NO823329L - Apparat for behandling av signaler. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår apparater beregnet til inn-.samling av meldinger eller informasjon som kommer fra et flertall .poster eller stasjoner, og for behandling av disse meldinger med sikte på å utlede "den informasjon som de inneholder.

Slike apparater har anvendelse i overføringsanlegg som omfatter et flertall stasjoner eller lignende, som er fordelt over et områd.e og som utsender meldinger i numerisk form ved fase-modulasjon av én bærebølge., idet slike meldinger er beregnet til å bli oppfanget- av et apparat som bæres av en satelitt som beveger seg over området, enten for lagring av de mottatte meldinger eller for gjenutsendelse av disse.

De meldinger som utsendes fra de forskjellige stasjoner, ankommer i satelitten på tilfeldig måte, og frekvensen av deres bærebølge er ukjent, slik at.apparatet omfatter anordninger for frekvenssveipin,g eller -avsøkning over et frekvensbånd innenfor det som inneholder frekvensene for de utsendte bærebølger, såvel som behandlingsanordninger med•fasesløyfe for å utføre 'demodulering av den eller de meldinger som blir oppfanget under frekvensavsøk-ningen eller -spektralanalysen.

Foreliggende oppfinnelse går ut på forskjellige for-bedringer i et slikt apparat, med sikte på å tilveiebringe en ut-førelse som er 'enkel og økonomisk samtidig som den er meget effek-.tiv. Oppfinnelsen går ut på apparater som anvender en fasesløyfe, særlig for demodulering av fasemodulerte signaler,

og anvendes spesielt for demodulering av meldinger som kan ha frekvenser beliggende i et frekvensbånd som kan befinne seg i MHz-.området eller på et titall FlHz eller enda høyere, og anvendes i apparater omfattende i det minste én fasesløyfe for behandling av en melding--som er.bragt i en tilstand egnet- for bestemmelse av frekvensen av en ren bærebølge som går forut for den modulerte del av meldingen.

Tilstanden med god frekvensinnstilling av sløyfen og likeledes dennes forutgående tilstand, hvor den tilpasser seg efter bærebølgefrekvensen for modulasjonen samt i den tilstand hvor' den deltar i demoduleringen, har hittil i betraktning av de frekvensbånd som er allokert for innsamlingen av informasjon eller data, ført til valg. av komponenter for en slik fasesløyfe. på basis av. krav om høy frekvensstabilitet, vanligvis komponenter av piezo-elektrisk type i form av oscillatorer og/eller filtre.

Følgelig har hittil fasesløyfer for innsamling av informasjon og data arbeidet i et frekvensområde hvor de nevnte piezo-elektriske komponenter kan arbeide, dvs. i et høyfrekvens-område.

En slik fasesløyfe for innsamling av data er således forholdsvis kostbar da den omfatter ^piezo-elektriske komponenter.-Mer spesielt er denne- oppfinnelse rettet mot et-, apparat for behandling "av .signaler eller informasjon mottatt ved-hjelp av radiosignaler med høy frekvens, hvilket apparat er forholdsvis billig å realisere samtidig som det har ytelser sammenlignbare med tidligere kjente konstruksjoner.

Oppfinnelsen er særlig kjennetegnet ved at det i

en faselåst sløyfe for innsamling av data eller informasjon, . hvis arbeidsfrekvens er.plassert foran demoduleringen av hver melding ved et frekvensesimat, anvendes midler til å innstille arbeidsfrekvensen i en frekvensstyrt oscillator på en forutbestemt verdi efter demoduleringen av hver melding.

Som følge av denne anordning er .det spesielt i den frekvensstyrte oscillator mulig å bruke komponenter som ikke har stor iboende stabilitet, særlig oscillatorer med ikke-piezoelektriske komponenter.

Fortrinnsvis blir det vid*eré sørget for senkning

av frekvensen av signaler som påtrykkes demodul-eringssløyfen,

ved hjelp av en frekvensendring. Ved forholdsvis lavere'frekvenser, f.eks. av størrelsesorden titalls eller hundretalls

kHz er det mulig å oppnå en absolutt frekvensstabilitet med 'komponenter hvi-s f rekvensstabilitet er forholdsvis liten, som f.eks. en ikke^piezo-elektrisk oscillator og et båndfilter som likeledes'er uten piézo-elektriske komponenter, som i sløyfer med piezo-elektriske komponenter som arbeider ved høye frek-kvenser.

