УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY DEVIATION OF CHIRP SIGNALS

Устройство для анализа параметров модуляции сложных радиолокационных сигналов.
Изобретение относится к устройствам приема и анализа радиолокационных сигналов с внутриимпульсной частотной модуляцией (ЛЧМ) и фазовой 0, π манипуляцией (ФМ), параметры модулирующих функций которых изменяются в широких пределах, и предназначено для использования в системах радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ).
В настоящее время известны устройства для определения вида внутриимпульсной модуляции сложных радиолокационных сигналов и измерения параметров их модулирующих функций, реализованные на основе автокорреляционного метода. В данном методе для различения сигналов и измерения их параметров модуляции используются низкочастотные продукты перемножения задержанного и незадержанного радиосигналов.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство, которое решает задачу различения сигналов с ЛЧМ и бинарной ФМ, а также формирует в двоичном коде информацию о величине девиации частоты ЛЧМ сигналов и числе перебросов фазы в коде ФМ сигналов. Устройство отличается простотой технической реализации, высокой надежностью. Недостатками известного устройства являются узкий диапазон частот при обработке ФМ сигналов, узкий рабочий диапазон изменения параметров модуляции анализируемых сигналов, низкая чувствительность измерительного канала при обработке ЛЧМ сигналов, низкая точность измерения девиации частоты.
В качестве второго аналога рассмотрим устройство, которое  выполняет аналогичные функции, но по сравнению с первым аналогом имеет более высокую чувствительность измерительного канала при обработке ЛЧМ сигналов. Недостатками данного устройства является узкий рабочий диапазон изменения параметров модуляции сигналов, узкий диапазон частот при обработке ФМ сигналов, низкая точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840896 по заявке 2206387 от 05.07.1976, которое производит различения ЛЧМ и ФМ сигналов, а также в двоичном коде формирует информацию о величине девиации частоты ЛЧМ сигналов и числе перебросов фазы в коде ФМ сигналов. Известное устройство по сравнению с первым и вторым аналогами имеет более широкий рабочий диапазон частот, широкий диапазон изменения параметров модуляции сигналов, высокую достоверность различения сигналов и более высокую точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов. В известном устройстве девиация частоты Δf ЛЧМ сигналов определяется по формуле:
Δf=N·К,
где N - количество полупериодов напряжения биений на выходе автокоррелятора;
К - масштабный коэффициент, определяющий количество мегагерц, приходящихся на один полупериод напряжения биений.
Устройство позволяет получить удовлетворительные результаты оценки девиации частоты при достаточно больших отношениях сигнал/шум и при гладкой (неискаженной) форме огибающих ЛЧМ сигналов. Такая ситуация имеет место, когда разведуемый источник находится на расстоянии, не превышающем дальность радиогоризонта систем РТР и ПСЦУ.
Исключительно важной задачей систем РТР и ПСЦУ является обнаружение и измерение параметров радиосигналов, источники излучения которых, находятся на расстояниях, значительно превышающих дальность радиогоризонта. При этом перехваченные радиосигналы искажены помехами. Искажения сигналов проявляются главным образом в искажении структуры их огибающих. Искажения огибающих ЛЧМ сигналов приводят к искажению формы сигнала биений на выходе автокоррелятора, что существенно ухудшает точность измерения девиации частоты.
Проиллюстрируем вышесказанное на примере ЛЧМ сигнала с девиацией частоты Δf=10 мГц, длительностью τ=10 мкс и К=1 мГц. На фиг.1а представлено напряжение биений на выходе автокоррелятора при неискаженной огибающей анализируемого ЛЧМ сигнала.
После соответствующих преобразований напряжения биений на выходе пороговой схемы формируются стандартные видеосигналы (фиг.1б), количество которых N=10 равно количеству полупериодов напряжения биений. Таким образом, измеренная величина девиации частоты ЛЧМ сигнала равна 10 мГц (Δf=N·К=10·1=10 (мГц)).
На фиг.2а представлен график напряжения биений на выходе автокоррелятора, полученный экспериментально при исследовании ЛЧМ сигналов с искаженными огибающими.
1
1
Из сравнения фиг.1а и фиг.2а видно, что формы напряжения биений различны. Искажения в напряжении биений приводят к тому, что на выходе пороговой схемы формируются видеоимпульсы, количество которых N>N (фиг.2б), т.е. происходит увеличение количества импульсов за счет дробления основных видеосигналов, соответствующих полупериодам напряжения биений. Отметим, что ложные импульсы располагаются в окрестности основных импульсов (фиг.2б). Измеренное значения девиации частоты при этом будет равно 22 мГц (Δf=N·К=22·1=22 (мГц)). Ошибка измерений составляет 12 мГц.
Отметим, что описанный выше недостаток присущ также первому и второму аналогам.
