Пристрій для розділення радіоімпульсних сигналів за несучою частотою

Пристрій для розділення радіоімпульсних сигналів по несучій частоті, до складу якого входять фазоінвертор, резонансні контури, суматор, перший пороговий елемент і елемент затримки, при цьому вихід фазоінвертора через перший резонансний контур з'єднаний з першим входом суматора, вхід фазоінвертора і вхід другого резонансного контуру підключені до входу пристрою, а вихід другого резонансного контуру з'єднаний з другим C2 2 90320 1 3 При цьому висновки щодо несучої частоти роблять на підставі факту спрацьовування ПЕ, тобто спрацьовування реєструючого пристрою розглядають як показник того, що частота сигналу знаходиться в смузі пропускання радіофільтра. Цією смугою в пристроях ТРЛ визначають і задану точність розподілення сигналів за несучою частотою. Разом з тим в реальних умовах роботи смуга пропускання ТРЛ на рівні спрацьовування ПЕ може суттєво відрізнятися від смуги пропускання радіофільтра в класичному розумінні цього терміну. Так при зміні амплітуди вхідного радіоімпульсного сигналу в межах 0....60дБ над мінімальним робочим рівнем смуга частот, в якій спрацьовує пороговий елемент, розширюється більше, ніж у 3 рази, навіть за умов, коли коефіцієнт прямокутності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) використаного радіофільтра дорівнює одиниці. Суть цього явища пояснюється реакцією ланцюга з ТРЛ на бокові складові спектра сигналу. Завдяки цьому реальна точність розділення імпульсних сигналів за несучою частотою в цих пристроях значно погіршена у порівнянні з заданою. Ймовірність прийняття помилкового рішення щодо того, що несуча частота знаходиться в смузі пропускання радіофільтра в той час, коли фактично має місце значне відхилення fн відносно цієї смуги, за цих умов є дуже великою. Отже, недоліком розглянутого першого пристрою-аналогу з ТРЛ є низька достовірність розділення за несучою частотою радіоімпульсних сигналів з невідомим в місці прийому рівнем їх потужності та значенням несучої частоти. Зниження точності розділення за несучою частотою еквівалентне погіршенню частотної вибірковості пристрою. За цих умов неминуча обробка сигналів при великих частотних відхиленнях у порівнянні із заданою робочою смугою пропускання. Оскільки відгук радіофільтра за умов такого відхилення значно спотворений у порівнянні з діючим сигналом, подальша обробка таких відгуків призводить до грубих помилок розділення прийнятих сигналів по всій сукупності параметрів. Задачу розділення радіосигналів за несучою частотою з точністю до заданої смуги вирішують у другому відомому пристрої-аналозі - детекторідискримінаторі [див. Никитенко В.И. Известия ВУЗов СССР, Радиотехника, №5, 1958, стр.527; Долгополов Ю.А. Электросвязь, №1, 1972, стр.67]. Другий відомий пристрій-аналог - детектордискримінатор містить з'єднані входами фільтр смуги приймання і фільтр смуги компенсації. Смуги частот пропускання цих фільтрів стикуються і при цьому лише частково перекриваються. Виходи фільтрів через детектори підключені до схеми віднімання (обчислення різниці). Як наслідок АЧХ детектора-дискримінатора є двохполярною, завдяки чому завдання розділення вхідних радіоімпульсних сигналів за частотою заповнення зводиться до селекції вихідних відеоімпульсів за полярністю. Суттєвими недоліками другого відомого пристрою-аналогу є: відсутність можливості незалежного (окремого) регулювання параметрів основного і компенсаційного каналів; небажані зміни параметрів основного каналу, до яких призводить 90320 4 зміна ширини смуги пропускання компенсаційного каналу або коефіцієнта передавання сигналів, які діють у цій смузі; низька вірогідність розділення сигналів, які перекриваються в часі. Завдання підвищення вірогідності ділення сигналів за рахунок звуження смуги пропускання компенсаційного каналу (за умови збереження параметрів основного сигналу практично незмінними) розв'язує третій відомий аналог - пристрій