Радиолокационный измеритель характеристик каналов распространения радиоволн

 

C0IO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 5 13/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3589626/24-09 (22) 04.05.83 (46) 30.08.85. Бюл..№ 32 (72) Ю, П. Акулиничев, В. А. Бутько и Г. С. Шарыгин (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.396.962..38(088.8) (56) Петровский Н. И. и Федоренко В.И.

Влияние нестабильности частоты передатчиков на результат измерения разности фаз. — В республиканском межведомственном научно-техническом сборнике..".Радиотехника", Изд-во

ХГУ, 1977, с. 10-13.

Арбузов Ю. В. Экспериментальное исследование троносферного канала методом импульсной радиолокации с активным ответом;"Радиотехника", 1975, сер. 30, ¹ 4, с. 14-18. (54)(57 ) РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛА РАСПРОСТРАНЕНИЯ

РАДИОВОЛН, состоящий из запросной и ответной станций, при этом запросная станция содержит последовательно соединенные антенну, антенный переключатель и приемник, а также передатчик, выход которого подключен к входу антенного переключателя, генератор стробов дальности, генератор запускающих импульсов и регистрирующий блок, при этом выход генератора запускающих импульсов подключен к входу генератора стробов дальности и входу передатчика, а ответная станция содержит последовательно соединенную антенну и антенный переключатель, выход которого подключен к входу приемника, а вход соединен с выходом пе„„SU„„1376277 А редатчика, при этом выход видеосигнала йриемника через пороговый блок подключен к входу первого элемента задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета фазового сдвига сигнала, вносимого каналом распространения радиоволн, на запросной станции дополнительно введены пороговый блок, последовательно соединенные аттенюатор, когерентный гетеродин и фазометр, последовательно соединенные элемент ИЛИ и счетный триггер, а также пять элементов И, RS-триггер, генератор счетных и пульсов, измеритель временных интервалов, измеритель амплитуды видеоимпульсов, элемент задержки, генератор импульсов и дво-. ичный реверсивный счетчик, при этом выход передатчика подключен к входу аттенюатора, радиочастотный выход приемника подключен к второму входу фазометра, а выход видеосигнала пог ключен к входу порогового блока, выход которого подключен к прямому вхо- ду RS-триггера и первому входу третьего элемента И, выход фазометра подключен к входу предустановки разрядов двоичного реверсивного счетчика, выход генератора. запускающих импульсов подключен к первому входу элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого объединен с инверс- ным входом RS-триггера и тактовым входом регистрирующего блока и соединен с выходом второго элемента И, прямой и инверсный выходы счетного триггера подключены соответственно -к пер" вым входам первого и второго элемен11 тов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора стробов дальности, выход первого элемента И подключен к тактовым входам измерителя временных интервалов, измерителя амплитуды видеоимпульсов и фазометра, а также входу элемента задержки и входу "Сброс" двоичного реверсивного счетчика, выход генератора запус-." кающих импульсов подключен к запускающему входу измерителя временных интервалов, выход видеосигнала приемника подключен к информационным входам измерителя временных интервалов и измерителя амплитуды видеоимпульсов выходы которых соответственно под) ключены к первому и второму входам регистрирующего блока, третий, инфор. мационный, вход которого соединен с выходом двоичного реверсивного счетчика, вход управления записью, вход сложения и вход вычитания которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и четвертого и пятого элементов И, выход RS-триггера подключен к первому входу четвертого элемента И, входу генератора импульсов, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого элемента И и соединен с выходом генератора счетных импульсов, а на ответной станции дополнительно введены счетный триггер, три элемента И, второй и третий. элемент задержки, двоичный реверсивный счетчик, генератор счетных импульсов, счетный триггер, когерентный гетеро76277 дин фазометр, аттенюатор и элемент

