УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ И ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR DETERMINATION OF PARAMETERS OF MODULATION OF IMPULSE LINEARLY FREQUENCY-MODULATED AND PHASE-SHIFT KEYED SIGNALS

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемных устройствах станций радиотехнической разведки.
В настоящее время для выделения кодов фазоманипулированных (ФМ) сигналов с бинарным изменением фазы известно устройство, реализованное на основе автокорреляционного способа обработки, которое содержит перемножитель, линию задержки, фильтр нижних частот и измеритель. Кроме того, известное устройство используется также для выделения частот биений при измерении девиаций частот линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов.
Известное устройство отличается простотой технической реализации. Однако оно имеет существенный недостаток, который ограничивает область его применения.
Такое устройство позволяет получить удовлетворительные результаты при обработке сигналов с заранее известным видом модуляции, так как при измерении частоты биений ЛЧМ сигналов и счете числа перебросов фаз в кодах ФМ сигналов измеритель выдает информацию, принадлежность которой к ЛЧМ или ФМ сигналам определить непосредственно на выходе измерителя не представляется возможным. Возникает неопределенность результатов измерений из-за отсутствия информации о виде модуляции сигналов. На практике, например, в условиях разведывательного приема априорно неизвестен вид модуляции перехваченного сигнала. Осуществление селекции сигналов по виду модуляции до входа устройства для определения параметров модуляции встречает серьезные технические трудности, так как реальные ЛЧМ и ФМ сигналы одного диапазона частот имеют соизмеримые ширины энергетических спектров.
Целью настоящего изобретения является автоматическое формирование признаков приема ЛЧМ и ФМ сигналов, что позволяет исключить неопределенность результатов измерений параметров модуляции сигналов.
В предлагаемом устройстве эта цель достигается тем, что в него дополнительно введены полосовой фильтр, пиковые детекторы со сбросом, схема сравнения, сумматор и формирователь импульса сброса, причем вход полосового фильтра соединен с выходом перемножителя, а выходы полосового фильтра и фильтра нижних частот через пиковые детекторы соединены с входом схемы сравнения и через сумматор с входом измерителя, при этом вход устройства через формирователь импульса сброса подключен к входам сброса пиковых детекторов.
Предложенное устройство позволяет исключить неопределенность результатов измерений путем автоматического формирования признаков модуляции сигналов (ЛЧМ и ФМ).
Предложение было экспериментально опробовано в лабораторных условиях. Опытная проверка подтвердила работоспособность устройства.
Блок-схема устройства для определения параметров модуляции импульсных ЛЧМ и ФМ сигналов изображена на фиг.1, а на фиг.2 представлены амплитудно-частотные характеристики фильтра нижних частот (а) и полосового фильтра (б).
Подробное описание
Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из перемножителя 1, линии задержки 2, полосового фильтра 3, фильтра нижних частот 4, пиковых детекторов со сбросом 5 и 6, схема сравнения 7, формирователя импульса сброса 8, сумматора 9 и измерителя 10.
Вход устройства непосредственно и через линию задержки 2 соединен со входами перемножителя 1. Выход перемножителя 1 подключен к входам полосового фильтра 3 и фильтра нижних частот 4, выходы которых через пиковые детекторы со сбросом 5 и 6 соединены с входом схемы сравнения 7 и через сумматор 9 с входом измерителя 10. Кроме того, вход устройства через формирователь импульса сброса 8 подключен к входам сброса пиковых детекторов 5 и 6. Выходами устройства являются выходы схемы сравнения 7 и измерителя 10.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам.
Рассмотрим особенности работы предлагаемого устройства. Перемножение двух сигналов во времени представляет свертку их спектров на оси частот. В предлагаемом устройстве полезно используются низкочастотные продукты перемножения сигналов, т.е. низкочастотные свертки спектров ЛЧМ и ФМ сигналов, которые анализируются ниже.
ЛЧМ сигнал на выходе перемножителя 1 дает сигнал биений, частота которого определяется скоростью перестройки частоты ЛЧМ сигнала и величиной задержки. При величине последней 0,1÷0,2 мксек и скоростях перестройки частот 1÷2 мГц/мксек частота биений составляет единицы сотен килогерц. Ширина спектра сигнала биений определяется длительностью его огибающей и для реальных сигналов составляет не более 250 кГц.
