Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией

 

Использование: в технике связи при построении систем радиосвязи и радиотелеметрии с широкополосными сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Сущность изобретения: устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией содержит первый, второй и третий приемники 1, 2, 3 с атненнами, первый гетеродин 4, первый, второй и третий смесители 5, 6, 7, первый, второй, третий усилители 8, 9, 10 первой промежуточной частоты, сжимающий фильтр 11, частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов, решающий блок 15, второй гетеродин 16, четвертый смеситель 17, усилитель 18 промужеточной частоты, первый и второй перемножитель 19, 20, первый и второй узкополосные фильтры 21, 22, первый и второй фазовые детекторы 23, 24, первый фазовращатель на 9025, первый масштабирующий перемножитель 26, третий узкополосный фильтр 27, второй и третий фазовращатели на 9028, 29, второй и третий масштабирующие перемножители 30, 31, четвертый и пятый узкополосные фильтры 32, 33, третий и четвертый фазовые детекторы 34, 35. Цель изобретения - повышение точности и устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляции. 2 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при построении систем радиосвязи и радиотелеметрии с широкополосными сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

Известны устройства для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (авт. св. N 771901, 1109936, 1192158, 1192160, 1234995, 1309889, 1309890, 1679645 и др).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (авт. св. N1679645, кл. Н 04 L 27/14, 1989), которое обеспечивает прием широкополосных ЛЧМ сигналов и пеленгацию источника их излучения в двух плоскостях при низком отношении сигнал/шум.

Причем пеленгация источника излучения широкополосных ЛЧМ сигналов в двух плоскостях осуществляется фазовым методом, при котором сигналы в каждой плоскости принимаются двумя антеннами А и В (А и С), фазовые центры которых разнесены в пространстве на расстояние. Линия визирования источника излучения сигналов образует угол β₁(β₂)с осью, перпендикулярной к линии, соединяющей обе антенны, т. е. с равносигнальным направлением. Расстояния между приемными антеннами А, В (А, С) и источником излучения ЛЧМ сигналов определяются выражениями: R₁ = R + sin β₁, R₂ = R - sinβ₁. R₃ = R + sin β₂, R₄ = R - sinβ₂. Запаздывание сигналов, принимаемых антеннами А, В, А и С, определяется разностью хода лучей Δ R₁= R₁-R₂= d₁ sin β₁, Δ R₂= R₁-R₃= d₂ sin β₂.

Разности расстояний ΔR₁ и ΔR₂ соответствуют разности фаз Δϕ₁ = 2Π = 2Π sin β₁, Δϕ₂ = 2Π = 2Π sin β₂, где λ- длина волны.

Это дает возможность определить углы прихода β₁и β₂радиоволн в двух плоскостях по измеренным величинам фазовых сигналов Δ ϕ₁и Δ ϕ₂между сигналами, принимаемыми разнесенными антеннами А и В, А и С.

Однако фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями к точности пеленгации и однозначности отсчета углов. Устройство тем чувствительнее к изменению углов, чем больше относительные размеры баз d₁/λ и d₂/λ. Однако с ростом d₁/λ и d₂/λ уменьшается значения угловых координат β₁, β₂, при которых разности фаз превосходят значения 2π, т. е. наступает неоднозначность отсчета.

Неоднозначность пеленгации в предлагаемом устройстве устраняется использованием двух измерительных фаз (двухшкальность) в каждой плоскости. При этом меньшие базы d₁ и d₂ образуют грубые, но однозначные шкалы отсчета, а большие базы d₃ и d₄ точные, но неоднозначные шкалы отсчета d₃ (d₃ = 2d₁) и (d₄ = 2d₂), < < , < < . Причем большие базы d₃ и d₄ (вторые шкалы отсчета) формируются "электрическим" путем без фактического разноса антенн в пространстве.

