RU1812430C - Indication unit - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано дл  индикации быстро измен ющихс  процессов , в частности дл  визуального анализа и регистрации параметров сигналов с линейной частотной модул цией (ЛМЧ). С целью расширени  функциональных воз/можностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучени  сигналов с линейной частотной модул цией устройство содержит первую приемную антенну 1, первый широкополосный усилитель 2. частотныйдетектор 3, первую дифференцирующую цепь 4, вторую дифференцирующую цепь 5, генератор 6 развертки , ЭЛТ 7, вторую приемную антенну 8, второй широкополосный усилитель 9, перемножитель 10, усилитель 1.1 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, узкополосный фильтр 13, амплитудный детектор 14, генератор 15 счетных импульсов, элемент И 16, счетчик 17, арифметический блок 18 и индикатор 19, 4 ил.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to indicate rapidly changing processes, in particular for visual analysis and recording of parameters of linear frequency modulated (LMP) signals. In order to expand functional capabilities by accurately and unambiguously determining the radiation source of signals with linear frequency modulation, the device comprises a first receiving antenna 1, a first broadband amplifier 2. a frequency detector 3, a first differentiating circuit 4, a second differentiating circuit 5, a scanning generator 6, CRT 7, a second receiving antenna 8, a second broadband amplifier 9, a multiplier 10, a low-frequency amplifier 1.1, an electronically counted frequency counter 12, a narrow-band filter 13, an amplitude detector 14, a generator torus 15 counting pulses, element And 16, counter 17, arithmetic unit 18 and indicator 19, 4 ill.

Description

Предлагаемое устройство относитс  к индикаторным и регистрирующим приборам и может быть использовано дл  индикации быстро измен ющихс  процессов, в частности дл  визуального анализа и регистрации параметров сигналов с линейной частотной модул цией (ЛЧМ).The proposed device relates to indicator and recording devices and can be used to indicate rapidly changing processes, in particular for visual analysis and recording of parameters of linear frequency modulated (LFM) signals.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучени  сигналов с линейной частотной модул цией.The aim of the invention is to expand the functionality by accurately and unequivocally direction finding a radiation source of linear frequency modulated signals.

Структурна  схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1; принцип пеленгации источника излучени  ЛЧМ-сигналов фазовым методом в однойStructural diagram of the proposed device is presented in figure 1; the principle of direction finding of the radiation source of the LFM signals by the phase method in one

плоскости иллюстрируетс  фиг.2; временные диаграммы, по сн ющие работу устройства , изображены на фиг.З, 4 и 5.planes are illustrated in Fig. 2; timing diagrams illustrating the operation of the device are shown in Figs. 3, 4 and 5.

Индикаторное устройство содержит первую приемную антенну 1, первый широкополосный усилитель 2, частотный детектор 3, первую и вторую дифференцирующие цепи 4 и 5, генератор 6 развертки электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 7, вторую приемную антенну 8, второй широкополосный усилитель 9, перемножитель 10, усилитель 11 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, узкополосный фильтр 13, амп- литудный детектор 14. генератор 15 счетных импульсов, элемент М 16, счетчик 17, арифметический блок 18 и индикатор 19. ПриThe indicator device comprises a first receiving antenna 1, a first broadband amplifier 2, a frequency detector 3, a first and second differentiating circuits 4 and 5, a scanning electron beam tube (CRT) generator 6, a second receiving antenna 8, a second broadband amplifier 9, a multiplier 10 , low-frequency amplifier 11, electron-counting frequency counter 12, narrow-band filter 13, amplitude detector 14. Counting pulse generator 15, element M 16, counter 17, arithmetic unit 18 and indicator 19. When

