Генератор зондирующих сигналов

Авторы патента:

G01S13/32 - с использованием передачи немодулированных незатухающих волн или колебаний, а также колебаний, модулированных по амплитуде, частоте или фазе

Владельцы патента RU 2362184:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхо-импульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия. Генератор зондирующих сигналов содержит синхронизатор, соединенный через импульсный генератор с D-входом D-триггера и генератор синусоидальных сигналов, соединенный через компаратор с входом управления "С" D-триггера и с сигнальным входом аналогового ключа, вход управления которого соединен с выходом D-триггера, а выход - с входом усилителя мощности. Достигаемый технический результат изобретения заключается в увеличении точности определения временных и амплитудных характеристик эхо-сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия, медицина.

Известен генератор зондирующих сигналов ударного действия, содержащий синхронизатор, импульсный генератор, накопительный элемент, ключевой элемент и колебательный контур (см. Н.И.Бражников «Ультразвуковая фазометрия». М.: Энергия, 1968 г., с.136-139, А.А.Хребтов и др. «Судовые эхолоты». Л.: Судостроение, 1989 г., с.15-18).

Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы (синхроимпульсы), запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируется видеоимпульс, поступающий на нормально закрытый ключевой элемент и открывающий его.

В накопительном элементе, например конденсаторе, в паузах между рабочими циклами генератора зондирующих сигналов накапливается электрическая энергия. Периодически с помощью ключевого элемента (тиратрон, тиристор, динистор и др.) накопительный элемент подключается к колебательному контуру и разряжается через него. В колебательном контуре формируются затухающие гармонические колебания, передаваемые затем на акустический преобразователь.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что зондирующий сигнал имеет экспоненциально затухающую огибающую, затрудняющую классификацию эхо-сигналов. Такие генераторы не позволяют менять в широких пределах длительность формируемого сигнала. При приеме эхо-сигналов отсутствует опорный сигнал с частотой лоцирования необходимой, например, для определения доплеровского смещения частоты эхо-сигналов, их синхронного детектирования и ряда других видов обработки.

Признаки, совпадающие с заявленным объектом: синхронизатор, импульсный генератор.

Известен генератор зондирующих сигналов, вырабатывающий радиоимпульс с прямоугольной огибающей и содержащий синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала и усилитель мощности (см. Ю.С.Кобяков, Н.Н.Кудрявцев, В.И.Тимошенко «Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры». Л., Судостроение, 1986 г., с.181).

Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход генератора синусоидального сигнала и разрешающие его работу. Радиоимпульсы с его выхода поступают на усилитель мощности, а затем на акустический преобразователь.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что между зондирующими сигналами отсутствует генерация сигнала с частотой зондирующего сигнала, необходимого, например, для определения доплеровского смещения частоты эхо-сигналов, их синхронного детектирования и ряда других видов обработки.

Признаки, совпадающие с заданным объектом: синхронизатор, импульсный генератор, усилитель мощности.

От перечисленных недостатков свободен генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ, усилитель мощности (см. А.А.Хребтов и др. «Судовые эхолоты». Л., Судостроение, 1982 г., с.18-22).

Синхронизатор периодически вырабатывает импульсные сигналы, запускающие импульсный генератор, на выходе которого формируются видеоимпульсы заданной длительности, поступающие на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа, на сигнальный вход которого поступает с генератора синусоидального сигнала непрерывный гармонический сигнал. Видеоимпульс открывает аналоговый ключ, гармонический сигнал проходит через него и поступает затем через усилитель мощности, а затем - на акустический преобразователь.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что радиоимпульсы, формируемые на выходе аналогового ключа, имеют произвольную начальную фазу, находящуюся в интервале 0-2π. Это объясняется тем, что генератор синусоидальных сигналов и синхронизатор работают независимо друг от друга, поэтому передний фронт видеоимпульса, открывающего аналоговый ключ, может приходиться на любую часть синусоидального сигнала, и поэтому радиоимпульс на выходе ключа может начинаться с любой начальной фазы.

