Способ определения частоты в матричном приемнике
METHOD OF DETERMINING FREQUENCY IN A MATRIX RECEIVER

Изобретение относится к радиотехнической и электронной областям промышленности и может быть использовано в матричном приемнике средств радиотехнической разведки для снижения неоднозначности определения частоты.
Учитывая высокие технические показатели при относительно малых массе и габаритах, в средствах радиотехнической разведки нашли широкое применение матричные приемники. В матричном приемнике [1] входной сигнал, попадая в первую ступень, разделяется на несколько частотных каналов, в каждом из которых переносится в диапазон промежуточных частот (ПЧ) первой ступени. Далее сигнал ПЧ поступает на следующую ступень, где снова разделяется по частоте на каналы и в каждом канале переносится в диапазон ПЧ второй ступени и так далее до последней ступени. Таким образом, диапазон ПЧ после каждой ступени последовательно сужается и, кроме того, переносится вниз по частоте, что упрощает конечную обработку. Каждый частотный канал во всех ступенях снабжается индикатором, указывающим номер сработавшего канала. Учитывая, что, как правило, параметры принимаемого сигнала априорно неизвестны, в качестве индикаторов используют энергетические обнаружители, формирующие признак наличия сигнала при превышении значением энергии сигнала заданного порога обнаружения. По набору сработавших индикаторов грубо определяют частоту принятого сигнала с точностью до половины полосы пропускания канала последней ступени. С выхода последней ступени сигнал, как правило, подается на обработку, в результате которой с высокой точностью измеряется частота в полосе промежуточных частот последней ступени. Сопоставляя измеренное значение частоты в диапазоне ПЧ и сработавшие индикаторы, частота принятого сигнала уточняется.
Недостатком матричного приемника является неоднозначность определения частоты. В соответствии с классификацией, предложенной в работе [2], неоднозначность может быть обусловлена следующими причинами:
- наличием паразитных полос пропускания СВЧ-фильтров (неоднозначность первого рода);
- малой крутизной амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) канальных фильтров (неоднозначность второго рода);
- приемом совмещенных по времени сигналов на двух и более частотах (неоднозначность третьего рода).
Неоднозначность второго рода возникает при попадании сильных сигналов в смежные области соседних частотных каналов. На фиг. 1 сигнал находится в полосе канала n, но так как полосовые фильтры не обладают идеально прямоугольной АЧХ, тот же сигнал попадает и в канал n+1. Если сигнал мощный, то срабатывают детекторы в обоих каналах. Поскольку в диапазоне ПЧ присутствует один сигнал, но срабатывают два обнаружителя, определение истинного значения частоты затруднено. На фиг. 1 истинное значение частоты показано сплошной линией, а ложное - пунктирной.
Из уровня техники известны разновидности матричного приемника, в которых неоднозначность второго рода снижается путем разбиения каналов ПЧ на две группы, например, [3]. Первую группу составляют нечетные каналы, вторую - четные. Сигналы с выходов каналов первой группы поступают на первый сумматор, с выходов остальных каналов - на второй сумматор. Сигналы с выхода каждого сумматора обрабатываются раздельно. Таким образом, при срабатывании обнаружителей в двух соседних каналах, принадлежащих разным группам, по наличию сигнала на выходе одного из сумматоров уточняется принадлежность сигнала к одному из каналов.
Недостаток устройства заключается в следующем. В условиях сложной сигнальной обстановки повышается вероятность совмещения по времени последовательностей сигналов, излучаемых различными источниками. При приеме N совмещенных по времени сигналов (N>2), попадающих в каналы одной группы, возникает неоднозначность третьего рода. При этом на выходе одного из сумматоров присутствуют N сигналов, и срабатывают от 1 до N канальных обнаружителей. Соответственно, точное определение частот принятых сигналов затруднено.
Известен матричный приемник, в котором снижается неоднозначность третьего рода [4]. В приемнике первая ступень дополнена функциональным узлом, позволяющим при выявлении одновременного попадания сигналов в два частотных канала первой ступени исключить определение ложных значений частоты за счет задержки сигнала на выходе одного канала первой ступени относительно другого. Узел содержит комбинационное логическое устройство, которое при необходимости подключает в каждом канале линию задержки с фиксированной величиной задержки. Сигнал, проходящий без задержки, обрабатывается первым, а задержанный сигнал - вторым. Таким образом, уточняется принадлежность сигнала к тому или иному каналу первой ступени матричного приемника.
