RU2273947C2

RU2273947C2 - Method for detecting frequency-modulated oscillations

Info

Publication number: RU2273947C2
Application number: RU2003133719/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Якушенко (RU); Сергей Алексеевич Якушенко; Елена Юрьевна Якушенко (RU); Елена Юрьевна Якушенко; Александр Дмитриевич Прасько (RU); Александр Дмитриевич Прасько; Галина Юрьевна Прасько (RU); Галина Юрьевна Прасько; Анатолий Александрович Михайлов (RU); Анатолий Александрович Михайлов; Светлана Анатольевна Михайлова (RU); Светлана Анатольевна Михайлова
Original assignee: Новочеркасский военный институт связи
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2006-04-10
Also published as: RU2003133719A

Abstract

FIELD: radio engineering, possible use for processing radio signals when measuring frequency.

SUBSTANCE: detecting method includes simultaneous processing in two channels of input frequency-modulated oscillation, in one of which signal is differentiated, and in another one - integrated, the, using relation of voltage at output of differentiating channel to voltage at output of integrating channel and having performed inverting procedure, voltage is received, value of which is proportional to square frequency of input frequency-modulated oscillation. After realization of linearization operation - taking square root - voltage is received, value of which is proportional to frequency of input frequency-modulated oscillation.

EFFECT: improved precision.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах обработки радиосигналов, устройствах и приборах измерения частоты.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in devices for processing radio signals, devices and frequency measuring devices.

Известен способ детектирования (демодуляции) частотно-модулированных (ЧМ) колебаний¹ (¹ЧМ колебание - есть высокочастотное вторичное колебание, мгновенная частота которого прямо пропорциональна закону изменения первичного сигнала.) (см. Теория электрической связи: Учебник для Вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров./ Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: - Радио и связь, 1998. - 432 с.; 204 ил.), сущность которого заключается в том, что ЧМ колебание предварительно преобразовывают в колебания амплитудно-частотной модуляции, амплитуда которых изменяется по закону модулирующего напряжения (первичного сигнала), а затем его детектируют с помощью обычного амплитудного детектора.A known method for detecting (demodulating) frequency-modulated (FM) oscillations ¹ ( ¹ FM oscillation is a high-frequency secondary oscillation, the instantaneous frequency of which is directly proportional to the law of the primary signal.) (See. Theory of electrical communications: Textbook for Universities / A.G. Zyuko, D.D. Klovsky, V.I. Korzhik, M.V. Nazarov. / Under the editorship of D.D. Klovsky. - M .: - Radio and communications, 1998. - 432 p.; 204 ill.) , the essence of which is that FM oscillations are preliminarily converted into amplitude-frequency modulation oscillations, the amplitude of which is changing is governed by the law of the modulating voltage (primary signal), and then it is detected using a conventional amplitude detector.

Данный способ детектирования имеет ряд недостатков, а именно наличие нелинейных искажений сигналов, которые обуславливаются характеристиками двух основных элементов частотного детектора - преобразователя вида модуляции и амплитудного детектора.This detection method has several disadvantages, namely, the presence of nonlinear distortion of signals, which are caused by the characteristics of the two main elements of the frequency detector - a modulation type converter and an amplitude detector.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу детектирования ЧМ колебаний является способ, описанный в книге (Теория электрической связи: Учебник для Вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров./ Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: - Радио и связь, 1998. - 432 с.; 204 ил.).The closest in technical essence to the claimed method for detecting FM oscillations is the method described in the book (Theory of electrical communications: Textbook for Universities / A.G. Zyuko, D.D. Klovsky, V.I. Korzhik, M.V. Nazarov ./ Under the editorship of D.D. Klovsky. - M .: - Radio and communications, 1998 .-- 432 p .; 204 ill.).

Данный способ-прототип предусматривает фазовое детектирование ЧМ колебаний с последующим его дифференцированием.This prototype method provides for phase detection of FM oscillations with its subsequent differentiation.