Целью изобретения является повышение точности и устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены три фазовращателя на 90^о, три масштабирующих перемножителя, третий, четвертый и пятый узкополосные фильтры, третий и четвертый фазовые детекторы, причем к выходу второго гетеpодина последовательно подключены пеpвый фазовpащатель на 90^о, пеpвый масштабиpующий перемножитель, второй вход котоpого соединен с выходом второго гетеpодина, и третий узкополосный фильтр, к выходу пеpвого узкополосного фильтpа последовательно подключены втоpой фазовpащатель на 90^о, втоpой масштабиpующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, четвертый узкополосный фильтр и третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, а выход является четвертым выходом устройства, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены третий фазовpащатель на 90^о, третий масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, пятый узкополосный фильтр и четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, а выход - является пятым выходом устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 показан принцип пеленгации источника излучения ЛЧМ сигналов фазовым методом в одной плоскости.

Устройство для приема широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией содержит первый 1, второй 2 и третий 3 приемники, первый гетеродин 4, первый 5, второй 6 и третий 7 смесители, первый 8 второй 9 и третий 10 усилители первой промежуточной частоты, сжимающий фильтр 11, частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов, решающий блок 15, второй гетеродин 16, четвертый смеситель 17, усилитель 18 второй промежуточной частоты, первый 19 и второй 20 перемножители, первый 21 и второй 22 узкополосные фильтры, первый 23 и второй 24 фазовые детекторы, первый фазовращатель 25 а 90^о, первый масштабирующий перемножитель 26, третий узкополосный фильтр 27, второй 28 и третий 29 фазовращатели на 90^о, второй 30 и третий 31 масштабирующие перемножители, четвертый 32 и пятый 33 узкополосные фильтры, третий 34 и четвертый 35 фазовые детекторы.

Устройство содержит три канала приема: основной, азимутальный и угломестный. Основной канал приема состоит из последовательно включенных приемника 1 с антенной, смесителя 5, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4, усилитель 8 первой промежуточной частоты, смеситель 17, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, усилитель 18 второй промежуточной частоты. К выходу гетеродина 16 последовательно подключены фазовращатель 25 на 90^о, масштабирующий перемножитель 26, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, и узкополосный фильтр 27.

Азимутальный (угломестный) канал приема состоит из последовательно включенных приемника 2 (3) с антенной, смесителя 6 (7), второй вход которого соединен с выходом гетеpодина 4, усилителя 9 (10) первой промежуточной частоты, перемножителя 19 (20), второй вход которого соединен с выходом усилителя 18 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтpа 21 (22) и фазового детектора 23 (24), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16.

К выходу смесителя 6 последовательно подключены частотный детектор 12, дифференцирующий блок 13, формирователь 14 импульсов и решающий блок 15, второй вход которого через сжимающий фильтр 11 соединен с выходом смесителя 6. К выходу узкополосного фильтра 21 (22) последовательно подключены фазовращатель 28 (29) на 90^о, масштабирующий перемножитель 30 (31), второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 21 (22), узкополосный фильтp 32 (33) и фазовый детектор 34 (35), втоpой вход котоpого соединен с выходом узкополосного фильтра 27.

Устpойство работает следующим обpазом.

Принимаемый ЛСМ-сигнал u₁(t)= U_c˙cos(ω_c t+π γ t²+ϕ₁), u₂(t)= U_c˙cos(ω_c t+π γ t²+ϕ₂), u₃(t)= U_c˙cos(ω_c t+π γ t²+ϕ₃), 0≅t≅T_c, где U_c, ω_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃- амплитуда, начальная несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов, γ = - скорость изменения частоты внутри импульса; Δfд - девиация частоты, с выходов приемников 1-3 поступают на первые входы смесителей 5-7 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 4
u_г1(t)= U_г1˙cos(ω_г1 t+ϕ_г1), где U_г1, ω_г1, ϕ_г1 - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 4. На выходах смесителей 5, 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8, 9 и 10 выделяются напряжения только первой промежуточной (разностной) частоты u_пр1(t)= U_пр1·cos(ω_пр1t+Πγt²+ϕ_пр1), u_пр2(t)= U_пр1·cos(ω_пр1t+Πγt²+ϕ_пр2), u_пр3(t)= U_пр1·cos(ω_пр1t+Πγt²+ϕ_пр3), 0≅ t≅ T_c , где U_пр1 = 1/2 K₁˙U_c˙U_г1;
К₁ - коэффициент передачи смесителей;
- первая промежуточная частота;
ϕ_пр1= ϕ₁-ϕ_г1,
ϕ_пр2= ϕ₂-ϕ_г1,
ϕ_пр3= ϕ₃-ϕ_г1.

