Устройство для измерения фазового сдвига отраженного сигнала

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА, содержащее соединенные последовательно импульсный передатчик, блок автоматической подстройки частоты, гетеродин и смеситель, вход которого соединен также с вторым входом блока автоматической подстроки частоты, антенну, антенный переключатель, первое плечо которого соединено с антенной, соединенные последовательно усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор и первый блок формирования сигнала ошибки, соединенные последовательно синхронизатор, вход которого соединен с вторым выходом импульсного передатчика, блок стробирования, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазовый детектор и второй блок формирования сигнала ошибки, вторые входы первого и второго блоков формирования сигнала ошибки соединены с вторым выходом импульсного передатчика , фазовра шатель, соединенные последовательно блок кодирования и индикатор, выход первого блока формирования сигнала ошибки соединен с ,им входом аттенюатора , а выход второго блока формирования сигнала ошибки соединен с управляющими входами блока кодирования и фазоврашателя , отличающееся тем, что, с целью повышения точности и дальности действия, введены направленный ответвитель, первое и второе плечи которого соединены соответственно с третьим выходом импульсного передатчика и вторым плечом антенного переключателя , линия задержки, вход и выход которой соединены соответственно с третьим плечом направленного ответвителя и сигнальным входом фазовращателя, выход которого соединен с сигнальным входом аттенюатора , опорный генератор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим входом блока автоматической подстройки частоты и вторым входом фазового детектора, второй вход и выход сумматора соединены соответственно с третьим плечом антенного переключателя и вторым входом смесителя, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной i частоты. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, (Л что блок формирования сигнала ошибки содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первые входы которых соединены между собой и являются первым входом блока формирования Сигнала ошибки , синхронизатор, вход которого является вторым входом блока формирования сигнаО ) ла ошибки, а первый и второй выходы син сд сд хронизатора соединены соответственно с вторыми входами первого и второго аналогоцифровых преобразователей, блок вычитания , первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя , а второй и третий входы соединены соответственно с первым и вторым выходами второго аналого-цифрового преобразователя соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь и формирователь управляющего сигнала, выход которого является выходом блока формирования сигнала ошибки, три входа цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими выходами блока вычитания. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия задержки содержит антенный пе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3650184/24-09 (22) 06.10.83 (46) 15.07.85. Бюл. № 26 (72) П. П. Бескид и В. В. Леонтьев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (53) 621.396.96 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 192256, кл. G 01 R 25/02, 1967.

Патент США № 3400394, кл. G 01 $, 1969. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА, содержащее соединенные последовательно импульсный передатчик, блок автоматической подстройки частоты, гетеродин и смеситель, вход которого соединен также с вторым входом блока автоматической подстроки частоты, антенну, антенный переключатель, первое плечо которого соединено с антенной, соединенные госледовательно усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор и первый блок формирования сигнала ошибки, соединенные последовательно синхронизатор, вход которого соединен с вторым выходом импульсного передатчика, блок стробирования, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазовый детектор и второй блок формирования сигнала ошибки, вторые входы первого и второго блоков формирования сигнала ошибки соединены с вторым выходом импульсного передатчика, фазовращатель, соединенные последовательно блок кодирования и индикатор, выход первого блока формирования сигнала ошибки соединен с управляющим входом аттенюатора, а выход второго блока формирования сигнала ошибки соединен с управляющими входами блока кодирования и фазовращателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и дальности действия, введены направленный ответвитель, первое

„„SU „„1167554 и второе плечи которого соединены соответственно с третьим выходом импульсного передатчика и вторым плечом антенного переключателя, линия задержки, вход и выход которой соединены соответственно с третьим плечом направленного ответвителя и сигнальным входом фазовращателя, выход которого соединен с сигнальным входом аттенюатора, опорный генератор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим входом блока автоматической подстройки частоты и вторым входом фазового детектора, второй вход и выход сумматора соединены соответственно с третьим плечом антенного переключателя и вторым входом смесителя, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной

Щ частоты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, ф/ что блок формирования сигнала ошибки содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первые входы которых соединены между собой и являются первым Я входом блока формирования сигнала ошибки, синхронизатор, вход которого является вторым входом блока формирования сигнала ошибки, а первый и второй выходы син- 1 В хронизатора соединены соответственно с вторыми входами первого и второго аналогоцифровых преобразователей, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, а второй и третий входы соединены соответственно с первым и вторым выходами второго аналого-цифрового преобразователя соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь и формирователь уп- а равляющего сигнала, выход которого явля- Ф ется выходом блока формирования сигнала ошибки, три входа цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими выходами блока вычитания.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линия задержки содержит антенный пе1167554 реключатель, первое и второе плечи которого являются соответственно входом и выходом линии задержки, антенну, соединенную с третьим плечом антенного переключателя, и эталонный отражатель.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок автоматической подстройки .частоИзобретение относится к радиотехнике, в частности в радиолокации, и может использоваться для измерения фазового сдвига отраженного от цели импульсного сигнала при измерении матриц рассеяния радиолокационного объекта.