ИЛИ, при этом выход порогового блока подключен к входу счетного триггера, прямой и инверный выходы которого подключены .соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, выход первого элемента И подключен к входу второго элемента задержки, тактовому входу фазометра и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход элемента ИЛИ подключен к входу передатчика, выход которого через аттенюатор подключен к первому информационному входу фаэометра, второй информационный вход которого соединен с выходом когерентного гетеродина, вход которого соединен с радиочастотным выходом приемника, выход двоичного реверсивного счетчика подключен к входу третьего элемента задержки и к прямому входу RS-триггера, инверсный вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных имгульсов, вход предустановки разрядов,. вход управления записью и вход вычитания двоичного реверсивного счетчика соединены соответственно с выходом фазометра, выходом второго элемента задержки и выходом третьего элемента И.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения затухания, фазового сдви-, га и времени распространения радиоимпульсного сигнала, зондирующего канал распространения радиоволн.

Цель изобретения — повьппение точности измерения путем учета фазового сдвига сигнала.

На фиг. l приведена структурная электрическая схема радиолокацион" ного измерителя .характеристик канала распространения радиоволн; на . фиг. 2 — эпюры напряжений на выходах отдельных элементов схемы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из запросной станции 1 и ответной станции 2, при этом залросная станция 1 содержит антенну 3, антенный переключатель

4, передачик 5, приемник 6, пороговый элемент 7, аттенюатор 8, коге-. рентный гетеродин 9, фаэометр 10, генератор запускающих импульсов ll, 1176277

3 генератор стробов дальности 12, элемент ИЛИ 13, счетный триггер 14, элемент задержки 15, двоичный реверсивный счетчик 16, пять элементов

И 17-21, измеритель 22 временных интервалов, измеритель 23 амплитуды видеоимпульсов, регистрирующий блок

24, RS-триггер 25, генератор 26 счетных импульсов, генератор импуль,сов 27, а ответная станция 2 содержит антенну 28, антенный переключатель 29, передатчик 30, приемник 31, пороговый блок 32, три элемента задержки 33-35, счетный триггер 36, три элемента И 37-39, RS-триггер 40, генератор 41 счетных импульсов, двоичный реверсивный счетчик 42, коге. рентный гетеродин 43, фазометр 44, аттенюатор 45 и элемент ИЛИ 46.

Устройство работает следующим образом.

Измерение характеристик канала распространения радиоволн устройством осуществляется периодически с периодом, равным двум периодам(пер. вый и второй ) повторения излучаемых запросной станцией 1 радиоимпульсов.

B первом периоде повторения в запросной станции 1 по принятому от 30 ответной станции 2 радиоимпульсу измеряются затухание в обратном канале и суммарное время распространения радиоимпульса в прямом и обратном каналах. B первом же периоде повторе-З5 ния в запросной станции 1 и ответной станции 2 в моменты приема радиоимпульсов измеряются и запоминаются разности фаз между принимаемым и излучаемым радиоимпульсами. Во втором 40 периоде повторения после приема радиоимпульса от запросной станции 1 значение измеренной в ответной стан-ции 2 разности фаз передается в запросную станцию 1 путем дополнитель- 45 ной временной задержки (времяимпульсной модуляции ) излучаемого ответного радиоимпульса,В запросной станции 1 дополнительная временная задержка принятого ответного радиоимпульса преобразуется в значение измеренной в ответной станции 2 разности фаз, которая суммируется с разностью фаз, измеренной в запросной станции 1.

Результатом суммирования является у фазовый сдвиг, вносимый прямым и обратным каналами распростране— ния.

В синхронном режиме работы запросной 1 и ответной 2 станций устройство работает следующим образом;

Генератор запускающих импульсов ll формирует периодическую последовательность импульсов, период повторения которой больше удвоенного времени распространения сигнала от запросной 1 до ответной 2 станции (фиг. 2 а ). Генератор стробов дальности 12 из поступающей на его вход последовательности запускающих импульсов формирует последовательность стробов дальности — импульсов длительности „временное положение которых соответствует ожидаемому моменту приема ответных радиоимпульсов без времяимпульсной модуляции (фиг, 2 б). В:первом периоде повторения передатчик 5 запросной станции

1 в момент прихода на его вход импульса с выхода генератора 11 запускающих импульсов генерирует радиоимпульс со случайной начальной фазой ф на несущей частоте Ы длительно-.