Недостатком устройства является малое максимально возможное количество одновременно принимаемых сигналов (два), для которых снижается неоднозначность третьего рода. Также во время снятия сигнала с линии задержки в канале, в котором она работает, сигнал теряется для обработки (происходит пропуск сигнала). Кроме того, линия задержки имеет фиксированную величину задержки, поэтому, если длительность сигналов намного меньше времени задержки, неэффективно расходуется временной ресурс - обработка сигналов выполняется значительно позже их окончания. Это увеличивает время до принятия ответных действий.
Наиболее близким к предлагаемому способу определения частоты в матричном приемнике является способ, описанный в [5]. Указанный способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет снизить неоднозначность третьего рода и обеспечивает отсутствие задержки и пропуска сигналов, а также уменьшение времени до принятия ответных действий. Способ основан на уточнении принадлежности каждого принятого сигнала к тому или иному каналу ступени матричного приемника. Для этого измеряют частоту сигнала в диапазоне рабочих частот ступени приемника и сопоставляют номера сработавших индикаторов каналов ступени с измеренными значениями частоты. Измерение выполняют с помощью устройства измерения частоты (УИЧ), подключенного к соответствующей ступени. При сопоставлении номеров сработавших индикаторов каналов приемника и значений частот, определенных УИЧ, частоты принятых сигналов уточняются, что позволяет снизить неоднозначность измерения частоты. Максимально возможное количество одновременно обрабатываемых сигналов, для которых снижается неоднозначность, соответствует количеству каналов УИЧ. Задержка сигнала определяется инерционностью используемых устройств и для решаемых задач пренебрежимо мала. Пропуск сигнала ввиду параллельного обзора и отсутствия линий задержки исключен. Отсутствие задержки сигнала обеспечивает минимальное время до принятия ответных действий.
Недостатком данного способа определения частоты является неоднозначность второго рода, вызванная распределением спектра модулированных сигналов между соседними каналами при попадании сигналов в смежные области соседних частотных каналов, что приводит к определению двух частот.
Целью изобретения является одновременное снижение неоднозначности определения частоты в матричном приемнике при попадании сигнала в смежные области соседних частотных каналов одной ступени (неоднозначности второго рода) и неоднозначности определения частоты, обусловленной приемом совмещенных по времени сигналов, (неоднозначности третьего рода).
Технический результат заключается в обеспечении повышенной вероятности однозначного определения частоты как при попадании сигнала в смежные области соседних частотных каналов одной ступени, так и в условиях приема совмещенных по времени сигналов.
Указанный результат достигается тем, что в матричном приемнике для первого и последнего каналов ступени приемника дополнительно измеряют частоты сигналов в полосах от края рабочего диапазона частот ступени до середины канала, а для остальных каналов ступени приемника дополнительно измеряют частоты сигналов в полосах, заключенных между серединами соседних каналов ступени приемника, и сопоставляют номера сработавших индикаторов каналов ступени с измеренными значениями частот.
Измерение частоты сигналов в полосах, заключенных между серединами соседних каналов ступени приемника, позволяет уменьшить неоднозначность второго рода. При попадании сигнала в смежную область соседних каналов ступени для уточнения принадлежности сигнала к одному из двух каналов в смежных областях каналов выполняются дополнительные измерения частоты. При сопоставлении номеров сработавших индикаторов каналов приемника и дополнительно измеренного значения частоты ложное значение частоты исключается.
При попадании двух разночастотных сигналов в один канал приемника и разные каналы УИЧ выполняется распознавание сигналов и верное определение частоты. Таким образом, способ обеспечивает также снижение неоднозначности третьего рода.
На фиг. 1 изображен случай попадания мощного сигнала в смежную область соседних каналов.
На фиг. 2 изображен частотный план ступени матричного приемника, в которой выполняются дополнительные измерения частоты.
На фиг. 3 представлена структурная схема устройства измерения частоты.
Сущность изобретения поясняется с помощью фигуры 2. На верхней оси условно показаны полосы пропускания каналов одной из ступеней матричного приемника. Из фиг. 2 видно, что АЧХ каналов имеют скаты, что отличает их от идеально прямоугольных и приводит к возникновению неоднозначности второго рода. На нижней оси показаны полосы пропускания, в которых выполняются дополнительные измерения значений частоты.
Способ может быть реализован с помощью К - канального устройства измерения частоты (УИЧ), выполняющего измерения в рабочем диапазоне частот ступени приемника.
i
i
Подключаемое ко входу j-ой ступени матричного приемника УИЧ состоит из усилителя-ограничителя 1, каналов обработки 2.1-2.K и устройства обработки 6. Входом устройства является вход усилителя-ограничителя 1, выход которого соединен со входами каналов обработки 2.1-2.K. Каждый канал 2.i(i=1…K) содержит последовательно включенные полосовой фильтр 3.i, формирующий полосу пропускания канала Δƒ, частотно-зависимое устройство 4.i, имеющее наклон АЧХ в полосе Δƒ, и детектор 5.i. Выходы каналов соединены со входом устройства обработки 6. При этом количество каналов К УИЧ на один превышает количество каналов ступени приемника, а стыки каналов УИЧ соответствуют серединам каналов ступени.