Недостатки этого способа детектирования ЧМ колебаний будут определяться недостатками фазового детектора, а именно детектирование ЧМ колебаний только определенной фиксированной частоты и с девиацией частоты (максимальное отклонение частоты модулированного колебания Δf_max), от его среднего значения (частоты несущего колебания f_н) не больше расчетной, то есть данный способ имеет ограниченные возможности по детектированию колебаний в широком диапазоне частот и ограничения по величине девиации частоты ЧМ колебаний.The disadvantages of this method for detecting FM oscillations will be determined by the disadvantages of a phase detector, namely the detection of FM oscillations of only a certain fixed frequency and with a frequency deviation (maximum deviation of the modulated oscillation frequency Δf _max ) from its average value (carrier oscillation frequency f _n ) is not greater than the calculated one, that is, this method has limited ability to detect oscillations in a wide range of frequencies and restrictions on the magnitude of the frequency deviation of the FM oscillations.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа детектирования ЧМ колебаний, реализация которого позволит расширить диапазон рабочих частот, увеличить девиацию частоты и уменьшить искажения формы ЧМ колебаний при их детектировании.The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for detecting FM oscillations, the implementation of which will expand the range of operating frequencies, increase the frequency deviation and reduce distortion in the form of FM oscillations during their detection.

Поставленная задача решается при помощи предлагаемого способа детектирования ЧМ колебаний, сущность которого сводится к следующему.The problem is solved using the proposed method for detecting FM oscillations, the essence of which is as follows.

Проведем линейную операцию над входным сигналом

где ω - циклическая частота входного колебания

A₀ - некоторый коэффициент, пропорциональный амплитуде входного ЧМ колебания, путем его одновременного дифференцирования и интегрирования по времениWe perform a linear operation on the input signal

where ω is the cyclic frequency of the input oscillation

A ₀ is a certain coefficient proportional to the amplitude of the input FM oscillation, by its differentiation and integration over time

Разделив результат дифференцирования на результат интегрирования входного сигнала, получимDividing the result of differentiation by the result of integrating the input signal, we obtain

где К^Дел есть некоторый коэффициент, пропорциональный квадрату частоты входного сигнала.where K ^Affairs is a coefficient proportional to the square of the frequency of the input signal.

После инвертирования полученного значенияAfter inverting the resulting value

получим коэффициент К_вых1, пропорциональный значению квадрата частоты входного сигнала.we obtain the coefficient K _o1 , proportional to the value of the square of the frequency of the input signal.

Проведя операцию линеаризации сигнала К_вых1 путем извлечения квадратного корняHaving performed the operation of linearization of the signal To _o1 by extracting the square root

получим коэффициент К_вых2, пропорциональный значению собственно частоты входного сигнала.we obtain the coefficient K _oi2 proportional to the value of the actual frequency of the input signal.

Таким образом, преобразовав ЧМ колебание в соответствии с математическими операциями (1)-(5), можем получить два различных напряжения К_вых1, К_вых2, величины которых соответственно пропорциональны квадрату частоты и собственно частоте входного ЧМ колебания. Следовательно, данный способ обработки ЧМ колебаний - есть способ их детектирования.Thus, transforming the FM oscillation in accordance with mathematical operations (1) - (5), we can obtain two different voltages K _output1 , K _output2 , the values of which are proportional to the square of the frequency and the actual frequency of the input FM oscillation. Therefore, this method of processing FM vibrations is a way of detecting them.

Отличительным признаком предложенного способа детектирования ЧМ колебаний является то, что обработка ЧМ сигнала с целью его детектирования осуществляется в соответствии с математическими операциями линейного характера, что предопределяет высокую точность и минимум искажений при детектировании ЧМ колебаний.A distinctive feature of the proposed method for detecting FM oscillations is that the processing of the FM signal for the purpose of its detection is carried out in accordance with mathematical operations of a linear nature, which determines the high accuracy and minimum distortion in the detection of FM oscillations.

Способ детектирования ЧМ колебаний заключается в том, что входное ЧМ колебание одновременно обрабатывают в двух параллельных каналах, причем в одном канале сигнал дифференцируют, а во втором его интегрируют, затем, взяв отношение напряжения на выходе канала дифференцирования к напряжению на выходе канала интегрирования и проведя инвертирование, получают напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного сигнала. После извлечения квадратного корня получают напряжение, величина которого пропорциональна частоте входного ЧМ колебания.A method for detecting FM oscillations is that the input FM oscillation is simultaneously processed in two parallel channels, with the signal being differentiated in one channel and integrated in the second, then taking the ratio of the voltage at the output of the differentiation channel to the voltage at the output of the integration channel and inverting receive voltage, the value of which is proportional to the square of the frequency of the input signal. After extracting the square root, a voltage is obtained whose value is proportional to the frequency of the input FM oscillation.

