Спосіб двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу

Реферат: Спосіб двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу в умовах часткової або повної невизначеності параметрів вхідних сигналів. Крім цього, з метою підвищення точності визначення частоти вхідних сигналів на базі фазометра інтерференційного типу у структурній схемі вимірювача використовують два ідентичні фазометричні канали вимірювання частоти основний (грубий) та додатковий (точний), при цьому складові елементи основного каналу з величиною часу затримки 0г забезпечують грубе однозначне вимірювання частоти f0  fmax  fmin   F , a складові елементи додаткового каналу з величиною часу затримки 0т  0г забезпечують точне, але багатозначне, вимірювання частоти сигналу, одне з яких є * * більш близьким до істинного значення миттєвої частоти f0  f0 T джерела радіовипромінювання * * та визначається за умови, що f0T  f0Г  min . UA 107253 U (12) UA 107253 U UA 107253 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), що проводять моноімпульсне вимірювання миттєвої частоти і пеленгування джерел радіовипромінювань в умовах складної сигнально-завадової обстановки. Найбільш близьким рішенням, вибраним за прототип, є спосіб [1, 2] вимірювання частоти на базі одноканального фазометра інтерференційного типу в дводетекторному виконанні, реалізація якого передбачає наявність таких елементів: дільник вхідного сигналу, лінію затримки з часом затримки  0 , сумарно-різницевий блок, два квадратичні детектори, обчислювач. Вхідний сигнал, частота якого підлягає вимірюванню, подається безпосередньо через лінію затримки на сумарно-різницевий блок, де формуються сумарна та різницева напруги, які детектуються квадратичними детекторами, та перетворюються у обчислювачі. У результаті формується амплітудно-фазова дискримінаційна характеристика, вигляд якої пояснюється на фіг. 1 і фіг. 2, як залежності y1  tg f  fmin  при fmin  f  fcp ; y 2  ctg f  fmin  при fcp  f  fmax й fcp  0,5fmax  fmin  , що описують амплітудно-фазову дискримінаційну характеристику вимірювача. При цьому, фіг. 1 відповідає випадку, коли виконується умова 1  1 та  2  1 при * fmin  f  fcp , і за величиною 1 визначається значення частоти f0 , що з точністю до похибок вимірювання збігається із дійсним значенням величини f0 . На фіг. 2 зображений випадок, коли виконуються такі умови: 1  1 і  2  1 , якщо fcp  f  fmax . Це надає можливість отримати оцінку 20 * f0 вимірювальної частоти 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 arctg1 , при 1  1;    0 f0   1  arctg 2 , при  2  1;  0  де   f0  fcp  fmin ;   , (1) f0  fmax  fcp ; 1  U 1  tg 0 - ліва ділянка дискримінаційної характеристики; U 2 (2) 2  U 1  ctg 0 - права ділянка дискримінаційної характеристики; U 2 (3) U  1 U  25 30 35 k  2 2 2 1  st   st  0  dt  2S0 cos  2 0 0  k  0 1   k   2 2 2 1  st   st  0  dt  2S0 sin  2 0 0  k  0   - сумарний сигнал; (4) - різницевий сигнал; (5) st   S0 cos0t  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 ; k - постійна часу квадратичного детектора. Як результат формується амплітудно-фазова дискримінаційна характеристика, вигляд якої наведений на фіг. 3. Недоліками способу, що реалізований на базі одноканальних фазометрів інтерференційного типу в дводетекторному виконанні, є недостатня точність отриманих оцінок, які не відповідають умовам Крамера - Рао [3] до їх незміщеності, оптимальності, ефективності тощо. Це підтверджується відомим співвідношенням для значення середньоквадратичної похибки вимірювання частоти: 2  f 2 2 1 F  S0 0 , k  (6) 1 UA 107253 U де F max fmin - діапазон вимірюваних частот; N0 - однобічна щільність потужності білого гауссівського шуму. Слід звернути увагу, що у 5 10 15 20 25 реальних вимірювачах частоти станцій радіомоніторингу завжди f  f min . Це обумовлено тим, що вимірювання частоти ведеться в умовах значної апріорної невизначеності, яка повністю виключає погоджену обробку сигналів, якщо не використовується велика кількість вимірювальних каналів. Також треба зазначити, що для підвищення точності вимірювання частоти сигналу жоден з параметрів ( F і к ) в (6) змінювати не можна. Зменшення F знижує можливості паралельного аналізу в частотному діапазоні, а збільшення к спричинить пропуск коротких імпульсів. Тому, поряд з оглядовим каналом з великою величиною F доцільно мати більш точний вимірювальний канал з малою смугою паралельного аналізу F1 , який здатний швидко перестроюватися 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. Такий спосіб вимірювання частоти забезпечує формування додаткової (точної) парціальної дискримінаційної характеристики, зі значно більшою крутизною, яка забезпечить мінімальні похибки визначення частоти вхідних сигналів. Дискримінаційні характеристики основного (грубого) і додаткового (точного) каналів наведені на фіг. 4 та фіг. 5, відповідно. Зміст двоканального способу вимірювання частоти полягає в такому. Перший (основний) канал із 0  0г виконує грубе однозначне вимірювання f0  fmax  fmin  , a другий (додатковий) із 0  0Т  0Г забезпечує багатозначне точне вимірювання частоти. Вирішальне правило визначення оцінки частоти грубим (основним) каналом вимірювання має вигляд, подібний виразу (1):      1   arctg1 , при 1  1; f0  fcp  fmin ;   f0   0 1  arctg 2 , при  2  1; f0  fmax  fcp ;  0  30 (8) Вирішальне правило визначення оцінки частоти точним (додатковим) каналом вимірювання буде визначатися аналогічно:  1   arctg1 , при 1  1;   f0   0 1  arctg 2 , при  2  1;  0  (9) * * Остаточно, оцінка частоти f0  f0Т джерела радіовипромінювання буде визначатися точним 35 * * каналом вимірювання із множини оцінок при виконанні умови: f0T  f0Г  min . Одне з них є більш близьким до дійсного значення і обирається як точна оцінка частоти, а інші не враховуються. У результаті середньоквадратична похибка вимірювання частоти стає мінімальною і дорівнює такому значенню:  2min  f 40 3 1 F  S0 0 . k  (10) Порівняння (10) і (6) свідчить, що отримана оцінка має мінімальну середньоквадратичну похибку, відповідає умовам Крамера - Рао і набуває властивості асимптотичної незміщеності. У результаті точність вимірювання збільшується. 