МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ РАДИОИМПУЛЬСОВ ПО НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ
MULTI-CHANNEL DEVICE FOR RADIO PULSE SUBDIVISION BY CARRIER

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения точности разделения радиоимпульсов по несущей частоте и другим информативным параметрам в системах радиотехнической разведки и пассивного целеуказания, в многоканальных радиолокационных и радионавигационных приемниках, работающих в условиях априорной неопределенности несущей частоты и уровня мощности сигналов в точке приема.
Для разделения радиосигналов по совокупности информативных параметров, таких, например, как длительность τ, период повторения T, тип модуляции и закон модулирующей функции, амплитуда E и несущая (средняя) частота f, широко используются приемные тракты, основанные на фильтровом методе, реализуемом в виде параллельного набора частотных каналов (см. М.П. Атражев, Борьба с радиоэлектронными средствами, "Военное издательство", МО СССР, М., 1972 г., стр.203). Здесь каждый канал содержит последовательно соединенные между собой полосовой радиофильтр, демодулятор, видеоусилитель и регистрирующее устройство (пороговый элемент). Заданный дискрет разделения сигналов по частоте в таких устройствах обычно соответствует рабочей полосе пропускания канала, а обеспечиваемая ими точность определяется шириной полосы пропускания радиофильтра на уровне срабатывания порогового элемента (ПЭ). Недостаток названных многоканальных устройств состоит в том, что с ростом уровня входного сигнала обеспечиваемая ими точность, а значит, и достоверность разделения существенно ниже требуемой. Последнее объясняется расширением в этих условиях полосы пропускания на уровне срабатывания ПЭ, обусловленным как конечной крутизной амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) реальных радиофильтров, так и широким спектром обрабатываемых сигналов.
Снижение точности разделения по частоте эквивалентно ухудшению частотной избирательности устройства. В условиях низкой точности неизбежна обработка сигналов при больших расстройках по сравнению с заданной рабочей полосой пропускания. Отклики радиофильтров при расстройках значительно искажены по сравнению с воздействиями. Демодуляция таких откликов и их дальнейшая обработка, связанная с разделением принимаемых сигналов по совокупностям параметров, сопряжены с грубыми ошибками.
Известны устройства, называемые детекторами-дискриминаторами, повышающие частотную избирательность приемников импульсных сигналов (см. Никитенко В.И., Известия ВУЗов СССР, Радиотехника №5, 1958, стр.527; Долгополов Ю.А., Электросвязь №1, 1972, стр.67). Они содержат соединенные входами фильтр полосы приема и фильтр полос компенсации. Полосы пропускания этих фильтров стыкуются, но не перекрываются по частоте. Выходы фильтров через детекторы подключены к входам схемы разности (устройства вычитания). В результате АЧХ детекторов-дискриминаторов получаются двухполярными, что сводит задачу разделения входных радиоимпульсов по частоте к задаче селекции выходных видеоимпульсов по полярности.
Если, например, частота входного радиоимпульса находится в полосе пропускания фильтра канала приема, то на выходе вычитающего устройства видеоимпульс имеет определенную полярность, называемую рабочей, а если за пределами этой полосы, то полярность выходного видеоимпульса изменится на противоположную.
Точность разделения по частоте радиоимпульсов, воздействующих в широком динамическом диапазоне, определяется формой результирующей АЧХ детекторов-дискриминаторов, спектром сигнала и его расстройкой по сравнению с центральной частотой полосы пропускания фильтра канала приема. Повышение точности сопряжено с увеличением прямоугольности результирующей АЧХ и ее стабильности в динамическом диапазоне воздействия, которая определяется стабильностью положения точек пересечения этой АЧХ оси частот. Последнее требует увеличения прямоугольности АЧХ, используемых в детекторах-дискриминаторах радиофильтров, т.е. усложнения этих устройств.
Построение многоканальной аппаратуры требует установки детектора-дискриминатора в каждом частотном канале, что значительно ее усложняет.
Рассматриваемое устройство реализует последетекторное разделение сигналов по частоте. Его выходной отклик не содержит информации о внутриимпульсном высокочастотном заполнении входного сигнала. Потеря этой информации является еще одним существенным недостатком детектора-дискриминатора.
Упростить многоканальную аппаратуру позволяют компенсационные устройства на дифференциальных фильтрах (Лучук A.M., Генерирование и разделение частотных сигналов в телемеханике, изд-во "Техника", К., 1966, стр.127). Здесь заданный диапазон частот разделен набором фильтрующих устройся на ряд частотных участков, а АЧХ каждого частотного участка формируется с помощью трех взаимно расстроенных по частоте фильтров и одной схемы вычитания. При этом фильтр со средней частотой настройки является фильтром основного канала (канала приема), а фильтры, настроенные на левую и правую соседние частоты, - фильтрами канала компенсации. Выход фильтра основного канала каждой тройки фильтров подключен через детектор к одному из входов схемы вычитания. Аналогично, к второму входу схемы вычитания подключены фильтры канала компенсации, входящие в данную тройку. В результате на выходах канальных схем вычитания формируются двухполярные результирующие АЧХ, а разделение сигналов по частоте, по аналогии с детектором-дискриминатором, сводится к разделению их по полярности.