Цель изобретения — повышение точности измерения и дальности действия.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного устройства для измерения фазового сдвига отраженного сигнала; на фиг. 2, 3 и 4 — структурные электрические схемы соответственно блока формирования сигнала ошибки, линии задержки и блока автоматической подстройки частоты; на фиг. 5 и 6 — временные диаграммы сигналов в некоторых точках структурной электрической схемы,. предложенного устройства для измерения фазового сдвига отраженного сигнала.

Устройство для измерения фазового сдвига отраженного сигнала содержит импульсный передатчик 1, блок 2 автоматической подстройки частоты, гетеродин 3, смеситель

4, антенну 5, антенный переключатель 6, усилитель 7. промежуточной частоты, амплитудный детектор 8, первый блок 9 формирования сигнала ошибки, второй блок 10 формирования сигнала ошибки, синхронизатора 11, блок 12 стробирования, фазовый детектор 13, фазовращатель 14, аттенюатора 15, сумматор 16, блок 17 кодирования, индикатор 18, направленный ответвитель 19, линию 20 задержки и опорный генератор 21.

Блоки 9 и 10 формирования сигнала ошибки содержат первый и второй аналого-цифровые преобразователи 22 и 23, синхронизатор 24, блок 25 вычитания, цифроаналоговый преобразователь 26 и формирователь 27 управляющего сигнала.

Линия 20 задержки содержит антенный переключатель 28, антенну 29 и эталонный отражатель 30.

Блок 2 автоматической подстройки частоты содержит смеситель 31 и частотный детектор 32.

Устройство для измерения фазового сдвига отраженного сигнала работает следующим образом. ты содержит соединенные последовательно смеситель и частотный детектор, первый, второй входы смесителя, второй вход и выход частотного детектора являются соответственно первым, вторым, третьим входами и выходом блока автоматической подстройки частоты.

Импульсный сигнал с третьего выхода импульсного передатчика 1 через направленный ответвитель 19, антенный переключатель 6 поступает в антенну 5 и излучается в направлении исследуемой радиолокационной цели. Одновременно с первого выхода импульсного передатчика 1 сигнал поступает на первый вход блока 2 автоматической подстройки частоты, т.е. на первый вход его смесителя 31, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 3. С выхода смесителя 31 сигнал разностной промежуточной частоты поступает на первый вход частотного детектора 32, на второй вход которого поступает сигнал опорного генератора

15 21. Величина напряжения на выходе частотного детектора 32 пропорциональна разности частоты опорного генератора 21 и промежуточной частоты сигнала на выходе смесителя 31. Напряжение с выхода частотного детектора 32 поступает на вход гетеро20 дина 3 и изменяет частоту его настройки до тех пор, пока частота генеродина не станет равной промежуточной частоте сигнала на выходе смесителя 31 блока 2 автоматической подстройки частоты. Импульсный сиг25 нал, отраженный от исследуемой радиолокационной цели, задержанный на время распространения до цели и обратно, поступает через антенну 5, антенный переключатель 6, сумматора 16 на второй вход смесителя 4, на первый вход которого поступает непрерывный гармонический сигнал гетеродина 3.

На выходе смесителя 4 в момент приема отраженного сигнала образуется сигнал разностной промежуточной частоты, равной частоте опорного генератора 21, таким об- разом, происходит преобразование сверх35 высокочастотного сигнала исследуемого отраженного от исследуемой радиолокационной цели в сигнал промежуточной частоты, равной частоте опорного генератора 21 при сохранении фазовых соотношений исследуе40 мого сигнала. Для формирования эталонного сигнала небольшая часть мощности, генерируемой импульсным передатчиком 1, поступает с третьего плеча направленного ответвителя 19 на вход линии 20 задержки, т.е. на первое плечо антенного переключате1167554 ля 28 линии задержки. Время задержки эталонного сигнала достаточно большое, чтобы оно было больше «мертвой» зоны, в те- чение которой прекращаются нестационарные процессы, вызванные воздействием на тракт приемника мощным зондирующим импульсом импульсного передатчика. Зондирующие импульсы, следующие с периодом повторения Т показаны на фиг..5а и 6а.