Это приводит к тому, что форму формируемого радиоимпульса нельзя точно просмотреть на экране осциллографа (для этого можно использовать только осциллограф с памятью в режиме просмотра однократного сигнала), эхо-сигналы для разных циклов лоцирования также будут иметь произвольную начальную фазу, поэтому после их детектирования получим видеоимпульсы с разной крутизной фронтов, что дает дополнительную погрешность при определении временных интервалов между началом цикла лоцирования и временем прихода эхоимпульса. При подаче зондирующего сигнала с изменяемой начальной фазой на акустический преобразователь, а также эхо-сигналов на избирательные системы резонансных усилителей, будет меняться огибающая и фазовая структура получаемых акустических сигналов и усиленных эхо-сигналов (см. И.Д.Золотарëв «Нестационарные процессы в резонансных усилителях фазово-импульсных измерительных систем». Новосибирск, Haука, 1969 г., 176 с.), что также приведет к дополнительным погрешностям при определении времени прихода и амплитуды эхо-сигналов.

Признаки, совпадающие с заявленным объектом: синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ и усилитель мощности.

Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей эхолокационной системы, использующей заявляемый генератор зондирующих сигналов.

Технический результат изобретения заключается в том, что генератор зондирующих сигналов вырабатывает радиоимпульсы (зондирующие сигналы) с постоянной начальной фазой.

Технический результат достигается тем, что в генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, импульсный генератор, генератор синусоидального сигнала, аналоговый ключ и усилитель мощности, выход синхронизатора соединен с входом импульсного генератора, выход генератора синусоидальных колебаний - с аналоговым ключом, а его выход - с входом усилителя мощности, дополнительно введены компаратор и D-триггер, D-вход триггера соединен с выходом импульсного генератора, С-вход с выходом генератора синусоидального сигнала, выход триггера соединен с управляющим входом аналогового ключа.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, а на фиг.2 - эпюры напряжений в его различных точках.

Генератор зондирующих сигналов содержит синхронизатор 1, соединенный через импульсный генератор 2 с D-входом D-триггера 3, и генератор синусоидальных сигналов 4, соединенный через компаратор 5 с входом управления "С" D-триггера и с сигнальным входом аналогового ключа 6, вход управления которого соединен с выходом D-триггера, а выход - с входом усилителя мощности 7.

Синхронизатор 1 вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы U1, поступающие на вход импульсного генератора 2, работающего в ждущем режиме. Видеоимпульсы U1 запускают импульсный генератор 2, и на его выходе вырабатывается видеоимпульс U2, определяющий длительность формируемого зондирующего сигнала. Этот видеоимпульс поступает на D-вход D-триггера 3. Генератор синусоидальных колебаний 4 вырабатывает непрерывный гармонический сигнал U3 с частотой f₀, поступающий на сигнальный вход нормально закрытого аналогового ключа 6 и на компаратор 5, на выходе которого получают видеоимпульсы U4, соответствующие какой-либо части сигнала U3 (например, его полуволне положительной полярности, как показано на фиг.2), поступающие затем на вход управления D-триггера 3. На фиг.2 приведены эпюры для динамического входа управления D-триггера, активным для которого является перепад сигнала U4 из нуля в единицу. На выходе D-триггера формируются видеоимпульсы U5, начало и конец которых будут соответствовать передним фронтам видеоимпульсов U4. Видеоимпульсы U5 поступают на управляющий вход нормально закрытого аналогового ключа 6, открывают его, и на выходе ключа формируются радиоимпульсы U6, поступающие на вход усилителя мощности 7, а с его выхода - на акустический преобразователь. Гармонический сигнал в радиоимпульсах U6 будет начинаться и заканчиваться всегда с одной и той же фазы (в данном случае, равной нулю), то есть будут формироваться зондирующие сигналы с постоянной начальной и конечной фазой. Сигнал U5 будет соответствовать началу и концу зондирующего сигнала U6 и используется затем в качестве импульса синхронизации, осуществляющего временную привязку рабочих циклов всех блоков эхо-импульсного локатора. Параметры зондирующего сигнала в данном генераторе легко регулируются. Длительность определяется длительностью видеоимпульса

U₂, а частота заполнения - частотой гармонического сигнала

U₃, а начальная фаза - уровнем порога срабатывания компаратора 5.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения новых блоков и связей компаратора и D-триггера; D-вход триггера - соединен с выходом импульсного генератора, выход триггера с управляющим входом аналогового ключа, а управляющий вход триггера - через компаратор с выходом генератора синусоидального сигнала, формируется зондирующий сигнал с постоянной начальной и конечной фазами. Это расширяет эксплуатационные возможности локатора.