Упрощение многоканальной аппаратуры здесь достигается тем, что для формирования двухполярных результирующих АЧХ и используются фильтры двух соседних по частоте каналов. То есть, при таком включении каждый фильтр каналов компенсации, за исключением двух (первого и последнего), одновременно используются в качестве фильтров основного канала. Число формирующихся при этом частотных каналов получается меньшим числа используемых фильтров на две единицы.
Однако такие недостатки как: сложность настройки по полосе пропускания, потеря информации о сигналах, действующих на частотах стыков АЧХ радиофильтров, разрушение информации, заложенной во внутриимпульсное заполнение, например, путем частотной или фазовой модуляций - присущи и компенсационным устройствам на дифференциальных фильтрах.
Точность разделения сигналов по частоте рассмотренными выше устройствами определяется шириной полосы пропускания наиболее узкополосного частотного канала. Обеспечение высокой точности связано с необходимостью сужения этой полосы. Однако, с одной стороны, такое сужение часто ограничено шириной спектра принимаемого сигнала, а с другой - заданным временем обработки.
Повысить точность разделения при достаточно широкой полосе пропускания частотного канала позволяют устройства, выполненные на основе частотных дискриминаторов на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Такой дискриминатор, реализуемый обычно на дисперсионной линии задержки (ДЛЗ), осуществляет преобразование частотных различий сигнала во временные различия. Полоса пропускания ДЛЗ может быть согласована с наиболее широкополосным сигналом. Для других, более узкополосных сигналов, полоса ДЛЗ окажется несогласованной, однако отношение сигнал/шум на выходе линии не будет ухудшено. То есть чувствительность устройства с ДЛЗ при изменении ширины спектра входных сигналов в некоторых пределах будет неизменной.
Базируясь на линейной связи в полосе ДЛЗ между частотой входного сигнала и его временной задержкой в линии, можно создать устройство, обладающее по сравнению с рассмотренными устройствами более высокой точностью разделения (см. "Радиоэлектроника за рубежом", информ. бюллетень, вып.6, 1976, стр.23). Такое устройство содержит входной усилитель сигналов промежуточной частоты (УПЧ), ДЛЗ и два детектора огибающей (ДО). Вход первого ДО соединен с выходом УПЧ непосредственно, а вход второго ДО - через ДЛЗ. Выходы детекторов через видеоусилители подключены к счетчику временных интервалов.
Действующий на входе сигнал с неизвестной частотой детектируется и через видеоусилитель запускает счетчик временных интервалов. Сигнал с выхода линии задержки детектируется, усиливается и используется для останова счетчика. Поскольку величина временной задержки сигнала в линии пропорциональна его средней частоте, то по показанию счетчика временных интервалов судят о частоте входного сигнала.
Недостатком рассмотренного устройства является отличие формы выходного отклика ДЛЗ от формы входного сигнала. Искажение формы входного сигнала объясняется нелинейностью фазовой характеристики ДЛЗ. Анализ параметров таких откликов приводит к ошибкам в решении задач разделения сигналов по информативным параметрам, что ограничивает возможности широкого практического использования рассмотренного устройства.
Повысить точность разделения радиосигналов по несущей частоте, а значит, и по другим информативным параметрам, при одновременном сохранении формы сигнала и упрощении частотно-избирательных элементов позволяет устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №967240. По решаемым задачам и технической сути это устройство наиболее близко к заявляемому. Выберем его в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит N фазовых детекторов, N+1 первых полосовых фильтров, N вторых полосовых фильтров, N закрытых ключей и N-1 открытых (дополнительных) ключей, N элементов задержки и N-1 дополнительных элементов задержки, N-1 сумматоров, N фазоинверторов, N соединенных последовательно режекторов коротких выбросов напряжения и пороговых элементов. Первый вход j-го фазового детектора (j=1, 2, …, N) соединен с выходом j+1 первого полосового фильтра непосредственно, а второй вход j-го фазового детектора - с выходом j-го первого полосового фильтра через фазоинвертор. Точка соединения входов полосовых фильтров является входом устройства, между выходом j-го второго полосового фильтра и входом j-го ключа включен первый элемент задержки, между выходом j+1 первого полосового фильтра и входом j-го дополнительного ключа включен второй элемент задержки, между выходом j-го фазового детектора и входом j-го режектора коротких выбросов напряжения включен вентиль, между выходами j-го и j+1 пороговых элементов включен сумматор, выход которого соединен с управляющим входом j-го дополнительного ключа. Выход j-го порогового элемента соединен с управляющим входом j-го ключа. Выходы ключей и дополнительных ключей являются соответствующими выходами устройства, причем открытые ключи связаны с четными частотными каналами, а закрытые - с нечетными.
Наличие в устройстве-прототипе фазовых детекторов, фазоинверторов, режекторов коротких выбросов напряжения, пороговых элементов, элементов задержки, ключей и сумматоров позволяет: повысить прямоугольность канальных АЧХ и ее стабильность в динамическом диапазоне радиоимпульсного воздействия, реализовать додетекторное разделение сигналов по частоте, упростить радиофильтры до одиночных резонансных контуров (ОРК), упростить настройку аппаратуры.
