Многоканальный приемник с мгновенным измерением частоты

 

Комитет Российской Федерации

Н0 патеитам и тОВарным зйакаъФ (в) RU (и) (51) 5 G91R23 ОО (21) 4845234/21 (22) 29.05.90 (46) 15.11.93 Бюл Na 41-42 (71) Таганрогский радиотехнический институт (72); Корниенко В.Т„Макаров AM. (73) Таганрогский радиотехнический институт (54} МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК С

МГНОВЕННЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение может быть использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, в измерительных комплексах внеполосных или паразитных узкополосных излучений. Многоканальный приемник с мгновенным измерением частоты содержит многоканапьный частотный измеритель 1, блок управления 2, коммутатор 3, генератор опроса каналов 4, индикатор 5, канал многоканального частотного анализатора 6, который содержит гребенчатый фильтр 7, амплитудный детектор 8, фильтр нижних частот 9, пороговый блок 10, блок опорных напряжений 11, ключ Я частотный детектор 13, блок компараторов 22. коммутатор 23, мультиплексор 24, ключ 25. 3 зл. ф-пы,1 ип.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в системах контроля электромагнитной обстановки, а также в измерительных комплексах внеполасных или паразитных 5 узкополосных излучений.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности по частоте и повышение точности оценки частоты.

На чертеже приведена структурная электрическая схема многоканального приемника с мгновенным измерением частоты, Многоканальный приемник с мгновенным измерением частоты состоит из многоканального частотного анализатора 1, к адресному входу которого подкл ачен адресный выход блока 2 управления, а выходы соединены с входами электронного коммутатора 3, K адресному входу которого подKRIQ IBH адресный BLIxop, I eHGp31 Ора 4 опроса каналов, а выход соединен с входам индикатора 5, к счетному и обнуляющему входам генератора 4 опроса каналов подключены соответствующие выходы блока 2 управления, причем каждый канал 6 многоканального 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 напряжений 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, состаяЩРГО из Обьединенных по входу элемента 14 задержки, первого 15 и второго 16 перемножителей, выход элемента 14 задержки соединен с вторым вхо- 40 дом второго 16 перемножитеАЯ непосредственно, а с вторым входом перваI o 5 перемножителя — через фазовращатель 17, выходы первого 15 и второго 16 перемножителей соединены соответствен- 45 но через первый 18 и второй 19 фильтры нижних частот с входами делителя 20 напряжения, выход которого подключен к входу функционального преобразователя 21, выход которого является выходам частотного 50 детектора 13, подкл|оченным к первым входам блока 22 кампараторов, вторые входы которого соединены с выходами блОка опорных напряжений и с входами электроннаго коммутатора 23, выходы блока 22 кам- 55 паратара соединены с входами мультиплексора 24, адресные входы котораI o абьединены с адресными входами электронного коммутатора 23 и подключены к адресному выходу блока 2 управления, выходы электронного коммутатора 23 и мультиплексора 24 через второй электронный ключ 25 соединены с выходом канала 6, причем блок 2 управления состоит из генератора 26 синхранизирующих импульсов, выход которого соединен с входом генератора 27 тактовых и импульсов с обнуляющим входом генератора 28 опроса, первый выход генератора 27 тактовых импульсов подключен к счетному входу генератора 28 опроса и к обнуляющему входу генератора

4 опроса каналов, а второй выход генератора 27 тактовых импульсов соединен со счет.ным входом генератора 4 опроса каналов, выходы генератора 28 опроса являются адресным выходом блока 2 управления.

Устройства работает следующим обраЗОМ.

На вход многоканального приемника с мгновенным измерением частоты проступает процесс в виде аддитивной смеси N сигналов, представляющих собой гармонические компоненты, частоты которых заранее неизвестны, но известен частотный диапазон, в котором возможно их существование, и флюктуационнога шума, имеющий аналитический вид

Usx{t) =, 1А ехр P{ w!t+ p,!))+ n(t)

1= 1

tc (о, to+ та) {1) где U4! — неизвестные амплитуды, i-ых сигналов;

Фо — несущие частоты сигналов;

p a! — неизвестные начальные фазы сигналов; ь — начало анализа;

Та — время анализа; п(т) — белый шум, После прохожДениЯ ВхаДнай смРсью гребенчатых фильтров 7 в каналах 6 происходит частотная селекция входного процесса. Число каналов 6, т.е. количество гребенчатых фильтров 7 и число М гребешков в одном гребенчатом фильтре 7 определяется заданным частотным диапазоном и требуемым разрешением по частоте, т,е. шириной гребешка AfI-.ф, Предполагается, 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 обес ечить заданную разрешающую способность по частоте, причем ширина рабочего частотного диапазона определяется как

Ж „.б. = М . М hS„.q, (2) где N — число гребенчатых фильтров;

М вЂ” число гребешков в фильтре;

2003115

И..y — элемент разрешения.