для розділення радіоімпульсних сигналів по несучій частоті, описаний в патенті України на винахід №79995, МПК Н01Р1/20, Н03Н7/01, публ. 10.08.2007р., Бюл. №12. За сукупністю ознак, спільних з запропонованим винаходом, зазначений третій відомий пристрій, у якому зміна ширини смуги пропускання компенсаційних каналів практично не впливає на параметри, що характеризують основний робочий канал, прийнятий авторами як пристрій-прототип. Пристрій-прототип, як і запропонований винахід, містить резонансні контури, фазоінвертор, суматори, елемент затримки, ключ і пороговий елемент, при цьому вихід фазоінвертора через перший резонансний контур з'єднаний з першим входом суматора, вхід фазоінвертора і вхід другого резонансного контура підключені до входу пристрою, вихід другого резонансного контура з'єднаний з другим входом суматора. Крім того до складу пристрою-прототипу входять: дільник напруги, елемент різниці, амплітудний детектор, при цьому вихід фазоінвертора через другий резонансний контур підключений до одного із входів першого суматора, другий вхід якого з'єднаний з виходом третього резонансного контура, а вихід першого резонансного контура підключений до входу другого суматора, вихід якого через амплітудний детектор з'єднаний з входом дільника напруги, вихід першого суматора через елемент затримки і сигнальний вхід ключа підключений до входу пристрою, а вихід елемента різниці через пороговий елемент - до керуючого входу ключа. Двохполярна результуюча характеристика в пристрої-прототипі формується як різниця між АЧХ першого суматора і складених та зменшених за амплітудою АЧХ другого суматора. Ця характеристика, як і в детекторі-дискримінаторі, перетинає вісь частот в двох точках, якими обмежується смуга розділення сигналів за несучою частотою. Зазначений позитивний ефект пристроюпрототипу підсилений незалежним звуженням смуги пропускання АЧХ компенсаційного каналу (оскільки за цих умов зменшується ймовірність перекриття сигналів, які проходять в основній і компенсаційній смугах пристрою, у часі), а також підвищенням завадостійкості зазначеного пристрою. Рішення щодо значення несучої частоти fн та тривалості вхідних радіоімпульсів в пристроїпрототипі приймають, виходячи з наявності вихідного відгуку порогового елемента, безпосередньо. Прототип дозволяє значно знизити вірогідність систематичних помилок вимірювання (розділення за несучою частотою), пов'язаних з апріорною невизначеністю несучої частоти і рівня потужності 5 сигналів на вході. Що стосується вірогідності випадкових помилок, спричинених шумами, то вони можливі лише в разі встановлення порогової напруги обробки сигналів Uпор на рівні 58 ш, де ш - ефективна напруга шумів на вході порогового елемента. Останнє пов'язане із зниженням співвідношення сигнал/шум як за рахунок детектування сигналів, так і за рахунок присутності в пристрої-прототипі елемента різниці, в якому канальні сигнали придушуються, а потужності шумів складаються [див. Зайцев А.А. и др. «Повышение достоверности оценки параметров радиоизлучений в реальном масштабе времени». Известия ВУЗов СССР, Радиоэлектроника, том 50, №2, 2007, стр.65]. Збільшенням значення Uпор до рівня 58 ш досягають такої дозволеної кількості хибних спрацьовувань порогового елемента, яка, як правило, не перевищує двох спрацьовувань в секунду. За цих умов зниження Uпор лише на 1дБ призведе до збільшення числа хибних спрацьовувань порогового елемента приблизно на порядок, що не є прийнятними для приймальних пристроїв. Тому можливості пристрою-прототипу щодо зниження порога обробки сигналів, а отже і порогового співвідношення сигнал/шум звужені, що обмежує також можливості забезпечення високої чутливості приймального пристрою в цілому. Таким чином, недоліком пристрою-прототипу є низькі функціональні можливості щодо зниження порогового співвідношення сигнал/шум (підвищення завадостійкості). Завданням даного винаходу є поліпшення зазначеного