Повышение прямоугольности АЧХ каждого нечетного частотного канала и ее стабильность в динамическом диапазоне входных воздействий здесь достигается частотнозависимым взаимодействием между АЧХ и фазочастотными характеристиками (ФЧХ) двух нечетных по порядковому номеру ОРК (первых полосовых фильтров) с характеристикой соответствующего фазового детектора.
Наличие в прототипе элементов задержки, ключей и сумматоров позволяет реализовать додетекторное разделение сигналов по частоте и тем самым сохранить их внутриимпульсную структуру. Это достигается путем частотно-избирательной коммутации (стробирования) выходных радиосигналов фильтров продетектированными сигналами фазовых детекторов (ФД).
Высокая точность и достоверность разделения одиночных радиоимпульсов, принимаемых в различных частотных каналах, как в прототипе, так и в рассмотренных аналогах, достигается в том случае, когда эти импульсы не перекрываются во времени. При перекрытии импульсов во времени происходит их взаимное подавление, вызванное нелинейным взаимодействием сигналов в ФД. Подавление может быть полным или частичным, в зависимости от соотношения между амплитудами входных сигналов. Оно наиболее интенсивно при одновременном воздействии импульсов в соседних частотных каналах.
Полное подавление исключает возможность стробирования соответствующего линейного частотного канала, что приводит к потере информации о несущей частоте и других параметрах сигнала. При частичном подавлении изменяется время стробирования, чем вносятся искажения в принимаемый сигнал. Как полная потеря, так и вносимые искажения параметров сигнала в данном случае являются следствием отсутствия достоверной информации об его несущей частоте и длительности.
Таким образом, недостатком прототипа является низкая достоверность разделения по несущей частоте сигналов, принимаемых в соседних каналах, при перекрытии их во времени воздействия.
Целью настоящего изобретения является повышение достоверности разделения сигналов, перекрывающихся во времени воздействия.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее N полосовых радиофильтров, N электронных аналоговых ключей, элемент задержки и блок демодулирующих устройств, введены: недисперсионная линия задержки (НЛЗ), линейный радиоусилитель, ключевой элемент, дисперсионная линия задержки (ДЛЗ), два блока сигнала биений, два детектора огибающей (ДО), четыре дифференцирующих цепи (ДЦ), суммирующий элемент, генератор короткого импульса, формирователь короткого импульса, генератор коммутирующего импульса, два блока временной развертки, 2 N электронных ключей, N сумматоров "ИЛИ", N элементов совпадения "И" и N формирователей длинных импульсов. Вход линейного радиоусилителя и вход НЛЗ соединены в общую точку, которая является входом устройства. Выход линейного радиоусилителя соединен с входом второго ДО, одновременно выход линейного радиоусилителя через последовательно соединенные между собой ключевой элемент, ДЛЗ, первый ДО, вторую ДД, суммирующий элемент и формирователь короткого импульса подключен к первому входу каждого элемента совпадения; а через последовательно соединенные между собой второй блок сигнала биений, третью ДЦ и элемент задержки выход линейного радиоусилителя соединен с входом первого блока временной развертки. Выход каждого элемента совпадения, начиная с первого по порядковому номеру элемента совпадения, через формирователь длинного импульса соединен с управляющим входом соответствующего аналогового ключа, одновременно выход каждого элемента совпадения соединен с соответствующей клеммой первой группы выходов устройства. Выход третьей ДЦ через генератор коммутирующего импульса соединен с управляющими входами всех электронных ключей, а через генератор короткого импульса выход третьей ДЦ подключен к управляющему входу ключевого элемента. Выход второго ДО через четвертую ДЦ подключен к входу второго блока временной развертки. Каждый из N выходов первого блока временной развертки, начиная с первого по порядковому номеру выхода, через электронный ключ соединен с первым входом одноименного по порядковому номеру сумматора, аналогично каждый из N выходов второго блока временной развертки через электронный ключ подключен к второму входу соответствующего сумматора. Выход каждого сумматора соединен со вторым входом одноименного по порядковому номеру элемента совпадений, а выход ДЛЗ через последовательно соединенные первый блок сигнала биений и первую ДЦ подключен к второму входу суммирующего элемента. Сигнальные входы аналоговых ключей соединены с выходом НЛЗ, а сигнальный выход каждого ключа через полосовой радиофильтр подключен к соответствующему входу блока демодулирующих устройств, выходы которого соединены с соответствующими клеммами второй группы выходов устройства.