En anordning til forskyvning av frekvensen av

en frekvensstyrt oscillator- kan lett realiseres hvis det står . til - forføyning en ultrastabil oscillator. En slik'ultra--stabil oscillator er vanligvis anordning i apparater som. omfatter en f rekvenssyntetisator., med.sikte på å forut-innstille arbeidsfrekvénsen for sløyfen på en estimert eller antatt frekvens i nærheten av frekvensen av et signal på inngangen av denne sløyfe. Således brukes den samme stabile referånsefrekvens til forutinnstillingen. av frekvensen i sløyfen<p>g forskyvningen av den frekverisstyrte oscillator. Ifølge en foretrukken utførelsesform. kan man dessuten'anvende den samme frekvensstyrte oscillator til forutinnstillingen av frekvensen i sløyfen ut fra et frekvensestimat og for demodulasjonen av mottatte signaler ved hjelp av denne sløyfe.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan det i tilfelle av demoduleringssløyfer som er forgrenet i parallell, .sørges for senkning, av frekven-

sen av inngangssignaler i hver sløyfe selektivt på den måte at frekvensen kommer i et forutbestemt .frekvensbånd for denne sløyfe, hvilket frek-vensbånd er tilforprdnet denne . sløy f .e - ved hj elp av den samme st.yre-enhet som tiL

denne sløyfe avgir det f rekvensestimat' som .den skal ar-

beide på.

.1 patentkravene er- det tatt inn nærmere- an-givelser av -denne oppfinnelse samt de nye og særegne trekk ved denne. Oppfinnelsen skal i cet følgende forklares nærmere • under henvisning til tegningene, som viser eksempler på utførelses-former, idet:

Figur 1 viser en første utførelse og

figurene 2-6 viser respektive andre utførelsesformer i henhold til oppfinnelsen.

En radiomottag.er 201 (figur 1) innrettet til å levere signaler til en frekvensspektrum-analysator og til behandlingsanordninger, har en inngang 202 som tilføres signaler "innfanget av en antenne 203. Mottagerens utgang 204 er, oppdelt i to gren-utganger hvorav den ene- gren 205 utgjør inngangen til en måle-^anordning' 206' for nivå og frekvens i de mottatte signaler, og den annen grenutgang 207 er oppdelt i ytterligere grener 208^.... 208n som fører til respektive behandlingsanordninger 209^ ... 209n-Oppbygningen av•mottageren 201 hvis utgang leverer

én eneste frekvens, er særdeles enkel.

Det henvises nå til figur 2. De signaler- som leveres av en radiomottager, opptrer på e-n inngang 211 som gjennom en ledning 212 er ført til inngangen 213 på en blandekrets 214. En

annen inngang 215 på blandekretsen er gjennom en ledning 216 forbundet, med en-lukket sløyfe 217 omfattende en oscillator 218 hvis'frekvens styres av en spenning som påtrykkes oscillatorens inngang 219, samt et båndfilter 221, en frekvensdelekrets 222 som er programmerbar i små trinn under påvirkning av en program-'kommando-enhet 223 gjennom en ledning 224. Sløyfen' 217 omfatter videre en fasekompårator 225 hvis ene inngang 226 utgjør éndel av sløyfen og hvis annen inngang 227 påtrykker fasekomparatoren 225

en ultrastabil frekvens levert av en ultrastabil oscillator 228, idet en frekvensdelekrets 229 inngår mellom disse og innfører en fast divisjonsfaktor.

Frekvensavsøkningen eller -sveipingen styres ved

•hjelp av den programmerbare f rekvensdelekrets 222 .

Verdien av den frekvens som påtrykkes-inngangen 21.5 på blandekrétsen 214 , avhenger ikke av aldrings-tilstander' i en oscillator, fordi nøyaktigheten er bestemt.av deri ultrastabile oscillator- 228, og denne nøyaktighet . bibeholdes ved den innregulering eller innstilling.som besørges av den lukkede sløyfe 217.

Utgangen 231 fra blandekrétsen 214 er oppdelt i et visst antall grener 232^ .'.. 232n, som hver i rekkefølge omfatter en forsterker 233.og et filter 234, idet antall grener og følgelig antall filtre avhenger av bredden av det frekvensbånd som avsøkes av syntetisatoren sammenlignet med den totale bredde av det frekvensspektrum som skal. avsøkes.