недоліку, тобто розширення функціональних можливостей пристрою для розділення радіоімпульсних сигналів за несучою частотою щодо зниження порогового співвідношення сигнал/шум (підвищення завадостійкості). Поставлене завдання розв'язане за рахунок того, що в відомий пристрій для розділення радіоімпульсних сигналів за несучою частотою, який містить фазоінвертор, резонансні контури, суматор, пороговий елемент і елемент затримки, при цьому вихід фазоінвертора через перший резонансний контур з'єднаний з першим входом суматора, вхід фазоінвертора і вхід другого резонансного контура підключені до входу пристрою, а вихід другого резонансного контура з'єднаний з другим входом суматора, введені підсилювач радіочастотних сигналів, фільтр нижніх частот, другий пороговий елемент, блок керуючих сигналів, підсилювач відеосигналів, N- розрядний двоїчний лічильник імпульсів, блок ключів та блок цифрових дискримінаторів, при цьому вихід суматора через підсилювач радіочастотних сигналів з'єднаний із входом порогового елемента, вихід якого підключений до першого входу блока керуючих сигналів і до входу фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот через підсилювач відеосигналів і другий пороговий елемент з'єднаний з входом елемента затримки, перший вихід блока керуючих сигналів з'єднаний з першим (рахунковим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів, а другий вихід блока керуючих сигналів підключений 90320 6 до керуючого входу блока ключів, вихід j-гo, де j=1, 2,...N, розряда N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів через відповідний j-ий сигнальний вхід блока ключів підключений до аналогічного входу блока цифрових дискримінаторів, вихід якого є першим виходом пристрою, вихід елемента затримки з'єднаний з другим входом блока керуючих сигналів і підключений до другого виходу пристрою, а третій вихід блока керуючих сигналів з'єднаний з другим (керуючим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів. На теперішній час авторам і заявнику невідомі пристрої, які характеризуються сукупністю ознак, що забезпечують розв'язання завдання, аналогічного поставленому даним винаходом, тому запропоноване технічне рішення відповідає критеріям "новизна" і "винахідницький крок". Запропонований пристрій охарактеризовано (див. формулу винаходу) цілісною сукупністю взаємно пов'язаних між собою ознак як обмежувальних, які включають відомі блоки і зв'язки між ними (а саме: фазоінвертор, резонансні контури, суматор, пороговий елемент і елемент затримки, при цьому вихід фазоінвертора через перший резонансний контур з'єднаний з першим входом суматора, вхід фазоінвертора і вхід другого резонансного контура підключені до входу пристрою, а вихід другого резонансного контура з'єднаний з другим входом суматора), так і відрізняльних, які включають нові введені блоки і зв'язки між ними (а саме: підсилювач радіочастотних сигналів, фільтр нижніх частот, другий пороговий елемент, блок керуючих сигналів, підсилювач відеосигналів, N- розрядний двоїчний лічильник імпульсів, блок ключів та блок цифрових дискримінаторів, при цьому вихід суматора через підсилювач радіочастотних сигналів з'єднаний із входом порогового елемента, вихід якого підключений до першого входу блока керуючих сигналів і до входу фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот через підсилювач відеосигналів і другий пороговий елемент з'єднаний з входом елемента затримки, перший вихід блока керуючих сигналів з'єднаний з першим (рахунковим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів, а другий вихід блока керуючих сигналів підключений до керуючого входу блока ключів, вихід j-гo, де j=1, 2,...N, розряда N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів через відповідний j-ий сигнальний вхід блока ключів підключений до аналогічного входу блока цифрових дискримінаторів, вихід якого є першим виходом пристрою, вихід елемента затримки з'єднаний з другим входом