Например, для перекрытия рабочего диапаэона в 1 МГц с разрешающей способностью

10 кГц при M - 10 необходимо взять N - 10 гребенчатых фильтров, 5

Считаем, что в один гребенчатый фильтр

7 попадает не более одного узкополосного сигнала, ширина спектра которого Жо!, =

=-1,N, причем Юо!< Afr.ф

По своему функциональному назначению каналы 6 идентичны, поэтому рассмотрим работу одного I-ro, 1=1 N канала 6.

Сигнал с выхода гребенчатого фильтра

7 поступает на вход амплитудного детектора 8, Выделеннал огибающая 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 напряжений поступает пороговое напряжение, однозначно определяемое по критерию

Неймана-Пирсона вероятностью ложных тревог, причем для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы время интегрирования Ти фильтра 9 нижних частотбыло 25 меньше Та, но достаточным для обеспечения заданной вероятности ложных тревог, При этом; например, для заданных вероятности правильного обнаружения Рпо = 0,9 и вероятности ложных тревог Рп = 10 для 30

-4 случая сигнала с неизвестными амплитудой и начальной фазой пороговое энергетическое отношение сигнал/шум (В,п. Рыжов, В.П. Федоров. Статистическая радиотехни-. ка. Конспект лекций — Таганрог, ТРТИ, 1978), значительно превосходит единицу

Цпор» 1(Япор 16)

В те минуты времени, когда принимается решение о наличии сигнала в одном

k-м, k = 1,M иэ гребешков гребенчатого 40 фильтра 7, на выходе порогового устройства

10 появляется единичный потенциал, открывающий первый электронный ключ 12.

При этом сигнал с выхода гребенчатого фильтра 7

0 К (т) = Uol COS (O>olt+ Уо!), (3) где Uol — амплитуда напряжения на выходе

7 гребенчатого фильтра 7 в 1-канале; й>о — частота i-го сигнала; ры — начальная фаза i-ro сигнала;

k — номер гребешка гребенчатого фильтра 7, через который первый электронный ключ 55

12 попадает на первые входы первого 15 и второго 16 перемножителей и на вход элемента 14 задержки частотного детектора

13. Величина постоянной времени элемента

14 задержки фиксирована и задает ширину рабочего частотного диапазона hFpac., в котором обеспечивается однозначное оценивание частоты раб =—

2r (4)

Сигнал с выхода элемента 14 задержки

Ulk (f) = Uol СОВ (аь(т+ т)+ pal) (5) где Uol — амплитуда напряжения на выходе

14 элемента 14 задержки в !-м канале; ь- постоянная времени элемента 14 задер>кки, поступает на вторые входы второго 16 перемнажителл непосредственно и первого 15 пере»нажителя через фазовращатель 17 на угол л/2 осуществляющий фазовый сдвиг на угол /2 радиан

Ulg (t)=-Uo! COS(O>ol(t+т)+ p!+ .!, (6) сигналы с выходов перемножителей 15 и 16

Ы5= 0,5!!о!7 Uî1 7(sirl ogl g +

+ SIn (2 !I + Мэ! 7 + 2 р о!))}

И;< =0,5О u. (cos а! +

l7 - 7, 17

+ cos (2 Adult+ Q>ol т + 2p ol)} (7) после аналогового накопления в первом 18 и втором 19 фильтрах нижних частот соответственно

0й =- -0,5 Uol Uol sié й>о1 х

„8 7 . 17

О;К19=0,5цо!7 !.!о! 7COS ао! Г (8) поступают на входи делителя 20 напряженил и вычисляется их частное

20 О !к s I Allo! I

18

a . = 9 Оо

u1= cosN,ë ъ а на выходе функционального преобразователя 21, реализующего операцию arcing. формируется напряжение, пропорциональное оценке фазы квадратурных составляющих

Ul = I — агсЩ Ul I — агсщ(tg М,;т)! =

21 2 . 20 2

Л

=- =Фоl <= 4 foi 2

2 (9)

46 т.е. напряжение, пропорциональное частотЕ fol ПРИНИ»аЕМОГО.СИГНаЛа, ДИСКРИМИНационная характеристика частотного детектора 13 для случая квадратурной обработки инварианта к уровню входного сигнала, и ее крутизна прямо пропорциональна величине задержки элемента 14 задержки, причем с целью улучшения точности оценки частоты в каждом последующем канале 6 меняет знак на противоположный.

