Устройство для определения частоты узкополосных сигналов

 

Изобретение может быть использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, в измерительных комплексах внеполосных или паразитных узкополосных излучений. Устройство для определения частоты узколопосных сигналов содержит анализатор, состоящий из каналов, входы которых соединены параллельно, каждый канал содержит полосовой фильтр, амплитудный детектор, интегратор , пороговый блок, блок совпадения и ключ блок грубой оценки частоты, мультиплексор 3, частотный детектор, сумматоры напряжений и индикатор. 2 зл ф-лы, 1 ид

Комитет Росснйской Федерации по патентам и товарным знакам (ю RØÄ (щ 2 (51) 5 G61R23 ОО (21) 4808237/21 (22} 30.03.90 (46) 15.11.93 Ben Na 41-42 (71) Таганрогский радиотехнический институт (72) Дятлов АП„Макаров АМ. (73) Таганрогский радиотехнический институт (54) УСТРОйстВО ДЛЯ ОПЩДЯПКНИЯ ЧАС=

ТОТЫ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быль использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, в измерительньtx комплексах внеполосных или паразит= ных узкополосных излучений, Устройство дпя определения частоты узкополосных сигналов содержит анализатор, состоящий из каналов, входы которых соединены параллельно, каждый канал содержит полосовой фильтр, амплитудный детектор, интегратор пороговый блок, блок совпадения и ключ, блок грубой оценки частоты, мультиплексор 3, частотный детектор, сумматоры напряжений и индикатор. 2 зл. ф-лц1 ил.

2003114

20

40

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и преимущественно может быть использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, а также в измерительных комплексах внеполосных или паразитных узкополосных излучений.

Целью изобретения является повышение точности определения частоты, включающее в себя и повышение помехоусточивости с допустимой функциональной сложностью.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для определения частоты узкополосных сигналов содержит многоканальный частотный анализатор 1, состоящий из N каналов, входы которых соединены параллельно, каждый из каналов содержит полосовой фильтр 11, подключен.. ный к первому входу интегратора 31 через последовательно включенныЙ амплитудный детектор 21, выход первого интегратора 31 подключен через последовательно соединенные пороговый блок 41, первый вход блока совпадения 51 к первому входу электронного ключа. 61. второй вход которого соединен с выходом генератора ицпульсов сброса 81, вход генератора синхроимпульсов 71 подключен ко входу генератора импульсов сброса 81, второй вход первого интегратора 31 связан с выходом генератора, вторые входы блока совпадения 51 подключены к выходу генератора тактовых импульсов 91, вход которого соединен с выходом генератора импульсов сброса 81, потенциальные вь ходы 1 соединены с информационными входами двухканального блока грубой оценки частоты 2, у которо-о К/2 потенциальных выходов многоканального частотного анализатора подключены к К/2-1 входам второго мультиплексора 12, К/2-1 потенциальных выходов многоканального . частотного анализатора подключены к N/2 входам третьего мультиплексора 22, вь!Ход второго мультиплексора 12 связан со входом первого демультиплексора 32, выход третьего мультиплексора 22 связан со входом второго демультиплексора 22, К/2 выходов первого демультиплексора 32 подключены к

К/2 адресным входам четвертого демультиплексора 32, N/2-1 выходов второго демультиплексора 4z подключены к адресным входам пятого мультиплексора 6z. на информационные входы четвертого Бр и пятого 62 мультиплексоров подаются опорные напряжения, соответствующие центральным частотам и нечетных каналов, а информационные ВыхОды с Входами мультиплексора 3, выход которого соединен со входом частотного детектора 4, состоящего из фазовращателя 14, соединенного со входом линии задержки 24, выход которой подключен ко вторым входам первого перемножителя 34 и второго перемножителя 54, выход линии задержки 24 связан с первым входом второго Зв, выход фазовращателя 14 соединен через последовательно включенный первый вход первого перемножителя 34 и второй и третий фильтры нижних частот 54 и 64-, с первым и вторым входами фазового детектора 74, выход второго перемножителя

Зв связан со входом третьего фильтра нижних частот 64, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 74, выход 4 соединен с первыми входами первого

5 и второго б сумматоров напряжений, выходы которых соединены со входом индикатора 7, вход генератора кодов адресов опроса 8 связан с выходом генератора синхроимпульсов 71 многоканального частотного анализатора 1, а выход 8 с адресными входами мультиплексора 3 и двухканального блока грубой оценки частоты 2.

