RU2003115C1 - Многоканальный приемник с мгновенным измерением частоты - Google Patents

Description

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

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности по частоте и повышение точности оценки частоты.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема многоканального приемника с мгновенным измерением частоты.

Многоканальный приемник с мгновенным измерением частоты состоит из многоканального частотного анализатора 1, к адресному входу которого подключен адресный выход блока 2 управлени , а выходы соединены с входами электронного коммутатора 3, к адресному входу которого подключен адресный выход.генератора 4 опроса каналов, а выход соединен с входом индикатора 5, к счетному и обнул ющему входам генератора 4 опроса каналов подключены соответствующие выходы блока 2 управлени , причем каждый канал 6 много- канального частотного анализатора 1 содержит последовательно соединенные гребенчатый фильтр 7, амплитудный детектор 8, фильтр 9 нижних частот и пороговый блок 10, дополнительный выход блока 11 опорных напр жений подключен к второму входу порогового блока 10, выход которого соединен с входом первого электронного ключа 12, информационный вход которого соединен с выходом гребенчатого .фильтра 7, а выход подключен к входу частотного детектора 13, состо щего из объединенных по входу элемента 14 задержки, первого 15 и второго 16 перемножителей, выход элемента 14 задержки соединен с вторым входом второго 16 перемножител   непосредственно, а с вторым входом первого 16 перемножител  - через фазовращатель 17, выходы первого 15 и второго 16 перемнржителей соединены соответственно через первый 18 и второй 19 фильтры нижних частот с входами делител  20 напр жени ,выход которого подключен к входу функционального преобразовател  21, выход которого  вл етс  выходом частотного детектора 13, подключенным к первым входам блока 22 компараторов, вторые входы которого соединены с выходами блока 11 опорных напр жений и с входами электронного коммутатора 23, выходы блока 22 ком- паратора соединены с входами мультиплексора 24, адресные входы которого объединены с адресными входами электронного коммутатора 23 и подключены к адресному выходу блока 2 управлени , выходы электронного коммутатора 23 и мультиплексора 24 через второй электронный ключ 25 соединены с выходом канала б, причем блок 2 управлени  состоит из генератора 26 синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с входом генератора 27 тактовых и импульсов с обнул ющим входом генератора 28 опроса, первый выход генератора 27 тактовых импульсов

подключен к счетному входу генератора 28 опроса и к обнул ющему входу генератора 4 опроса каналов, а второй выход генератора 27 тактовых импульсов соединен со счетным входом генератора 4 опроса каналов,

выходы генератора 28 опроса  вл ютс  адресным выходом блока 2 управлени .

Устройство работает следующим образом .

На вход многоканального приемника с

мгновенным измерением частоты проступа- ет процесс в виде аддитивной смеси N сигналов , представл ющих собой гармонические компоненты, частоты которых заранее неизвестны, но известен частотный диапазон, в котором возможно их существование, и флюктуационного шума, имеющий аналитический вид

UBx(t) 2) u°i exP W Oteit + Р oi)j -I- n(t),

te to, to + (1)

где Uoi - неизвестные амплитуды, i-ых сигналов; ufci несущие частоты сигналов;

р о - неизвестные начальные фазы сигналов;

to начало анализа; Та - врем  анализа; nW белый шум,

После прохождени  входной смесью гребенчатых фильтров 7 в каналах б происходит частотна  селекци  входного процесса . Число каналов 6, т.е. количество гребенчатых фильтров 7 и число М гребеш- ков в одном гребенчатом фильтре 7 определ етс  .заданным частотным диапазоном и требуемым разрешением-по частоте, т.е. шириной гребешка Д1г.ф. Предполагаетс , что число гребешков и ширина одного гребешка в каждом гребенчатом фильтре 7 одинаковы и при этом выбраны таким образом, чтобы перекрыть заданный частотный диапазон и обеспечить заданную разрешаю- щую способность по частоте, причем ширина рабочего частотного диапазона определ етс  как

ДГраб. N-M -М-.ф,(2)

где N число гребенчатых фильтров; М - число гребешков в фильтре;

Лгг.ф - элемент разрешени . Например, дл  перекрыти  рабочего диапазона в 1 МГц с разрешающей способностью 10 кГц при М 10 необходимо вз ть N 10 гребенчатых фильтров.