Hvert filter 234 efterfølges av. en detektor 235 og derefter et filter 23-6, og grenene 232 blir avtastet eller samplet av en kommutator 237- i en multiplekser 238 styrt av en krets 230 fra en sekyensenhet 239 som gjennom en ledning 240 er forbundet-med den ultrastabile oscillator 228.'Ledningen eller kretsen 241 som er forbundet med kommutatoren 237, utgjør inngangen til en analog/numerisk-omsetter 242 hvis utgang 243 gjennom en ledning .. 244 er ført til .en kommando-enhet 245 som videre er koblet til sekvensenheten 239 gjennom en ledning. 24 6.

På utgangen 247 av kommando-enheten 245 opptrer det

i rekkefølge parvise verdier for nivået N og frekvensen F som ut-gjør den informasjon som søkes ved f rekvensspekte.ravsøkningen.

Denne informasjon kan på ethvert- tidspunkt utnyttes til frekvensinnstilling-eller -innregulering av'en behandlingsanordning 248 for signaler som kommer fra inngangen 211 og som ' gjennom en ledning ■ 24 9 dirigeres til denne anordning, idet disse signaler har samme frekvens som de signaler som påtrykkes inngangen 213 på frekvensspektrumanalysatoren.

Det er konstatert at ved å erstatte den piézo-elektriske oscillator av typen.VCXO som krever en styring fra en numerisk/analog-omsetter- og utgjør endel av en åpen sløyfe, med en frekvenssyntetisator som'påvirker blandekrétsen ved'hjelp av eri lukket sløyfe omfattende.en oscillator av typen VCO (spenningsstyrt oscillator) ,. dvs. ikke av piezo-elektrisk type, slik som ovenfor beskrevet, er det med øvrige forhold uendret, mulig å oppnå en betydelig økning av sveipehastigheten, nemlig med et forhold sorti kan gå opp i 1 til 4 .

Det er videre mulig på denne måte å foreta avsøkning av-et større frekvensområde'ved å anvende en frekverissyntetisator og ikke en lokal oscillator i åpen sløyfe, .slik som konvensjonelt hittil.

I den måleanordning for nivå og frekvens som er vist på figur 3, blir signaler innfanget ved hjelp av en antenne 251 påtrykket en inngang 252 på en mottager .253'. Utgangen 254 av mottageren er forbundet méd en inngang 255 på en analyseanordning 256 for frekvensspektret, hvis utgang 257 er forbundet med en inngang 258 på en kommandoenhet' 259. Denne avgir på sin utgang 261 en nivåinformasjon' og på sin utgang 262 en frekvensinformasjon. En avgrening 263 av utgangen 254 fra mottageren 253 er oppdelt ,i et visst antall grener 264^... 264^som hver fører til en inngang 265 på en tilhørende behandlingsanordning .266 og utgangene 267^ ...-2-67 fra disse anordninger er koblet til en anordning for regrupperi.ng av informasjon, nemlig en multiplekser 268. Utgangen 269 fra multiplekseren er forbundet med en inngang .271 på- en be-regningsanordnin.g 272 .som på sin utgang 273. avgir et signal

"midlere tilforordnet nivå" eller.NA som svarer til middelverdien av et antall n behandlede meldinger. Den midlere verdi blir over-ført til en hukommelse eller et bufferregister' 274, og den midlere verdi av de følgende n meldinger blir beregnet. Den verdi som er innført i hukommelsen, blir i en komparator 275 sammenlignet med en referansemiddelverdi for tilforordnet nivå levert av en anordning 276. Resultatet>av denne sammenligning som opptrer på en

utgang 277' av komparatoren 275 , blir behandlet av-en numerisk/analo omsetter 278 og- efter forsterkning i en forsterker 279, innført på en inngang 281 på mottageren 253 for styring av dennes forsterkning.

Det skal .nå henvises til figur 4 . Inngangssignalet til en fasesløyfe som utgjør endel av en behandlingsanordning for fasemodulerte signaler, blir påtrykket en inngang 301 på en første

blandekrets 302 som utgjør endel av en fasesløyfe 300. Frekvensen av det signal'som påtrykkes inngangen 301, er forholdsvis lav.

I tilfelle av at det foreligger signaler med høy frekvens oppfanget av en mottager, omfatter denne mottager en frekvensendringsanordning for. å overføre det signal som påtrykkes inngangen 301 til en verdi av størrelsesorden et titalls til et hundretalls kHz.