Данный способ детектирования может быть реализован как программным путем на базе микропроцессоров, так и в аппаратном виде.This detection method can be implemented both programmatically on the basis of microprocessors and in hardware.

Предлагаемый способ поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ детектирования, содержащая дифференциатор 1, интегратор 2, делитель сигналов 3, инвертор 4, устройство извлечения квадратного корня (устройство линеаризации) 5.The proposed method is illustrated in the drawing (figure 1), which shows a block diagram of a device that implements the proposed detection method, comprising a differentiator 1, an integrator 2, a signal divider 3, an inverter 4, a square root extraction device (linearization device) 5.

Вход устройства соединен в параллель с входами дифференциатора 1 и интегратора 2, выходы которых соединены с соответствующими входами делителя сигналов 3, выход делителя 3 через инвертор 4 соединен со входом устройства извлечения квадратного корня 5, выход устройства извлечения квадратного корня 5 является вторым выходом устройства, а выход инвертора 4 одновременно является первым выходом устройства.The input of the device is connected in parallel with the inputs of the differentiator 1 and integrator 2, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the signal divider 3, the output of the divider 3 through an inverter 4 is connected to the input of the square root extractor 5, the output of the square root extractor 5 is the second output of the device, and the output of the inverter 4 is simultaneously the first output of the device.

Следует заметить, что инвертор 4 без изменения сущности реализации заявляемого способа может быть размещен как перед входом интегратора 2 (фиг.2), так и между выходом интегратора 2 и входом делителя сигналов 3 (фиг.3). Первым выходом устройства в этом случае будет являться выход делителя сигналов 3.It should be noted that the inverter 4 without changing the essence of the implementation of the proposed method can be placed both before the input of the integrator 2 (figure 2), and between the output of the integrator 2 and the input of the signal splitter 3 (figure 3). The first output of the device in this case will be the output of the signal splitter 3.

Заявленный способ детектирования осуществляется следующим образом.The claimed detection method is as follows.

Входной ЧМ сигнал

одновременно поступает на входы дифференциатора 1 и интегратора 2. После одновременного дифференцирования и интегрирования он подается на соответствующие входы делителя сигналов 3. Выполнив операцию деления и проведя инвертирование в инверторе 4, получим напряжение, величина которого пропорциональна квадрату частоты входного ЧМ колебания. При необходимости данный выходной сигнал может быть линеаризован, с этой целью он подается на вход устройства извлечения квадратного корня 5, на выходе которого получаем сигнал, величина напряжения которого пропорциональна частоте входного ЧМ колебания.FM input signal

simultaneously arrives at the inputs of differentiator 1 and integrator 2. After simultaneous differentiation and integration, it is fed to the corresponding inputs of signal splitter 3. Having performed the division operation and inverted in inverter 4, we obtain a voltage whose value is proportional to the square of the frequency of the input FM oscillation. If necessary, this output signal can be linearized, for this purpose it is fed to the input of the square root extraction device 5, at the output of which we obtain a signal whose voltage value is proportional to the frequency of the input FM oscillation.

Достоинством данного способа является возможность детектирования ЧМ колебаний в широком диапазоне частот, практически без ограничения величины девиации частоты, кроме того данный способ детектирования инвариантен к паразитной амплитудной модуляции ЧМ колебаний (изменению коэффициента А₀).The advantage of this method is the ability to detect FM oscillations in a wide range of frequencies, practically without limiting the magnitude of the frequency deviation, in addition, this detection method is invariant to spurious amplitude modulation of FM oscillations (change in coefficient A ₀ ).

Claims

1. A method for detecting frequency-modulated oscillations in which the input oscillation is differentiated, characterized in that a parallel processing channel is introduced, in which the input oscillation is integrated, then, taking the ratio of the voltage at the output of the differentiation channel to the voltage at the output of the integration channel and performing inversion, a voltage is obtained whose value is proportional to the square of the frequency of the input frequency-modulated oscillation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the output voltage obtained according to claim 1, is additionally converted to linearize it to obtain a voltage whose value is proportional to the frequency of the input frequency-modulated oscillation.