Работает устройство определения частоты узкополосных сигналов следующим образом, Пусть на входы N каналов многоканального частотного анализатора поступает процесс в виде аддитивной смеси M сигналов, представляющих собой гармонические компоненты, существующие на интервале

jtp, tp + Тгк) ГДЕ tp НаЧЯЛО аНаЛИЗа; Тгк— длительность сигнала .М у(т) = g Upj iехр(J(we1; х+p;))

l= 1

Полагаем, что максимально число M известно, сигналы могут поступать одновреМЕННО, ÍÎ NO1<ВOZ <„,.Вом И ВОДИН КаНаЛ попадает не более одного сигнала, 4 -неизвестные амплитуды I-ûõ сигналов; p i— неизвестные начальные фазы сигналов, Время анализа, за которое происходит поосмотр первым мультиплексором 3 всех И каналов определяется длительностью импульсов генератора тактовых импульсов 91

Тгтм, ПРИЧЕМ Тгти < Тгк мах

В момент включения генератора синхроимпульсов 71, запускающего генератор тактовых импульсов 91 и генератор импульсов сброса 81, котарь.й обнуляет интеграто- . ры 31 после их работы в предыдущем такте, генератор 91 подает разрешающее напряжение на блоки совпадения 51. Блоки полосовых фильтров 11, амплитудных детекторов .

21, интеграторов 31 и пороговых блоков 41 представляют собой энергетические обнаружители, причем для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы время

2003114 интегрирования Т было меньше Тгк, но достаточное для обеспечения заданной вероятности правильного обнаружения Рло.

Если уровень напряжения превышает порог

1-го порогового блока, то блок совпадения 51 выдает отпирающее напряжение на электронный ключ б1, который подключает соответствующий полосовой фильтр 11 °

Входные сигналы с выхода l-ro полосового фильтра поочередно, через первый мульти- 10 плексор 3, управляемый генератором кодов адресов опроса 8, поступают на входы фазовращателя 14, линии задержки 24 и второго перемножителя 34.

На выходе фазовращателя имеем

Оф = Uo Sl A (04! t + P + g ) = Оо COS (Cl4f t

+ Uf) на выходе линии задержки 24 20

U)3 Uo Sln(Wf *t+ f Ф +pf) тогда на выходе первого перемнОжителя 44 получим г 25 U> = (sin (2 йЬ t+eof tç+2 Р1)2

-$1П® ot t3 ) на выходе второго перемножителя

02 = — ICOS Оо1 ГЗ СОЗЕ ol t+49 of ТЭ +2+ Щ

Uo

2 после фильтров нижних частот 54, 64 имеем

U2 35

01ф= sin аЬ . З

2

02ф = cos В t3

Uo

2 окончательно отклик фазового детектора 4

74

slnobf t3

Офд- — агсщ, =coot тз .

cosWf t3

Тогда ы, = —, где гз величина за- 45 оф.д

<3 держки 24 известна и выбирается из значения ширины полосы анализа частот одного канала многоканального частотного анализатора 1.