Преобразованный по частоте ЛЧМ сигнал с выхода смесителя 6 поступает на входы сжимающего фильтра 11 и частотного детектора 12. Последним он пpеобразуется в напряжение соответствующей формы. Это напряжение подается на вход дифференцирующего блока 13, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы. На выходе формирователя 11 импульсов образуются импульсы в моменты времени, соответствующие моментам смены знака наклона функций частотной модуляции ЛЧМ сигнала. Эти импульсы вместе с информационными импульсами с выхода сжимающего фильтра 11 поступают на соответствующий вход решающего блока 15, обеспечивая тактовую синхронизацию при приеме решения.

Напряжение U_пр1 (t) с выхода усилителя 8 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 17, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16
u_г2(t)= U_г2˙cos(ω_г2 t+ϕ_г2), где U_г2, ω_г2, ϕ_г2- амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 16. На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение только второй промежуточной частоты u_пр4(t)= U_пр2·cos(ω_пр2t+Πγt²+ϕ_пр4), 0≅ t≅ T_c , где U_пр2 = 1/2 K₁ ˙U_пр1 ˙U_г2;
ω_пр2= ω_пр1-ω_г2- вторая промежуточная частота
ϕ_пр4= ϕ_пр1-ϕ_г2, которое поступает на втоpые входы перемножителей 19 и 20, на первые входы которых подаются напряжения U_пр2 (t) и u_пр3 (t) соответственно. На выходах перемножителей 19 и 20 образуются гармонические колебания
u₄(t)= U₁˙cos(ω_г2+ϕ_г2+Δ ϕ₁);
u₅(t)= U₁˙cos(ω_г2+ϕ_г2+Δ ϕ₂),
0≅t≅T_c, где U₁ = 1/2 K₂ ˙U_пр1˙ U_пр2;
К₂ - коэффициент передачи перемножителей;
Δϕ₁ = ϕ₂ - ϕ₁ = 2Π sin β₁- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в азимутальной плоскости;
Δϕ₂ = ϕ₃ - ϕ₁ = 2Π sin β₂- фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в угломестной плоскости; в которых линейная частотная модуляция уже отсутствует. Гармонические колебания U₄(t) и U₅(t) выделяются узкополосными фильтрами 21 и 22 и поступают на первые входы фазовых детекторов 34 и 35, фазовращателей 28 и 29 на 90^о, масштабирующих перемножителей 30 и 31 соответственно. На вторые входы фазовых детекторов 34 и 35 подается напряжение U_г2 (t) c выхода гетеродина 16. На выходах фазовых детекторов 34 и 35 образуются постоянные напряжения
u_н1(β₁)= U_н1˙cos Δ ϕ₁,
u_н2(β₂)= U_н1˙cos Δ ϕ₂, где U_н1 = 1/2 K₃ ˙U₁ ˙U_г2 ;
К₃ - коэффициент передачи фазовых детекторов, пропорциональные фазовым сдвигам Δ ϕ₁и Δ ϕ₂.