2003115

Напряжение с выхода частотного детектора 13, пропорциональное частоте принимаемого сигнала, подается на обьединенные первые входы блока компаpampa 22, на вторые входы которого, задавая два порога срабатывания U> k u

Ub k, k =-1,М с выходов блока 11 опорных напряжений поступает опорное напряжение U > k, k - 1,М, регулирующее середину и ширину окна дискриминации. Пороги срабатывания двухпороговых компараторов

221, t = 1,M задаются в соответствии с полосами пропускания гребешков гребенчатого фильтра 7 по дискриминационной характеристике, Для устранения неоднозначности оценки частоты в каналах 6 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 6 происходит одновременное чередование знака крутизны дискриминационной характеристики и положение на ней рабочего участка, т.е. при положительной крутизне рабочий участок выбирается на положительной ветви дискриминационной характеристики, при отрицательной .крутизне — на отрицательной ветви. Поэтому ширина рабочего частотного диапазона должна удовлетворять условию:

hFp,o = —, т = —. (10)

1 т

41

Высокая точность оценки частоты мо>кет быть достигнута при достаточной линейности рабочего участка, которая достигается на начальном участке, равном двум третям положительной (отрицательной) ветви дискриминационной характеристики.

Таким образом, ширина рабочего частот.,аго диапазона AFAR>s e котором обеспечивается однозначное оценивание и достигается высокая точность оценки частоты, определяет величину постоянной времени r элемента 14 задержки, равную — И=Г (11) Так как крутизна дискриминационной характеристики не зависит ат уровня входного сигнала, то напряжение, задающее середину окна дискриминации двухпороговых компараторов 221, t = 1,M выбраны строго фиксированными и с выхода блока 11 опорных напряжений поступают также и на аналоговые входы электронного коммутатора

23, а выходы блока компараторов 22 подкл ачены к входам мультиплексора 24.

При обнаружении сигнала в i-м канале

6, при условии попадания в адин гребенчатый фильтр 7 не более одного сигнала, единичный потенциал появится на выходе k-го двухпорогового компаратора 22k (k = ТМ}.

Управление переключением мультиплексора 24 и электронного коммутатора 23 — выбором информационного входа и подключением его к единственному выходу— осущейтвляется подачей на их адресные входы адреснога кода с выхода генератора

28 опроса, смена адресного кода на выходе которого происходит при подаче на его счетный вход тактовых импульсов, при этом обнуление адреса на выходе генератора 28 опроса производится синхронизируюшими импульсами, падающимися на абнуляющий вход с выхода генератора 26 синхронизирующих импульсов и за Т,и производится поочередная смена адресного кода.

При появлении на выходе мультиплексора 24 за соответствующий k-й такт единичного потенциала второй электронный ключ

25 открывается и напряжение, соответствующее середине окна дискриминации, пропорциональное оценке частоты принимаемого сигнала R-го элемента разрешения канала 6 с выхода электронного коммутатора 23 за тот же такт поступает на соответствующий а нало гав ы и вход электронного коммутатора 3, другие входы которого соединены с выходами соответствующих каналов 6, Управление переключением электронного коммутатора 3 — выбором информационного входа и подключением его к единственному выходу — осуществляется подачей на его адресный вход адресного кода с выхода генератора 4 опроса каналов, смена адресного кода на выходе которого осуществляется при поступлении на его вход тактовых импульсов со второго выхода генератора 27 тактовых импульсов, при этом обнуление адреса на выходе генератора 4 опроса каналов производится тактовыми импульсами, подающимися на обнуляющий вход с первого выхода генератора 27 тактовых импульсов, а за период Т1 тактовых импульсов на первом выходе генератора 27 тактовых импульсов производится поачередная смена адресного кода.

С выхода электронного коммутатора 3 напряжение, пропорциональное частоте принимаемого сигнала, за 1-ый такт поступает на вход индикатора 5, регистрирующего оценку частоты сигнала, Типовым простейшим индикатором может служить осциллограф с большим временем послесвечения, развертка которого синхронизирована с началом запуска генератора 27 тактовых им10 пульсов и шкалой, проградуированной таким образом, чтобы каждому отсчету напояжения соответствовала определенная оценка частоты. Кроме этого индикатор 5 может быть исполнен в виде блока на основе преобразователей напряжение-частота.

Так как необходимо преобразовывать как положительные, так и отрицательные на-. пряжения, то в этом случае для реализации блока индикатора 5 обычно используют классическую схему компаратор, два электронных ключа, инвертор и два преобразователя напряжение- астота, первый из которых имеет схему включения для преобразования положительных напряжений, а второй — для отрицательных напряжений, Компаратор срабатывает по положительному напряжению и открывает первый электронный ключ, который пропускает положительное напряжение на вход первого преобразователя напряжение-частота. .Выход компаратора через инвертор соединен также с входом второго электронного ключа, пропускающего отрицательное чапряжение на вход второго преобразователя напряжение — частота. Таким образом, на выходах двух преобразователей напряжение — частота фоомируются последовательности импульсов, частоты повторения которых равны f>, t = 1,МЯ, Подсчет частот f» можно осуществить с пол ощью двоично-десятичных счетчиков, а для цифровой индикации оценок частот потребуются дешифраторы и семисегментные индикаторы, причем число двоична-десятичных четырехразрядных счетчиков и дешифраторов, преобразующих четырехразрядный код в семисегментный, а также число семисегментных индикаторов зависит от точности представления оценок частот в цифровой форме. Отсчет частоты f» пропорционален числу импульсов за период повторения Т2 тактовых импульсов на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов. Оценка частот принимаемых сигналов определяется в конечном счете как