При подключении УИЧ к любой ступени приемника устраняется неоднозначность измерения частоты в следующей ступени. Для полного устранения неоднозначности к каждой ступени, кроме последней, должно быть подключено по одному устройству. В последней ступени наличие устройства не требуется.
При попадании сигнала в смежную область соседних каналов приемника частота сигнала измеряется УИЧ. Тем самым уточняется номер сработавшего канального обнаружителя в ступени приемника и снижается неоднозначность второго рода.
При попадании двух разночастотных сигналов в один канал приемника и разные каналы УИЧ также выполняется распознавание сигналов и верное определение частоты без неоднозначности. Тот же положительный эффект сохраняется при приеме большего количества разночастотных сигналов при условии попадания не более одного сигнала в каждый канал УИЧ. Однако при попадании двух и более сигналов в полосу одного канала УИЧ, подключенного к первой ступени, с помощью УИЧ сигналы не различаются. Таким образом, УИЧ позволяет исключить неоднозначность третьего рода при приеме до K+1 разночастотных сигналов при условии попадания сигналов в разные каналы УИЧ.
1
K
Устройство измерения частоты работает следующим образом. Сигнал со входа устройства поступает на усилитель-ограничитель 1, устраняющий зависимость сигнала от амплитуды для того, чтобы на входы каналов 2.1-2.K приходили сигналы одного уровня. С выхода усилителя-ограничителя 1 сигнал разветвляется на каналы 2.1-2.K. Частотные диапазоны каналов Δƒ-Δƒ образованы входными полосовыми фильтрами 3.1-3.K. В каждом канале, проходя через ЧЗУ 4.i, в зависимости от частоты сигнал приобретает соответствующую амплитуду и детектируется детектором 5.i. Продетектированные сигналы поступают в устройство обработки 6, выполняющее посредством аналого-цифрового преобразования измерение амплитуды сигнала в каждом канале 2.i, соотнесение этой амплитуды с таблицей частот для каждого канала и выдающее измеренное с заданной точностью значение частоты сигнала. Номера сработавших канальных индикаторов приемника сопоставляют со значениями частот, определенных УИЧ. В результате частоты принятых сигналов уточняются, что повышает вероятность однозначного определения частоты.
i
Частотно-зависимое устройство может быть выполнено в виде фильтра, скат АЧХ которого приходится на полосу пропускания канала Δƒ. Учитывая работу в СВЧ-диапазоне, детектор может быть выполнен на p-i-n-диоде. Устройство обработки является цифровым и включает в себя на входе аналого-цифровые преобразователи, выполняющие оцифровку сигнала. После оцифровки устройство обработки выполняет в цифровом виде измерение амплитуды сигнала в каждом канале, соотнесение этой амплитуды с таблицей частот и выдает измеренное с заданной точностью значение частоты сигнала. Реализация остальных элементов устройства возможна с использованием широко распространенной электронной компонентной базы [6].
Источники информации
1. Леньшин А.В. Бортовые системы и комплексы радиоэлектронного подавления. Воронеж: Науч. книга, 2014. 590 с.
2. Подстригаев А.С., Лихачев В.П. Неоднозначность определения частоты в матричном приемнике // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал, 2015. №2. 19 с.
3. Патент RU 155553 U1, МПК Н04В 15/06. Приемное устройство / A.И. Беззуб, А.С. Подстригаев; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Брянский электромеханический завод». - №2014151261/08; заявл. 17.12.2014; опубл. 10.10.2015, Бюл. №28. - 11 с.
4. Патент RU 2422845 С2, МПК G01S 7/285. Матричный приемник / B.Д. Анохин, Е.В. Анохин, В.Г. Кильдюшевская, Фаузи Симохаммед; патентообладатель ФГОУ ВПО «Военный авиационный инженерный университет» (г. Воронеж) МО РФ. - №2009131254/09; заявл. 17.08.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. №18. - 11 с.
5. Патент RU 2587645 С1, МПК G01R 23/00. Способ определения частоты в матричном приемнике и устройство для его осуществления / А.С. Подстригаев, В.П. Лихачев; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Брянский электромеханический завод». - №2015118979/28; заявл. 20.05.2015; опубл. 20.06.2016, Бюл. №17. - 10 с.
6. Каталог «ПЛАТАН. Электронные компоненты» [Электронный ресурс] // URL:http://www.platan.ru/company/catalogue.html.