Включение в известное устройство ДЛЗ позволило преобразовать частотные различия сигналов во временные различия, то есть поставить в соответствие каждому частотному интервалу вполне определенный временной интервал. Последнее реализуется на основе линейной зависимости, связывающей частоту входного сигнала с временем задержки его в ДЛЗ. Линейный радиоусилитель обеспечивает подавление внеполосных помех, чем достигается уменьшение числа ошибочных решений о частоте входных сигналов в условиях изменения их амплитуды в широких пределах. Этим обеспечивается требуемая однозначность между частотными интервалами входных сигналов ДЛЗ и временными интервалами сигналов на выходе формирователя коротких импульсов. Блоки временной развертки обеспечивают формирование сигналов, временное положение и длительность которых строго соответствуют выбранным частотным интервалам, совпадающим с полосами пропускания линейных радиофильтров. Разделение перекрывающихся во времени сигналов по частоте в предлагаемом устройстве основано на принятии решения о несущей частоте входного сигнала по результату совпадения моментов появления сигнала формирователя коротких импульсов, установленного на выходе ДЛЗ и соответствующего импульса блока временной развертки. Достоверное разделение сигналов в указанном случае достигается временной увязкой моментов запуска блоков временной развертки с моментом перекрытия двух сигналов с различными несущими частотами по времени воздействия. Временная увязка названных моментов реализуется введением двух блоков временной развертки, 2 N ключей, второго блока сигнала биений, элемента задержки, генератора короткого импульса и генератора коммутирующего импульса. Устранение ошибок в случае перекрытия сигналов на выходе ДЛЗ достигается временной увязкой момента названного перекрытия с соответствующим импульсом блоков временной развертки. Последнее реализуется введением первого блока сигнала биений и суммирующего элемента. Введением линейного радиоусилителя, ДЛЗ, первого и второго ДО, дифференцирующих цепей, формирователя короткого импульса, блоков временной развертки, сумматоров, элементов совпадения и формирователей длинных импульсов обеспечивается разделение входных сигналов по несущей частоте с точностью до выбранного частотного интервала. Выделение совпадающих во времени воздействия сигналов, принимаемых на разных частотных интервалах, в предлагаемом устройстве достигается путем разнесения по времени моментов частотнозависимого стробирования каналов с соответствующими линейными полосовыми радиофильтрами. При этом канал стробируется только в том случае, когда несущая частота принимаемого сигнала находится в его полосе пропускания. Поскольку в полосе пропускания НЛЗ и радиофильтра АЧХ близка к постоянной величине, а фазочастотная характеристика линейна, то отклики частотного канала практически не искажаются по сравнению с входными сигналами. Этим обеспечивается высокая степень соответствия результатов демодулирования той информации, которая заложена в параметры входных сигналов, а значит, и высокая достоверность разделения и идентификации сигналов по совокупностям информативных параметров, которые осуществляются системой в целом.
Таким образом, введение в известное устройство НЛЗ, линейного радиоусилителя, ключевого элемента, ДЛЗ, двух блоков сигнала биений, двух ДО, четырех ДЦ, суммирующего элемента, генератора короткого импульса, формирователя коротких импульсов, генератора коммутирующего импульса, двух блоков временной развертки, 2 N электронных ключей, N сумматоров, N элементов совпадений и N формирователей длинных импульсов, при соответствующих связях позволило повысить достоверность разделения сигналов по несущей частоте и сохранить их информативные параметры в условиях перекрытия этих сигналов по времени воздействия.
Сущность изобретения поясняется блок-схемой устройства, представленной на фиг.1.
Многоканальное устройство разделения радиоимпульсных сигналов по несущей частоте, фиг.1, содержит: НЛЗ 1, линейный радиоусилитель 2, второй ДО 3, ключевой элемент 4, генератор коротких импульсов 5, ДЛЗ 6, первый блок сигнала биений 7, четвертую ДЦ 8, генератор коммутирующего импульса 9, второй блок сигнала биений 10, первый ДО 11, третью ДЦ 12, второй блок временной развертки 13, электронные ключи 14-i (i=1, 2, …, N), электронные аналоговые ключи 15-i, первую ДЦ 16, вторую ДЦ 17, суммирующий элемент 18, полосовые радиофильтры 19-i, формирователь короткого импульса 20, элемент задержки 21, первый блок временной развертки 22, электронные ключи 23-i, блок демодулирующих устройств 24, сумматоры 25-i, элементы совпадения 26-i, формирователи длинных импульсов 27-i.
Вход линейного радиоусилителя 2 и вход НЛЗ соединены в общую точку, являющуюся входом устройства. Выход линейного радиоусилителя 2 соединен с входом второго ДО 3, одновременно выход линейного радиоусилителя 2 через последовательно соединенные между собой ключевой элемент 4, ДЛЗ 6, первый ДО 11, вторую ДЦ 17, суммирующий элемент 18 и формирователь короткого импульса 20 подключен к первому входу каждого элемента совпадений 26-i, а через последовательно соединенные между собой второй блок сигнала биений 7, третью ДЦ 12 и элемент задержки 21 выход линейного радиоусилителя соединен с входом первого блока временной развертки 22. Выход каждого элемента совпадения 26-i, начиная с первого по порядковому номеру элемента совпадения, через формирователь длинного импульса 27-i соединен с управляющим входом соответствующего электронного аналогового ключа 15-i, одновременно выход каждого элемента совпадения 26-i соединен с соответствующей клеммой первой группы выходов устройства. Выход третьей ДЦ 12 через генератор коммутирующего импульса 9 соединен с управляющими входами ключей 14-i и с управляющими входами ключей 23-i, а через генератор короткого импульса 5 выход третьей ДЦ 12 подключен к управляющему входу ключевого элемента 4. Выход второго ДО 3 через четвертую ДЦ 8 подключен к входу второго блока временной развертки 13. Каждый из N выходов первого блока временной развертки 22, начиная с первого по порядковому номеру выхода, через ключ 23-i соединен с первым входом одноименного по порядковому номеру сумматора 25-i, аналогично, каждый из N выходов второго блока временной развертки 13 через ключ 14-i подключен к второму входу соответствующего сумматора 25-i. Выход каждого сумматора 25-i соединен с вторым входом одноименного по порядковому номеру элемента совпадений 26-i, а выход ДЛЗ 6 через последовательно соединенные первый блок сигнала биений 10 и первую ДЦ 16 подключен к второму входу суммирующего элемента 18. Сигнальные входы электронных аналоговых ключей 15-i соединены с выходом НЛЗ 1, а сигнальный выход каждого ключа 15-i через полосовой радиофильтр 19-i подключен к соответствующему входу блока демодулирующих устройств 24. Выходы блока 24 соединены с соответствующими клеммами второй группы выходов устройства.