Fasesløyfen 300 omfatter en forsterker 303, et filter 304 som ér et filter av ROtypen, dvs. oppbygget med motstander og kondénsatorer, en begrensningskrets 305, en fasekomparator 3 06 som har en inngang 307 for påtrykning av en referansefrekvens som kan leveres- av en ultrastabil oscillator innbefattet i anordningen eller apparatet. Fasesløyfen 300 omfatter videre et sløyfefilter 308 og-en ko.mmutator eller vender .309. innsatt mellom utgangen 311 av komparatoren 306 og inngangen 312 på sløyfefilteret. 308 . Sløyfen omfatter en spenningsstyrt oscillator 313, som i prinsippet er1 av ikke-piezo-elektrisk type og hvis utgang 314 er forbundet med den annen inngang 315 på den første blandekrets -302 gjennom en krets 316 som omfatter en tredje.blandekrets 317. På en inngang 318 på denne siste krets er tilkoblet en utgang 319 fra en frekvens-:syntetisator 321 som gjennom en ledning . 322 er- forbundet med en kommando-enhet og en inngang 323 som påtrykkes en referansefrekvens

• fra den ultrastabile oscillator.

En avgrenin.gskrets 324 kan settes i funksjon av Venderen 309 for å danne en sløyfe 325 omfattende ikke bare sløyfe-filteret 308 og oscillatoren 313, men også e-n komparator 326 hvis inngang 327 er forbundet med utgangen 314 av oscillatoren 313 og utgangen 328 er gjennom en forsterker 329 forbundet med inngangen 312 på-sløyfefilteret 308 når venderen 309 er i den stilling som

-er vist med stiplet linje.

Når venderen 309 er i den fullt opptrukne stilling, er fasesløyfen 300 i stand til å bevirke fasebestemmelse eller -følgning-og demodulering, og den melding som overføres ved hjelp av det signal som påtrykke's inngangen 301, er tilgjengelig på utgangen 3'31 frå sløyfen.

Når venderen 309 settes i den stilling .som er vist med prikket lin.je, vil den ref eransef rekvens som påtrykkes inngangen 332 på komparatoren 326,.eventuelt tilbakestille oscillatoren 313 til den tilstand som svarer til den sistnevnte funksjon av. fase-sløyfen 300.-'-Det skal så henvises' til figur 5. I denne utførelse som er beslektet méd den som nettopp er beskrevet, vil oscillatoren. 3.35 som utgjør endel av en-fasesløyfe'336 , også spille rollen som oscillator for frekvenssyntetisatoren 321 (figur 4). Den utgjør endel ikke bare av fasesløyfen 336, men også av en sløyfe 337 omfattende en programmerbar delekrets 338 hvis inngang 339 er forbundet med kommando-enheten og hvis utgang '341.. er forbundet med inngangen 342 på en fasekomparator 343 hvis annen inngang 344 påtrykkes en referansefrekvens levert fra den ultrastabile oscillator. Sløyfen 337 omfatter dessuten en hukommelse 346 forbundet'med "utgangen 345 a<y>fasekomparatoren 343 gjennom en vender 347 som slik det er antydet ved 348, påvirkes, av'kommando-enheten. Utgangen 349 av hukommelsen 34 6 er forbundet med inngangen 351 på en summerings-krets 352 innsatt mellom sløyfefilteret 308 og oscillatoren 335.

Når venderen 347 er i den stilling som er vist med fullt opptrukken linje,virker fasesløyfen på samme måte som sløyfen i den foregående utførelsesform,'dvs. at den informasjon som meldingen inneholder, opptrer på utgangen 331.

Når venderen 347 er i den stilling som er vist med prikket linje, vil hukommelsen 346 lagre den spenhingsverdi som i den følgende tilstand hvor venderen 347 tilbakestilles til den f.ullt opptrukne stilling, virker til å tilbakeføre fasesløyfen. 336 til sin arbeidstilstand.

I denne utførelsesform blir det mulig å utelate en

egen oscillator for frekvenssyntetisatoren.

Endelig skal det henvises til figur 6. I denne, ut-før elsesform mottar en inngang 361 på en blandekrets 362 et signal som kan ha hvilken' som helst høy frekvens levert fra en mottager av vanlig type.i et apparat for i en satelitt å innsamle og behandle informasjon som kommer fra et flertall stasjoner eller poster .

En frekvenstransponering blir utført av blandekrétsen 36 2 som på sin annen inngang- 363 mottar utgangssignalet fra en frekvenssyntetisator 364 som på sin inngang 365 styres av kommando-enheten. En referansefrekvens påtrykkes en annen inngang 366 og leveres av en.ultrastabil oscillator. Efter å ha gått gjennom et filter 367, blir den transponerte signalfrekvens som opptrer på en utgang 368 fra filteret, ført tii en fasesløyfe 369, som kan være av samme type som vist på figur 4 , eller av d.en type som er .vist på

. figur 5.