блока керуючих сигналів і підключений до другого виходу пристрою, а третій вихід блока керуючих сигналів з'єднаний з другим (керуючим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів). Усі введені блоки є загально відомими радіотехнічними пристроями і елементами, кожний з яких, окремо введений до зазначеної сукупності відомих блоків, не забезпечує розширення функціональних можливостей пристрою щодо зниження порогового співвідношення сигнал/шум (можливо навіть порушує роботоздатність пристрою). Лише в даній сукупності, взаємодіючи між собою і з об 7 межувальними ознаками, нові введені пристрої і їх зв'язки здатні створити новий результат - забезпечити виконання завдання, поставленого винаходом. Тобто очевидно, що кожна із зазначених ознак, як і всі ознаки цілісної сукупності, завдяки причинно-наслідковому зв'язку між ними, є необхідною в даній сукупності. При цьому повна сукупність ознак винаходу, визначена його формулою, є необхідною і достатньою саме для того, щоб забезпечити виконання завдання, поставленого винаходом. Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких наведені: Фіг.1 – Блок - схема пристрою для розділення радіоімпульсних сигналів за несучою частотою; Фіг.2 - Блок керуючих сигналів; Фіг.3 - Блок ключів; Фіг.4 - Блок цифрових дискримінаторів; Фіг.5 - Часові діаграми напруг. Пристрій для розділення радіоімпульсних сигналів за несучою частотою (Фіг.1) складається з фазоінвертора 1, першого резонансного контура 2, другого резонансного контура 3, суматора 4, підсилювача радіочастотних сигналів 5, першого порогового елемента 6, фільтра нижніх частот 7, підсилювача відеосигналів 8, другого порогового елемента 9, елемента затримки 10, блока керуючих сигналів 11, N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів 12, блока ключів 13 і блока цифрових дискримінаторів 14. Вхід фазоінвертора 1 через перший резонансний контур 2 з'єднаний з першим входом суматора 4, вхід фазоінвертора 1 і вхід другого резонансного контура 3 з'єднані в загальну точку, яка є входом пристрою, а вихід другого резонансного контура 3 з'єднаний з другим входом суматора 4. Вихід суматора 4 через підсилювач радіочастотних сигналів 5 з'єднаний із входом порогового елемента 6, вихід якого підключений до першого входу блока керуючих сигналів 11 і до входу фільтра нижніх частот 7. вихід фільтра нижніх частот 7 через підсилювач відеосигналів 8 і другий пороговий елемент 9 з'єднаний з входом елемента затримки 10. Перший вихід блока керуючих сигналів 11 з'єднаний з першим (рахунковим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів 12, а другий вихід блока керуючих сигналів 11 підключений до керуючого входу блока ключів 13. Вихід j-гo, де j=1, 2,...N, розряда N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів 12 через відповідний j-ий сигнальний вхід блока ключів 13 підключений до аналогічного входу блока цифрових дискримінаторів 14, вихід якого є першим виходом пристрою. Вихід елемента затримки 10 з'єднаний з другим входом блока керуючих сигналів 11 і підключений до другого виходу пристрою, третій вихід блока керуючих сигналів 11 з'єднаний з другим (керуючим) входом N- розрядного двоїчного лічильника імпульсів 12. Всі блоки та елементи запропонованого пристрою апаратурно реалізовані за відомими схемами з використанням широко доступної елементної бази промислового виготовлення. На Фіг.2 наведено можливий варіант побудови блока керуючих сигналів 11. Блок 11 містить закритий в початковому стані ключ 15 і відкритий в 90320 8 початковому стані ключ 16, формувачі коротких імпульсів 17 і 18, RS тригер 19, елемент затримки 20 і формувач строба 21. Ключі 15 і 16, формувачі коротких імпульсів 17 і 18 можуть виконуватись на цифрових елементах ТТЛ логіки згідно із схемами логічного множення та складання. Формувач строба 21 може бути реалізованим за схемою очікувального мультивібратора. На Фіг.3 наведено варіант побудови блока ключів 13, який