Все узлы предлагаемого устройства построены по известным схемам. НЛЗ 1, как и ДЛЗ 6, выполнены в виде твердотельных конструкций, использующих ПАВ. Линейный радиоусилитель 2 построен на транзисторах с линейным участком амплитудной характеристики 15…25 дБ. ДО 3, 11 построены на полупроводниковых диодах по схеме последовательного детектора. В качестве формирователя импульсов 20, формирователей длинных импульсов 27-i, генератора коротких импульсов 5 и генератора 9 используются ждущие мультивибраторы типа 218АГ1. Элементы совпадения 26-i выполнены на микросхемах 133 серии (типа 133ЛАЗ). Электронные ключи 15-i и ключевой элемент 4 собраны на полупроводниковых диодах с транзисторными управителями. В качестве полосовых радиофильтров могут использоваться как радиочастотные усилители с сосредоточенными LC элементами, так и усилители с радиофильтрами на ПАВ. Блоки сигнала биений 7, 10 выполнены по схеме, показанной на фиг.2. Каждый из них содержит: нелинейный элемент 28, фильтр нижних частот (ФНЧ) 29 и ДО 30. В качестве нелинейного элемента 28 используется полупроводниковый диод, а ФНЧ 29 и ДО 30 по построению аналогичны элементам 3, 11. Элемент суммирования 18 построен по схеме, включающей полупроводниковые диоды и резистор. Блоки 13, 22 выполнены по идентичным схемам. Схема, одного блока временной развертки приведена на фиг.3. Блоки 13, 22 содержат N последовательно соединенных между собой генераторов временных интервалов 31-i. Генераторы 31-i выполнены на микросхеме 218АГ1. Ключи 14-i, 23-i построены по схемам логического переключения на микросхемах 133ЛАЗ. Блок 24 выполнен по схеме, показанной на фиг.4. Он включает в себя ряд демодулирующих устройств, установленных в каждом частотном канале (на фиг.4 показан случай использования трех демодулирующих устройств). Выходы одноименных демодуляторов каждого канала через соответствующие согласующие элементы 37-j (j=1, 2, …, m) соединены с конкретными выходами блока 24. Блок демодулирующих устройств, фиг.4, содержит разветвители сигналов 32, 33; амплитудные 34, частотные 35 и фазовые 36 демодуляторы; согласующие элементы 37-j. Разветвители 32, 33 и согласующие элементы 37-j построены на эмиттерных повторителях. Амплитудные 34, частотные 35 и фазовые 36 демодуляторы выполнены по схемам амплитудных, частотных и фазовых детекторов соответственно. Блок 24 построен так, что каждому конкретному номеру его выхода соответствует тот или иной вид модуляции входного радиосигнала и номер частотного канала.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства, фиг.1. Для этого воспользуемся диаграммами, показанными на фиг.5. На фиг.5 в идеализированном виде представлены:
1
38, 69 - входные радиоимпульсы различной длительности с несущей частотой, равной f;
2
39, 70 - входные радиоимпульсы с несущей частотой f;
40 - дисперсионная характеристика линии задержки 6;
41, 42, 65, 66 - выходные радиоимпульсы ДЛЗ 6;
43, 44, 45, 46 - импульсы блоков временной развертки 13, 22 соответственно на первом, втором, третьем и N-м выходах;
67 - радиоимпульс на выходе ФНЧ боков сигнала биений 7, 10;
68 - сигнал на выходе блоков сигнала биений 7, 10;
47, 57, 50, 58 - сигналы на выходе элементов совпадения 26-i;
55, 56 - сигналы на выходе формирователя 20 при перекрытии двух входных радиоимпульсов во времени;
48, 51, 59, 60 - сигналы на выходах формирователей длинных импульсов 27-i;
49, 52 - выходные видеосигналы ДО 3;
54, 53 - выходные видеоимпульсы ДО 11;
61, 63, 62, 64 - сигналы на выходах ключей 15-i;
н
к
р
НЧ
р
НЧ
f, f - начальная и конечная (крайние) частоты полосы пропускания ДЛЗ 6 - ΔF; ΔF=ΔF=ΔF, где ΔF - полоса разделения сигналов по радиочастоте, ΔF - полоса пропускания ФНЧ блоков сигнала биений 7, 10;
н
к
t, t - начальный и конечный моменты временной задержки сигналов в ДЛЗ 6; Δf - выбранный дискрет разделения сигналов по несущей частоте, совпадающий с полосой пропускания частотного канала и соответствующий временному дискрету ΔT;
3i
t - текущее значение временной задержки сигналов в ДЛЗ;
1
2
1
2
τ, τ - длительность радиоимпульсов с частотами заполнения равными соответственно f и f;
Δτ - временной сдвиг между перекрывающимися во времени входными сигналами.