Из вышесказанного следует, что свертка спектра ЛЧМ сигнала на выходе перемножителя 1 концентрируется в относительно узкой полосе, т.е. спектр сигнала биений намного уже спектра ЛЧМ сигнала на входе устройства.
Величина задержки в линии задержки 2 выбирается такой, чтобы выполнялись следующие условия:
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>д</mi><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mo><</mo><mo><</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><msub><mi>ω</mi><mi>o</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mover accent="true"><mo>−</mo><mo>˜</mo></mover><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>n</mi></mrow>
o
где ω - центральная частота спектров ЛЧМ и ФМ сигналов;
з
τ - величина задержки в линии задержки 2;
дмин.
τ - минимальная длительность дискрета кода ФМ сигнала;
мин.
Т - минимальная длительность огибающей ЛЧМ сигнала,
n=1, 2, 3…
В случае ФМ сигнала на выходе перемножителя 1 имеется видеосигнал, представляющий произведение двух одинаковых кодовых последовательностей, сдвинутых во времени на величину задержки.
з
дмин
Число отрицательных импульсов этого видеосигнала равно числу перебросов фазы ФМ сигнала, а их длительность равна величине задержки и не зависит от длительности дискрета кода ФМ сигнала. На выходе перемножителя 1 ширина спектра ФМ сигнала определяется длительностью отрицательных импульсов, и так как τ<τ, то свертка спектра ФМ сигнала расширяется по сравнению со спектром ФМ сигнала на входе устройства.
з
При τ=0,1-0,2 мксек ширина спектра составляет 5-10 МГц.
з
мин.
На выходе перемножителя 1 спектр ФМ сигнала намного шире спектра ЛЧМ сигнала, так как τ<<Т
Эта особенность сверток спектров ЛЧМ и ФМ сигналов используется для формирования признака вида модуляции сигнала.
Полосы пропускания фильтров 3 и 4, амплитудно-частотные характеристики которых изображены на фиг.2, выбираются из следующих условий:
- частота среза фильтра нижних частот 4 равна
<mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi><mtext> </mtext><mi>Ф</mi><mi>Н</mi><mi>Ч</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>б</mi><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
б макс
где f - максимальная частота биений ЛЧМ сигнала.
- крайние частоты полосы пропускания полосового фильтра 4 равны:
н ПФ
ср ФНЧ
нижняя частота f=f
<mrow><msub><mi>f</mi><mrow><mi>в</mi><mtext> </mtext><mi>П</mi><mi>Ф</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
верхняя частота
Когда на входе устройства - ЛЧМ сигнал, то его энергия в фильтре нижних частот 4 намного больше энергии, попадающей в полосовой фильтр 3. Уровни энергий сигналов в фильтрах 3 и 4 фиксируются пиковыми детекторами 5 и 6, а затем сравниваются в схеме сравнения 7. При этом на выходе схемы сравнения 7 имеется положительный видеоимпульс.
Когда на входе устройства - ФМ сигнал, то в полосовой фильтр 3 попадает намного больше энергии, чем в фильтр нижних частот 4. В этом случае на выходе схемы сравнения 7 получается отрицательный видеоимпульс.
Таким образом, в предлагаемом устройстве информация о виде модуляции сигнала содержится в полярности видеоимпульса на выходе схемы сравнения. Если импульс положительной полярности, то принимается решение о ЛЧМ сигнале, если импульс отражательной полярности, то принимается решение о ФМ сигнале.
В предлагаемом устройстве для автоматического формирования признаков вида модуляции сигнала производится взвешивание энергий определенных участков спектра сигнала. Это вызывает искажение временной структуры сигналов на выходах полосового фильтра 3 и фильтра нижних частот 4, что приводит к возникновению дополнительных ошибок измерителя 10.
С целью исключения последних, выходы полосового фильтра 3 и фильтра нижних частот 4 через сумматор 9 подключены ко входу измерителя 10.
Для сброса напряжений пиковых детекторов 5 и 6 вход устройства через формирователь импульса сброса 8 подключен к входам сброса пиковых детекторов 5 и 6.