔF(t) и f(t)=f+F+ΔF+nΔF(t). С приходом на вход 1 формирователя 12 импульсов сопровождения целей в моменты t=t+(2τ+t)+t открывается управляемое устройство с полосовым фильтром 22 и на выходе 4 формируются гетеродинные ЛЧМ радиоимпульсы с частотой f(t)=f+F+(n-1)ΔF(t).
с
2
с
0
c
2
2
13. МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал формируется на выходе 4, при этом устройство работает следующим образом. На генератор 33 в каждом периоде повторения подаются одиночные импульсы запуска с длительностью τ (фиг.2, а), на вход 2 подается кодовая последовательность (фиг.2, 6) и генератор кода 13 переводится в режим формирования ФКМ радиоимпульсов частоты F с длительностью τ и дискретами τ=τ/q, при этом с его первого выхода на управляющий вход стробирующего каскада 7 подается кодирующая последовательность, соответствующая заданной (с входа 2) (фиг.2, в). Со второго выхода генератора кода 13 на управляющий вход стробирующего каскада 20 подается инвертированная по отношению к входной последовательность (фиг.2, г). В результате на выходе стробирующего каскада 7 получается сигнал на частоте F вида (фиг.2, д), а на выходе стробирующего каскада 20 сигнал на частоте F вида (фиг.2, е). Тогда на выходе сумматора 15 получим ФКМ сигнал вида (фиг.2, ж):
tq
1
2
q
0
1
ф
Ф
м
с
м
1
2
0
1
2
где φ(t)∈(Δφ, Δφ) - двузначная переменная начальная фаза q-x дискретов, которая изменяется в моменты t=qτ (q=0, 1, 2…). Это напряжение подается на вход смесителя 16. На второй вход смесителя поступает импульсный отклик ЛЧМ фильтра 32 с частотой F+ΔF(t) и девиацией ΔF=ΔF (фиг.3, а). На выходе смесителя 16 получается ЛЧМ радиоимпульс длительностью τ с преобразованной начальной частотой F=F+F с внутриимпульсной фазо-кодовой манипуляцией вида (фиг.3, 6). Далее этот сигнал через усилитель промежуточной частоты 8 поступает на модулирующий вход фазового модулятора 4, на второй вход которого поступает СВЧ напряжение частоты f с умножителя частоты 3. На выходе фазового СВЧ модулятора 4 в этом случае получается МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал СВЧ, в нечетных парциальных радиоимпульсах которого при двузначной ФКМ с Δφ=0 и Δφ=π она сохраняется, а во всех четных - происходит демодуляция кода, этот сигнал имеет вид (фиг.3, в):
tq
1
2
q
0
с
0
м
м
где φ(t)∈(Δφ, Δφ) - двузначная переменная начальная фаза q-x дискретов, которая изменяется в моменты t=qτ (q=0, 1, 2…), представляющий собой МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал с разными девиациями частоты парциальных ЛЧМ-ФКМ импульсов. Генератором запускающих импульсов 33, импульсом длительностью τ, (фиг.3, г) открывается управляемое устройство с полосовым фильтром 22, на котором при его настройке на нечетные составляющие можно выделить ЛЧМ-ФКМ радиоимпульсы СВЧ соответственно с частотами f±(2n-1)[F+ΔF(t)] (фиг.3, д). Выделенный ЛЧМ-ФКМ радиоимпульс СВЧ поступает на фазовый модулятор 23. На его модулирующий вход подается напряжение с выхода сумматора 34 вида (фиг.4, е):
tq
1
2
q
0
3
где φ(t)∈(Δφ, Δφ) - двузначная переменная начальная фаза q-x дискретов, которая изменяется в моменты t=qτ (q=0, 1, 2…). Оно представляет собой ФКМ радиоимпульс на частоте F. Это напряжение получается когда на вход 3 подается кодирующая последовательность (код Баркера, или М-последовательность) (фиг.4, а), которая одновременно поступает на ключи 28, 37 причем на ключ 28 она поступает через инвертор (фиг.4, б, в). Поэтому ключи 28, 37 открываются поочередно, соответственно работает канал с фазовым манипулятором или без него (фиг.4, г, д). На выходе сумматора 34 получается ФКМ радиоимпульс (фиг.4, е), который через усилитель промежуточной частоты 27 подается на модулирующий вход фазового модулятора 23. С выхода фазового модулятора 23 сигнал поступает на полосовой фильтр 24, где выделяется необходимое количество парциальных ЛЧМ ФКМ радиоимпульсов. Тогда на выходе 4 получается сигнал вида:
м
н
u
φ
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Выражение (23) описывает многочастотный ЛЧМ-ФКМ сигнал, состоящий из N парциальных ЛЧМ-ФКМ радиоимпульсов, разнесенных между собой по частоте на F, частотно-временная структура сигнала, вид спектра, двумерной автокорреляционной функции представлены на фиг.5, 6, 7, 8 соответственно. Для сравнительного анализа приведем графики зависимости: относительной ширины главного максимума одномерной АКФ - τ=Δτ/τ (фиг.9), величины первого бокового лепестка одномерной АКФ -  (фиг.10), величины максимального бокового лепестка одномерной АКФ -  (фиг.11), величины дополнительного максимума двумерной АКФ -  (Фиг.12), уровня максимального бокового лепестка двумерной АКФ -  (фиг.13) от индекса фазовой модуляции М при относительной частоте гармонической модуляции Q=1. На фиг.9-13 цифрой 1 обозначены графики зависимости для МЧ ЛЧМ сигнала, 2 соответствует МЧ ЛЧМ-ФКМ сигналу, в котором в качестве кодирующей последовательности использовался код Баркера с n=13, n=0. Графику 3 соответствует МЧ ЛЧМ-ФКМ сигналу с n=43 (М - последовательность), n=0, график 4 МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал n=97 (М - последовательность), n=0, график 5 МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал n=43 (М - последовательность), n=13 (код Баркера), график 6 МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал n=43 (М - последовательность), n=43 (М - последовательность). Данные результаты получены путем математического моделирования с использованием прикладного программного обеспечения MATLAB2009.
Таким образом, функциональные возможности предлагаемого унифицированного возбудителя простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции существенно расширены.
Поскольку данное устройство не создает экономии, сопоставительный анализ проведем на сравнении функциональных возможностей унифицированного возбудителя простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции, что является целью предлагаемой полезной модели.
При этом в качестве базового объекта выбран прототип, поскольку он отвечает необходимым требованиям, предъявляемым к подобным устройствам в настоящее время и является лучшим из известных.
В отличие от базового объекта, в котором можно сформировать известные типы простых и сложных сигналов. Предлагаемый унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции позволяет сформировать новый тип сигнала - МЧ ЛЧМ-ФКМ сигнал. Это стало возможным путем включения дополнительного канала фазового манипулятора, состоящего из инвертора 29, двух ключей 28, 37, фазового манипулятора 35, сумматора 34. При этом включение дополнительного канала фазового манипулятора не усложняет алгоритм работы схемы возбудителя в целом, но, позволяя формировать новый сложный сигнал, существенно увеличивает его функциональные возможности.
Таким образом, предлагаемый унифицированный возбудитель простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции позволяет увеличить функциональные возможности прототипа и может быть изготовлен на известном оборудовании и известными промышленными средствами.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гомозов В.И. Целесообразность унификации возбудителей простых и сложных сигналов при адаптации и оптимизации режима зондирования РЛС. - Прикладная радиоэлектроника, 2002, т.1, №1. - С.38-44.
2. Гомозов В.И., Гомозов А.В. Унификация возбудителей ансамблей простых и сложных радиоимпульсов при комбинированном методе фазовой модуляции. - Прикладная радиоэлектроника, 2002, т.1, №2. - С.181-186.