1
1
1
2
1
2
1
2
Работу устройства рассмотрим для двух случаев. В первом случае будем считать, что на входе устройства, Фиг.1, действует один радиоимпульс длительностью τ и несущей частотой f. Для второго случая предположим, что на входе устройства действуют два перекрывающихся во времени радиоимпульса с длительностями соответственно: τ и τ и несущими частотами f и f. Несущие частоты сигналов f, f находятся в полосе пропускания линейного радиоусилителя 2 и линий задержки 1, 6. Центральные частоты, полосы пропускания и временные интервалы T линий 1, 6 выбираются одинаковыми.
1
1
р
В исходном состоянии ключи 15-i и 23-i закрыты, а ключевой элемент 4 и ключи 14-i открыты. Поступающий на вход радиоимпульс с частотой f и длительностью τ усиливается в линейном радиоусилителе 2, детектируется в детекторе 3 и, пройдя дифференцирующую цепь 8, запускает первый генератор временного интервала (ГВИ) блока 13 (ГВИ 31-1 на фиг.3). Выходной импульс ГВИ 31-1 задним фронтом запускает второй ГВИ (ГВИ 31-2). Выходной импульс ГВИ 31-2 запускает ГВИ 31-3 и т.д. Импульсы, формируемые на выходах блока 13, которые одновременно являются и выходами ГВИ 31-i, для случая четырех ГВИ в блоке временной развертки показан на фиг.5 кривыми 43…46. Задний фронт импульса каждого ГВИ соответствует конкретному значению временного дискрета ΔT, связанного с полосой пропускания соответствующего частотного канала Δf через дисперсионную характеристику 40 ДЛЗ 6. Формируемыми на выходах ГВИ 31-i импульсами, таким образом, перекрывается весь временной интервал T, связанный через дисперсионную характеристику ДЛЗ 6 с полосой разделения сигналов по частоте ΔF=ΔF. Выходной импульс каждого ГВИ 31-i, начиная с ГВИ 31-1, через ключ 14-i и сумматор 25-i поступает на первый вход соответствующего элемента совпадений 26-i.
1
31
Пройдя линию задержки 6, входной радиоимпульс (крив. 41 на фиг.5) детектируется ДО 11, дифференцируется в элементе 17 и через суммирующий элемент 18 запускает формирователь коротких импульсов 20. Поскольку сигналу с частотой f соответствует задержка в линии 6 во времени на величину t, то импульс формирователя 20 (крив. 47 на фиг.5) совпадает во времени с импульсом второго ГВИ (ГВИ 31-2 блока 13, диаграмма 44 на фиг.5). В результате на выходе второго элемента совпадений (элемент 26-2 на фиг.1) будет сформирован импульс (первый импульс диаграммы 55 на фиг.5), который запустит второй формирователь длинного импульса (формирователь 27-2 на фиг.1). Импульсом формирователя 27-2 (диаграмма 48 на фиг.5) откроется ключ 15-2, через который, по истечении времени 2T, равном задержке в линии 1, входной сигнал начнет воздействовать на вход второго радиофильтра (элемент 19-2 на фиг.1).
1
Так как f находится в пределах второго по порядковому номеру частотного интервала Δf, а последний выбран совпадающим с полосой пропускания второго частотного канала (с полосой фильтра 19-2), то несущая частота сигнала, поступающего на соответствующий вход демодулятора, оказывается в полосе пропускания этого канала. Вносимые частотным каналом искажения сигнала, как уже отмечалось, в данных условиях минимальны, а значит, извлекаемая в результате последующего демодулирования информация будет наиболее достоверна.
макс
макс
Следовательно, если на вход устройства, фиг.1, действует одиночный радиоимпульс, то на определенный промежуток времени открывается только один из ключей 15-i, через который данный сигнал (крив. 61 на фиг.5) проходит на вход соответствующего радиофильтра. Названный промежуток выбирается не меньшим, чем 2T. Исходя из требования временного согласования сигналов на управляющих и сигнальных входах ключей 15-i его наибольшее значение может не превышать 2T+к·τ, где к - некоторое число, большее единицы, а τ - наибольшая длительность обрабатываемых сигналов. Извлекаемая в результате демодулирования информация о параметрах входного сигнала поступает на соответствующий выход блока 24.