0000

1ЧЭ1ChE

ЈьЈь

сэse

ОABOUT

этом к приемной антенне 1 последовательно подключены широкополосный усилитель 2, частотный детектор 3, перва  дифференцирующа  цепь 4, втора  дифференцирующа  цепь 5, генератор 6 развертки и горизонтальный электрод ЭЛТ7, вертикальный электрод которой соединен с выходом дифференцирующей цепи 4. К приемной антенне 8 последовательно подключены ши- рокополосный усилитель 9, перемножитель 10, второй вход которого соединен с выходом широкополосного усилител  2, усилитель11 низкой частоты, электронно-счетный частотомер 12, арифметический блок 18 и индикатор 19. К выходу широкополосного делител  9 последовательно подключены узкополосный фильтр 13, амплитудный детектор 14, элемент И 16, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 счетных импульсов , и счетчик 17, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 5, а выход подключен к второму входу арифметического блока 18.in this case, a broadband amplifier 2, a frequency detector 3, a first differentiating circuit 4, a second differentiating circuit 5, a scanning generator 6 and a horizontal electrode ELT7, the vertical electrode of which is connected to the output of the differentiating circuit 4, are serially connected to the receiving antenna 1 in series - rock-band amplifier 9, multiplier 10, the second input of which is connected to the output of broadband amplifier 2, low-frequency amplifier 11, electronically counted frequency meter 12, arithmetic unit 18 and indicator 19. A narrow-band filter 13, an amplitude detector 14, an element 16, the second input of which is connected to the output of the counter pulse generator 15, and a counter 17, the second input of which is connected to the output of the differentiating circuit 5 and the output is connected, are sequentially connected to the output of the broadband divider 9 to the second input of the arithmetic unit 18.

Устройство работает следующим образом . . . : . -..- .. - : / . :The device operates as follows. . . :. -... .. -: /. :

Принимаемые сигналы с линейной частотной модул циейLinear Frequency Modulated Received Signals

Ui(t) Vc-COS(27rfct + Jryt2 )c). U2(t) vc-cos 2 fc(t+r) +Ui (t) Vc-COS (27rfct + Jryt2) c). U2 (t) vc-cos 2 fc (t + r) +

+ ry(t + r)2 + ry (t + r) 2

0 t Гу,0 t Gu,

гдеУс , fc, рс -, TVi-амплитуда, начальна  чатота , начальна  фаза и длительность сигна- 40 ов (импульсов);where US, fc, pc -, TVi-amplitude, the initial frequency, the initial phase and the duration of the signals - 40 s (pulses);

Afa У скорость изменени  частотыAfa y rate of change of frequency

:: -.. т .: : . внутри импуМьса; :: - .. t.::. inside impulse;

Afg-девиаци  частоты;45Afg-frequency deviation; 45

Д D.D D.

г г - врем  запаздывани  ЛЧМ {. . : - - g g is the chirp time delay {. . : - -

сигнала, приход щего на одну антенну, по отношению к ЛЧМ-сигналу, приход щему на другую антенну;a signal arriving at one antenna with respect to the LFM signal arriving at another antenna;

ДЙ d-sin/Ј- разность хода сигналов (фиг.2);DY d-sin / Ј - the difference in the signal path (figure 2);

d - рассто ние между антеннами (измерительна  база);d is the distance between the antennas (measuring base);

/J- угол прихода радиоволн;/ J is the angle of arrival of radio waves;

С - Скорость расгфостранени  света, с выходов приемных антенн 1 и 8 через широкополосные усилители 2 и 9 соответственно поступают на два входа перемножител  10. Принимаемый ЛЧМ-сигнал Ui(t)C is the speed of light propagation from the outputs of the receiving antennas 1 and 8 through the broadband amplifiers 2 and 9, respectively, to the two inputs of the multiplier 10. Received chirp signal Ui (t)

50fifty

5555

(фиг.3,а) одновременно поступает на вход частотного детектора 3, на выходе которого образуетс  видеоимпульс (фиг.3,6), форма которого соответствует закону линейной частотной модул ции (фиг,5,а). Указанный видеоимпульс с выхода частотного детектора 3 поступает на вход дифференцирующей цепи 4, выходной пр моугольный импульс U4 (фиг.З.в) который подаетс  на вертикальный(Fig. 3, a) simultaneously enters the input of the frequency detector 3, at the output of which a video pulse is generated (Fig. 3,6), the shape of which corresponds to the law of linear frequency modulation (Fig. 5, a). The specified video pulse from the output of the frequency detector 3 is fed to the input of the differentiating circuit 4, the output rectangular pulse U4 (Fig.Z.c) which is fed to the vertical

электрод ЭЛТ 7 и на вход дифференцирующей цепи 5. На выходе последней образуютс  короткие разнопол рные импульсы (фиг.3,г). При этом положительным коротким импульсом запускаетс , а отрицательным коротким импульсом закрываетс  генератор 6 развертки. Кроме того, положительный короткий импульс поступает на вход сброса счетчика 17 и приводит его в исходное {нулевое) состо ние, подготавлива  к работе. Сформированное пилообразное напр жение Ve (фиг,3,д) используетс  вCRT electrode 7 and to the input of the differentiating circuit 5. At the output of the latter, short bipolar pulses are generated (Fig. 3, d). In this case, the trigger starts with a positive short pulse and the scan generator 6 closes with a negative short pulse. In addition, a positive short pulse arrives at the reset input of the counter 17 and brings it to its initial (zero) state, ready for operation. The formed sawtooth voltage Ve (FIG. 3, e) is used in