Таким образом, рассмотренные известные анализаторы автокорреляционного типа имеют общий существенный недостаток - низкую точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов при искаженной форме огибающей ЛЧМ сигнала.
Одной из важных задач в современных системах РТР и ПСЦУ является повышение точности измерения параметров перехваченных радиолокационных сигналов. Решение этой задачи позволяет повысить вероятность правильного распознавания типов РЛС вероятного противника и их носителей.
По технической сущности наиболее близким к заявляемому объекту является устройство по авт. свид. №1840896, описанное в заявке №2206387, которое и выбираем в качестве прототипа.
В формуле изобретения, приведенной в решении на выдачу авторского свидетельства №1840896, указаны только существенные новые связи предложенного устройства. Для описания предлагаемого в настоящей заявке объекта изобретения необходимо указание всех характерных связей выбранного нами прототипа. С этой целью представим прототип в виде более крупных функциональных частей, чем на чертеже фиг.1 описания авт. свид. №1840896, с учетом всех необходимых связей. Схема прототипа изображена на фиг.3 материалов данной заявки.
Известное устройство содержит блок обработки ФМ сигнала, автокоррелятор, формирователь управляющих импульсов, схему формирования признака ЛЧМ, схему коммутации, цепь, состоящую из последовательно включенных квадратора, пороговой схемы, ключа и счетчика. Входы блока обработки ФМ сигнала, автокоррелятора и формирователя управляющих импульсов соединены вместе и являются входом устройства. Первый и второй выходы блока обработки ФМ сигнала соответственно подключены к первому и второму входам схемы коммутации. Выход автокоррелятора через схему формирования признака ЛЧМ подключен к третьему входу схемы коммутации. Выход автокоррелятора подключен также ко входу квадратора. Выход счетчика соединен с четвертым входом схемы коммутации. Первый и второй выходы формирователя управляющих импульсов соответственно подключены ко второму входу блока обработки ФМ сигнала, входу стробирования ключа и ко входам сбороса блока обработки ФМ сигнала, схемы формирования признака ЛЧМ, счетчика.
Недостатком известного устройства являемся низкая точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок обработки ФМ сигнала, автокоррелятор, формирователь управляющих импульсов, схему формирования признака ЛЧМ, схему коммутации, последовательно соединенные пороговую схему и ключ, входы блока обработки ФМ сигнала, автокоррелятора, формирователя управляющих импульсов соединены вместе и являются входом устройства, а первый и второй выходы блока обработки ФМ сигнала соответственно подключены к первому и второму входам схемы коммутации; выход автокоррелятора через схему формирования признака ЛЧМ подключен к третьему входу схемы коммутации, второй вход блока обработки ФМ сигнала и управляющий вход ключа соединены вместе и подключены к первому выходу формирователя управляющих импульсов, второй выход которого подключен ко входам сброса блока обработки ФМ сигнала и схемы формирования признака ЛЧМ введены первый преобразователь интервал-код, регистр, схема сравнения, схема деления, второй преобразователь интервал-код, выход автокоррелятора соединен со входом пороговой схемы (компаратора), выход ключа подключен к первому входу первого преобразователя интервал-код, выход которого соединен с первым входом регистра и со вторым входом схемы сравнения, выход которой подключен к третьему входу регистра, выход регистра соединен с первым входом схемы сравнения и первым входом схемы деления, а выход схемы деления подключен к четвертому входу схемы коммутации, первый выход формирователя управляющих импульсов соединен с первым входом второго преобразователя интервал-код, выход которого подключен ко второму входу схемы деления, вторые входы первого и второго преобразователей интервал-код, регистра соединены вместе и подключены ко второму выходу формирователя управляющих импульсов, третий выход которого соединен с третьим входом схемы деления.
Первый и второй преобразователи интервал-код позволяют получить информацию о величине длительности огибающей ЛЧМ сигнала и полупериоде напряжения биений. Регистр и схема сравнения осуществляют выбор наибольшего значения полупериода напряжения биений, в результате чего исключается ложная информация, возникающая за счет дробления основных импульсов. В схеме деления производится деление двоичных кодов, соответствующих значениям длительности огибающей и полупериоду напряжения биений. На выходе схемы деления имеется информация о величине девиации частоты ЛЧМ сигнала.
Таким образом, введение в известное устройство указанных элементов и связей позволило повысить точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
На фиг.4 изображена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит блок обработки ФМ сигнала 1, автокоррелятор 2, пороговую схему (компаратор) 3, формирователь управляющих импульсов 4, схему формирования признака ЛЧМ 5, ключ 6, первый преобразователь интервал-код 7, схему коммутации 8, второй преобразователь интервал-код 9, схему деления 10, регистр 11, схему сравнения 12.
