УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ РАДИОСИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
UNIVERSAL GENERATOR OF TELEMETRIC RADIO SIGNALS WITH ANGLE MODULATION

Изобретение относится к телеметрии, а именно к цифровой радиотелеметрии, и может быть использовано в радиотелеметрических системах для передачи сигналов с угловой модуляцией.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования частотно-манипулированных сигналов, содержащее первый и второй задающие генераторы, синхронизатор, первый и второй фазовые манипуляторы, первый и второй перемножители, первый и второй фазовращатели, сумматор и квадратурный кодер (преобразователь) [1].
В известном устройстве первый задающий генератор, первый фазовращатель, второй задающий генератор и второй фазовращатель фактически образуют формирователь опорных сигналов, а их выходы являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами указанного формирователя. При этом первый и второй фазовые манипуляторы фактически входят в состав блока фазовых манипуляторов, их входы, управляющие входы и выходы являются соответственно первым и вторым входами, первым и вторым управляющими входами, а также первым и вторым выходами указанного блока. Аналогично первый и второй перемножители фактически входят в состав формирователя огибающей символов, их первые входы, вторые входы и выходы являются соответственно первым и вторым входами, третьим и четвертым входами, а также первым и вторым выходами указанного формирователя.
Известное устройство обеспечивает формирование телеметрических частотно-модулированных радиосигналов с ортогональными символами и минимально возможной шириной занимаемой полосы частот, Т.е. радиосигналов с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ) без разрыва фазы.
Однако известное устройство не может формировать стандартные телеметрические радиосигналы с двоичной фазовой манипуляцией (ФМ), с квадратурной фазовой манипуляцией (КФМ) и со сдвиговой квадратурной фазовой манипуляцией (СКФМ), предусмотренные международными стандартами по телеметрии [2].
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения формирования телеметрических радиосигналов как с МЧМ, так и с ФМ, КФМ и СКФМ.
Для достижения указанного технического результата в универсальный формирователь телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией, содержащий синхронизатор, квадратурный кодер, блок фазовых манипуляторов, формирователь огибающей символов, сумматор и формирователь опорных сигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока фазовых манипуляторов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя огибающей символов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с третьим входом синхронизатора, выход которого подключен к третьему входу квадратурного кодера, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами синхронизатора и соответственно с третьим и четвертым выходами формирователя опорных сигналов, введены первый, второй, третий и четвертый переключатели, элемент задержки и источник постоянного напряжения, второй вход первого переключателя подключен через элемент задержки к первому выходу квадратурного кодера и к третьему входу первого переключателя, выход которого соединен с первым управляющим входом блока фазовых манипуляторов, а первый вход подключен ко второму управляющему входу блока фазовых манипуляторов и к выходу второго переключателя, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим входом и вторым выходом квадратурного кодера, выход источника постоянного напряжения подключен к первым входам третьего и четвертого переключателей, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и третьим выходами формирователя опорных сигналов, а выходы подключены соответственно к четвертому и третьему входам формирователя огибающей символов.
Предлагаемый универсальный формирователь телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией обеспечивает получение как телеметрических радиосигналов с МЧМ, так и телеметрических радиосигналов с ФМ, КФМ и СКФМ.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявленного универсального формирователя телеметрических радиосигналов, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".
Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного универсального формирователя телеметрических радиосигналов. Следовательно, заявленное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований для достижения технического результата. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемый универсальный формирователь телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией может быть реализован с помощью известных функциональных элементов.
На чертеже показана электрическая функциональная схема предлагаемого универсального формирователя телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией.
Универсальный формирователь телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией (см. чертеж) содержит формирователь 1 опорных сигналов, источник 2 постоянного напряжения, третий и четвертый переключатели 3 и 4, синхронизатор 5, квадратурный кодер 6, элемент 7 задержки, второй и первый переключатели 8 и 9, блок 10 фазовых манипуляторов, формирователь 11 огибающей символов и сумматор 12.
Формирователь 1 опорных сигналов содержит первый задающий генератор 13, первый фазовращатель 14, второй задающий генератор 15 и второй фазовращатель 16, выходы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами формирователя 1 опорных сигналов. При этом выходы первого и второго задающих генераторов 13 и 15 подключены ко входам соответственно первого и второго фазовращателей 14 и 16.
Блок 10 фазовых манипуляторов содержит первый и второй фазовые манипуляторы 17 и 18, входы, управляющие входы и выходы которых являются соответственно первым и вторым входами, первым и вторым управляющими входами, а также первым и вторым выходами указанного блока.
Формирователь 11 огибающей символов содержит первый и второй перемножители 19 и 20, первые входы, вторые входы и выходы которых являются соответственно первым и вторым входами, третьим и четвертым входами, а также первым и вторым выходами указанного формирователя.