1о =- н + Гн, где Fn — нижняя частота рабочего частотного диапазона устройства.

Рабочий генератор 27 тактовых импульсов управляет генератор 26 синхронизирующих импульсов. За период повторения синхронизирующих импульсов Тсн производится опрос входов электронных коммутаторов 23 и мультиплексоров 24 всех каналов.

6, При атом первый тактовый импульс на первом выходе генератора 27 тактовых им10

40 (56) Зарубежная радиоэлектроника. 1907, Ьг 12, с. 7 .. пульсов сдвинут относительно синхронизирующего импульса на некоторый защитный интервал Ь1, определяемый величиной временного сдвига т, вносимого элементом 14 задержки, постоянной интегрирования фильтров нижних частот 9, 1 и 19 и временем обработки двухпороговых компараторов 22, и необходимый для надежного обнуления всех фильтров нижних частот, накопления в фильтрах нижних частот и срабаты вания. двухпороговых компараторов 22, За период Т1 повторения тактовых импульсов (за такт) на первом выходе генератора 27 тактовых импульсов производится опрос входов электронного коммутатора 3, При этом первый гактовый импульс тактовой последовательности с периодом Т2 на втором выходе генератора 27 тактовых импульсов сдвинут относительно первого тактового импульса на его первом выходе на некоторый защитный интервал Q, необхо- . димый для срабатывания электронного коммутатора 23, мультиплексора 24 и второго электронного ключа 25, Поэтому время анализа должно удовлетворять условию

Та> 41+ 42 (12)

Например, при наличии сигналов во втором гребешке гребенчатого фильтра 7 в 1-м канале 6 и в четвертом гребешке гребенчатого фильтра 7 во 2-м канале 6 произойдет срабатывание соответственно 2-га 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, Ilo значению HGпряжения на выходе которого будет произведена оценка частоты сигнала в первом канале 6 индикатором б, 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 поиемнике с мгновенным измеоением частоты посредством параллельно-последовательной обработки производится оценка частоты сигналов путем последовательного опроса каждого элемента разрешения поочередно в каждом параллельном канале 6.

При этОм возможно Оценивание частоты и определения числа N сигналов, 2003115

Формула изобретения

Составитель В.Новоселов

Техред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец. °

Редактор Н.Семенова

Заказ 3232

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

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 управления, 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, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности по частоте и повышения точности оценки частоты, в каждый канал многоканального частотного анализатора введены блок опорных напряжений, 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 напряжений и с входами электронного коммутатора, дополнительный выход блока опорных напряжений соединен с вторым входом порогового блока, выходы блока компараторов соединены с входаМи мультиплексора, адресные входы которого соединены с адресными входами электронного коммутатора и подключены к адресному выходу блока управления, выходы электронного коммутатора и мультиплексора через второй электронный ключ соединены с выходом канала, 2. Приемник по и 1, отличающийся тем, что блок управления состоит из генератора синхронизирующих импульсов, генератора тактовых импульсов и генератора опроса, причем выход генератора синхронизирующих импульсов подключен к входу генератора тактовых импульсов и к обнуляющему входу генератора опроса, первый выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом генератора опроса и с обнуляющим входом .генератора опроса каналов, к счетному входу которого подключен второй выход генератора тактовых импульсов, а выходы генератора опроса являются адресным выходом Блока управления.

3. Приемник по п.1, отличающийся тем, что частотный детектор состоит из элемен20 тов задержки, первого и второго перемножителей, фазовращателя, первого и второго фильтров нижних частот, делителя напряжения и функционального преобразователя, причем входы элемента задерж25 ки, первого и второго перемножителей обьединены с входом частотного детектора, выход элемента задержки соединен с вторым входом второго перемножителя непосредственно, а с вторым входом первого

30 перемножителя - через фазовращатель, выходы первого и второго перемножителей соединены соответственно через первый и второй фильтры нижних частот С входами делителя напряжения, выход ко. торого через функциональный преобразователь соединен с выходом частотного .детектора.

4, Приемник по п.1, отличающийся тем, 40что входной фильтр в каждом из каналов многоканального частотного анализатора выполнен в виде гребенчатого фильтра.