Реализация предложенного генератора зондирующих сигналов не представляет сложностей, например, синхронизатор можно выполнить на элементах микросхемы К561ЛН2, импульсный генератор и D-триггер на микросхеме К561ТМ2, компаратор - К554СА3, аналоговый ключ - К561КТ3, К561КП1, генератор синусоидальных сигналов и усилитель мощности выполняют по схемам, достаточно полно описанным в литературе (например, Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М., Радио и связь, 1997. - 320 с.) Испытания схемных реализаций данного генератора зондирующих сигналов, проведенные на кафедре ЭГА и МТ ТТИ ЮФУ, показали его преимущество по сравнению с имеющимися реализациями.

Генератор зондирующих сигналов, содержащий синхронизатор, соединенный с входом импульсного генератора, генератор синусоидальных сигналов, соединенный с сигнальным входом аналогового ключа, выход которого соединен с входом усилителя мощности, отличающийся тем, что в него дополнительно введены D-триггер и компаратор, вход которого соединен с выходом генератора синусоидальных сигналов, а выход с управляющим входом D-триггера, D-вход которого соединен с выходом импульсного генератора, а выход триггера соединен с входом управления аналогового ключа.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может использоваться для автономного управления движением взаимодействующих объектов на ограниченных расстояниях.

Станция радиотехнической разведки // 2275746

Изобретение относится к области радиотехники и позволяет осуществлять радиотехническую разведку радиоэлектронных средств противника. .

Способ идентификации диэлектрических объектов // 2230342

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к способам идентификации объектов при зондировании конденсированных сред частотно-модулированным непрерывным электромагнитным излучением.

Акустический эхолокатор // 2221259

Изобретение относится к акустическим локационным системам и предназначено для обнаружения объектов, расположенных в акустически прозрачных средах, и классификации этих объектов по их акустическому сопротивлению.

Акустический эхолокатор // 2205421

Параметрический акустический локатор // 2205420

Изобретение относится к области гидроакустики, ультразвуковой дефектоскопии, медицине, рыболокации, а также к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения объектов, расположенных в различных средах, и классификации этих объектов по их акустическому сопротивлению.

Акустический эхо-импульсный локатор // 2158007

Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения объектов, расположенных в различных средах, и классификации этих объектов по их акустическому сопротивлению.

Станция радиоэлектронной разведки и подавления // 2150178

Изобретение относится к области радиотехники и позволяет осуществлять радиотехническую и радиолокационную разведку объектов и создавать на основании ее результатов прицельные по частоте и направлению помехи радиоэлектронным средствам противника.

Радиодатчик // 2087922

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к импульсно-доплеровским радиолокационным системам, осуществляющим когерентную обработку принятых сигналов с целью выделения доплеровской частоты, пропорциональной относительной скорости между радиодатчиком и целью, а также выделение видеоимпульсов, задержка которых относительно излученных радиоимпульсов пропорциональна расстоянию до цели.

Способ выделения из принимаемого сигнала сигнала, содержащего сдвиг фазы модулирующего сигнала относительно фазы сигнала модуляции излученного сигнала, обусловленный запаздыванием принимаемого сигнала за счет времени распространения до земли и обратно, в допплеровских измерителях составляющих вектора скорости, высоты (дальности) и углов местной вертикали, особенно используемых при полетах летательных аппаратов на околонулевых скоростях // 2078351

Изобретение относится к области обработки сигналов в автономных доплеровских измерителях составляющих вектора скорости и дальности, предназначенных для навигации и посадки летательных аппаратов, в которых землю облучают частотно-модулированным радиосигналом, а отраженный задержанный сигнал принимают, усиливают, фильтруют и преобразуют таким образом, что выделяют сигнал доплеровской частоты для измерения скорости и фазу на частоте модуляции для измерения дальности.

