Пристрій двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу

Реферат: Пристрій двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу в умовах часткової або повної невизначеності параметрів. Введені додатковий фазометричниий канал точного вимірювання частоти (8-14) і спеціальний обчислювач на чотири входи. В точному (додатковому) каналі перший вихід дільника вхідного сигналу підключають до лінії затримки, другий вихід дільника вхідного сигналу підключають до першого входу сумарно-різницевого блока. Вихід лінії затримки підключають до другого входу сумарно-різницевого блока, перший вихід сумарнорізницевого блока підключають до входу квадратичного детектора, другий вихід сумарнорізницевого блока підключають до входу квадратичного детектора. Вихід квадратичного детектора підключають до першого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу і до другого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу. Вихід квадратичного детектора підключають до першого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу і до другого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу. Вихід дільника напруги сумарного сигналу точного каналу підключають до третього входу спеціального обчислювача на чотири входи, вихід дільника напруги різницевого сигналу точного каналу підключають до четвертого входу спеціального обчислювача на чотири входи. Вихід спеціального обчислювача на чотири входи є виходом пристрою двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу. UA 107254 U (12) UA 107254 U UA 107254 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі радіотехніки і може бути застосована для всього різноманіття станцій радіомоніторингу та у інших засобах (наприклад засобах радіоконтролю тощо), що проводять моноімпульсне вимірювання миттєвої частоти і пеленгування джерел радіовипромінювань. Найбільш близьким рішенням, вибраним за прототип, є пристрій [1, 2] вимірювання частоти на базі одноканального фазометра інтерференційного типу в дводетекторному виконанні, до складу якого входять: дільник вхідного сигналу, лінія затримки з часом затримки, сумарнорізницевий блок, два квадратичні детектори, спеціальний обчислювач на два входи. Вхідний сигнал, частота якого підлягає вимірюванню, подається безпосередньо з дільника вхідного сигналу через лінію затримки на сумарно-різницевий блок, де формуються сумарна та різницева напруги, які детектуються у квадратичних детекторах, і обробляються у спеціальному обчислювачі на два входи. У результаті формується амплітудно-фазова дискримінаційна характеристика, що надає можливість вимірювати частоту вхідного сигналу f0 за величиною 0 при обчислених значеннях 1 або  2 (допоміжних нормованих величин для визначення оцінок частоти) з використанням такого вирішального правила: 1  U 1  tg 0 ; U 2 (1) 2  U 1  ctg 0 , U 2 (2) де U  U  20 25 35 40 1 кд кд  2 2 2 1  st   st  0  dt  2S0 cos  2 0 0   0 кд  st   st  0  2 0  - сумарний сигнал; 1  2 dt  2S0 sin2  0 0  - різницевий сигнал; 2   (3) (4) st   S0 cos0 t  0  - вхідний сигнал з невідомими амплітудою S0 і частотою 0  2f0 ; 0  2f0 0 - набіг фаз за рахунок затримки сигналу на величину  0 ; кд - постійна часу квадратичного детектора;  0 - величина затримки вхідного сигналу. Недоліками пристрою, що реалізований на базі одноканального фазометра інтерференційного типу в дводетекторному виконанні, є недостатня точність отриманих оцінок, які не відповідають умовам Крамера - Рао [2] до їх незміщеності, оптимальності, ефективності тощо. Це підтверджується таким співвідношенням для значення середньоквадратичної похибки вимірювання частоти: 2  f 30 1 кд 2 2 1 F  S0 N0 , кд (5) де F  fmax  fmin - діапазон вимірюваних частот; N0 - однобічна щільність потужності білого гауссівського шуму. Слід звернути увагу, що у реальних вимірниках частоти станцій радіомоніторингу завжди  f   f min . Це обумовлено тим, що вимірювання частоти ведеться в умовах значної апріорної невизначеності, яке повністю виключає погоджену обробку сигналів, якщо не використовується велика кількість вимірювальних каналів. Слід також зазначити, що для підвищення точності вимірювання частоти сигналу жоден з параметрів ( F і кд ) у виразі (5) змінювати не можна. Так, зменшення F знижує можливості паралельного аналізу пристрою в частотному діапазоні, а збільшення кд спричинить пропуск коротких імпульсів. Тому, поряд з основним каналом з великою величиною F доцільно мати більш точний додатковий вимірювальний канал з малою смугою паралельного аналізу F1 , який здатний 1 UA 107254 U 5 10 швидко перевлаштовуватися в широкій смузі частот. Тобто, для підвищення точності вимірювання частоти доцільно ввести додатковий (точний) канал, що працює одночасно з основним (грубим), але із лінією затримки з 0Т , значно більшої в порівнянні із затримкою 0Г , при якій забезпечується однозначне вимірювання частоти. Зміст використання двох каналів полягає в такому. Перший канал із 0  0Г виконує грубе однозначне вимірювання f0  fmax  fmin  , а другий канал із 0Т  0Г забезпечує багатозначне, але точне вимірювання частоти. Одне з них є більш близьким до дійсного значення і вибирається як точна оцінка частоти, а інші не враховуються. У результаті середньоквадратична похибка вимірювання частоти стає мінімальною і дорівнює такому значенню:  2min  f 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 1 F  S0 N0 . кд (6) Порівняння виразів (5) і (6) свідчить, що отримана оцінка відповідає умовам Крамера - Рао і набуває властивості асимптотичної незміщеності, тобто точність вимірювання збільшується. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу в умовах повної або часткової невизначеності параметрів вхідних сигналів. Для досягнення технічного результату, що зводиться до вирішення поставленої задачі, необхідно здійснювати двоканальне вимірювання частоти з використанням відповідного вирішального правила, яке забезпечується спеціальним обчислювачем. Рішенням технічної задачі є те, що для підвищення точності вимірювання частоти необхідно ввести ідентичний додатковий (точний) канал, що працює одночасно з основним (грубим), але із лінією затримки сигналу з 0Т , значно більшої в порівнянні із затримкою грубого каналу 0Г , при якій забезпечується однозначне вимірювання частоти. В основу побудови пристрою, що заявляється, поставлено ефект створення поряд з основною дискримінаційною амплітудно-фазовою характеристикою у грубому каналі вимірювання (фіг. 1) додаткової дискримінаційної амплітудно-фазової характеристики у точному каналі вимірювання (фіг. 2), яка має значно більшу крутизну характеристики, ніж крутизна цієї характеристики грубого каналу вимірювання (фіг. 1), чим і забезпечується збільшення точності визначення частоти. Перелік фігур креслень. На фігурі 1 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика грубого каналу вимірювання миттєвої частоти. На фігурі 2 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика точного каналу вимірювання миттєвої частоти. На фігурі 3 показана структурна схема пристрою двоканального вимірювання миттєвої частоти на базі фазометра інтерференційного типу. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється за допомогою креслень (фіг. 3), де зображена її структурна схема. Робота пристрою двоканального вимірювання миттєвої частоти на базі фазометра інтерференційного типу пояснюється за допомогою обладнання, яке містить: два ідентичних паралельно включених фазометричних канали грубого (1-7) і точного (8-14) вимірювання миттєвої частоти і спеціальний обчислювач на чотири входи 15, вихід якого є виходом пристрою, що заявляється. При цьому все обладнання (фіг. 4) містить: два дільника вхідного сигналу 1 і 8 у грубому і точному каналах, відповідно; дві лінії затримки 2 і 9 у грубому і точному каналах, відповідно, причому час затримки точного каналу набагато більший ніж грубого 0Т  0Г  ; два сумарно-різницеві блоки 3 і 10 у грубому і точному каналах, відповідно; чотири квадратичні детектори 4, 5 - у грубому каналі, 11, 12-у точному каналі; чотири дільника напруги: дільник сумарного сигналу грубого каналу 6, дільник різницевого сигналу грубого каналу 7, дільник сумарного сигналу точного каналу 13, дільник різницевого сигналу точного каналу 14; один спеціальний обчислювач на чотири входи 15. При цьому в грубому (основному) каналі перший вихід дільника вхідного сигналу 1 підключений до лінії затримки 2, другий вихід дільника вхідного сигналу 1 підключений до першого входу сумарно-різницевого блока 3, вихід лінії затримки 2 підключений до другого входу сумарно-різницевого блока 3, перший вихід сумарно-різницевого блока 3 підключений до входу квадратичного детектора 4, другий вихід сумарно-різницевого блока З підключений до входу квадратичного детектора 5, вихід квадратичного детектора 4 підключений до першого входу дільника напруги сумарного сигналу 2 UA 107254 U 5 10 15 20 25 30 грубого каналу 6, і до другого входу дільника напруги різницевого сигналу грубого каналу 7, вихід квадратичного детектора 5 підключений до першого входу дільника напруги різницевого сигналу грубого каналу 7 і до другого входу дільника напруги сумарного сигналу грубого каналу 6, вихід дільника напруги сумарного сигналу грубого каналу 6 підключений до першого входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід дільника напруги різницевого сигналу грубого каналу 7 підключений до другого входу спеціального обчислювача на чотири входи 15. В точному (додатковому) каналі перший вихід дільника вхідного сигналу 8 підключений до лінії затримки 9, другий вихід дільника вхідного сигналу 8 підключений до першого входу сумарно-різницевого блока 10, вихід лінії затримки 9 підключений до другого входу сумарнорізніцевого блока 10, перший вихід сумарно-різницевого блока 10 підключений до входу квадратичного детектора 11, другий вихід сумарно-різницевого блока 10 підключений до входу квадратичного детектора 12, вихід квадратичного детектора 11 підключений до першого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 і до другого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14, вихід квадратичного детектора 12 підключений до першого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 і до другого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13, вихід дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 підключений до третього входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 підключений до четвертого входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід спеціального обчислювача на чотири входи 15 є виходом пристрою двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу. При синтезі схеми пристрою двоканального вимірювання частоти за основу, як прототип, був вибраний одноканальний пристрій вимірювання частоти інтерференційного типу у дводетекторному виконанні, до якого додатково включено: додатковий канал (8-14) точного вимірювання частоти, який має час затримки вхідного сигналу набагато більший, ніж основного, грубого 0т  0г  , та призначений для підвищення точності визначення частоти за рахунок збільшення крутизни дискримінаційної характеристики в точному каналі вимірювання; спеціальний обчислювач на чотири входи 15, який