Входы блока обработки ФМ сигнала 1, автокоррелятора 2, формирователя управляющих импульсов 4 соединены вместе и являются входом устройства. Первый и второй выходы блока обработки ФМ сигнала 1 соответственно подключены к первому и второму входам схемы коммутации 8. Выход автокоррелятора 2 через схему формирования признака ЛЧМ 5 подключен к третьему входу схемы коммутации 8. Выход автокоррелятора 2 соединен также со входом пороговой схемы (компаратора) 3, выход которой подключен ко входу ключа 6. Выход ключа 6 соединен с первым входом первого преобразователя интервал-код 9. Первый вход регистра 11 и второй вход схемы сравнения 12 соединены вместе и подключены к выходу первого преобразователя интервал-код 9. Выход регистра 11 соединен с первыми входами схемы сравнения 12 и схемы деления 10, выход которой подключен к четвертому входу схемы коммутации 8. Выход схемы сравнения 12 подключен к третьему входу регистра 11. Второй вход блока обработки ФМ сигнала 1, управляющий вход ключа 6, первый вход второго преобразователя интервал-код 7 соединены вместе и подключены к первому входу формирователя управляющих импульсов 4, второй выход которого соединен с третьим входом блока обработки ФМ сигнала 1, входом сброса схемы формирования признака ЛЧМ 5, вторыми входами первого 9 и второго 7 преобразователей интервал-код, регистра 11. Выход второго преобразователя интервал-код 7 соединен со вторым входом схемы деления 10, третий вход которой подключен к третьему выходу формирователя управляющих импульсов 4.
Выходами устройства являются три выхода схемы коммутации 8: выход "ПАРАМЕТРЫ МОДУЛЯЦИИ", выход "ФМ" и выход "ЛЧМ".
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Блок обработки ФМ сигнала 1 реализован на основе квадратурного автокоррелятора и инвариантен к простым и ЛЧМ сигналам, т.е. выдает информацию через схему коммутации 8 на выходы устройства "ПАРАМЕТРЫ МОДУЛЯЦИИ" и "ФМ" только при обработке ФМ сигналов. Отклик автокоррелятора 2 на ЛЧМ сигнал представляет напряжение биений постоянной частоты, которое поступает на входы схемы 5 и компаратора 3. На выходе схемы 5 формируется видеоимпульс признака приема ЛЧМ сигнала, который через схему коммутации 8 подается на выход "ЛЧМ" предлагаемого устройства. На выходе компаратора 3 формируются короткие однополярные видеоимпульсы, временное положение которых соответствует нуль-переходам напряжения биений. На втором выходе формирователя управляющих импульсов 4 вырабатывается видеосигнал, временное положение которого совпадает с временным положением входного сигнала. Этот сигнал открывает ключ 6, который в исходном положении закрыт. Импульсы компаратора 3 через открытый ключ 6 проходят на вход преобразователя интервал-код 9. Преобразователь интервал-код 9 преобразует временные интервалы между нуль-переходами напряжения биений в последовательность параллельных двоичных кодов, которые поступают на регистр 11 и схему сравнения 12. В схеме сравнения 12 производится сравнение предыдущего и последующего значений кодов по алгоритму "больше-меньше", причем большее значение кода переписывается в регистр 11. После окончания процесса измерений в регистре 11 хранится код, соответствующий длительности наибольшего из измеренных интервалов. Наибольшее значение временного интервала между нуль-переходами напряжения биений с незначительными отклонениями (ошибка составляет примерно 10…20%) соответствует полупериоду напряжения биений ЛЧМ сигналов с неискаженной огибающей.
Таким образом, выбор наибольшего значения временного интервала между нуль-переходами напряжения биений позволяет отфильтровать ложные нуль-переходы.
Второй преобразователь интервал-код 7 формирует двоичный код, соответствующий длительности огибающей входного сигнала. Коды, соответствующие длительности огибающей входного ЛЧМ сигнала и полупериода напряжения биений с выхода регистра 11 подаются на схему деления 10. На выходе схемы 10 формируется двоичный код, соответствующий девиации частоты ЛЧМ сигнала. Выполнение операции деления производится по команде, поступающей на схему 10 с третьего выхода формирователя 4. Код девиации частоты через схему коммутации 8 подается на выход "ПАРАМЕТРЫ МОДУЛЯЦИИ" устройства. После окончания процесса измерения на первом выходе формирователя управляющих импульсов 4 формируется импульс сброса, который приводит схемы устройства в исходное положение.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - повысить точность измерения девиации частоты ЛЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Так, при девиациях частоты ЛЧМ сигналов Δf=5…10 мГц длительностях огибающей τ=5…10 мкс ошибка измерения девиации частоты уменьшается примерно в 2…5 раз. Это позволяет в системах радиотехнической разведки и пассивных системах целеуказания в условиях сложного радиолокационного поля улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность правильного распознавания типов РЛС и их носителей, а также повысить эффективность радиоэлектронного подавления РЛС вероятного противника системами радиопротиводействия.