Первый и второй выходы формирователя 1 опорных сигналов подключены соответственно к первому и второму входам блока 10 фазовых манипуляторов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 11 огибающей символов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 12, выход которого является выходом предлагаемого устройства. Входом предлагаемого устройства является третий вход синхронизатора 5, выход которого подключен к третьему входу квадратурного кодера 6, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами синхронизатора 5, а также соответственно с третьим и четвертым выходами формирователя 1 опорных сигналов. Второй вход первого переключателя 9 подключен через элемент 7 задержки к первому выходу квадратурного кодера 6 и к третьему входу первого переключателя 9, выход которого соединен с первым управляющим входом блока 10 фазовых манипуляторов. Первый вход первого переключателя 9 подключен ко второму управляющему входу блока 10 фазовых манипуляторов и к выходу второго переключателя 8, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим входом и вторым выходом квадратурного кодера 6. Выход источника 2 постоянного напряжения подключен к первым входам третьего и четвертого переключателей 3 и 4, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и третьим выходами формирователя 1 опорных сигналов, а выходы подключены соответственно к четвертому и третьему входам формирователя 11 огибающей символов.
Работает универсальный формирователь телеметрических радиосигналов следующим образом.
Вид формируемого телеметрического радиосигнала с МЧМ, ФМ, КФМ или СКФМ выбирают с помощью первого, второго, третьего и четвертого переключателей 9, 8, 3 и 4.
2
c
2
2
с
2
c
Во всех случаях на первый и второй входы синхронизатора 5 поступают гармонические колебания частоты ƒ с третьего и четвертого выходов формирователя 1 опорных сигналов, фазы этих колебаний сдвинуты друг относительно друга на 90°. На выходе синхронизатора 5 образуется манипулирующий двоичный видеосигнал с длительностью символа T=1/4ƒ, изменение состояния которого происходит лишь в те моменты времени, когда одно из указанных гармонических колебаний частоты ƒ проходит через "0". Указанный видеосигнал поступает на третий вход квадратурного кодера 6, на выходах которого получают два манипулирующих двоичных видеосигнала с длительностью символов Т=2Т=1/2ƒ, причем эти сигналы сдвинуты друг относительно друга по времени на величину T, равную длительности символа исходного видеосигнала.
2
2
Изменение состояния двоичного видеосигнала на втором выходе квадратурного кодера 6 возможно лишь тогда, когда подаваемое на его первый вход гармоническое колебание частоты ƒ проходит через "0". Аналогично, изменение состояния двоичного видеосигнала на первом выходе квадратурного кодера 6 возможно лишь тогда, когда подаваемое на его второй вход гармоническое колебание частоты ƒ проходит через "0".
2
Кроме того, во всех случаях на первый и второй входы блока 10 фазовых манипуляторов подают с первого и второго выходов формирователя 1 опорных сигналов квадратурные гармонические колебания частоты ƒ, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90°.
Для формирования телеметрического радиосигнала с МЧМ первый, второй, третий и четвертый переключатели 9, 8, 3 и 4 устанавливают в следующие положения: выход первого переключателя 9 соединяют с его третьим входом, выход второго переключателя 8 соединяют с его вторым входом, выходы третьего и четвертого переключателей 3 и 4 соединяют соответственно с их вторыми входами.
c
с
1
2
2
1
2
с
1
2
1
2
При этом с первого и второго выходов квадратурного кодера 6 через первый и второй переключатели 9 и 8 сдвинутые друг относительно друга по времени на величину T манипулирующие двоичные видеосигналы с длительностью символов Т=2Т подают на соответствующие управляющие входы блока 10 фазовых манипуляторов. На первом и втором выходах блока 10 фазовых манипуляторов получают сдвинутые на половину длительности символа квадратурные фазоманипулированные сигналы с соответственно косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа Т=1/2ƒ. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы формирователя 11 огибающей символов, на третий и четвертый входы которого соответственно с третьего и четвертого выходов формирователя 1 опорных сигналов через третий и четвертый переключатели 3 и 4 поступают косинусное и синусное гармонические колебания частоты ƒ. На первом и втором выходах формирователя 11 огибающей символов образуются сдвинутые на половину длительности символа квадратурные фазоманипулированные сигналы с косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа Т=1/2ƒ и соответственно с косинусной и синусной огибающей символов. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы сумматора 12, на выходе которого получают МЧМ сигнал без разрыва фазы с длительностью символов Т и с частотами символов (ƒ+ƒ) и (ƒ-ƒ).