качестве напр жени  развертки и поступает на горизонтально-отклон ющие пластины ЭЛТ 7. На экране ЭЛТ 7 образуетс  импульсthe voltage of the sweep and is supplied to the horizontally deflecting plates of the CRT 7. A pulse is generated on the screen of the CRT 7

(фиг.З.в), длительность которого пропорциональна длительности ги принимаемого ЛЧМ-сигнала Ui(t), амплитуда пропорциональна скорости изменени  частоты у внутри импульса, а площадь осциллограммы(Fig. 3c), the duration of which is proportional to the duration gi of the received LFM signal Ui (t), the amplitude is proportional to the rate of change of frequency y inside the pulse, and the area of the waveform

пропорциональна девиации частотыproportional to frequency deviation

Afg() :Afg ():

принимаемого ЛЧМ-сигнала.received chirp signal.

Дл  визуальной оценки основных параметров принимаемого ЛЧМ-сигнала на экран ЭЛТ 7 наноситс  координатна  частотно-временна  сетка.To visually evaluate the main parameters of the received LFM signal, a coordinate time-frequency grid is applied to the CRT screen 7.

Дл  пеленгации источника излучени  ЛЧМ-сигналов в предлагаемом устройстве используетс  фазовый метод. При этом раз ность фаз Ау между ЛЧМ-сигналами, принимаемыми антеннами 1 и 8, пропорциональна направл ющему косинусу угла прихода радиоволны (фиг.2)To determine the radiation source of the LFM signals, the proposed method uses the phase method. In this case, the phase difference Au between the LFM signals received by antennas 1 and 8 is proportional to the directing cosine of the angle of arrival of the radio wave (Fig. 2)

2jr jCOS/,  2jr jCOS /,

где Я-длийа волны. :where I am dlia wave. :

Однако фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требовани ми точности измерений и однозначности отсчета угла. Действительно, согласно приведенной формуле, фазова  система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы d/ A . Однако с ростом d/А уменьшаетс  значение угловой координаты, при котором разность фаз превосходит значение 2 ж, т.е. наступает неоднозначность отсчета,However, the phase direction finding method is characterized by a contradiction between the requirements of measurement accuracy and the uniqueness of the angle reading. Indeed, according to the above formula, the phase system is the more sensitive to angle changes, the larger the relative size of the base d / A. However, with increasing d / A, the value of the angular coordinate decreases, at which the phase difference exceeds 2 g, i.e. there is an ambiguity in the count,

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двум  классическими способами:The ambiguity of direction finding by the phase method can be eliminated in two classical ways:

- применением остронаправленных антенн ,- the use of highly directional antennas,

- использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).- use of several measuring bases (multiscale).

Системы пеленгации с остронаправлен- ными антеннами обладают большой дальностью действи  и высокой разрешающей способн остью по направлению. Однако они требуют поиска источника излучени  до начала измерений и его автоматического со- провождени  по направлениюантенным лучом в процессе измерений.Direction finding systems with highly directional antennas have a long range and high directional resolution. However, they do require a search for the radiation source prior to the measurement and its automatic tracking along the direction of the antenna beam during the measurement.

Многошкальность достигаетс  использованием нескольких баз. При этом меньша  база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а больша  база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Применение многошкального способа устранени  неоднозначности пеленгации с помощью разнесенных ненаправленных антенн не требует предварительного поиска источника излучени . Однако системы/использующие такой способ, имеют ограниченную дальность действи  и сложную техническую реализацию , , В предлагаемом устройстве используетс  модифицированный фазовый метод пеленгации источника излучени  ЛЧМ-сигналов, основанный на перемножении ЛЧМ-сигналов. принимаемых разне- сенными антеннами, выделении напр жений биений, измерении частоты биений fe и скорости измерени  частоты у внутри импульса, определении и регистрации по измеренным.значени м угла прихо- да радиоволн /.Multi-scalability is achieved using multiple bases. Moreover, a smaller base forms a rough but unambiguous reference scale, and a larger base forms an accurate but ambiguous reference scale. The use of a multi-scale method for resolving direction-finding ambiguities using spaced omnidirectional antennas does not require a preliminary search for a radiation source. However, systems / using such a method have a limited range and a complicated technical implementation. The proposed device uses a modified phase method for direction finding a radiation source of chirp signals, based on the multiplication of chirp signals. received by spaced antennas, selecting beat frequencies, measuring beat frequency fe and the speed of measuring the frequency y inside the pulse, determining and recording from the measured values of the angle of arrival of radio waves /.