Устройство измерения расстояния и способ измерения расстояния // 2419813

Радиолокационный способ измерения дальности движущегося объекта // 2510663

Изобретение относится к радиолокационному способу измерения дальности движущегося объекта на основе фазового метода. Сущность заявленного способа заключается в том, что осуществляют последовательное зондирование объекта сигналами РЛС, представляющими пары непрерывных гармонических колебаний с одинаковой частотой у одного колебания и остальными частотами РЛС у другого колебания. Отличительной особенностью способа является выбор в качестве одинаковой для всех зондирующих сигналов частоты, максимально разнесенной относительно начальной частоты, означающий использование пар частот для зондирующих сигналов, имеющих большие разносы частот. После смешения колебаний зондирующего и отраженного сигналов на том же интервале зондирования осуществляют выделение доплеровских частот и измерение их разности фаз. На интервалах времени зондирования одним сигналом определяют фазу доплеровского сигнала, являющегося доплеровским сдвигом частоты колебаний зондирующего сигнала, максимально разнесенной относительно начальной частоты, и разности фаз доплеровских частот других зондирующих сигналов по определенной расчетной формуле, Величины соответствующих разностей фаз доплеровских частот используют для вычислений разностей фаз доплеровских частот для сигналов зондирования, в которых используют в качестве одинаковой частоты начальную частоту на том же временном интервале. Достигаемый технический результат - увеличение однозначно измеряемой дальности и увеличение количества измерений с заданной точностью на траектории движущегося объекта.1 ил.

Способ измерения расстояния от измерительной станции до ретранслятора // 2584972

Способ измерения расстояния от измерительной станции до ретранслятора относится к области техники радиотехнический средств измерения расстояний и может быть использован, например, в геодезии, при управлении движением подвижных объектов. Новым в способе измерения дальности является генерирование двух непрерывных высокостабильных низкочастотных колебаний на измерительной станции и ретрансляторе одновременно и генерирование на измерительной станции высокочастотных колебаний, частота которых известна, излучение этих колебаний через антенну, прием этих колебаний на ретрансляторе, сдвиг на известную низкую частоту, условно называемой частотой Доплера, генерируемой высокостабильным низкочастотным генератором ретранслятора, переизлучение, вторичный прием и выделение комбинационной составляющей с этой частотой Доплера, с последующим измерением разности фаз этой комбинационной составляющей и сигналом местного высокостабильного низкочастотного генератора. После этого изменяют значение частоты высокочастотного генератора и вновь измеряют разность фаз низкочастотных сигналов до тех пор, пока разность фаз низкочастотных сигналов не изменится на 2π. При этом фиксируют новое значение частоты высокочастотного генератора и по полученной разнице частот высокочастотного генератора вычисляют дальность. Последовательное во времени генерирование непрерывных различных по частоте высокочастотных колебаний с последующим сдвигом этих колебаний на одинаковую частоту Доплера с выделением комбинационных составляющих позволяет упростить конструкцию измерителя за счет исключения из трактов обработки и передачи второго высокочастотного генератора, второго направленного ответвителя, сумматора высокочастотных сигналов, второго смесителя, второго избирательного усилителя-ограничителя. При этом точность фазовых измерений дальности повышается, а неоднозначность измерений исключается.

Способ измерения дальности // 2584976

Способ измерения дальности относится к области техники радиотехнический средств измерения расстояний и может быть использован, например, в геодезии, при управлении движением подвижных объектов. Новым в способе измерения дальности является генерирование двух непрерывных высокочастотных колебаний, частоты которых известны, излучение этих колебаний через одну общую антенну, прием этих колебаний, сдвиг на одинаковую частоту, условно называемой частотой Доплера, переизлучение, вторичный прием и выделение в каждом из каналов комбинационной составляющей с этой частотой Доплера, с последующим измерением разности фаз этих комбинационных составляющих. При этом измеренная разность фаз пропорциональна дальности. Генерирование двух непрерывных высокочастотных колебаний с последующим сдвигом обоих колебаний на одинаковую частоту Доплера с выделением комбинационных составляющих позволяет повысить точность фазовых измерений дальности за счет исключения из трактов обработки и передачи высокочастотных колебаний умножителей и делителей частоты, а также колец фазовой автоподстройки частоты, вносящих соответствующие составляющие погрешности измерений. Возникающий при измерении дальности до движущихся объектов допплеровский сдвиг частоты естественного происхождения не влияет на точность измерений, т.к. этот сдвиг частоты одинаков для обоих каналов.