1 о стью Г, который через антенный переключатель 4 поступает в антенну 3 и излучается в направлении на ответную станцию 2. Длительность Т излучаемого радиоимпульса выбирается много большей ожидаемого размаха флуктуаций группового времени запаздывания в исследуемом радиоканале.

Одновременно с излучением радиоимпульс с выхода передатчика 5 запросной станции 1 через аттенюатор 8 поступает на вход когерентного гетеродина 9, который запоминает начальную фазу ф„ излучаемого радиоимйульса. В момент излучения выходной импульс генератора ll запускающим импульсов поступает через элемент

HJIH 13 на вход счетного триггера 14 и переключает его в единичное состояние: на прямом выходе счетного триггера 14 устанавливается высокий потенциал (фиг.. 2 в ), а на инверсном — низкий (фиг. 2 г ).

Излученный запросной станцией I радиоимпульс проходит прямой канал распространения, принимается антенной 28 ответной станции 2 и через

I антенный переключатель 29 поступает на вход приемника 31. С радиочастотного выхода приемника 31 принятый радиоимпульс подается на вход когерентного гетеродина 43, который запоминает его начальную фазу, рав1176277 ную,.с учетом фазового сдвига Яф„, полученного при распространении в прямом канале, ф„+ и ф„. Импульс с видеовыхода приемника 31 -формирует,ся пороговым элементом 32 по амплитуде (фиг. 2 д ), поступает на вход счетного триггера Зй и переключает его в единичное состояние: на прямом выходе триггера 36 устанавлива- 10 ется высокий (фиг. 2 е), а на инверсном — низкий (фиг. 2 ж) потенциал. При этом первый элемент И 37, подключенный к прямому выходу счетного триггера 36, будет открыт и 15 выходной импульс порогового элемента 32, задержанный на время с в первом элементе задержки 33, поступает через первый элемент И 37 (фиг. 2 з) и элемент ИЛИ 46 20 (фиг ° 2 и) на вход передатчика 30. ! l

Задержка t = (1-2)fi необходима для исключения перекрытия во времени принимаемого и излучаемого ответной станцией 2 радиоимпульсов. Передатчик 30 ответной станции 2 в момент прихода на его вход импульса с выхода элемента KIN 46 генерирует радиоимпульс со случайной начальной фазой . ф на несущей частоте ж длительности 7 30 который через антенный переключатель

29 поступает в антенну 28 и излучается в направлении на запросную станцию

1. Одновременно с излучением радиоимпульс с выхода передатчика 30 по- З5 ,.ступает через аттенюатор 45 на вход фазометра 44. Запускаемый поступающим на его вход (тактовый) импульсом с

1 выхода первого элемента И 37(фиг. 2 з, фазометр 44 измеряет разность фаз Ч,40 между колебаниями когерентного гетеродина 43 и излучаемым радиоимпульсом — Ф + Ь f — ф . Значение измеренной разности фаз „ с выходов разрядов, фаэометра 44 в параллельном двоичном коде, соответствующем десятичному числу ш = (It /360) (2 -1), где N — число выходнйх разрядов фазометра 44, поступает на входы предус тановки К разрядов двоичного реверси-. 50 ного счетчика 42. Запись кода в двоичный реверсивный счетчик 42 .происхо дит в момент поступления на вход управления записью импульса с выхода второго элемента задержки 34, вход 55

-которого подключен к выходу первого элемента И 37. Величина задержки во втором элементе задержки 34 равна времени измерения разности фаз фазометром 44.