На выходе перёмножител  10 образуетс  результирующее колебаниеThe output of the multiplier 10 produces a resulting oscillation

МгО) «Ji(t)-U2(t ;. - Ve-COS ( 2 Jrfet +Yfi)+ + Ve-eos (4 тс t + 2 л1ь t +MgO) J Ji (t) -U2 (t;. - Ve-COS (2 Jrfet + Yfi) + + Ve-eos (4 tf t + 2 l1 t +

. : - :.-..;..; , . ; . . +Ф6+2 yJt) .0 t г,. : -: .- ..; ..; ,. ; . . + Φ6 + 2 yJt) .0 t g,

rfleV6 KV,rfleV6 KV,

К - коэффициент передачи перемножи- тел , K is the transmission coefficient of the multipliers,

fe ут-частота биений,fe ut-beat frequency,

узб +  ут2- начальна  фаза биений.uzb + ut2- the initial phase of the beating.

Из результирующего колебани  Ug (t) усилителем 11 низкой частоты выдел етс  напр жение биений (напр жение разностной частоты).From the resulting oscillation Ug (t), the beat voltage (voltage of the difference frequency) is extracted by the low-frequency amplifier 11.

1)б(О V6-COS(2ttfet + + рь ) , 0 t ги ,1) b (O V6-COS (2ttfet + + pb), 0 t gi,

которое поступает на вход электронно-счетного частотомера 12. В электронно-счетном частотомере 12 из непрерывного переменного напр жени  УбМ частоты fe формируютс  короткие импульсы, частота следовани  которых остаетс  равной fe, и сосчитываетс  число импульсов щ за известный интервал времени At:which is fed to the input of the electron-counting frequency meter 12. In the electron-counting frequency meter 12, short pulses are generated from the continuous alternating voltage of the UBM frequency fe, the pulse repetition rate of which remains equal to fe, and the number of pulses u is calculated for a known time interval At:

fe fe

пг Atpg At

В частности, если At 1 с, то измеренное количество импульсов ги численно равно неизвестной частоте биений fe. Измеренное количество импульсов ги поступает на первых вход арифметического блока 18. Дл  определени  величины задержки в цифровом кодеIn particular, if At 1 s, then the measured number of pulses is numerically equal to the unknown beat frequency fe. The measured number of pulses gi is supplied to the first input of the arithmetic unit 18. To determine the amount of delay in the digital code

г - : - :.g -: -:.

. ..; : У : .... /. ..; : U: .... /

котора  св зана с углом прихода радиоволн ft (фиг.4), необходимо измерить в цифровом коде и величину скорости изменени  частоты внутри импульса. С этой целью сигнал L)2(t) с выхода широкополосного усилител  9 одновременно поступает на вход узкополосного фильтра 13, полоса пропускани  которого A f (фиг.5,а). На выходе узкополосного фильтра 13 образуетс  радиоимпульс длительностью т (5,6)which is related to the angle of arrival of the radio waves ft (Fig. 4), it is necessary to measure in digital code the magnitude of the rate of change of frequency within the pulse. For this purpose, the signal L) 2 (t) from the output of the broadband amplifier 9 simultaneously enters the input of the narrow-band filter 13, the passband of which is A f (Fig. 5, a). At the output of the narrow-band filter 13, a radio pulse of duration m (5,6) is formed

tH --tH -

AfAf

Указанный радиоимпульс поступает на вход амплитудного детектора 14. который выдел ет его огибающую (фиг.5,в). Пр моугольный импульс с выхода амплитудного детектора 14 поступает на первый вход элемента И 16, на второй вход которого подаютс  счетные импульсы с выхода генератора 15 (фиг.5,г). Количество счетных импульсов П2, прошедшее через элемент И 16 за вре менной интервал tH, подсчитываетс  счетчиком 17 и поступает на второй вход арифметического блока 18. На выходе последнего определ етс  значение угловой координаты в цифровом кодеSaid radio pulse arrives at the input of amplitude detector 14. which emits its envelope (Fig. 5c). The rectangular pulse from the output of the amplitude detector 14 is fed to the first input of the element And 16, the second input of which is supplied with counting pulses from the output of the generator 15 (Fig. 5, d). The number of counting pulses P2, passing through the element And 16 for the time interval tH, is counted by the counter 17 and fed to the second input of the arithmetic unit 18. The value of the angular coordinate in the digital code is determined at the output of the latter