Напряжения u_г2 (t), u₄ (t) и u₅ (t) c выходов гетеродина 16, узкополосных фильтров 21 и 22 одновременно поступают на входы фазовращателей 25, 28, 29 на 90^о и на первые входы масштабирующих перемножителей 26 , 30 и 31. На выходах фазовращателей 25, 28 и 29 образуются следующие напряжения соответственно:
u_г3(t)= U_г2˙sin(ω_г2 t+ϕ_г2),
u₆(t)= U₁˙sin(ω_г2 t+ϕ_г2+Δ ϕ₁),
u₇(t)= U₁˙sin(ω_г2 t+ϕ_г2+ϕ₂),
0≅t≅T_c, которые поступают на вторые входы масштабирующих перемножителей 26, 30 и 31. На выходах последних образуются напряжения
u_г4(t)= 2 u_г2(t)˙u_г3(t)= U_г3˙cos(2 ω_г2 t+2 ϕ_г2),
u₈(t)= 2 u₄(t)˙u₆(t)= U₂˙cos(2 ω_г2 t+2 ϕ_г2+2 Δ ϕ₁),
u₉(t)= 2 u₅(t)˙u₇(t)= U₂˙cos(2 ω_г2 t+2 ϕ_г2+2 Δ ϕ₂),
0≅t≅T_c, которые выделяются узкополосными фильтрами 27, 32 и 33 соответственно. Напряжения u₈(t) и u₉(t) с выходов узкополосных фильтров 32 и 33 поступают на первые входы фазовых детекторов 34 и 35, на вторые входы которых подается напряжение u_г4(t) с выхода узкополосного фильтра 27. На выходах фазовых детекторов 34 и 35 образуются постоянные напряжения
u_н3(β₃)= U_н2˙cos Δ ϕ₃,
u_н4(β₄)= U_н2˙cos Δ ϕ₄, где U_н2 = 1/2 K₃˙ U₂ ˙U_г3;
Δϕ₃ = 2Π sin β₁, d₃ = 2d₁,
Δϕ₄ = 2Π sin β₂, d₄ = 2d₂, пропорциональные фазовым сдвигам Δ ϕ₃и Δ ϕ₄.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности и устранение неоднозначности пеленгации источника излучения широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. Это достигается использованием двух измерительных баз (двухшкальность) в каждой плоскости. При этом меньшие базы d₁ и d₂образуют грубые, но однозначные шкалы отсчета, а большие базы d₃ и d₄ - точные, но неоднозначные шкалы отсчета d₃ (d₃ = 2d₁) и d₄ (d₄ = 2d₂)
< < , < < .

Причем большие базы d₃ и d₄ (вторые шкалы отсчета) формируются "электрическим" путем без фактического разноса антенн в пространстве. (56) Авторское свидетельство СССР N 1679645, кл. Н 04 L 27/14, 1991.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ , содеpжащее последовательно соединенные пеpвый пpиемник с антенной, пеpвый смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, пеpвый усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, пеpвый пеpемножитель, пеpвый узкополосный фильтp и пеpвый фазовый детектоp, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, последовательно соединенные втоpой пpиемник с антенной, втоpой смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, втоpой усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, тpетий смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, и усилитель втоpой пpомежуточной частоты, последовательно соединенные тpетий пpиемник с антенной, четвеpтый смеситель, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого гетеpодина, тpетий усилитель пеpвой пpомежуточной частоты, втоpой вход котоpого соединен с втоpым входом пеpвого пеpемножителя и с выходом усилителя втоpой пpомежуточной частоты, втоpой узкополосный фильтp и втоpой фазовый детектоp, втоpой вход котоpого соединен с выходом втоpого гетеpодина, последовательно соединенные частотный детектоp, пеpвый диффеpенциpующий блок, фоpмиpователь импульсов и pешающий блок, втоpой вход котоpого соединен чеpез сжимающий фильтp с выходом пеpвого смесителя и входом частотного детектоpа, пpичем выходы pешающего блока, пеpвого и втоpого фазовых детектоpов являются соответственно пеpвым, втоpым и тpетьим выходами устpойства, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные пеpвый фазовpащатель на 90^o, пеpвый масштабиpующий пеpемножитель и тpетий узкополосный фильтp, последовательно соединенные втоpой фазовpащатель на 90^o, втоpой масштабиpующий пеpемножитель, четвеpтый узкополосный фильтp и тpетий фазовый детектоp, последовательно соединенные тpетий фазовpащатель на 90^o, тpетий масштабиpующий пеpемножитель, пятый узкополосный фильтp и четвеpтый фазовый детектоp, пpи этом выход втоpого гетеpодина соединен с соответствующими входами пеpвого фазовpащателя на 90^o и пеpвого масштабиpующего пеpемножителя, выход пеpвого узкополосного фильтpа соединен с соответствующими входами втоpого фазовpащателя на 90^o и втоpого масштабиpующего пеpемножителя, выход втоpого узкополосного фильтpа соединен с соответствующими входами тpетьего фазовpащателя на 90^o и тpетьего масштабиpующего пеpемножителя, а выход тpетьего узкополосного фильтpа - с соответствующими входами тpетьего и четвеpтого фазовых детектоpов, выходы котоpых являются четвеpтым и пятым выходами устpойства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2