Для создания временной задержки эталонного сигнала он с третьего плеча антенного переключа 28 поступает на узконаправленную антенну- 29 и излучается последней в направлении эталонного отражателя 30, установленного на строго заданном расстоянии от антенны 29. Сигнал отражается от эталонного отражателя, например, уголкового отражателя, и принимается антенной

29. Таким образом, время задержки эталонного сигнала пропорционально удвоенному расстоянию от антенны 29 до эталонного отражателя 30. Принятый антенной 29 эталонный сигнал с выхода линии 20 поступает на фазовращатель 14 и далее через аттенюатор 15 поступает на первый вход сумматора 16, с выхода которого подается на смеситель 4, и подвергается преобразованию аналогичному преобразованию исследуемого сигнала, отраженного от исследуемой цели, хотя эталонный и исследуемый сигналы поступают в один и тот же тракт обработки в различные промежутки времени. Следует отметить, что сумматор 16, фазо- 30 вращатель 14 и аттенюатор 15 являются сверхвысокочастотными устройствами и позволяют в предложенном устройстве при измерении фазового сдвига отраженного сигнала учитывать фазовый сдвиг сигнала, вносимый сигналом гетеродина, который компенсируется, так как как эталонный и исследуемый сигналы смешиваются в смесителе 4 с сигналом одного и того же гетеродина 3. После усиления сигналов в усилителе 7 промежуточной частоты (времен- 4g ные диаграммы сигналов на выходе усилителя 7 промежуточной частоты показан на фиг. 5б и 66) они поступают на входы блока 12 стробирования и амплитудного детектора 8. Видеосигнал с выхода амплитудного детектора 8 (см. фиг. 5в) поступает на первый вход первого блока 9 формирования сигнала ошибки, т.е. на.первые входы первого и второго аналого-цифрового преобразователей 22 и 23. На второй вход первого аналого-цифрового преобразователя 22 в момент времени Т с выхода синхронизатора 24. поступает импульс разрешающий преобразование аналоговой величины амплитуды эталонного сигнала в цифровой код (см. соответственно фиг. 5г и 5в). Время

То задано временной задержкой сигнала в s5 линии 20 задержки. Первый аналого-цифровой преобразователь 22 запоминает цифровой код аналоговой амплитуды видеоимпульса Uq эталонного сигнала и хранит значение этого кода в течение времени Т р (см. фиг. 5e), равного периоду повторения зондирующего импульса импульсного передатчика 1 при этом должно выполняться условие, чтобы время преобразования Тпр аналоговой величины в цифровой код было мень ше длительности эталонного сигнала, т.е. длительности зондирующего импульса (см. фиг. 5е). Аналогично второй аналого-цифровой преобразователь 23 преобразовывает амплитуду видеоимпульса исследуемого сигнала Ug (см. фиг. 5в) в соответствующий код и запоминает его также на время Т ь (см. фиг. 5д и ж, где Т представляет собои время распространения сигнала от антенны 5 до исследуемой цели и обратно).

Цифровые коды амплитуд эталонного и исследуемого сигнала поступают с соответствующих выходов первого и второго аналого-цифровых преобразователей 22 и 23 на первый и второй входы блока 25 вычитания, который по командному импульсу со второго выхода второго аналого-цифрового преобразователя 23 (см. фиг. 5з) производит вычитание значения амплитуды эталонного импульса из значения амплитуды исследуемого импульса, причем результат вычитания содержиъ и знак разности. Цифровые коды разности с выходов блока 25 вычитания поступают на соответствующие входы цифроаналогового преобразователя 26, который по командному импульсу с третьего выхода блока 25 вычитания (см. фиг. 5к) преобразовывает цифровой код разности