складається з ключів 22, реалізованих за схемою логічного множення на цифрових елементах ТТЛ логіки. На Фіг.4 наведено можливий варіант побудови блока цифрових дискримінаторів 14. До складу зазначеного блока входять: формувач N- розрядного двоїчного коду X 01 23 і формувач N- розрядного двоїчного коду X 02 24, порівнювачі кодів 25 і 26, ключі „АБО" 27 і 28 та ключ „І" 29. Формувачі 23 і 24, а також складові елементи ключів 27, 28, 30 можуть реалізовуватись на мікросхемах ТТЛ логіки. Порівнювачі кодів 25 і 26 також можуть бути реалізовані на мікросхемах ТТЛ логіки, наприклад, на мікросхемах типу 533СП1, мікросхемах виробу „АЛЬТЕРА" та їм подібних. На Фіг.5 наведені часові діаграми напруг, які пояснюють роботу пристрою. На Фіг.5 зазначено: 30 - суміш радіоімпульсного сигналу тривалістю т з шумом на вході пристрою; 31 - суміш 30 на виході суматора 4; 32 - напруга на виході підсилювача 5; 33 - імпульси на виході порогового елемента 6; 34 - імпульс на виході формувача строба 21 блока керуючих сигналів 11; 35 - напруга на виході елемента затримки 20 блока керуючих сигналів 11; 36 - напруга на виході RS тригера 19 блока керуючих сигналів 11; 37 - напруга на виході формувача коротких імпульсів 18 блока керуючих сигналів 11; 38 - огинаюча радіоімпульса на виході підсилювача відеосигналів 8; 39 - сигнал на виході другого порогового елемента 9; 40 - сигнал на виході ключа 15 блока керуючих сигналів 11; 41 - імпульс на виході логічного перемножувача 29 блока цифрових дискримінаторів 14 (імпульс на першому виході пристрою); 42 - сигнал на виході елемента затримки 10 (імпульс на другому виході пристрою); 43 - імпульс на виході формувача 17 блока керуючих сигналів 11 (імпульс, який повертає RS тригер в початковий стан); - тривалість вхідного радіоімпульса, Uпор.1 , Uпор.2 - рівні спрацьовування першого порогового елемента 6 і другого порогового елемента 9 відповідно; t1 і t 2 - відповідно початковий і кінцевий моменти часу формування вимірювального строба тривалістю Tc ; 9 90320 10 t 3 і t 4 - відповідно початковий і кінцевий моменти часу передачі кода числа, записаного в лічильнику 12; t 5 і t 6 - відповідно моменти встановлення лічильника 12 і RS тригера 19 блока керуючих сигналів 11 в початковий стан. Як видно з наведеного, поставлене винаходом завдання досягається, з одного боку, виключенням із схеми пристрою елементів, які здійснюють детектування та вираховують вхідну суміш сигналу з шумом, а з другого боку, - виключенням способу вимірювання параметрів сигналів безпосередньо по вихідним відгукам порогового елемента. Перше з зазначеного реалізується завдяки встановленню порогового елемента 6 безпосередньо на виході лінійної частини пристрою, до складу якої входять: фазоінвертор 1, перший резонансний контур 2, другий резонансний контур 3, суматор 4 та підсилювач 5. Друге ж забезпечується використанням в запропонованому пристрої елементів аналогової і цифрової обробок сигналів. Аналогова обробка здійснюється за допомогою послідовно з'єднаних між собою ФНЧ 7, підсилювача 8, другого порогового елемента 9 і елемента затримки 10. Цифрова обробка здійснюється в ланцюгу, до складу якого входять послідовно з'єднані між собою блок керуючих сигналів 11, N- розрядний двоїчний лічильник імпульсів 12, блок ключів 13 і блок цифрових дискримінаторів 14. Завдяки такій побудові (на відміну від пристроюпрототипу, де формування інформації щодо fн здійснюється безпосередньо згідно з вихідним відгуком порогового елемента), інформація щодо fн формується наступним чином. В початковий момент надходження вхідного сигналу з тривалістю на виході формувача строба 21 блока керуючих сигналів 11 генерується вимірювальний строб тривалістю c < . На проміжку часу Tc ро відносно мало залежить від рівня вхідного сигналу та співвідношення сигнал /шум на вході порогового елемента. Це дозволяє знизити рівень спрацьовування порогового елемента до деякого числа похибкових спрацьовувань m