Для формирования телеметрического радиосигнала с СКФМ первый, второй, третий и четвертый переключатели 9, 8, 3 и 4 устанавливают в следующие положения: выход первого переключателя 9 соединяют с его третьим входом, выход второго переключателя 8 соединяют с его вторым входом, выходы третьего и четвертого переключателей 3 и 4 соединяют соответственно с их первыми входами.
c
с
1
2
1
с
2
с
При этом с первого и второго выходов квадратурного кодера 6 через первый и второй переключатели 9 и 8, сдвинутые друг относительно друга по времени на величину T манипулирующие двоичные видеосигналы с длительностью символов Т=2Т подают на соответствующие управляющие входы блока 10 фазовых манипуляторов. На первом и втором выходах блока 10 фазовых манипуляторов получают сдвинутые на половину длительности символа квадратурные фазоманипулированные сигналы с соответственно косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа Т=1/2ƒ. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы формирователя 11 огибающей символов, на третий и четвертый входы которого через третий и четвертый переключатели 3 и 4 поступает постоянное напряжение с выхода источника 2 постоянного напряжения. На первом и втором выходах формирователя 11 огибающей символов образуются сдвинутые на половину длительности символа квадратурные фазоманипулированные сигналы с косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа Т=2Т=1/2ƒ и с прямоугольной огибающей символов. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы сумматора 12, на выходе которого получают СКФМ сигнал с длительностью символов Т.
Для формирования телеметрического радиосигнала с КОМ первый, второй, третий и четвертый переключатели 9, 8, 3 и 4 устанавливают в следующие положения: выходы первого и второго переключателей 9 и 8 соединяют соответственно с их вторыми входами, выходы третьего и четвертого переключателей 3 и 4 соединяют соответственно с их первыми входами.
c
c
2
1
2
2
1
с
При этом с первого выхода квадратурного кодера 6 манипулирующий двоичный видеосигнал подают на вход элемента 7 задержки, на выходе которого получают манипулирующий двоичный видеосигнал, задержанный на время T, равное длительности символа исходного видеосигнала. В результате с выхода элемента 7 задержки и со второго выхода квадратурного кодера 6 через первый и второй переключатели 9 и 8 на первый и второй управляющие входы блока 10 фазовых манипуляторов подают манипулирующие двоичные видеосигналы с длительностью символов Т=2T=1/2ƒ, причем границы символов этих сигналов совпадают друг с другом по времени. На первом и втором выходах блока 10 фазовых манипуляторов получают квадратурные фазоманипулированные сигналы с соответственно косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа Т=1/2ƒ, причем границы символов этих сигналов совпадают по времени. Указанные сигналы подают соответственно на первый и второй входы формирователя 11 огибающей символов, на третий и четвертый входы которого через третий и четвертый переключатели 3 и 4 поступает постоянное напряжение с выхода источника 2 постоянного напряжения. На первом и втором выходах формирователя 11 огибающей символов образуются квадратурные фазоманипулированные сигналы с совпадающими по времени границами символов длительностью Т=1/2ƒ с косинусным и синусным заполнением частоты ƒ и с прямоугольной огибающей символов. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы сумматора 12, на выходе которого получают КФМ сигнал с длительностью символов Т=2Т.
Для формирования телеметрического радиосигнала с ФМ выходы первого, второго, третьего и четвертого переключателей 9, 8, 3 и 4 соединяют соответственно с их первыми входами.
c
1
c
c
1
c
При этом с выхода синхронизатора 5 через второй и первый переключатели 8 и 9 на первый и второй управляющие входы блока 10 фазовых манипуляторов подают один и тот же манипулирующий двоичный видеосигнал с длительностью символа T. На первом и втором выходах блока 10 фазовых манипуляторов получают квадратурные фазоманипулированные сигналы с соответственно косинусным и синусным заполнением частоты ƒ с длительностью символа T, причем границы символов этих сигналов совпадают по времени. Указанные сигналы подают соответственно на первый и второй входы формирователя 11 огибающей символов, на третий и четвертый входы которого через третий и четвертый переключатели 3 и 4 поступает постоянное напряжение с выхода источника 2 постоянного напряжения. На первом и втором выходах формирователя 11 огибающей символов образуются модулированные одним и тем же манипулирующим двоичным видеосигналом квадратурные фазоманипулированные сигналы с совпадающими по времени границами символов длительностью T с косинусным и синусным заполнением частоты ƒ и с прямоугольной огибающей символов. Эти сигналы подают соответственно на первый и второй входы сумматора 12, на выходе которого получают ФМ сигнал с длительностью символов T.
Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- предлагаемое устройство предназначено для использования в промышленности, а именно в цифровой радиотелеметрии, и может быть использовано в радиотелеметрических системах для передачи сигналов с угловой модуляцией,
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".
При использовании предлагаемого устройства обеспечивается формирование телеметрических радиосигналов как с МЧМ, так и с ФМ, КФМ и СКФМ.
Литература
1. Авт.св. СССР №828435, кл. H04L 27/12, 07.05.81.
2. Radio Frequency and Modulation Systems -- Part 1: Earth Stations and Spacecraft. Recommendation for Space Data System Standards, CCSDS 401-B-2. Blue Book. Washington, D.C.: CCSDS, November 1994.