призначений для обчислення вирішального правила визначення частоти вхідних сигналів за таким алгоритмом:    1 arctg1, при 1  1; f0  fcp  fmin ;  *  0 , f0   1  arcctg 2 , при  2  1; f0  fmax  fcp ,  0   40 45 (7) 1 1 U  tg 0 ;  2   ctg 0 - нормовані значення напруг на виході U 2 2 сумарно-різницевого блока 10; 0  2f0 0 - набіг фаз за рахунок різної затримки  0 сигналу в квадратичних детекторах 11 і 12. Структурна схема двоканального вимірювача частоти на базі фазометра інтерференційного типу працює у такий спосіб. Перший (основний) канал з величиною затримки 0г забезпечує де 1  U 35  U грубе однозначне вимірювання частоти f0  fmax  fmin   F , а другий (додатковий) канал з 0т  0г - точне, але багатозначне вимірювання частоти сигналу. Одне з них є більш точним і близьким до істинного значення, а решта має відповідні похибки вимірювання. Тобто, перший (грубий) канал забезпечує однозначність, а другий (точний) - високу точність вимірювання частоти вхідних сигналів. На фіг. 1 фіг. 2 відповідно наведено дискримінаційні характеристики грубого і точного каналу вимірювання та значення величин 1г , 2г і 1т , 2т . Як видно, серед множини оцінок частоти * * f1т , f2т ,…, fnт , отриманих другим каналом, слід вибирати ту оцінку, f0  f0Т , для якої 50 * * виконується умова: f0Т  f0Г  min . Вимірювання частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу в умовах повної або часткової невизначеності параметрів вхідних сигналів за допомогою двоканального пристрою вимірювання частоти на базі фазометра інтерференційного типу, що заявляється, у 3 UA 107254 U 5 10 15 20 25 30 порівнянні з прототипом, досягається використанням додаткового точного каналу вимірювання, який забезпечує отримання множини оцінок частоти, серед яких вибирається найточніша. Порівняльний аналіз пристрою, що заявляється, з прототипом, показує, що він відрізняється тим, що з метою моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти вхідних сигналів на базі фазометра інтерференційного типу до його складу введені додатковий фазометричниий канал точного вимірювання частоти (8-14) і спеціальний обчислювач на чотири входи 15, при цьому в точному (додатковому) каналі перший вихід дільника вхідного сигналу 8 підключений до лінії затримки 9, другий вихід дільника вхідного сигналу 8 підключений до першого входу сумарнорізницевого блока 10, вихід лінії затримки 9 підключений до другого входу сумарно-різницевого блока 10, перший вихід сумарно-різницевого блока 10 підключений до входу квадратичного детектора 11, другий вихід сумарно-різницевого блока 10 підключений до входу квадратичного детектора 12, вихід квадратичного детектора 11 підключений до першого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 і до другого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14, вихід квадратичного детектора 12 підключений до першого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 і до другого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13, вихід дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 підключений до третього входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 підключений до четвертого входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід спеціального обчислювача на чотири входи 15 є виходом пристрою двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу. Таким чином, пристрій двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу, що заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Джерела інформації: 1. Чмых М.К. Цифровая фазометрия. - М.: Радио и связь, 1993. - 624 с. 2. Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. Методы и техника измерений в диапазоне от длинных до оптических волн. - М.: Сов.радио, 1990. - 712 с. 3. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991. - 608 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 Пристрій двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу в умовах часткової або повної невизначеності параметрів, який відрізняється тим, що з метою моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти вхідних сигналів на базі одноканального фазометра інтерференційного типу введені: додатковий фазометричниий канал точного вимірювання частоти (8-14) і спеціальний обчислювач на чотири входи 15, при цьому в точному (додатковому) каналі перший вихід дільника вхідного сигналу 8 підключають до лінії затримки 9, другий вихід дільника вхідного сигналу 8 підключають до першого входу сумарно-різницевого блока 10, вихід лінії затримки 9 підключають до другого входу сумарно-різницевого блока 10, перший вихід сумарнорізницевого блока 10 підключають до входу квадратичного детектора 11, другий вихід сумарнорізницевого блока 10 підключають до входу квадратичного детектора 12, вихід квадратичного детектора 11 підключають до першого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 і до другого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14, вихід квадратичного детектора 12 підключають до першого входу дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 і до другого входу дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13, вихід дільника напруги сумарного сигналу точного каналу 13 підключають до третього входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід дільника напруги різницевого сигналу точного каналу 14 підключають до четвертого входу спеціального обчислювача на чотири входи 15, вихід спеціального обчислювача на чотири входи 15 є виходом пристрою двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу. 4 UA 107254 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5