Излученный ответной станцией 2 радиоимпульс проходит обратный канал распространения, принимается антенной

3 запросной станции. 1 и через антенный переключатель 4 поступает на вход приемника 6. Так как счетный триггер 14 в этом .периоде повторения находится в единичном состоянии (фиг. 2 в,r), то строб дальности (фиг. 2 б) с выхода генератора 12 стробов дальности поступает первый через элемент И 17 (фиг. 2 к) на тактовые входы измерителя 22 временных интервалов, измерителя 23 амплитуды видеоимпульсов и фазомвтра !0. Измеритель 22 временных интервалов, представляющий собой преобразователь время — код, в момент прихода на его такчэФый вход строба дальности формирует двоичный код пропорциональный временному интервалу между импульсом, поступающим на запускающий вход измерителя 22 временных интервалов с выхода генератора запускающих импульсов ll и импульсом с видеовыхода приемника 6, поступающим на информационный вход измерителя временных интервалов.

Сформированный двоичный код с учетом задержки t, вводимой первым элементом задержки 33 в ответной станции

2, определяет время распространения радиоимпульса в прямом и обратном каналах. Измеритель 23 амплитуды видеоимпульсов, представляю!ций собой пиковый детектор и преобразователь напряжение — код, формирует двоичный код, пропорциональный амплитуде импульса с видеовыхода приемника 6.

Измеренная амплитуда видеоимпульса определяет при известной мощности излучаемого ответной станцией 2 радиоимпульса затухание сигнала в обратном канале. С выходов разрядов измерителя 22 временных интервалов и измерителя 23 амплитуды видеоимпульсов двоичные коды поступают в регистрирующий блок 24..фазометр 10 запросной станции 1 в момент прихода на его тактовый вход строба дальности измеряет разность фаз g межа ду принимаемыми ответным радиоимпульсом, начальная фаза которого с учетом фазового сдвига ;Ь 2, полученного при распространении в обрат1176277 ном канале, равна ф + d Ч и ко2 2 лебаниями когерентного гетеродина

9: | 2 | 2 + | 2 | Разнос т

Ч в параллельном двоичном коде, соответствующем десятичному числу п = (f

Запись двоичного кода в двоичный реверсивный счетчик 16 происходит в момент поступления на его вход управления строба дальности с выхода 15 элемента задержки 15. Величина за— держки в элементе задержки 15 равна времени измерения разности фаз фазометра 10. Перед записью кода в двоичный реверсивный счетчик 16 послед- 20 ний предварительно обнуляется поступающим на вход "Сброс" стробом дальности с выхода первого элемента И 17.

Во втором периоде повторения в

25 момент излучения р адиоимпуль са запросной станцией 1 счетный триггер 14 импульсом, поступающим на его вход через элемент ИЛИ 13 с выхода генератора 11 запускающих импульсов, переключается в нулевое состояние (фиг. 2 в, r) . Счетный триггер 36 в момент приема ответной станцией 2 радиоимпульса, излученного запросной станцией 1, импульсом с выхода порoro — r 35 вого блока 32 (фиг. 2 д) также переключается в нулевое состояние (фиг. 2 е, ж) . При этом открытым оказывается второй элемент И 38 и импульс с выхода первого элемента- задержки 33 поступает через второй элемент И 38 (фиг. 2 л) на вход установки в единицу RS-триггера 40. Третий элемент И 39, вход которого подключен к выходу RS — триггера 40, открыва-45 ется и.выходные импульсы генерато1 ра 41 счетных импульсов поступают на вход вычитания двоичного реверсивного счетчика 42. При равенстве числа счетных импульсов, поступающих 50 на вход вьгчитания двоичного реверсив-. ного счетчика 42, числу m, записанно— му в -.нем в предыдущем периоде повторения, на выходе переноса при вычитании двоичного реверсивного счетчи-55 ка 42 появляется импульс переноса, который, поступая на вход установки . в нуль RS-триггера 40, переводит его в нулевое состояние, и третий элемент

И 39 закрывается.