Считаем, что в один гребенчатый фильтр 7 попадает не более одного узкополосного сигнала, ширина спектра которого Afoi, I 1,N, причем &f0 Дтг.ф.

По своему функциональному назначению кан-алы 6 идентичны, поэтому рассмотрим работу одного 1-го, ,N канала 6.

Сигнал с выхода гребенчатого фильтра 7 поступает на вход амплитудного детектора 8. Выделенна  огибающа  сигнала с выхода амплитудного детектора 8 через фильтр 9 нижних частот поступает на вход порогового устройства 10, на другой вход которого с выхода блока 11 опорных напр жений поступает пороговое напр жение, однозначно определ емое по критерию Неймана-Пирсона веро тностью ложных тревог, причем дл  обеспечени  нормальной работы необходимо, чтобы врем  интегрировани  Ти фильтра 9 нижних частотбыло меньше Та, но достаточным дл  обеспечени  заданной веро тности ложных тревог. При этом, например, дл  заданных веро тности правильного обнаружени  Рпо 0,9 и веро тности ложных тревог РЛт дл  случа  сигнала с неизвестными амплитудой и начальной фазой пороговое энергетическое отношение сигнал/шум (В,П. Рыжов, В.П. Федоров. Статистическа  радиотехника . Конспект лекций - Таганрог, ТРТИ, 1978), значительно превосходит единицу

рпор 1(qnopn.16)

В те минуты времени, когда принимаетс  решение о наличии сигнала в одном k-м, k 1,M из гребешков гребенчатого фильтра 7, на выходе порогового устройства 10 по вл етс  единичный потенциал, открывающий первый электронный ключ 12. При этом сигнал с выхода гребенчатого фильтра 7

14 задержки фиксирована и задает ширину рабочего частотного диапазона ЛРраб., в котором обеспечиваетс  однозначное оценивание частоты

1

АРраб

2Т

(4)

10

Сигнал с выхода элемента 14 задержки Uik14(t) - Hoi14 -cos I ute«{t + i) + ры (5)

.14

где Uoi -амплитуда напр жени  на выходе элемента 14 задерх ки в 1-м канале;

г- посто нна  времени элемента 14 задер жки,

поступает на вторые входы второго 16 пере- мнсжителп непосредственно и первого 15 перемножител  через фазовращатель 17 на угол л/2 осуществл ющий фазовый сдвиг

на угол  /2 радиан

Ulk17(t) (t+T)+ pbl+2 1 (Ф

сигналы с выходов перемножителей 15 и 16

Uik15 -0,5U0i7- U0i17{sin + + Sin 2 Obit + QJbi Г + 2 tp 0()}

Uik17 0,5U0i7 -U0i17{cos ufeir + + cos 2 ftteit + о, г + oi)}(7)

после аналогового накоплени  в первом 18 и втором 19 фильтрах нижних частот соответственно

Uik8 -0,5Uoi7 Sin UJblT

19.

Uikls 0,5Uoi ftfeir (8) поступают на входы делител  20 напр жени  и вычисл етс  их частное

2° i -isf-

а на выходе функционального преобразовател  21, реализующего операцию arctg. формируетс  напр жение, пропорциональное оценке фазы квадратурных составл ю- щих

U,k7(t) Uoi7 cos((Uoit+ ры),

где Uoi7 амплитуда напр жени  на выходе гребенчатого фильтра 7 в 1-канале;50

- частота i-ro сигнала;

р0 начальна  фаза 1-го сигнала;

k - номер гребешка гребенчатого фильтра7 цч

через который первый электронный ключ оэ

12 попадает на первые входы первого 15 и второго 16 перемножителей и на вход элемента 14 задержки частотного детектора 13. Величина посто нной времени элемента

50

Ui21 - t |arctg Ui20 1

о

-jjtooi r 4 foi г

1 arctg (tg ffibitr) (9)

т.е. напр жение, пропорциональное частоте foi принимаемого .сигнала, Дискриминационна  характеристика частотного детектора 13 дл  случа  квадратурной обработки инварианта к уровню входного сигнала , и ее крутизна пр мо пропорциональна величине задержки элемента 14 задержки. причем с целью улучшени  точности оценки частоты в каждом последующем канале 6 мен ет знак на противоположный.

Напр жение с выхода частотного детектора 13, пропорциональное частоте принимаемого сигнала, подаетс  иа объединенные первые входы блока компаратора

задава 

, Ч

22, на вторые входы которого, два порога срабатывани  Un k и Ub k, k 1,M с выходов блока 11 опорных напр жений поступает опорное напр жение Uon k, k 1,M, регулирующее середину и ширину окна дискриминации. Пороги срабатывани  двухпороговых компараторов 22I, f 1,М задаютс  в соответствии с полосами пропускани  гребешков гребенчатого фильтра 7 по дискриминационной характеристике . Дл  устранени  неоднозначности оценки частоты в каналах б рабочий участок выбран на положительной ветви дискриминационной характеристики. Аналогичный результат дает выбор рабочего участка дискриминационной характеристики на ее отрицательной ветви. Таким образом, от канала к каналу б происходит одновременное чередование знака крутизны дискриминационной характеристики и положение на ней рабочего участка, т.е. при положительной крутизне рабочий участок выбираетс  на положительной ветви дискриминационной характеристики, при отрицательной крутизне - на отрицательной ветви. Поэтому ширина рабочего частотного диапазона должна удовлетвор ть условию:

АРраб г |-00)

Высока  точность оценки частоты может быть достигнута при достаточной линейности рабочего участка, котора  достигаетс  на начальном участке, равном двум трет м положительной (отрицательной ) ветви дискриминационной характеристики .

Таким образом, ширина рабочего частот ;ого диапазона ДРраб в котором обеспечиваетс  однозначное оценивание и достигаетс  высока  точность оценки частоты , определ ет величину посто нной времени г элемента 14 задержки, равную

т1 - 1

лг 1

G ДРраб, 3

(11)

Так как крутизна дискриминационной характеристики не зависит от уровн  входного сигнала, то напр жение, задающее середину окна дискриминации двухпороговых компараторов 22i, I 1,М выбраны строго фиксированными и с выхода блока 11 опорных напр жений поступают также и на аналоговые входы электронного коммутатора 23, а выходы блока компараторов 22 подключены к входам мультиплексора 24,

При обнаружении сигнала в i-м канале 6, при условии попадани  в один гребенчатый фильтр 7 не более одного сигнала, единичный потенциал по витс  на выходе k-ro

двухпорогового компаратора 22k (k ТТМ).

Управление переключением мультиплексора 24 и электронного коммутатора 23 - выбором информационного входа и подключением его к единственному выходу 0 осуществл етс  подачей на их адресные входы адресного кода с выхода генератора 28 опроса, смена адресного кода на выходе которого происходит при подаче на его счетный вход тактовых импульсов, при этом об5 нуление адреса на выходе генератора 28 опроса производитс  синхронизируюшими импульсами, подающимис  на обнул ющий вход с выхода генератора 26 синхронизирующих импульсов и за ТСи производитс  поо0 чередна  смена адресного кода.

При по влении на выходе мультиплексора 24 за соответствующий k-й такт единичного потенциала второй электронный ключ 25 открываетс  и напр жение, соответству5 ющее середине окна дискриминации, пропорциональное оценке частоты принимаемого сигнала R-ro элемента разрешени  канала б с выхода электронного коммутатора 23 за тот же такт поступает на

0 соответствующий аналоговый вход электронного коммутатора 3, другие входы которого соединены с выходами соответствующих каналов 6.

Управление переключением электрон5 ного коммутатора 3 - выбором информационного входа и подключением его к единственному выходу - осуществл етс  подачей на его адресный вход адресного кода с выхода генератора 4 опроса кана0 лов, смена адресного кода на выходе которого осуществл етс  при поступлении на его вход тактовых импульсов со второго выхода генератора 27 тактовых импульсов, при этом обнуление адреса на выходе ге5 нератора 4 опроса каналов производитс  тактовыми импульсами, подающимис  на обнул ющий входе первого выхода генератора 27 тактовых импульсов, а за период Tt тактовых импульсов на первом выходе гене0 ратора 27 тактовых импульсов производитс  поочередна  смена адресного кода.

С выхода электронного коммутатора 3 напр жение, пропорциональное частоте принимаемого сигнала, за l-ый такт поступа5 ет на вход индикатора 5, регистрирующего оценку частоты сигнала. Типовым простейшим индикатором может служить осциллограф о большим временем послесвечени , развертка которого синхронизиро&ана с началом запуска генератора 27 тактовых импульсов и шкалой, проградуированчой таким образом, чтобы каждому отсчету напр жени  соответствовала определенна  оценка частоты. Кроме этого индикатор 5 может быть исполнен в виде блока на осно- ве преобразователей напр жение-частота. Так как необходимо преобразовывать как положительные, так и отрицательные напр жени , то в этом случае дл  реализации блока индикатора 5 обычно используют классическую схему: компаратор, два электронных ключа, инвертор и два преобразовател  напр жение-частота, первый из которых имеет схему включени  дл  преобразовани  положительных напр жений, а второй - дл  отрицательных напр жений. Компаратор срабатывает по положительному напр жению и открывает первый электронный ключ, который пропускает положительное напр жение на вход перво- го преобразовател  напр жение-частоо. Выход компаратора через инвертор соединен также с входом второго электронного ключа, пропускающего отрицательное напр жение на вход второго преобразовател  напр жение-частота, Таким образом, на выходах двух преобразователей напр жение-частота формируютс  последовательности импульсов, ч астоты повторений которых равны fi, 1 ,MN, Подсчет частот ft можно осуществить с помощью двоично-дес тичных счетчиков, а дл  цифровой индикации оценок частот потребуютс  дешифраторы и секисегментные индикаторы , причем число двоично-дес тичных четы- рехразр дных счетчиков и дешифраторов, преобразующих четырехразр дный код в семисегментный, а также число семисег- ментных индикаторов зависит or точности представлени  оценок частот в цифровой форме. Отсчет частоты ft пропорционален числу импульсов за период повторени  Та тактовых импульсов на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов. Оценка частот принимаемых сигналов определ ет- с  в конечном счете как

foi fi + FH ,

где Гц- нижн   частота рабочего частотного диапазона устройства.

Рабочий генератор 27 тактовых импульсов управл ет генератор 26 синхронизирующих импульсов. За период повторени  синхронизирующих импульсов Тси производитс  опрос входов электронных коммута- торов 23 и мультиплексоров 24 всех каналов 6, При этом первый тактовый импульс на первом выходе генератора 27 ТЙКТОРЫХ импульсов сдвинут относительно синхронизирующего импульса на некоторый защитный интервал AI, определ емый величиной временного сдвига г, вносимого элементом 14 задержки, посто нной интегрировани  фильтров нижних частот 9,1C и 19 и временем обработки двухпороговых компараторов 22, и необходимый дл  надежного обнулени  всех фильтров нижних частот, накоплени  s фильтрах нижних частот и срабатывани , двухпороговых компараторов 22,

За период Ti повторени  тактовых импульсов (за такт) на первом выходе генератора 27 тактовых импульсов производитс  опрос входов электронного коммутатора 3, При этом первый тактовый импульс тактовой последовательности с периодом Т2 на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов сдвинут относитепьно первого тактового импульса на его первом выходе на некоторый защитный интервал Лз, необходимый дл  срабатывани  электронного коммутатора 23, мультиплексора 24 и второго электронного ключа 25, Поэтому врем  анализа должно удовлетвор ть условию

Ta Ai+A2(t2)

Например, при наличии сигналов во втором гребешке гребенчатого фильтра 7 в 1-м канале бив четвертом гребешке гребенчатого фильтра 7 во 2-м канале 6 произойдет срабатывание соответственно ,2-го и 4-го двухпороговых компараторов 22 в соответствующих каналах 76 и соответственно за 2-й такт на первом выходе и 1-й такт на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов срабатывает электронный коммутатор 23 и мультиплексор 24, а также электронный коммутатор 3, по значению напр жени  на выходе которого будет произведена оценка частоты сигнала в первом канале 6 индикатором 5, а аналогично соответственно за 4-й такт на первом и 2-й такт на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов будет произведена оценка частоты сигнала во втором канале 6.

Таким образом, в многоканальном приемнике с мгновенным измерением частоты посредством параллельно-псследовзт ель- ной обработки производитс  оценка частоты сигналов путем последовательного опроса каждого элемента разрешени  поочередно в каждом параллельном канале 6. При этом возможно оценивание частоты и определени  числа N сигналов,

(56} Зарубежна  радиоэлектроника. 1987, № 12, с. 78.

Claims (4)

1. Формула изобретени 

   МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК С МГНОВЕННЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ ЧАСТОТЫ, содержащий последовательно соединенные многоканальный частотный анализатор , электронный коммутатор и индикатор, генератор опроса каналов, выходы которого соединены с адресными входами электронного коммутатора, блок управлени , причем каждый канал многоканального частотного анализатора содержит последовательно соединенные входной фильтр, амплитудный детектор, фильтр нижних частот , пороговый блок, электронный ключ, информационный вход которого соединен с выходом входного фильтра, и частотный детектор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности по частоте и повышени  точности оценки частоты , в каждый канал многоканального частотного анализатора введены блок опорных напр жений, блок компараторов, электронный коммутатор, мультиплексор, второй электронный ключ, причем выход первого электронного ключа соединен с входом частотного детектора, выход которого соединен с первыми входами блока . компараторов, вторые входы которого соединены с выходами блока опорных напр жений и с входами электронного коммутатора, дополнительный выход блока опорных напр жений соединен с вторым входом порогового блока, выходы блока компараторов соединены с входами мультиплексора , адресное входы которого соединены с адресными входами электронного коммутатора и подключены к адресному выходу блока управлени , выходы электронного коммутатора и мультиплексора через второй электронный ключ соединены с выходом канала.

   5
2. 2.Приемник по п.1, отличающийс  тем, что блок управлени  состоит из генератора синхронизирующих импульсов, генератора тактовых импульсов и генератора опроса,

   причем выход генератора синхронизирующих импульсов подключен к входу генератора тактовых импульсов и к обнул ющему входу генератора опроса, первый выход генератора тактовых импульсов соединен со 0 счетным входом генератора опроса и с обнул ющим входом генератора опроса каналов , к счетному входу которого подключен второй выход генератора тактовых импульсов, а выходы генератора опроса  вл ютс  адресным выходом Блока управлени .
3. 3.Приемник по п.1, отличающийс  тем, что частотный детектор состоит из элемен0 тов задержки, первого и второго перемножителей , фазовращател , первого и второго фильтров нижних частот, делител , напр жени  и функционального преобразовател , причем входы элемента задерж5 ки, первого и второго перемножителей объединены с входом частотного детектора , выход элемента задержки соединен с вторым входом второго перемножител  непосредственно , а с вторым входом первого

   0 перемножител  - через фазовращатель, выходы первого и второго перемножителей соединены соответственно через первый и второй фильтры нижних частот q входами делител  напр жени , выход которого через функциональный преобразователь соединен с выходом частотного детектора.
4. 4.Приемник по п.1, отличающийс  тем, Q что входной фильтр в каждом из каналов

   многоканального частотного анализатора выполнен в виде гребенчатого фильтра.