2 UA 107253 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 зазначеної задачі, необхідно здійснювати двоканальне (грубе і точне) 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 способу, що заявляється, поставлено ефект створення додаткового каналу вимірювання з дискримінаційною амплітудно-фазовою характеристикою у точному каналі вимірювання (фіг. 6), яка має значно більшу крутизну характеристики, ніж крутизна цієї характеристики основного, грубого каналу вимірювання. За рахунок збільшення крутизни характеристики і забезпечується підвищення точності вимірювання частоти. Спосіб двоканального вимірювання частоти на базі фазометра інтерференційного типу пояснюється за допомогою структурної схеми, наведеної на фіг. 6. Перший (основний) канал (1, 2) з величиною затримки 0Г забезпечує грубе однозначне вимірювання частоти f0  fmax  fmin   F , а другий (додатковий) канал (3, 4) з 0Т  0Г - точне, але багатозначне вимірювання частоти сигналу. Одне з них є більш точним і близьким до істинного значення (визначається спеціальним обчислювачем 5), а решта має відповідні похибки вимірювання. Тобто, перший (грубий) канал забезпечує однозначність, а другий (точний) - високу точність вимірювання частоти вхідних сигналів. Це пояснюється за допомогою фіг. 4 і фіг. 5, де наведено дискримінаційні характеристики грубого і точного каналу вимірювання та значення величин 1г , 2г і 1т , 2т . Як видно, серед множини оцінок f1T , f2T ,...fnT , отриманих другим каналом, обирається та, для якої величина fiT f0Г має найменше значення. Вимірювання частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу в умовах повної або часткової невизначеності параметрів вхідних сигналів двоканальним способом вимірювання частоти на базі фазометра інтерференційного типу, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається використанням додаткового (точного) каналу вимірювання, який забезпечує отримання множини оцінок частоти, серед яких обирається найточніша. Порівняльний аналіз способу, що заявляється, з прототипом, показує, що він відрізняється тим, що з метою визначення миттєвого значення частоти вхідних сигналів на базі фазометра інтерференційного типу використовуються (фіг. 6) додатковий фазометричниий канал точного вимірювання частоти 4 із лінією затримки 3 і спеціальний обчислювач 6, при цьому на перший вхід грубого каналу 2 подається вхідний сигнал, другий вхід грубого каналу підключений до виходу лінії затримки 1, вихід грубого каналу підключений до першого входу спеціального обчислювача 6, на перший вхід точного каналу 4 подається вхідний сигнал, другий вхід точного каналу підключений до виходу лінії затримки 3, вихід точного каналу підключений до другого входу спеціального обчислювача 6, вихід якого є виходом пристрою, що реалізує спосіб двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювань станціями радіомоніторингу, який заявляється. Таким чином, спосіб двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Перелік фігур креслень. На фігурі 1 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика випадку, коли виконується умова 1  1 та  2  1 , при fmin  f  fcp . На фігурі 2 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика випадку, коли виконується умова 1  1 і  2  1 , при fcp  f  fmax . Ha фігурі 3 показана результуюча дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика. На фігурі 4 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика грубого каналу вимірювання миттєвої частоти. На фігурі 5 показана дискримінаційна амплітудно-фазова характеристика точного каналу вимірювання миттєвої частоти. На фігурі 6 показана структурна схема пристрою двоканального вимірювання миттєвої частоти на базі фазометра інтерференційного типу. 3 UA 107253 U 5 Джерела інформації: 1. Чмых М.К. Цифровая фазометрия. М.: Радио и связь, 1993. - 624 с. 2. Валитов Р.Α., 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 10 15 Спосіб двоканального моноімпульсного вимірювання миттєвої частоти джерел радіовипромінювання станціями радіомоніторингу в умовах часткової або повної невизначеності параметрів вхідних сигналів, який відрізняється тим, що з метою підвищення точності визначення частоти вхідних сигналів на базі фазометра інтерференційного типу у структурній схемі вимірювача використовують два ідентичні фазометричні канали вимірювання частоти основний (грубий) та додатковий (точний), при цьому складові елементи основного каналу з величиною часу затримки 0г забезпечують грубе однозначне вимірювання частоти f0  fmax  fmin   F , a складові елементи додаткового каналу з величиною часу затримки 0т  0г забезпечують точне, але багатозначне, вимірювання частоти сигналу, одне з яких є * * більш близьким до істинного значення миттєвої частоти f0  f0 T джерела радіовипромінювання 20 * * та визначається за умови, що f0T  f0Г  min . 4 UA 107253 U 5 UA 107253 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 6