Временная задержка уф импульса с выхода переноса при вычитании двоичного реверсивного счетчика 42 относительно импульса с выхода первого элемента задержки 33 равна iq-- т х х Т „, где Т L< — период повторения счетных импульсов генератора 41 счетных импульсов. Импульс переноса при вычитании поступает через третий элемент задержки 35 и элемент ИЛИ 46 (фиг. 2 и )на вход передатчика 30, и ответная станция 2 излучает в направлении на запросную станцию 1 радиоимпульс. Таким образом, излучаемый во втором периоде повторения ответной станцией 2 радиоимпульс имеет по сравнению с радиоимпульсом, излучаемьи в первом периоде повторения, дополнительную временную задержку — <, + t„ (фиг. 2 п), определяемую значением измеренной в первом периоде повторения разности фаз

g | = mT сч = (|т„ /360) (2 -1)Тсч и фиксированной задержкой t вводимой третьим элементом задержки 35.

Задержка t„ = (1- 2) необходима для выделения при приеме в запросной станции 1 ответных радиоимпульсов второго периода повторения от ответных радиоимпульсов первого периода повторения в том случае, когда измеренной разности фаз К соответстт вует Hóëåная временная задержка. Максимальная величина задержки Су выбирается из условия" щ = Тп-Т0 юнак где Т„- период повторения излучаемых запросной станцией 1 радиоимпульсов.

Т> — задержка строба дальности относительно запускающего импульса.

Период следования счетных импульсов генератора 41 счетных импульсов определяется величиной | „и числом выходных разрядов фазометра 44:

Тсч = 71,ях (2 -) ).

При приеме во втором периоде повторения ответного радиоимпульса за.-. просной станцией 1 счетный триггер

14 находится в нулевом состоянии (фиг. 2 в )и строб дальности с выхо-. да генератора 12 стробов дальности поступает на подключенные к выходу второго элемента И 18 (фиг. 2 м вход третьего элемента И 19 и выход установки в единицу RS-триггера 25.

Так как поступающий на другой вход

1176277

35 третьего элемента И 19 импульс с выхода порогового блока 7 (фиг, 2 н ) имеет относительно строба дальности (фиг. 2 м)задержку t< то импульс на выходе третьего элемента И 19 отсутствует.

КБ;триггер 25, на вход установки в нуль которого поступает импульс с выхода порогового блока 7 (фиг,. 2 н) формирует импульс, длительность ко- 10 торого ранна временной задержке принимаемого ответного радиоимпульса относительно строба дальности. Сформированный импульс поступает на вход четвертого элемента И 20, другой вход15 которого подключен к выходу генератора 26 счетных импульсов. Период следования счетных импульсов Т „ генератора 26 счетных импульсов равен периоду следования счетных импульсов 2р генератора 41 счетных импульсов, число импульсов, поступающих с выхода четвертого элемента И 20 на вход сложения двоичного реверсивного счетчика 16, будет равно 25

tq/ сц сч/Тсц + „/Тсц ш +

+ mo здесь m = t1/Ò „. В двоичном реверсивном счетчике 16 число суммируется с числом п, соответствующим измеренному в предыдущем ЗО периоде повторения значению разности фаз Чс: n + k = n + m + тп

Генератор 27 импульсов, запускаемый задним фронтом выходного импульса RS-триггера 25, формирует им— пульс, длительность которого равна временной задержке t, вводимой третьим элементом задержки 35. Сформированный импульс поступает на вход пятого элемента И 21, другой вход которого подключен к выходу генератора 26 счетных импульсов, и на вход вычитания двоичного реверсивного счетчика 16 с выхода пятого элемента

И 21 поступает тп = t1/Т „ импульсов.4>

Остающийся после вычитания в двоичном реверсивном счетчике 16 двоичный код соответствусг десятичному числу k + п — m = m + m + n — m о о о

= m + n, которое соответствует сумме разностей фаз т и т, измерен1 ных в предыдущем периоде повторения в ответной 2 и запросной 1 станциях:

1 т ф =ф1Дф-ф +ф +дс -ф = 1 Y +4 с = Ч 2 1 I 2 2 2 1 1 2

Полу енная сумма М = A Ч ф Ó2 равна су. марному фаэоному сднигу радиоимпульт а при его распространении в прямом и обратном каналах. С выходов -двоичных разрядов двоичного реверсивного счетчика 16 суммарный фазовый сдвиг .Ч в параллельном двоичном коде поступает в регистрирующий блок 24. Так как фазометры 10 и 44 запросной 1 и ответной 2 станций измеряют разности фаз 1 и в

z пределах 0-360 град, то суммарный фазовый сдвиг измеряется н пределах

0-720 град. Регистрирующий блок 24 представляет собой любое устройство для записи двоичных кодов на перфоленту или магнитную ленту. Для синхронизации работы регистрирующего блока 24 используется строб дально— сти с выхода второго элемента И 18, С излучением запросной станцией 1 следующего радиоимпульса устройство работает описанным выше образом.

Процесс вхождения в синхронизм запросной 1 и ответной 2 станций после включения устройства происходит следующим образом. В момент включения устройства состояние счетных триггеиов 14 и 36 может быть любым из двух возможных. Из четырех возможных пар состояний две пары, когда счетные триггеры 14 и 36 находятся н одинаковых состояниях (фиг. 2 в, е ), соответствуют описанной выше синхронной работе. Рассмотрим две другие возможные пары состояний.

Пусть в момент включения устройства счетный триггер 14 находится в единичном состоянии, а счетный триггер 36 — в нулевом. Тогда в момент излучения радиоимпульса запросной станцией 1 счетный триггер 14 импульсом с выхода генератора 11 запускающих импульсов через элемент ИЛИ 13 переключается в нулевое состояние, а счетный триггер 36 н момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 выходным импульсом порогоного элемента 32 переключается и единичное состояние. Так как при этом открывается подключенный к прямому выходу счетного триггера 36 первый элемент И 37, то ответная станция 2 излучает радиоимпульс без дополнительной временной задержки. Поскольку счетный триггер 14 в момент приема радиоимпульса запросной станцией 1 находится в нулевом состоянии, то второй элемент И 18, подключенный к инверсному выходу счетного триггера

14, открыт и строб дальности с выхода генератора 13 стробов дальности поступает через второй элемент И 18 на вход третьего элемента

И 19. Так как поступающий на другой вход третьего элемента И 19 выходной импульс порогового элемента 7 совпадает во времени со стробом дальности, то импульсом с выхода третьего элемента И 19 через элемент ИЛИ 13 счетный триггер 14 переключается в единичное состояние. В момент излучения запросной станцией 1 следующего радиоимпульса счетный триггер 14 переключается в нулевое состояние, счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 переключается также в нулевое состо- яние„ и .устройство начинает работать в синхронном режиме.

Пусть теперь в момент включения устройства счетный триггер 14 находится в нулевом состоянии, а счетный триггер 36 — в единичном. Тогда в момент излучения радиоимпульса запросной станцией 1 счетный триггер

76277 12

14 переключается в единичное состоя ние, а счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 — в нулевое состояние. Ответная .станция 2 излучает в этом случае радиоимпульс с дополнительной временной задержкой. При приеме запросной станцией 1 ответного радиоимпульса третий элемент И 19 закрыт

10 и состояние счетного триггера 14 не изменяется. В момент излучения запросной станцией 1 следующего радиоимпульса счетный триггер 14 переключается в нулевое состояние, а счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2— в единичное состояние. Далее процесс вхождения в синхронизм запросной и ответной станций протекает аналогично описанному. Таким образом, время установления синхронной работы запросной и ответной станций 2 с момента включения устройства не превышает двух периодов повторения излу25 чаемых запросной станцией 1 радио импульсов.

1176277

1176277

Составитель Е. Прозоровская

Редактор. К. Волощук ТехредЖ.Кастелевич Корректор С. Шекмар

Заказ 5356/46 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-:35, Раушская на5., y, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4