1
1
2
ф
ф
1
2
1
31
2
32
Предположим теперь, что на входе устройства фиг.1 действуют одновременно два радиоимпульса, сдвинутые во времени на Δτ (см. фиг.5, крив. 38, 39). Импульсы 38, 39 перекрываются во времени воздействия. Интервал перекрытия равен τ-Δτ. На этом интервале в блоке 7 образуется сигнал с разностной частотой f=|f-f| (сигнал биений). Сигнал биений на выходе фильтра 29 блока 7 показан на фиг.5 кривой 67. После дифференцирования цепью 12 выходной сигнал блока 7 (крив. 68 на фиг.5) запускает генератор короткого импульса 5 и генератор коммутирующего импульса 9. Генератор 5 срабатывает и на небольшой промежуток времени δt≈ΔT/5≈τ, где τ - длительность переднего фронта входного сигнала, закрывает открытый в исходном состоянии ключевой элемент 4. После окончания импульса генератора 5 элемент 4 открывается и на вход ДЛЗ 6 начинают действовать одновременно два сигнала с частотами f, f для которых Δτ=0. Выходной импульс генератора 9 на интервал времени T закрывает ключи 14-i, установленные на выходах блока 13, и открывает ключи 23-i, установленные на выходах блока 22. После задержки на промежуток времени δt в элементе 21 выходной сигнал ДЦ 12 запускает ГВИ 31-1 первого блока временной развертки 22. С этого момента на вторые входы элементов совпадения 26-i начинают поступать импульсы временной развертки с выходов блока 22, начало которой совпадает во времени с моментом воздействия сигналов на вход ДЛЗ 6. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется временная увязка момента воздействия двух сигналов на вход ДЛЗ 6 с моментом запуска временной развертки. Пройдя линию задержки 6, импульс с частотой f задерживается во времени на величину t, а импульс с частотой f - на величину t (крив. 41, 42 на фиг.5).
На вход формирователя 20 через суммирующий элемент 18 воздействует продифференцированная огибающая выходного сигнала ДЛЗ 6 (крив. 54 на фиг.5). Формирующиеся в элементе 20 короткие импульсы (диаграмма 55 на фиг.5) поступают на первые входы элементов совпадения 26-i. Так как первый импульс диаграммы 55 совпадает во времени с выходным сигналом ГВИ 31-2 блока 22, а второй импульс - с выходным сигналом ГВИ 31-3 этого блока, то на выходах соответствующих элементов совпадения 26-i образуются короткие импульсные сигналы (крив. 47 и 57 на фиг.5). Сигналами 47, 57 запускаются второй 27-2 и третий 27-3 генераторы длинных импульсов, выходным напряжением которых открываются ключи второго и третьего частотных каналов (элементы 15-2 и 15-3 на фиг.1).
1
2
Сигнал с частотой f через ключ 15-2 поступает, как и в предыдущем случае, на вход второго радиофильтра (крив. 61 на фиг.5), а сигнал с частотой f - на вход третьего радиофильтра (крив. 62 на фиг.5). После демодулирования эти сигналы проходят на соответствующие клеммы второй группы выходов (выходы блока 24). Информация о несущей частоте этих сигналов поступает на соответствующие клеммы первой группы выходов (Вых.1 на фиг.1). В нелинейном элементе 28 блока 10, в отличие от блока 7, сигнала с частотой биений не возникает, так как импульсы 41, 42 (фиг.5) не перекрываются во времени.
1
2
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
В условиях реального радиолокационного поля возможны ситуации, когда τ (τ) существенно отличается от τ (τ). При этом τ, как и τ, могут быть сравнимы с T и даже превышать T. Один из подобных случаев иллюстрируется диаграммами 69, 70, показанными на фиг.5. Частоты сигналов 69, 70, как и прежде, равны f и f. В рассматриваемом случае выходные сигналы ДЛЗ 6 перекрываются во времени (диагр. 65, 66 на фиг.5). На интервале перекрытия сигналов 65, 66 во времени в нелинейном элементе 28 блока 10 образуется сигнал с частотой, равной |f-f| (крив. 67 на фиг.5). Этот сигнал выделяется фильтром 29 блока 10 и после дифференцирования воздействует через суммирующий элемент 18 на вход формирователя коротких импульсов 20. В результате на первые входы элементов совпадения 26-i поступают два коротких импульса формирователя 20 (см. крив. 56 на фиг.5). Передний фронт первого импульса диаграммы 56 практически совпадает с передним фронтом импульса с частотой f, а передний фронт второго импульса диаграммы 56 соответствует временному положению переднего фронта радиоимпульса с частотой f. Поскольку временная развертка (импульсы 43…46 на фиг.5) запускается выходным откликом блока 7, то все процессы, характеризующие работу устройства, фиг.1, в рассматриваемой ситуации, аналогичны описанным выше. То есть импульсами элементов совпадения 26-2 и 26-3 (диагр. 50, 56 на фиг.5) через формирователи длинных импульсов открываются ключи соответствующих частотных каналов и входные сигналы, задержанные линией 1 на время 2 T, поступают на входы радиофильтров этих каналов (диагр. 63, 64 на фиг.5).
Работа устройства, фиг.1, практически ничем не отличается от описанной и при других ситуациях временного перекрытия входных радиоимпульсов.