/karra §-Ј ,/ karra §-Ј,

которое регистрируетс  индикатором 16. Поскольку при изменении угла ft мен етс  и величина частоты биений fe, то она будет однозначно определ ть угол прихода радиоволн . Частота биений fe и скорость изменени  частоты у внутри импульса измен ютс  в цифровой форме, по их значению определ етс  угол прихода радиоволн /3 также в цифровой форме.which is recorded by indicator 16. Since the beat frequency fe changes as the angle ft changes, it will uniquely determine the angle of arrival of radio waves. The beat frequency fe and the rate of change of the frequency y inside the pulse are changed in digital form, by their value the angle of arrival of radio waves / 3 is also determined in digital form.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучени  широкополосных сигналов с линейной частотной модул цией. Эти достигаетс  использованием частоты биений fe. котора  однозначно св зана с пеленгом на источник излучени  широкополосных ЛЧМ сигналов, Кроме того, предлагаемое устройство позвол ет представить результаты пеленгации в цифровом коде, что обеспечивает возможность дл  их длительного хранени , передачи на большие рассто ни  по каналам св зи и сопр жени  с вычислительной техникой. Тем самым функциональные возможности устройства расширены .Thus, the proposed device in comparison with the prototype provides accurate and unambiguous direction finding of the radiation source of broadband signals with linear frequency modulation. These are achieved using the beat frequency fe. which is unambiguously associated with the bearing on the radiation source of broadband LFM signals. In addition, the proposed device allows you to present the results of direction finding in digital code, which provides the opportunity for long-term storage, transmission over long distances over communication channels and interfaces with computer technology . Thus, the functionality of the device is expanded.

Форму л а изо бретени   Индикаторное устройство, содержащее последовательно включенные первую приfFormula izobreteniya Indicator device containing sequentially connected first

емную антенну, первый широкополосный усилитель, частотный детектор, первую дифференцирующую цепь, вторую дифференцирующую цепь, генератор развертки иa removable antenna, a first broadband amplifier, a frequency detector, a first differentiating circuit, a second differentiating circuit, a sweep generator, and

горизонтально отклон ющие пластины электронно-лучевой трубки, вертикально отклон ющие пластины которой соединены с выходом первой дифференциальной цепи, о т л и чаю ще е с   тем, что, с цельюthe horizontally deflecting plates of the cathode ray tube, the vertically deflecting plates of which are connected to the output of the first differential circuit, furthermore, in order to

расширени  функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучени  сигналов с линейной частотной модул цией, в него введены втора  приемна  антенна, второй широкополосный усилитель, перемножитель, усилитель низкой частоты, электронно-счетный частотомер, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, элемент И, генератор счетных импульсов, счетчик, схема делени expanding functionality by accurately and unambiguously detecting a radiation source of signals with linear frequency modulation, a second receiving antenna, a second broadband amplifier, a multiplier, a low-frequency amplifier, an electronically counted frequency meter, a narrow-band filter, an amplitude detector, an I element, a counting generator are introduced into it pulses, counter, division circuit

и индикатор, причем к второй приемной антенне последовательно подключены второй широкополосный усилитель, перемножитель , второй вход которого соединен с выходом первого широкополосного усилител ,and an indicator, and a second broadband amplifier, a multiplier, the second input of which is connected to the output of the first broadband amplifier, is connected in series to the second receiving antenna,

усил ител ь низкой частоты, электрон но-счет- ный частотомер, схема делени  и индикатор , к выходу второго широкополосного усилител  последовательно подключены узкополосный фильтр, амплитудный детектор,a low-frequency amplifier, an electronically counted frequency meter, a dividing circuit, and an indicator; a narrow-band filter, an amplitude detector, are connected in series to the output of the second broadband amplifier

элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, и счетчик, второй вход которого соединен с выходом второй дифференцирующей цепи, а выход подключен к второму входу схемыelement And, the second input of which is connected to the output of the counter pulse generator, and a counter, the second input of which is connected to the output of the second differentiating circuit, and the output is connected to the second input of the circuit

делени .division.

Фиё.ЗFiyo.Z

imitiiiiiimiiimiimitiiiiiimiiimi

iiMiiM