Ц вЂ” Бц в напряжение (см. фиг. 5л). Командный импульс разрешающий преобразование цифрового кода в напряжение (см. фиг. 5к) задержан относительно командного импульса начала вычитания на время Т ыч, необходимое для проведения операции вычитания в блоке 25 вычитания (см. фиг. 5и, 5к). Напряжение Бэ — Ug с выхода цифроаналогового преобразователя 26 поступает на формирователь 27 управляющего напряжения, управляющего регулировкой аттенюатора 15, определяющего величину эталонного сигнала на выходе усилителя 7 промежуточной частоты, равной величине исследуемого сигнала. Таким образом, в кольце сумматор 16, смеситель 4, усилитель 7 промежуточной частоты, амплитудный детек тор 8, первый блок 9 формирования сигнала ошибки и аттенюатор 15 реализуется замкнутая следящая система, управляющая коэффициентом затухания регулируемого сверхвысокочастотного аттенюатора 15, и, если эталонный сигнал превышает исследуемый сигнал, коэффициент затухания аттенюатора 15 увеличивается, и наоборот. В результате автоматической регулировки следящая система устанавливает равенство амплитуд эталонного и исследуемого сигнала, которые

1167554

6 также поступают на вход блока 12 стробирования и затем на первый вход фазового детектора 13. Синхронизация блока 12 стробирования осуществляется синхронизатором

ll, который в свою очередь синхронизуется тактовыми импульсами импульсного передатчика. Стробирующие импульсы на выходе сйнхронизатора показаны на фиг. 6в, где моменты времени Т. и Т, соответствуют временным задержкам эталонного и исследуемого сигнала соответственно. Сигналы промежуточной частоты на выходе блока от стробирования показаны на фиг. 6г. Эти импульсы поступают на первый вход фазового детектора 13, на второй вход которого поступает непрерывный сигнал опорного генератора 21 (см, фиг. 6д) частота которого равна частоте сигнала на выходе усилителя 7 промежуточной частоты. Фазовый детектор 13 формирует в моменты времени То и Т два последовательных во времени импульсных сигнала (см. фиг. 6е) Uar u Uwr

Амплитуда первого импульса Uar пропорциональна фазовому сдвигу эталонного сигнала и сигнала опорного генератора 21, амплитуда второго импульса Ugr пропорциональна фазовому сдвигу исследуемого сигнала и сигнала этого же опорного генератора 21. Эти импульсы с выхода фазового детектора 13 поступают на первый вход второго блока 10 формирования сигнала ошибки, конструкция которого аналогична конструкции первого блока 9 формирования сигнала ошибки. Процедура обработки сигналов во втором блоке 10 формирования сигнала ошибки полностью идентична процеду) е обработки сигнала в первого блоке 9 формирования сигнала ошибки. Таким образом, на выходе второго блока 10 формирования сигнала ошибки сигнал (см. фиг. 6ж) будет пропорционален фазовому сдвигу исследуемого сигнала относительно фазы эталонного сигнала. Этот сигнал в виде постоянного напряжения поступает на управляющий вход фазовращателя 14 и изменяет фазу эталонного сигнала до тех пор, пока она не будет равной фазе исследуемого сигнала на выходе усилителя 7 промежуточной частоты. Таким образом, в кольце сумматор 16, смеситель 4, усилитель 7 промежуточной частоты, блок 12 стробирования, фазовый детектор 13, второй блок

10 формирования сигнала ошибки, фазовращатель 14, аттенюатор 16 образуется замкнутая фазовая следящая система. Указанная следящая система регулирования производит захват фазы только после того, как следящая система регулирования амплитуды будет регулировать амплитуды эталонного сигнала, уравнивая ее с амплитудой исследуемого сигнала. Регулируемый сверхвысокочастотный фазовращатель 14 калибруется и информация о фазе исследуемого сигнала с помощью блока 17 кодирования регистрируется на индикаторе 18, например блок 17 кодирования может быть выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и информация о фазе в этом случае представляется на индикаторе в цифровом виде.

Технико-экономический эффект предложенного устройства для измерения фазового сдвига отраженного сигнала заключается в увеличении дальности действия устройства, поскольку в качестве импульсного передатчика 1 может быть использован некоЗО герентный передатчик, мощность которого в десятки раз может быть больше по сравнению с мощностью когерентного передатчика, используемого в устройстве-прототипе, и в повышении точности измерения фазового сдвига отраженного исследуемого сигнала, поскольку в предложенном устройстве устраняется систематическая ошибка измерения, обусловленная фазовым сдвигом сигнала, вносимым сигналом гетеродина, и ошибка, обусловленная расхождением частот эталонщ ного и исследуемого сигналов.

1167554

Риг.2

1167554

1167554

n+2) r

П."г1) Т т1

91

Составитель Ю. Кузнецов

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А. Долинин

Заказ 4433/45