Таким образом, частотный детектор 4 осуществляет точное определение частоты

eof. В то же время видно, что незнание номера полосового фильтра (канала), в котором присутствует сигнал, приводит к 55 неоднозначности отсчета. Если же такая информация присутствует, кроме того есть информация о четности — нечетности номера канала, то появляется возможность использовать как положительную, так и отрицательную ветви дискриминационной харак" теристики, С этой целью вводится двухканальный блок грубой оценки частоты 2, который работает следующим образом: выходы блоков совпадения четных кана . в поочередно коммутируются вторым мультиплексором

12, а выходы блоков совпадения нечетных каналов коммутируются третьим мультиплексором 22. Первый и второй демультиплексоры 32 и 42 преобразуют номер канала в цифровой двоичный код, которые затем подаются на адресные входы четвертого 52 и пятбго 62 мультиплексоров. На информационные входы четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров подаются эталонные напряжения, соответствующие значениям центральных частот полосовых фильтров каналов. В сумматорах 5 и 6 происходит суммирование напряжения с выхода фазового детектора 8з и соответствующего информационного входа четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров. Результат индицируется индикатором 7.

Следует отметить, что последовательное включение блоков 12, 32, 52 и 22, 42, 62 двухканального блока грубой оценки частоты 2 приводит к возможности синхронизации работы блоков первого мультиплексора 3, четвертого 52 и пятого 62 мультиплексоров от генератора кодов адреса опроса 8, который в свою очередь синхронизируется как и блоки 4t, 31, 5, 91 от генератора синхроимпульсов 71, что в свою очередь приводит к сиихронизации устройства в целом. Как следствие из этого исключения появление аномальных ошибок с блоков совпадения 5<, т.к. происходит развязка адресных входов мультиплексора мультиплексоров 52, 62 и выходов 52, считывание efof пРоисходит лишь. в момент подачи сигналов от генератора кодов адресов опроса 8, исключая тем самым появление псевдооценок Лсоьь

Генератор кодов адресов опроса 8 последовательно выдает двоичный код

000...01,000...10,000...11...,111...11, которые поступают на адресный вход мультиплексора 3, который последовательно исключает выходы электронных ключей 61 каналов, причем адрес 000...01 соответствует подключению выхода электронного ключа первого канала многоканального частотного анализатора 1,000...10-2-го канала и

111...11 — N-го канала.

Напряжение с выхода электронных кл очей 6t представляет собой

Uo ЕХр (j(Cuof t+ pi)+ n(t), tC (tq, т2) () =(40

n(t), t 6 tt>, tz) где } }и — амплитуда сигнала; N i — неизвестная частота;

ПК} — белыЙ гауссовский шум; t2-t1 = Тпи длительность импульсов генератора такТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ, 8 ОПИСЭНИИ ЗЭЯВКти ДЛЯ просто ы анализа A(t) можно пренебре ».

Соответственна по вышеприведенным кодам адресов опроса срабатывают мультиплексоры 1г, 2г, Зг, бг и демультиплексоры

Зг, 4г, Причем выходы блоков совпадения Gj нечетных каналов подключены к мульти" плексору 1г, выходы блоков совпадения 51 четных каналов ко входам мультиплексора

2г.

Пусть сигнал обнаружен в 1-м и Фм каналах, По адресу 000.„01 с выхода генератора кодов адресов опроса 8 подключается первыЙ вход мультиплексора 1г, если в 1"-м канале сигнал отсутствовал, то на выходе блока совпадения 51 будет логи}вский ноль, тогда на Выходе 12 тоже будет ноль, соответственно и нэ выходах демультиплексора Зг тоже будет комбинация 000.„00, тэк как выходы демультиплексора Зг подклeчены к адресным входам мультиплексора 5г, тогда по адресу 000...00 на выходе 5г будет логический ноль, Для рассматрйвэемого случая с выхода 511-го канала имеет логическую единицу тогда по адресу 000„.01 на выходе мультиплексора 1г будет сигнал первого его входа, т.е. логическая единица, соответственно на выходах . демультиплексора 3г будет комбинация 000.01, по этому адресу мультиплексор 6г подключит первый свой вход, на который подавтся опорное напряжение пропорциональное

f i,соответс венно с фазового детектора

74 снимается напряжение й}}} пропорциональное частоте лежащей .в пределах — """ Ф foi + —" где А ф полоса фф 1 -а 0

i— пропускэния полосового фильтра }-го канала.