Способ измерения дальности // 2594341

Способ измерения дальности относится к области техники радиотехнический средств измерения расстояний и может быть использован, например, в геодезии, строительстве, при управлении движением подвижных объектов. Новым в способе измерения дальности является генерирование непрерывных низкочастотных колебаний в одном месте - в измерителе, и генерирование в измерителе высокочастотных колебаний, частота которых известна, модулируя этими колебаниями колебания источника оптического когерентного излучения, который осуществляет излучение оптических колебаний в направлении объекта. Отраженный от объекта оптический сигнал принимают, демодулируют и выделяют огибающую колебаний оптического когерентного излучения, которую далее подают на смеситель, где принятые высокочастотные колебания огибающей смешивают с исходными непрерывными высокочастотными колебаниями с частотой сигнала микроволнового генератора, но сдвинутые на известную низкую частоту, условно называемой частотой Доплера, генерируемую низкочастотным генератором измерителя. Далее выделяют низкочастотную комбинационную составляющую разности с последующим измерением разности фаз этой комбинационной составляющей и сигналом низкочастотного генератора. После этого изменяют значение частоты высокочастотного генератора до тех пор, пока разность фаз низкочастотных сигналов не изменится на 2π. При этом фиксируют новое значение частоты высокочастотного генератора и по полученной разнице частот высокочастотного генератора вычисляют дальность. Размещение всех узлов измерителя в одном месте позволяет упростить конструкцию. Дополнительно упростить конструкцию позволяет исключение второго высокостабильного низкочастотного генератора и двух высоконаправленных высокочастотных антенн. При этом к стабильности частоты оставшегося низкочастотного генератора предъявляют пониженные требования. При этом точность фазовых измерений дальности повышается.

Способ увеличения дальности действия и увеличения точности измерения расстояния системы радиочастотной идентификации и позиционирования // 2594345

Способ увеличения дальности действия и увеличения точности измерения расстояния системы радиочастотной идентификации и позиционирования может быть использован, например, при идентификации управлении движением подвижных объектов. Новым в способе измерения дальности является использование в измерительной станции двух антенн круговой поляризации, работающих одна на излучение, другая на прием. При этом циркулятор, разделяющий излучаемые и принимаемые сигналы, из состава измерительной станции исключается. Пространственное разнесение антенн измерительной станции позволяет повысить развязку между каналами приема и передачи, что позволяет излучать сигналы повышенной мощности и дополнительно усиливать принимаемые сигналы. Дальность действия системы при этом повышается. Направление вращения плоскости поляризации приемной антенны измерительной станции выбирается противоположным направлению вращения плоскости поляризации волны, отраженной от поперечной площади рассеивания объекта, на котором установлен транспондер, что обеспечивает подавление этого мешающего сигнала и повышения таким образом точности определения расстояния. Кроме того, использование в транспондере антенны линейной поляризации позволяет ликвидировать замирания сигнала, возникающие при движении объекта и изменении таким образом взаимной ориентации антенн транспондера и измерительной станции.

Способ определения дальности до поверхности земли // 2637817

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн. Достигаемый технический результат - повышение скрытности работы при определении дальности до поверхности земли. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения дальности до поверхности земли заключается в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, имеющих несущую частоту ƒн, длительность tи, период повторения Тп, и состоящих из N монохроматических субимпульсов длительностью τ с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, приеме сигналов, отраженных от поверхности земли, проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности, и определении дальности до поверхности земли, при этом производят перестройку несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения и изменяют от радиоимпульса к радиоимпульсу период повторения радиоимпульсов, длительность радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов.