RU2261451C1

RU2261451C1 - Signal characteristic function analyzer

Info

Publication number: RU2261451C1
Application number: RU2004111028/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Вешкурцев (RU); Ю.М. Вешкурцев; Ю.О. Немкин (RU); Ю.О. Немкин
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-09-27

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: analyzer should be used for measurement of statistic characteristics of random phase of signal. Analyzer has two conversion channels. Each channel has the following units connected in series: linear frequency-modulated signal generator, amplitude modulator, dispersion delay line, and demodulator with band-pass filter, multiplier, integrator and registrar. Output of demodulator of the first channel is connected with second input of second channel's multiplier. Output of demodulator of the second channel is connected through phase shifter with second input of multiplier of the first channel. Inputs of analyzer are connected with inputs of amplitude modulators through dividers. Other inputs of dividers are connected with outputs of amplitude modulators through threshold units and modulated signal power meters. Input signal frequency meter is connected with second input of analyzer. Output of frequency meter is connected with permanent storage through address decoder. Output of permanent storage is connected with input of threshold voltage unit. Output of threshold voltage divider is connected with second inputs of threshold units of any channel. Analyzer allows controlling signal level at output of amplitude modulator depending on frequency of input signal of analyzer to prevent over-modulation.

EFFECT: improved precision of measurement.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения статистических характеристик случайных процессов и может быть использовано для измерения статистических характеристик случайной фазы сигнала.The invention relates to the field of measuring the statistical characteristics of random processes and can be used to measure the statistical characteristics of a random phase of a signal.

При статистическом анализе случайной фазы сигнала используется статистическое среднее вида [1], с.32In the statistical analysis of the random phase of the signal, a statistical mean of the form is used [1], p.32

называемое характеристической функцией, где V_m - вещественный параметр характеристической функции; φ(t) - случайный процесс, например фаза сигнала; m₁ - знак математического ожидания.called the characteristic function, where V _m is the real parameter of the characteristic function; φ (t) is a random process, for example, the phase of the signal; m ₁ is the sign of mathematical expectation.

Преобразование выражения (1) приводит его к видуTransformation of expression (1) leads to its form

где А(V_m) и В(V_m) - действительная и мнимая части характеристической функции.where A (V _m ) and B (V _m ) are the real and imaginary parts of the characteristic function.

Известно устройство, реализующее способ измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала [2]. Устройство содержит первый и второй каналы преобразования, в каждом из которых последовательно соединены ЛЧМ-генератор, амплитудный модулятор, дисперсионная линия задержки, демодулятор, перемножитель, интегратор, регистратор, причем первые входы ЛЧМ-генераторов первого и второго каналов объединены и подключены к входу управления анализатора, вторые входы объединены со вторыми входами амплитудных модуляторов соответственно первого и второго каналов, кроме того, выход демодулятора первого канала подключен к свободному входу перемножителя второго канала, в то время как свободный вход перемножителя первого канала подключен к выходу фазовращателя, вход которого присоединен к выходу демодулятора второго канала.A device is known that implements a method for measuring the statistical characteristics of signal phase fluctuations [2]. The device contains the first and second conversion channels, in each of which the LFM generator, amplitude modulator, dispersion delay line, demodulator, multiplier, integrator, recorder are connected in series, and the first inputs of the LFM generators of the first and second channels are combined and connected to the analyzer control input , the second inputs are combined with the second inputs of the amplitude modulators of the first and second channels, respectively, in addition, the output of the demodulator of the first channel is connected to a free input, multiply a channel of the second channel, while the free input of the multiplier of the first channel is connected to the output of the phase shifter, the input of which is connected to the output of the demodulator of the second channel.

Устройство может быть использовано для измерения оценок характеристической функции флуктуаций фазы сигнала при различных значениях вещественного параметра V_m характеристической функции. Однако при превышении входными сигналами определенного уровня наступает перемодуляция, которая приводит к появлению дополнительных составляющих в спектре колебаний на выходах амплитудных модуляторов и, как следствие этого, к появлению дополнительной погрешности измерений, значение которой может достигать очень большой величины.The device can be used to measure estimates of the characteristic function of the signal phase fluctuations at different values of the material parameter V _{m of the} characteristic function. However, when the input signals exceed a certain level, overmodulation occurs, which leads to the appearance of additional components in the spectrum of oscillations at the outputs of the amplitude modulators and, as a result, to the appearance of an additional measurement error, the value of which can reach a very large value.

Из известных наиболее близким по технической сущности является анализатор характеристической функции сигнала [3], содержащий первый и второй каналы преобразования, в каждом из которых последовательно соединены ЛЧМ-генератор, амплитудный модулятор, дисперсионная линия задержки, демодулятор с полосовым фильтром, перемножитель, интегратор, регистратор, причем первые входы ЛЧМ-генераторов первого и второго каналов объединены и подключены к первому входу управления анализатора, вторые входы объединены со вторыми входами амплитудных модуляторов и выходами делителей соответственно первого и второго каналов, причем первые входы делителей подключены соответственно к первому и второму входам анализатора, вторые входы делителей соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых устройств, у которых первые входы объединены, а вторые входы подключены в отдельности к выходам измерителей мощности, входы которых раздельно присоединены к выходам модуляторов соответственно первого и второго каналов, кроме того, выход демодулятора первого канала подключен к свободному входу перемножителя второго канала, в то время как свободный вход перемножителя первого канала подключен к выходу фазовращателя, вход которого присоединен к выходу демодулятора второго канала. Анализатор позволяет измерять оценки действительной и мнимой частей характеристической функции при различных значения вещественного параметра V_m характеристической функции. Кроме того, при превышении входными сигналами определенного уровня, что может привести к перемодуляции и, следовательно, к дополнительной погрешности измерений, анализатор автоматически снижает уровни входных сигналов так, что измеренное значение мощности модулированного ЛЧМ-импульса не превышает порогового уровня Е_пор. Таким образом, исключается возможность возникновения перемодуляции ЛЧМ-импульса, а значит, и появления дополнительной погрешности измерений. Однако уровень мощности, при котором возникает перемодуляция, различен для исследуемых сигналов с разной частотой, и, следовательно, однозначное задание Е_пор ограничивает полосу частот исследуемых сигналов.Of the known closest in technical essence is the analyzer of the characteristic signal function [3], containing the first and second conversion channels, each of which is connected in series to the LFM generator, amplitude modulator, dispersion delay line, demodulator with a bandpass filter, multiplier, integrator, recorder moreover, the first inputs of the LFM generators of the first and second channels are combined and connected to the first control input of the analyzer, the second inputs are combined with the second inputs of the amplitude module heats and outputs of the dividers of the first and second channels, respectively, with the first inputs of the dividers connected respectively to the first and second inputs of the analyzer, the second inputs of the dividers connected to the outputs of the first and second threshold devices, in which the first inputs are combined and the second inputs are separately connected to the outputs power meters, the inputs of which are separately connected to the outputs of the modulators of the first and second channels, respectively, in addition, the output of the demodulator of the first channel is connected to idle th multiplier second input channel, while the free input of the first multiplier channel is connected to the output of the phase shifter having an input coupled to the output of the second channel demodulator. The analyzer allows you to measure the estimates of the real and imaginary parts of the characteristic function for various values of the real parameter V _{m of the} characteristic function. In addition, if the input signals exceed a certain level, which can lead to overmodulation and, consequently, to an additional measurement error, the analyzer automatically reduces the input signal levels so that the measured value of the power of the modulated LFM pulse does not exceed the threshold level E _then . Thus, the possibility of overmodulation of the chirp pulse, and hence the appearance of an additional measurement error, is excluded. However, the power level at which overmodulation occurs is different for the studied signals with different frequencies, and, therefore, the unambiguous setting of E _pore limits the frequency band of the studied signals.

Задача предлагаемого изобретения - расширение полосы частот исследуемых сигналов.The objective of the invention is the expansion of the frequency band of the investigated signals.

Указанная задача достигается благодаря тому, что в известное устройство, содержащее первый и второй каналы преобразования, в каждом из которых последовательно соединены ЛЧМ-генератор, амплитудный модулятор, дисперсионная линия задержки, демодулятор с полосовым фильтром, перемножитель, интегратор, регистратор, причем первые входы ЛЧМ-генераторов первого и второго каналов объединены и подключены к первому входу управления анализатора, вторые входы объединены со вторыми входами амплитудных модуляторов и выходами делителей соответственно первого и второго каналов, причем первые входы делителей подключены соответственно к первому и второму входам анализатора, вторые входы делителей соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых устройств, у которых первые входы объединены, а вторые входы подключены в отдельности к выходам измерителей мощности, входы которых раздельно присоединены к выходам модуляторов соответственно первого и второго каналов, кроме того, выход демодулятора первого канала подключен к свободному входу перемножителя второго канала, в то время как свободный вход перемножителя первого канала подключен к выходу фазовращателя, вход которого присоединен к выходу демодулятора второго канала, согласно изобретению введены делитель порогового напряжения, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), дешифратор адреса, измеритель частоты, вход которого объединен со вторым входом анализатора, а выход подключен к входу дешифратора адреса, у которого выход соединен с входом ПЗУ, выход которого подключен к первому входу делителя порогового напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом управления анализатора, а третий вход делителя порогового напряжения объединен со вторыми входами интеграторов первого и второго каналов и подключен к третьему входу управления анализатора.This problem is achieved due to the fact that in the known device containing the first and second conversion channels, in each of which a chirp generator, an amplitude modulator, a dispersion delay line, a demodulator with a bandpass filter, a multiplier, an integrator, a recorder are connected in series, the first inputs of the chirp -generators of the first and second channels are combined and connected to the first control input of the analyzer, the second inputs are combined with the second inputs of the amplitude modulators and the outputs of the dividers, respectively but the first and second channels, with the first inputs of the dividers connected respectively to the first and second inputs of the analyzer, the second inputs of the dividers connected to the outputs of the first and second threshold devices, in which the first inputs are combined and the second inputs are connected separately to the outputs of the power meters, the inputs which are separately connected to the outputs of the modulators of the first and second channels, respectively, in addition, the output of the demodulator of the first channel is connected to the free input of the multiplier of the second channel, while the free input of the multiplier of the first channel is connected to the output of the phase shifter, the input of which is connected to the output of the demodulator of the second channel, according to the invention, a threshold voltage divider, read-only memory (ROM), an address decoder, a frequency meter, the input of which is combined with the second input of the analyzer, are introduced and the output is connected to the input of the address decoder, whose output is connected to the input of the ROM, the output of which is connected to the first input of the threshold voltage divider, the second input of which is connected with the second control input of the analyzer, and the third input of the threshold voltage divider is combined with the second inputs of the integrators of the first and second channels and connected to the third control input of the analyzer.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого анализатора характеристической функции сигнала; на фиг.2 - зависимость мощности Е модулированного по амплитуде ЛЧМ-импульса от индекса модуляции М; на фиг.3 - зависимость мощности Е модулированного по амплитуде ЛЧМ-импульса от частоты исследуемого колебания f_с.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed analyzer characteristic function of the signal; figure 2 - dependence of the power E modulated by the amplitude of the chirp pulse on the modulation index M; figure 3 - dependence of the power E modulated by the amplitude of the chirp pulse on the frequency of the investigated oscillations f _s .

Анализатор характеристической функции сигнала содержит делители 1 и 2, амплитудные модуляторы 3 и 4, ЛЧМ-генераторы 5 и 6, измерители мощности 7 и 8, дисперсионные линии задержки 9 и 10, демодуляторы с полосовыми фильтрами 11 и 12, первый перемножитель 13, фазовращатель 14, второй перемножитель 15, интеграторы с управляемыми весовыми коэффициентами 16 и 17, регистраторы 18 и 19, пороговые устройства 20 и 21, делитель порогового напряжения 22, ПЗУ 23, дешифратор адреса 24, измеритель частоты 25.The analyzer of the characteristic function of the signal contains dividers 1 and 2, amplitude modulators 3 and 4, chirp generators 5 and 6, power meters 7 and 8, dispersion delay lines 9 and 10, demodulators with bandpass filters 11 and 12, the first multiplier 13, phase shifter 14 , the second multiplier 15, integrators with controlled weights 16 and 17, registrars 18 and 19, threshold devices 20 and 21, threshold voltage divider 22, ROM 23, address decoder 24, frequency meter 25.

Первым и вторым входом анализатора являются первые входы соответственно первого 1 и второго 2 делителей, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, а также к первым входам соответственно первого 5 и второго 6 ЛЧМ-генераторов, вторые входы которых объединены и подключены к первому входу управления анализатора, а выходы подключены ко вторым входам соответственно первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, выходы которых подключены к входам соответственно первого 7 и второго 8 измерителей мощности, а также к входам соответственно первой 9 и второй 10 дисперсионных линий задержки, выходы которых подключены к входам соответственно первого 11 и второго 12 демодуляторов с полосовыми фильтрами, выход второго демодулятора с полосовым фильтром 12 подключен ко второму входу второго перемножителя 13 и через фазовращатель 14 к второму входу первого перемножителя 15, а выход первого демодулятора с полосовым фильтром 11 - к первым входам перемножителей 15 и 13, выходы которых подключены через первые входы интеграторов 16 и 17 с управляемыми весовыми коэффициентами к входам соответственно первого 18 и второго 19 регистраторов, выходы первого 7 и второго 8 измерителей мощности подключены к первым входам соответственно первого 20 и второго 21 пороговых устройств, выходы которых подключены ко вторым входам соответственно первого 1 и второго 2 делителей, а вторые входы объединены и подключены к выходу делителя порогового напряжения 22, второй вход которого присоединен ко второму входу управления анализатора, третий вход объединен со вторыми входами интеграторов 16 и 17 и подключен к третьему входу управления анализатора, в то время как первый вход делителя порогового напряжения соединен с выходом ПЗУ 23, вход которого соединен с выходом дешифратора адреса 24, вход которого в свою очередь подключен к выходу измерителя частоты 25, вход измерителя частоты объединен с подключенным ко второму входу анализатора первым входом второго делителя. Делители 1 и 2 предназначены для изменения уровней входных сигналов, они выполнены по известным схемам, например [4], с.299.The first and second input of the analyzer are the first inputs of the first 1 and second 2 dividers, respectively, the outputs of which are connected to the first inputs of the first 3 and second 4 amplitude modulators, as well as to the first inputs of the first 5 and second 6 LFM generators, the second inputs of which are combined and connected to the first control input of the analyzer, and the outputs are connected to the second inputs of the first 3 and second 4 amplitude modulators, respectively, the outputs of which are connected to the inputs of the first 7 and second 8 meas power amplifiers, as well as to the inputs of the first 9 and second 10 dispersion delay lines, the outputs of which are connected to the inputs of the first 11 and second 12 demodulators with bandpass filters, respectively, the output of the second demodulator with bandpass filter 12 is connected to the second input of the second multiplier 13 and through the phase shifter 14 to the second input of the first multiplier 15, and the output of the first demodulator with a bandpass filter 11 to the first inputs of the multipliers 15 and 13, the outputs of which are connected through the first inputs of the integrators 16 and 17 with by weighting coefficients to the inputs of the first 18 and second 19 recorders, respectively, the outputs of the first 7 and second 8 power meters are connected to the first inputs of the first 20 and second 21 threshold devices, the outputs of which are connected to the second inputs of the first 1 and second 2 dividers, respectively, and the second the inputs are combined and connected to the output of the threshold voltage divider 22, the second input of which is connected to the second control input of the analyzer, the third input is combined with the second inputs of the integrators 16 and 17 and connected to the third control input of the analyzer, while the first input of the threshold voltage divider is connected to the output of the ROM 23, the input of which is connected to the output of the address decoder 24, the input of which in turn is connected to the output of the frequency meter 25, the input of the frequency meter is combined with connected to the second input analyzer the first input of the second divider. Dividers 1 and 2 are designed to change the levels of input signals, they are made according to well-known schemes, for example [4], p.299.

Амплитудные модуляторы 3 и 4 служат для амплитудной модуляции ЛЧМ-импульсов входными сигналами. Построены по известным схемам, например [4], с.283.Amplitude modulators 3 and 4 are used for amplitude modulation of LFM pulses by input signals. Built according to well-known schemes, for example [4], p.283.

ЛЧМ-генераторы 5 и 6 служат для формирования ЛЧМ-импульсов длительностью τ_и и девиацией частоты, зависящей от сигнала на первом управляющем входе анализатора. ЛЧМ-генераторы выполняются по известным схемам, например [5], с.160.LFM generators 5 and 6 are used to generate LFM pulses of duration τ _and frequency deviation, depending on the signal at the first control input of the analyzer. LFM generators are performed according to well-known schemes, for example [5], p.160.

Измерители мощности 7 и 8 служат для измерения мощности модулированных колебаний и построены по известным схемам, например [6], с.228.Power meters 7 and 8 are used to measure the power of modulated oscillations and are built according to well-known schemes, for example [6], p.228.

Дисперсионные линии задержки 9 и 10 служат для сжатия модулированных ЛЧМ-импульсов, поступающих с выходов модуляторов 3 и 4. Выполняются по известным схемам, например [7], с.68.Dispersion delay lines 9 and 10 are used to compress modulated chirp pulses from the outputs of modulators 3 and 4. They are performed according to well-known schemes, for example [7], p. 68.

Демодуляторы с полосовыми фильтрами 11 и 12 служат для детектирования сжатых ЛЧМ-импульсов и выделения необходимой частоты. Демодуляторы строятся по известным схемам, например [8], с.242.Demodulators with bandpass filters 11 and 12 are used to detect compressed chirp pulses and select the required frequency. Demodulators are built according to well-known schemes, for example [8], p.242.

Фазовращатель 14 служит для поворота фазы преобразованного опорного колебания на 90°. Выполнен по известной схеме, например [7], с.82.The phase shifter 14 serves to rotate the phase of the converted reference oscillation by 90 °. Performed according to the well-known scheme, for example [7], p.82.

Перемножители 13 и 15 служат для перемножения преобразованного исследуемого сигнала и опорного колебания. Перемножители выполнены по известным схемам, например [8], с.252.The multipliers 13 and 15 are used to multiply the transformed studied signal and the reference oscillation. Multipliers are made according to well-known schemes, for example [8], p.252.

Интеграторы с управляемыми весовыми коэффициентами 16 и 17 служат для усреднения сигналов с выходов перемножителей 13 и 15. Построены по известным схемам, например [8], с.183.Integrators with controlled weighting factors 16 and 17 are used to average the signals from the outputs of the multipliers 13 and 15. They are constructed according to well-known schemes, for example [8], p.183.

Регистраторы 18 и 19 служат для преобразования сигналов с выходов интеграторов. Строятся по известным схемам, например [6], с.209.Registrars 18 and 19 are used to convert signals from the outputs of integrators. They are built according to well-known schemes, for example [6], p.209.

Пороговые устройства 20 и 21 служат для сравнения сигналов на выходах модуляторов 3 и 4 с сигналом на втором управляющем входе анализатора. Построены по известным схемам, например [9], с.143.Threshold devices 20 and 21 are used to compare the signals at the outputs of modulators 3 and 4 with the signal at the second control input of the analyzer. Built according to well-known schemes, for example [9], p.143.

Делитель порогового напряжения 22 служит для формирования необходимого порогового уровня. Построен по известной схеме, например [4], с.299.The threshold voltage divider 22 serves to form the required threshold level. Built according to a well-known scheme, for example [4], p.299.

ПЗУ 23 выбирается исходя из требований быстродействия и разрядности, например из справочника [10].ROM 23 is selected based on the requirements of speed and capacity, for example, from the reference [10].

Дешифратор адреса 24 служит для формирования адреса ячейки ПЗУ 24, в которой содержится код управления делителем для данной частоты сигнала. Дешифратор выполняется по известной схеме или используется стандартный дешифратор в интегральном исполнении, например из справочника [10].The address decoder 24 is used to generate the address of the ROM cell 24, which contains the divider control code for a given signal frequency. The decoder is performed according to a known scheme or a standard decoder in integral design is used, for example, from the reference book [10].

Измеритель частоты 25 служит для измерения частоты исследуемого колебания и формирования кода, определяющего частоту сигнала, который поступает на дешифратор адреса 24. Измеритель частоты строится по известной схеме, например [6], с.127.The frequency meter 25 is used to measure the frequency of the studied oscillations and generate a code that determines the frequency of the signal that is sent to the address decoder 24. The frequency meter is constructed according to a known scheme, for example [6], p.127.

Рассмотрим работу анализатора на примере измерения отсчетов характеристической функции сигнала

с флуктуациями фазы φ(f), который поступает на первый вход анализатора, в то время как на второй вход анализатора подается опорное колебание вида

Let us consider the operation of the analyzer as an example of measuring samples of the characteristic function of a signal

with phase fluctuations φ (f), which enters the first input of the analyzer, while the reference oscillation of the form

Измерение оценок характеристической функции производиться последовательно при выбранном значении параметра V_m. Сигнал со случайной фазой φ и опорное колебание подаются на делители 1 и 2 и далее на амплитудные модуляторы 3 и 4. ЛЧМ-генераторы 5 и 6 при переходе фазы исследуемого сигнала и опорного колебания через нулевой уровень формируют ЛЧМ-импульсы длительностью τ_и. Девиация частоты ЛЧМ-импульсов зависит от сигнала на первом управляющем входе анализатора и определяется из следующих соображений.The estimates of the characteristic function are measured sequentially with the selected value of the parameter V _m . The signal with a random phase φ and the reference oscillation are fed to the dividers 1 and 2 and then to the amplitude modulators 3 and 4. The LFM generators 5 and 6, when the phase of the signal under study and the reference oscillation passes through the zero level, generate LFM pulses of duration τ _and . The frequency deviation of the chirp pulses depends on the signal at the first control input of the analyzer and is determined from the following considerations.

Известно, что при прохождении модулированного по амплитуде ЛЧМ-импульса через дисперсионную линию задержки сигналы, обусловленные боковыми полосами, центры которых расположены в точках

, будут порождать выходные сигналы, сдвинутые во времени на величину

, где f₀ - центральная частота ЛЧМ-импульса, f_c - частота модулирующего колебания (см. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. - М.: Сов. радио, 1971, - с.411). Можно показать, что для выделения после детектора частоты

необходимо сформировать ЛЧМ- импульс, девиация частоты которого определяется из выраженияIt is known that when an LFM pulse modulated in amplitude passes through the dispersion delay line, signals due to sidebands whose centers are located at the points

will generate output signals shifted in time by

where f ₀ is the central frequency of the chirp pulse, f _c is the frequency of the modulating oscillation (see Cook Ch., M. Bernfeld. Radar signals. - M.: Sov. radio, 1971, - p. 411). It can be shown that to highlight after the frequency detector

it is necessary to form a chirp pulse, the frequency deviation of which is determined from the expression

Амплитудный спектр ЛЧМ-импульса будет равномерный в полосе частот

, а фазовый спектр будет определяться из выражения [4], с.107The amplitude spectrum of the chirp pulse will be uniform in the frequency band

, and the phase spectrum will be determined from the expression [4], p.107

За счет того, что начало ЛЧМ-импульсов совпадает с переходом через нулевой уровень фазы соответственно исследуемого сигнала и опорного колебания, все спектральные составляющие ЛЧМ-импульса, модулированного исследуемым сигналом, получают дополнительный фазовый сдвиг, равныйDue to the fact that the beginning of the chirp pulses coincides with the transition through the zero level of the phase of the studied signal and the reference wave, respectively, all spectral components of the chirped pulse modulated by the studied signal receive an additional phase shift equal to

Сформированные таким образом ЛЧМ-импульсы подаются на вторые входы амплитудных модуляторов 3 и 4, где модулируются по амплитуде соответственно исследуемым сигналом и опорным колебанием. Модулированные ЛЧМ-импульсы с выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 подаются на входы дисперсионных линий задержки 9 и 10. Каждая составляющая спектра модулированных ЛЧМ-импульсов после прохождения дисперсионных линий задержки получает фазовый сдвиг, равный [4], с.429The chirped pulses thus formed are fed to the second inputs of the amplitude modulators 3 and 4, where they are modulated in amplitude by the signal under study and the reference oscillation, respectively. Modulated chirp pulses from the outputs of the amplitude modulators 3 and 4 are fed to the inputs of the dispersion delay lines 9 and 10. Each component of the spectrum of the modulated chirp pulses after passing through the dispersion delay lines receives a phase shift equal to [4], p.429

Сигналы с выходов дисперсионных линий задержки 9 и 10 подаются на демодуляторы с полосовыми фильтрами 11 и 12, где происходит детектирование преобразованных ЛЧМ-импульсов. Полосовые фильтры настроены на частоту

, т.е. выделяют колебания

и

.The signals from the outputs of the dispersion delay lines 9 and 10 are fed to demodulators with bandpass filters 11 and 12, where the converted chirped pulses are detected. Bandpass filters tuned to frequency

, i.e. oscillate

and

.

Полученные колебания с выходов демодуляторов с полосовыми фильтрами 11 и 12 подаются на перемножитель 13, где происходит их перемножение. На выходе перемножителя 13 будет сигнал вида

.The obtained oscillations from the outputs of demodulators with bandpass filters 11 and 12 are fed to the multiplier 13, where they are multiplied. The output of the multiplier 13 will be a signal of the form

.

Составляющая с частотой

интегратором 17 усредняется до нуля. Весовой коэффициент интегратора выбирается равным

. Таким образом, на регистратор 19 подается сигнал

, т.е. оценка действительной части характеристической функции

.Component with frequency

integrator 17 is averaged to zero. The integrator weight coefficient is chosen equal to

. Thus, a signal is supplied to the recorder 19

, i.e. estimation of the real part of the characteristic function

.

Кроме того, с выхода перемножителя 11 колебание

подается на первый вход перемножителя 15, в то время как с выхода демодулятора с полосовым фильтром 12 колебание

поступает на фазовращатель 14, где осуществляется поворот его фазы на 90°. Следовательно, на второй вход перемножителя 15 подается колебание

. На выходе перемножителя 15 будет сигнал вида

In addition, with the output of the multiplier 11 oscillation

fed to the first input of the multiplier 15, while the output of the demodulator with a bandpass filter 12 oscillation

enters the phase shifter 14, where it rotates its phase by 90 °. Therefore, the second input of the multiplier 15 is fed oscillation

. The output of the multiplier 15 will be a signal of the form

Интегратор 16 аналогичен интегратору 17. Таким образом, на регистратор 18 подается сигнал

, т.е. оценка мнимой части характеристической функции B(V_m).The integrator 16 is similar to the integrator 17. Thus, a signal is supplied to the recorder 18

, i.e. estimate of the imaginary part of the characteristic function B (V _m ).

Измерители мощности 7 и 8 измеряют мощность модулированных ЛЧМ-колебаний на выходах соответственно амплитудных модуляторов 3 и 4. При увеличении индекса амплитудной модуляции М возрастает значение мощности сигнала Е (см. фиг.2). Анализируя эту зависимость, а также зависимость, представленную на фиг.3, можно сделать вывод, что если измеренное значение мощности Е не превышает некоторого порогового уровня Е_пор, то можно утверждать, что при любой частоте исследуемого сигнала индекс модуляции М не превышает значения 100%, т.е. перемодуляция, а следовательно, и искажения, вызванные ею, отсутствуют. Из фиг.3 также следует, что пороговый уровень Е_пор, при котором индекс модуляции М равен 100%, различен для различной частоты исследуемого сигнала. Измеритель частоты 25 производит измерение частоты опорного колебания и формирует сигнал, который поступает на вход дешифратора адреса 24. В ПЗУ 23 содержатся коды, управляющие делителем порогового напряжения. Код из ячейки ПЗУ 23 с адресом, сформированным дешифратором адреса 24, поступает на первый вход делителя порогового напряжения 22. Пороговый уровень Е_порподается через делитель порогового напряжения 22 с установленным коэффициентом деления на первые входы пороговых устройств 20 и 21. Измеренное значение мощности пороговыми устройствами 20 и 21 сравниваются с пороговым уровнем Е_пор. При превышении измеренным значением сигнала порогового уровня Е_пор пороговые устройства формируют на своих выходах сигналы управления делителями. Делители уменьшают уровень исследуемого сигнала и опорного колебания, а следовательно, и индекс амплитудной модуляции М модулированных ЛЧМ-импульсов. После этого происходит повторная модуляция ЛЧМ-импульса исследуемым и опорным колебаниями. Измерители мощности снова производят измерение модулированных ЛЧМ-импульсов, пороговые устройства сравнивают измеренные значения мощности с пороговым уровнем Е_пор. В случае изменения частоты опорного колебания происходит переустановка значения коэффициента деления делителя порогового напряжения 22 по цепи: измеритель частоты 25, дешифратор адреса 24, ПЗУ 23. Цикл повторяется до тех пор, пока измеренное значение мощности модулированного ЛЧМ-импульса не станет меньше порогового уровня Е_пор для данной частоты опорного колебания.Power meters 7 and 8 measure the power of the modulated LFM oscillations at the outputs of the amplitude modulators 3 and 4, respectively. As the amplitude modulation index M increases, the signal power E increases (see FIG. 2). Analyzing this dependence, as well as the dependence presented in Fig. 3, we can conclude that if the measured value of the power E does not exceed a certain threshold level E _then , it can be argued that at any frequency of the signal under study, the modulation index M does not exceed 100% , i.e. overmodulation, and hence the distortions caused by it, are absent. From figure 3 it also follows that the threshold level E _then , at which the modulation index M is 100%, is different for different frequencies of the investigated signal. The frequency meter 25 measures the frequency of the reference oscillation and generates a signal that is fed to the input of the address decoder 24. The ROM 23 contains codes that control the threshold voltage divider. The code from the ROM cell 23 with the address generated by the address decoder 24 is supplied to the first input of the threshold voltage divider 22. The threshold level E _then is supplied through the threshold voltage divider 22 with a specified division ratio to the first inputs of the threshold devices 20 and 21. The measured power value by the threshold devices 20 and 21 are compared with a threshold level E _then . If the measured value of the signal exceeds the threshold level E of _the thresholds _{, the} threshold devices form at their outputs control signals for the dividers. Dividers reduce the level of the signal under study and the reference oscillation, and hence the amplitude modulation index M of modulated chirp pulses. After this, the LFM pulse is again modulated by the studied and reference oscillations. The power meters again measure the modulated chirp pulses, the threshold devices compare the measured power values with the threshold level E _then . In the case of a change in the frequency of the reference oscillation, the dividing factor of the threshold voltage divider 22 is reset in the circuit: frequency meter 25, address decoder 24, ROM 23. The cycle is repeated until the measured value of the modulated LFM pulse power is less than the threshold level E _then for a given frequency of the reference oscillation.

Для проведения измерений при другом значении вещественного параметра характеристической функции V_m изменяется уровень сигнала на первом управляющем входе анализатора. Значение этого сигнала определяется с учетом выражения (3). Третий вход управления анализатором служит для сброса предыдущего значения коэффициента деления делителя порогового напряжения 22, а также для сброса интеграторов 16 и 17 в исходное состояние.To take measurements with a different value of the material parameter of the characteristic function V _m , the signal level at the first control input of the analyzer changes. The value of this signal is determined taking into account expression (3). The third analyzer control input is used to reset the previous value of the division coefficient of the threshold voltage divider 22, and also to reset the integrators 16 and 17 to their initial state.

При возникновении перемодуляции ЛЧМ-импульсов возникает погрешность измерения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции. Это вытекает из следующих рассуждении. Появление перемодуляции приводит к возникновению дополнительных составляющих в спектре модулированного ЛЧМ-импульса. После преобразований эти составляющие изменят уровень сигнала на частоте

. Следовательно, сигналы на выходах интеграторов будет иметь вид

и

, где К_n - коэффициент, определяющийся дополнительными составляющими в спектре модулированных ЛЧМ-импульсов. Погрешности измерения действительной и мнимой частей характеристической функции будут определяться выражениямиWhen overmodulation of chirp pulses occurs, an error arises in measuring estimates of the real and imaginary parts of the characteristic function. This follows from the following reasoning. The appearance of overmodulation leads to the appearance of additional components in the spectrum of the modulated LFM pulse. After transformations, these components will change the signal level at a frequency

. Consequently, the signals at the outputs of the integrators will have the form

and

where K _n is a coefficient determined by additional components in the spectrum of modulated chirp pulses. The measurement errors of the real and imaginary parts of the characteristic function will be determined by the expressions

Был произведен расчет, показывающий появление погрешности измерения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции при возникновении перемодуляции. Расчет производился с применением математического пакета MathCAD 7.0 Pro при следующих исходных данных: центральная частота ЛЧМ-импульсов f₀=500 кГц; длительность импульсов τ_u=90 мкс; частота повторения импульсов f_n=10 кГц; частота исследуемого сигнала и опорного колебания f_c=15 кГц; флуктуации фазы исследуемого сигнала

; индекс модуляции M₁=0.8; М₂=0.4. Требуемое значение вещественного параметра характеристической функции V_m=2. Расчет показал, что возникновение перемодуляции в амплитудных модуляторах 3 и 4 приводит к появлению погрешности измерения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции, равной при данных начальных условиях 215%.A calculation was made showing the appearance of an error in measuring the estimates of the real and imaginary parts of the characteristic function when overmodulation occurs. The calculation was performed using the mathematical package MathCAD 7.0 Pro with the following initial data: the central frequency of the chirp pulses f ₀ = 500 kHz; pulse duration τ _u = 90 μs; pulse repetition rate f _n = 10 kHz; the frequency of the investigated signal and the reference oscillation f _c = 15 kHz; fluctuations of the phase of the investigated signal

; modulation index M ₁ = 0.8; M ₂ = 0.4. The required value of the real parameter of the characteristic function is V _m = 2. The calculation showed that the occurrence of overmodulation in amplitude modulators 3 and 4 leads to the appearance of an error in measuring estimates of the real and imaginary parts of the characteristic function, which is equal to 215% under the given initial conditions.

Предлагаемое устройство не допускает возникновение перемодуляции в амплитудных модуляторах 3 и 4 за счет выбора оптимального порогового уровня Е_пор и снижения уровня входных сигналов при превышении измеренным значением мощности модулированного ЛЧМ-импульса выбранного порогового уровня Е_пор. Следовательно, и погрешность, вызванная перемодуляцией, не возникает. За счет этого повышается точность измерения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции.The proposed device does not allow the occurrence of overmodulation in the amplitude modulators 3 and 4 due to the choice of the optimal threshold level E _then and the decrease in the level of input signals when the measured value of the power of the modulated LFM pulse of the selected threshold level E _then . Therefore, the error caused by overmodulation does not occur. Due to this, the accuracy of measuring estimates of the real and imaginary parts of the characteristic function is increased.

Таким образом, введение делителя порогового напряжения, ПЗУ, дешифратора адреса, измерителя частоты позволяет расширить полосу частот исследуемых сигналов за счет выбора оптимального порогового уровня Е_пор.Thus, the introduction of a threshold voltage divider, ROM, address decoder, frequency meter allows you to expand the frequency band of the studied signals by selecting the optimal threshold level E _then .

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.1. Tikhonov V.I. Statistical radio engineering. - M .: Radio and communications, 1982. - 624 p.

2. Авторское свидетельство №1569740, кл. G 01 R 25/00. Способ измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала/ В.В.Вережников и др. - №4359264/24-21; Заявл. 05.01.88; Опубл. 07.06.90. Бюл.№21. - 5 с.2. Copyright certificate No. 1569740, cl. G 01 R 25/00. A method for measuring the statistical characteristics of signal phase fluctuations / V.V. Verezhnikov et al. - No. 4359264 / 24-21; Claim 01/05/88; Publ. 06/07/90. Bull.№21. - 5 sec.

3. Положительное решение по заявке №2002118350/09(019183) от 08.07.2002. Анализатор характеристической функции сигнала / Ю.М.Вешкурцев, Ю.О.Немкин (прототип).3. A positive decision on the application No. 2002118350/09 (019183) dated 08.07.2002. The analyzer of the characteristic function of a signal / Yu.M. Veshkurtsev, Yu.O. Nemkin (prototype).

4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 1988. - 448 с.4. Baskakov S.I. Radio circuits and signals. - M .: Higher. Shk., 1988 .-- 448 p.

5. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. - М.: Сов. радио, 1971. - 568 с.5. Cook C., Bernfeld M. Radar signals. - M .: Owls. Radio, 1971. - 568 p.

6. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. - М.: Сов. радио, 1978. - 415 с.6. Dvoryashin B.V., Kuznetsov L.I. Radio engineering measurements. - M .: Owls. Radio, 1978.- 415 p.

7. Электрические линии задержки и фазовращатели / В.Л.Авраменко и др. - М.: Связь, 1973. - 107 с.7. Electric delay lines and phase shifters / V.L. Avramenko et al. - M.: Communication, 1973. - 107 p.

8. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.8. Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. - M .: Radio and communications, 1986. - 512 p.

9. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 347 с.9. Halperin M.V. Practical circuitry in industrial automation. - M .: Energoatomizdat, 1987 .-- 347 p.

10. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 12 томах. - М.: ИП РадиоСофт, 2000.10. Nefedov A.V. Integrated circuits and their foreign analogues: Reference. In 12 volumes. - M .: IP RadioSoft, 2000.

Claims

An analyzer of the characteristic function of the signal, containing the first and second conversion channels, in each of which a chirp generator, an amplitude modulator, a dispersion delay line, a demodulator with a bandpass filter, a multiplier, an integrator, a recorder are connected in series, the first inputs of the chirp generators of the first and second channels combined and connected to the first control input of the analyzer, the second inputs are combined with the second inputs of the amplitude modulators and outputs of the dividers of the first and second channels, respectively fishing, and the first inputs of the dividers are connected respectively to the first and second inputs of the analyzer, the second inputs of the dividers are connected to the outputs of the first and second threshold devices, in which the first inputs are combined, and the second inputs are connected separately to the outputs of the power meters, the inputs of which are separately connected to the outputs of the modulators of the first and second channels, respectively, in addition, the output of the demodulator of the first channel is connected to the free input of the multiplier of the second channel, while the free input One multiplier of the first channel is connected to the output of the phase shifter, the input of which is connected to the output of the demodulator of the second channel, characterized in that a threshold voltage divider, read-only memory (ROM), an address decoder, a frequency meter, the input of which is combined with the second input of the analyzer, are introduced into it and the output is connected to the input of the address decoder, whose output is connected to the input of the ROM, the output of which is connected to the first input of the threshold voltage divider, the second input of which is connected to the second input analyzer board, and the third input of the threshold voltage divider is combined with the second inputs of the integrators first and second channel and connected to the third control input of the analyzer.