Таким образом сумматор выДэет постоянное Йапряжение пропорциональное сум" ме Uq(f i) + AU(М)!) и добавки 6U(fbi) с фазового Детектора 74. Индикатор 7 с проградуированной шкалой преобразует это напряжение в отсчет частоты и индицирует его.

} аким образом C выходов демультимп лексоров 5г и бг имеется ступенчатое напряжение Uoi пропорциональное частотам

f0i, Если сигнал обнаружен в4-м канале многоканального частотного анализатора 1, то на выходе блока совпадения 51 четвертого канала появляется логическая единица и на втором входе мультиплексора 2г имеем логическую единицу, а на адресном входе 2г комбинацию 000...100, следовательно, на выходе 4г подключен второй вход мультиплексора 2г, на адресном входе демультиплексора 4г также присутствует комбинация

000...100, по этому адресу на выход мультиплексора 6г подключен второй вход 6г, на который подается опорное напряжение пропорциональное частоте f04+ hfo4 и индицируется на индикаторе 7.

Техническое преимущество предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом состоит в том, что а) в частотном детекторе, в отличие от существующих устройств используется как прямая, так и обратная ветви, что позволяет увеличить крутизну дискриминационной характеристики в полосе одного фильтра в 2 раза, а значит увеличить точность измерения частоты в 2 раза, т.к. дисперсия оценки частоты имеет вид

of = —, где S — - крутизна дискриминационной характеристики; }вх — входное отношение сигнал/помеха по напряжению; б) так как на входе фазового детектора

4 частота анализируемого сигнала всегда переносится на нулевую частоту, а неизвестная частота преобразуется в неизвестную фазу, то появляется возможность использования в фазовом детекторе фильтра нижних частот и увеличить отношение сигнал/шум цвх в К-раз, где К вЂ” коэффициент фильтрации. Итак, если для известных устройств

S .Тп =— г S}= — K

S1 Цвх

Дла предлагаемого ог = — таким

281К цвх образом выигрыш равен — =2К, К>1.

О} и

Ог (56) Зарубежная радиоэлектроника, 1987, hb

12, с. 89.

6Э ° б е

° 1 Э

° 1 I

Ф. вф I Ф

1 °

IT

В Э

° б 4

° В ° ° ° °

6 1 °

° °

° °

° е ° е

° ° ° Л б ° 1

1» ° °

° 6

° 6 6 ° Э ° Э 61 С и I O

O ° б и ° ° ° б ° ° ° ° В» I

° I °

Э ° ° и 6 1 В-1 и Э I

° Э и Л ° °

С °

- б 6

° й

° ° 6 Ф Э Ф

° ° O»

Е и Е 1 ° и ° е е . и Ф

С Е 6

° = ° С

° Л

Э °

° °

6 ° Э б °

° °

° ° .6

° 6 I

Э °

Э и t 6

° и O

° ° е Э Е ° °

° ° й

° °

-ей

° В .Э °

« ° и В 1 и Э б °

1 и й. 61 °

° . С

° ° В

° ° б ° б

В б и ° 1 й

Э ° .

В ° ° 1 в ° е

«Э Л

° I 1 O t ° . Л В

° ° Е и ° . ° ° . Э 1 °

° °

«е ° е е i и ° °

° r

° и 6 В

° ° й

СЛ В . ° . и ° 1

° ° 1

OВ

° ° l

Э °

О6

° « е.

O Э... O Е

С ° Л

6 Э

Л е э.

° ° ° °

° ° и ° б Э

6 1

° Л

° «O

° O. и ° Э

Э е

6 6 °

В В ° . ° .1

° и ° ° и ° й.

В 6 ° ° ° Е Э ° Л

° ° ° ° ° ° ° °

° »1

4 и В б

В 1й ° 1.

В . Э б ° ° ° Э Ф

° . Эл. ° ° Вй и ° Л

Э Л й

ЭВ й.

° ° Ф

° С

Э °