Стробированием частотных каналов, в полосе пропускания которых находится неизвестная заранее несущая частота входного воздействия в предлагаемом устройстве, обеспечивается, с одной стороны, неискаженная передача сигналов на входы демодулирующих устройств, а с другой - защита этих устройств от внеполосных помех в моменты отсутствия сигнала. Последнее достигается тем, что ключи 15-i, установленные на входах частотных каналов открываются на сравнительно короткий отрезок времени и лишь в том случае, когда несущая частота сигнала находится в рабочей полосе пропускания, где АЧХ канала равномерна, а его ФЧХ линейна. При равномерной АЧХ и линейной ФЧХ, как известно, любой четырехполюсник не вносит искажений в передаваемый сигнал. Известно также, что заданная вероятность правильного обнаружения сигнала Pобн. и вероятность правильной оценки Pоц. его параметров достигаются при различных отношениях сигнал/шум на входе устройства. Например, Pобн.=0,95 обычно достигается при отношении сигнал/шум, равном 2…3, а для обеспечения Pоц.=0,95 требуется отношение сигнал/шум, равное 5…6. В предлагаемом устройстве функции обнаружения и оценки параметров решаются различными блоками, что позволяет обеспечить указанные отношения сигнал/шум. Блок обнаружения предлагаемого устройства является двухканальным. В первый канал входят последовательно соединенные между собой полосовой линейный радиоусилитель 2, ДЛЗ 6, ДО 11, ДЦ 17, сумматор 18 и формирователь импульсов 20. Второй канал составляют: ДО 3, ДЦ 8 и последовательно соединенные между собой ГВИ 31-i блока 13. Выходы каналов объединяются в элементах совпадения 26-i. Выходы элементов 26-i по существу являются выходами блока обнаружения. По наличию отклика на выходе того или иного элемента совпадения 26-i принимается решение о несущей частоте входного сигнала.
ф
ф
В состав блока оценки параметров входит параллельный набор полосовых радиофильтров 19-i с ключами 15-i на входе и демодулирующими устройствами на выходе (блок 24 на фиг.1). Полосы пропускания радиофильтров Δf≈1…1,2Δf<ΔF, где ΔF - полоса пропускания блока обнаружения по радиочастоте (полоса линейного радиоусилителя 2, ДЛЗ 6). Поскольку Δf<ΔF, то отношение сигнал/шум на входах демодулирующих устройств получается более высоким по сравнению с данным параметром на входе блока обнаружения.
ф
ф
Требуемое отношение сигнал/шум в рассмотренных блоках регулируется подбором отношения ΔF/Δf, а также изменением полос пропускания детекторов огибающей и дифференцирующих цепей. Так, при ΔF=20 МГц, а Δf≈3 МГц легко достигается требуемое Pобн.=Pоц.=0,95 при отношении сигнал/шум на входе устройства, близком к 2…3.
Таким образом, введение в известное устройство недисперсионной линии задержки, линейного радиоусилителя, ключевого элемента, дисперсионной линии задержки, двух блоков сигнала биений, двух детекторов огибающей, четырех дифференцирующих цепей, двух блоков временной развертки, суммирующего элемента, генератора короткого импульса, формирователя короткого импульса, генератора коммутирующего импульса, N сумматоров, N элементов совпадения, N формирователей длинных импульсов, 2 N электронных ключей, а также соответствующих связей между названными элементами, позволило повысить достоверность разделения радиоимпульсных сигналов по несущей частоте при сохранении их информативных параметров в случае перекрытия импульсов во времени воздействия.
ф
Ранее на предприятии изготовлен макет 4-канального устройства с перекрывающимися частично по частоте полосами пропускания Δf≈2.5 МГц и стыкующимися частотными интервалами Δf=2.5 МГц. В макете использовалась ДЛЗ с ΔF=10 МГц и T=10 мкс.
ф
Испытания макетов предлагаемого устройства и прототипа произведены в условиях воздействия на их входы радиоимпульсов, близких к прямоугольным. Динамический диапазон изменения амплитуд входных радиоимпульсов составлял 30 дБ. На входе макетов устанавливался усилитель с коэффициентом усиления, близким к 1000 и полосой пропускания ΔF≈15 МГц. Протяженность линейного участка амплитудной характеристики радиоусилителя была близкой к 20 дБ. Изменение Δf частотных каналов предлагаемого устройства и прототипа в рассмотренных условиях было практически одинаковым и близким к 20%. Однако при перекрытии двух входных сигналов во времени в прототипе наблюдалось как полное взаимное подавление откликов на выходах фазовых детекторов, что приводило к потере информации о сигналах, так и отклонение длительности выходных откликов от аналогичного параметра входных воздействий. В аналогичных условиях испытания в предлагаемом устройстве искажения сигналов и их подавление не наблюдались.
Простота построения предлагаемого устройства, его относительно несложная настройка, сохранение информативных параметров сигналов наряду с высокими точностью и достоверностью разделения по несущей частоте радиоимпульсов, перекрывающихся во времени воздействия, являются основой перспективности использования данного технического решения при построении приемных устройств радиотехнических систем анализа и разделения сигналов по информативным параметрам, работающих в условиях априорной неопределенности несущей частоты и уровня мощности в точке приема.