Denne utførelsesform gjør det mulig å anvende de anordninger som er vist på figurene 4 og 5 når signalene ligger i et bredt frekvensbånd, idet anvendelsen av en frekvenssyntétisator gjør det' mulig å frembringe, et smalere frekvensbånd på utgangen.

Claims (10)

1. Apparat for behandling av signaler utsendt over radio på forskjellige, frekvenser innenfor et forutbestemt inn.gangs-f rekvensbånd, fra et flertall kilder, karakt e >:r i - s e r-t" ved at det-omfatter en mottager for radiosignalene i det -nevnte frekvensbånd, og i det minste en behandlingsanordning på utgangen av mottageren for- å behandle individuelt et signal mottatt på de respektive frekvenser, hvilken behandlingsanordning omfatter en demodulerende fasesløyfe som omfatter en f rekvens s-ty-rt oscillator, en krets innrettet til å blande utgangssignalene fra mottageren og fra den styrte oscillator, og en.fasekomparator for å sammenligne utgangssignalet fra blandekrétsen og en referansefrekvens, hvilken styrte oscillator, er underkastet styring fra utgangen av fasekomparatoren, hvis utgangssignal representerer fasemo.dula-sjonen. av ethvert signal i det inngangsfrekvensbånd som fase-sløyfen låser seg på, hvilken behandlingsanordning videre -' omfatter en frekvensinnstillingsanordning for fasesløyfen påvirkbar av en programmert frekvensangivelse, og en gjenopp-startingsanordning for å'- innstille - utgangsf rekvensen av den styrte oscillator på en forutbestemt verdi uavhengig av utgangssignalene fra mottageren.■

2. Apparat .ifølge krav 1,'karakterisert ved at det omfatter et flertall.behandlingsanordninger koblet i parallell på utgangen av mottageren for å behandle de respek- .tive- individuelle ■ signaler i avhengighet av tilsvarende programmerte f rekvensangivelser..

3. Apparat- ifølge krav 1 eller 2, k a, r a k t e r i s e r t ved at frekvensinnstillingsanordningen omfatter en frekvenssyntetisator som styres av den programmerte .f rekvensangivelse, og en anordning-til å kombinere utgangsfrekvensene av synteti-satpren <p> g av den styrte oscillator.

4. Apparat ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at gjenoppstartingsanordningen omfatter en kompara.tor for fasen av utgangssignalet. f ra den styrte oscillator og et ref eransesig.nal, og en koblingsinnretning for 'å forbinde, utgangen av denne f asekomparator med inngangen' åv dén styrte oscillator og å isolere inngangen på den styrte oscillator fra fasesløyfen i g j enopps-tar tingstilstanden .

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at plasseringsanordningen omfatter en hukommelse innrettet til å levere et styresignal til den styrte oscillator, svarende til en forutbestemt utgangsfrekvens fra denne, og gjenoppstartingsanordningen omfatter en.komparator for fasen av utgangs- frekvensen fra den styrte oscillator med en referansefrekvens svarende til den nevnte programmerte frekvensangivelse,■ hvilken hukommelse ér innrettet til å registrere utgangssignalet fra denne komparator, og gjenoppstartingsanordningen videre om- -. fatter en koblingsinnretning som gjør det mulig selektivt' å forbinde utgangen av fåsekomparatoren med inngangen på hukommelsen idet den styrte oscillators inngang isoleres fra fasesløyfen..

6. Apparat ifølge krav 5, ' karakterisert ved en summeringsi.nnretning" for utgangssignaler fra hukommelsen og fra fåsekomparatoren. i demoduleringssløyfen, for å styre inngangen på den styrte oscillator.

'7. Apparat ifølge krav 1, karakterisert v'ed . at det foran behandlingsanbrdningeh omfatter en innretning, til nedsettelse av. frekvensen, av signaler til en verdi som er av samme størrelsesorden som bredden.av frekvensbåndet for inngangssignaler.'

8. Apparat ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at- det omfatter.- en anordning til å redusere frekvensbåndet for signaler som får passere til behandlings-anordningen under styring av en styre-enhet som leverer den nevnte programmerte frekvensangivelse.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at den nevnte anordning til å redusere frekvensbåndet, omfatter en frekvenssyhtetisator hvis progra.mmeringsinngang' styres av den nevnte styre-enhet. ■''.'•.-■

10. Apparat ifølge et av kravene 1 til -9, karakterisert ved at det er montert ombord i en satelitt for innsamling av signaler som skriver seg fra radiofyr.