Контрольная работа: Теоретические основы радиоэлектронной разведки

Для исключения зависимости длительности от амплитуды необходимо увеличить крутизну колебания в области переходов через нуль. Это достигается за счет усиления сигнала в усилителе (У), его ограничения в ограничителе (Огр) на определенном уровне (рис. 40,б) и дифференцирования полученного сигнала дифференцирующей цепью (ДЦ). Для управления работой последующего ключа (Кл) обычно используют типовой узел (рис. 40,в), на вход которого через диоды Д проходят только импульсы отрицательной полярности, на последние реагируют триггеры Тг.

При достаточно больших значениях коэффициента передачи усилителя форма ограниченного сигнала близка к прямоугольной, т. е. можно считать, что передний фронт импульсов после дифференцирующей цепи практически совпадает с моментами перехода измеряемого напряжения через нулевой уровень (рис. 40, б).

Вариант структурной схемы устройства измерения периода Тх показан на рис. 41, а. В устройстве используется заполнение периода Тх импульсами опорной частоты f0 от генератора импульсов ГИ (рис. 41, б). Если на счетчик ЦС поступило N импульсов, то .

а

б

в

Рис. 40. Структурная схема устройства измерения периода синусоидальных колебаний (а), его временная диаграмма работы (б) и структурная схема типового триггерного узла (в)

а б

Рис. 4 Структурная схема устройства измерения периода синусоидальных колебаний (а) и временные графики его работы (б)

Относительная погрешность квантования в процентах D=100/N=100Т0/Тх=100fх/f0, т. е. растет прямо пропорционально fх. Поэтому временное преобразование применимо для измерения параметров только низкочастотных процессов (примерно до 1000 Гц).

Нижний предел по частоте определяется емкостью счетчика, например, при Nmах= 106 и f0=106 Гц , fх min =1 Гц.

.3 Аналоговые устройства измерения временных параметров сигналов

Для измерения периода следования импульсов Тп используют различные устройства. Структурная схема одного из таких устройств [4] приведена на рис. 42. Принцип действия устройства поясняется графиками, приведенными на рис. 43.

Рис. 42. Структурная схема устройства измерения периода следования импульсов

Рис. 43. Графики, поясняющие принцип действия устройства измерения периода следования импульсов

Входной импульс поступает на первую дифференцирующую цепочку (ДЦ1), исключающую влияние длительности входных импульсов на работу схемы. Первый положительный импульс ДЦ1 запускает схему формирования импульса подсвета (ИП). Импульсы подсвета подаются на управляющий электрод электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Яркостная отметка на экране трубки появляется только в момент поступления импульсов подсвета. Параллельно импульсы подсвета подаются на вторую дифференцирующую цепочку (ДЦ2). Отрицательный импульс ДЦ2 запускает схему формирования импульсов разряда (ИР). Импульсы разряда подаются на схему развертки (СР).

Рассматриваемое устройство позволяет определить период следования по двум соседним импульсам.

.4 Определение вида и параметров модуляции непрерывных сигналов

В современных РЭС широко используют АМ и ЧМ-радиосигналы. Для определения вида модуляции необходимо принятый сигнал подать одновременно на амплитудный (АД) и частотный (ЧД) детекторы [4]. В последнем случае необходимо предварительно ограничить сигнал по амплитуде в усилителе-ограничителе (УО). Структурная схема устройства, применяемого для определения параметров модуляции непрерывных сигналов, изображена на рис. 44. С выходов АД и ЧД напряжение поступает на коммутатор (К).

Рис. 44. Структурная схема устройства измерения параметров модуляции непрерывных сигналов

Если на вход разведывательного приемника поступает частотно-модулированный (ЧМ) сигнал, то на выходе ЧД будет переменное напряжение, а на выходе АД - постоянное. Если на вход приемника поступает амплитудно-модулированный (АМ) сигнал, то наоборот. Форму и параметры модулирующего напряжения непрерывных сигналов можно определить, используя ЭЛТ. На вертикально отклоняющую систему подается переменное напряжение с выхода АД или ЧД. На управляющий электрод трубки поступают сигналы генератора масштабных меток (ГММ), модулирующие луч по яркости.

Период модулирующего напряжения разведываемых сигналов определяют с помощью калибрационных меток ГММ.

При неточной настройке приемника на частоту разведываемого сигнала его частотная модуляция вызывает паразитную амплитудную модуляцию (АМ) выходных сигналов. В свою очередь, АМ не проявляется на выходе ЧД только при идеальном ограничении принимаемых сигналов по амплитуде. Указанные факторы снижают точность измерений.

Одним из методов определения угловых координат и автоматического сопровождения цели по направлению, используемых в РЛС, является метод конического сканирования [4]. При этом методе информация о координатах цели содержится в огибающей амплитуды радиосигналов, отраженных от нее, и ее фазе.

Структурная схема устройства, предназначенного для измерения частоты сканирования диаграммы направленности антенны разведываемого РЭС, представлена на рис. 45.

Рис. 45. Структурная схема устройства измерения частоты сканирования диаграммы направленности антенны

Входные радиосигналы, модулированные по амплитуде с частотой сканирования, с выхода усилителя поступают на детектор. Последний выделяет огибающую частоты модуляции, которая подается на фильтр. Ширина полосы пропускания фильтра определяется возможным диапазоном частот сканирования разведываемых РЭС.

Рис. 46. Графики, поясняющие принцип действия устройства частоты сканирования

Выделенная огибающая может быть использована для измерения частоты сканирования или для модуляции помеховых сигналов (рис. 46) при создании радиопомех РЭС.

При определении частоты сканирования в качестве выходных устройств можно использовать различные схемы измерителей частоты - цифровые измерители частоты или индикаторы на ЭЛТ.

.5 Анализ спектров радиоизлучений

Цифровые методы и устройства спектрального анализа. Спектр электромагнитного излучения в некотором диапазоне частот определяется совокупностью амплитуд напряжений различных частот. Следовательно, устройства анализа спектров должны обеспечивать измерение амплитуды и частоты каждой гармоники исследуемого процесса.

При частотном анализе периодический радиосигнал может быть представлен рядом Фурье:

где Сm - амплитуда: , ω0 - несущая частота, Ω -частота повторения, ψm - начальная фаза.

Сигнал u(t) и его спектральная плотность U(ω) взаимно-однозначно связаны обратным и прямым преобразованием Фурье [28]:

, .

В практике исследования сигналов типична такая ситуация [28]: непрерывный сигнал s(t) на интервале времени (0,Т) описывается своими отсчетными значениями, взятыми соответственно в моменты времени (0,Δ,…(М-1)Δ). Массив этих чисел, вещественных или комплексных, является той единственной информацией, по которой можно судить о спектральных свойствах сигнала. Методика изучения таких дискретных сигналов состоит в том, что полученная выборка отсчетных значений мысленно повторяется бесчисленное число раз. В результате сигнал становится периодическим. Периодические сигналы всегда имеют дискретные спектры, образованные равноотстоящими спектральными линиями. Структурная схема цифрового анализатора спектра [4] изображена на рис. 47.

Для обработки отсчетов по алгоритму дискретного преобразования Фурье (ДПФ) необходимо накопить реализацию длительностью Т, то есть М отсчетов сигнала.

Рис. 47. Структурная схема цифрового анализатора спектра

Алгоритм ДПФ позволяет по временным отсчетам определить комплексный дискретный спектр :

, ,

,

где h - весовой коэффициент, определяемый объемом выборки. Это осуществляется буферным накопителем, на вход которого поступают кодовые комбинации с выхода АЦП. После умножения анализируемой реализации на требуемую выделяющую функцию отсчеты сигнала поступают в блоки, производящие вычисления по алгоритму ДПФ, и по полученным отсчетам комплексного спектра рассчитываются коэффициенты спектра амплитуд Сm. При этом объем вычислений, а, следовательно, и время, затраченное на него, определяется числом одновременно обрабатываемых отсчетов М.

Результаты окончательного вычисления спектра сигнала могут индицироваться на ЭЛТ так же, как в аналоговом спектроанализаторе, и могут быть использованы для дальнейшей автоматизированной обработки результатов спектральных измерений.

В настоящее время разработаны алгоритмы быстрого преобразования Фурье, позволяющие сократить время вычислений.

Аналоговые устройства спектрального анализа. Спектральный анализ сигналов осуществляется параллельными, последовательными и комбинированными устройствами.

Сущность параллельного частотного анализа [4] заключается в том, что все частотные составляющие в определенной полосе частот, называемой полосой обзора, выявляются одновременно и практически мгновенно.

Структурная схема параллельного устройства приведена на рис. 48. В широкополосном тракте (ШПТ), в состав которого входят все каскады от входной цепи до смесителя, происходит усиление составляющих анализируемого спектра до уровня, необходимого для нормальной работы последующих элементов анализатора. В смесителе (См) спектр преобразуется в область более низких (обычно промежуточных) частот, которые поступают в узкополосные фильтры. Каждый фильтр откликается на воздействие частотной составляющей, находящейся в пределах его полосы пропускания. Точность измерения частот спектральных составляющих будет определяться шириной полосы пропускания каждого фильтра. Общее число фильтров должно быть таким, чтобы их суммарная полоса пропускания равнялась полосе обзора.

Рис. 48. Анализатор спектра сигналов параллельного типа

Сущность последовательного частотного анализа [4] состоит в том, что частотные составляющие исследуемого радиоизлучения в определенной полосе обзора выявляются последовательно. Широко используются панорамные устройства с перестройкой резонатора (рис. 49) и с перемещением спектра по оси частот. В процессе перестройки резонатора его частота, плавно изменяясь, последовательно совпадает с частотными составляющими исследуемого радиоизлучения.

Для определения частоты каждой составляющей спектра и частотного интервала между ними перестройка резонатора должна быть согласована по времени с процессом отображения результатов анализа на индикаторе. Для этого используется генератор развертки (ГР), обеспечивающий перестройку резонатора синхронно с горизонтальной разверткой луча на индикаторе. В качестве индикатора применяют ЭЛТ. На экране ЭЛТ будут наблюдаться импульсы, которые расположены вдоль линии развертки соответственно частотным составляющим исследуемого процесса.

Рис. 49. Анализатор спектра сигналов последовательного типа

Устройства последовательного спектрального анализа применяют при исследовании процессов, характер которых изменяется достаточно медленно по сравнению со временем ведения анализа. При исследовании быстро меняющихся процессов или кратковременных радиоизлучений последовательный анализ возможен лишь при их периодическом повторении причем периодичность повторения должна быть выше или во всяком случае соизмерима с периодом просмотра полосы обзора.

Комбинированный частотный анализ [4] основан на комплексном использовании в одном панорамном устройстве параллельного и последовательного анализаторов спектров. При комбинированном анализе можно реализовать преимущества каждого анализатора, сочетая их в различных вариантах. Анализ ведется одновременно с помощью большого числа резонаторов, но напряжение с них снимается последовательно (поочередно) (рис. 50). Комбинированный анализ используется в тех случаях, когда необходимо сократить время анализа или когда последовательный анализ невозможен из-за очень широкой общей полосы обзора. Физические процессы в резонансных системах комбинированных устройств не отличаются от процессов в параллельных и последовательных устройствах комбинированного типа.

Рис. 50. Структурная схема панорамного анализатора

Литература

1. Нелинейная динамика и управление. Выпуск 5; ФИЗМАТЛИТ - Москва, 2007. - 400 c.

. Александровская А.Н. Автоматика. 2-е изд., стер. Александровская А.Н.; Гостехиздат - Москва, 2013. - 996 c.

. Андреев В. А., Бурдин А. В., Кочановский Л. Н., Портнов Э. Л., Попов В. Б. Направляющие системы электросвязи. В 2 томах. Том 2. Проектирование, строительство и техническая эксплуатация; Горячая Линия - Телеком - Москва, 2010. - 424 c.

. Андреев В. А., Портнов Э. Л., Кочановский Л. Н. Направляющие системы электросвязи. В 2 томах. Том 1. Теория передачи и влияния; Горячая Линия - Телеком - Москва, 2009. - 424 c.

. Антипов Б. Л., Сорокин В. С., Терехов В. А. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы; Лань - Москва, 2003. - 208 c.

. Галперин В. А., Данилкин Е. В., Мочалов А. И. Процессы плазменного травления в микро- и нанотехнологиях; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2010. - 288 c.

. Гольдштейн Б. С. Системы коммутации. Учебник для вузов; БХВ-Петербург - Москва, 2004. - 318 c.

. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы; Дрофа - Москва, 2006. - 720 c.

. Громов Д. Г., Мочалов А. И., Сулимин А. Д., Шевяков В. И. Металлизация ультрабольших интегральных схем; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2009. - 280 c.

. Дмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос. Новые носители информации для систем связи; ФИЗМАТЛИТ - Москва, 2002. - 252 c.

. Дмитриев В. И., Григорян В. Л., Катенин В. А. Навигация и лоция; Моркнига - Москва, 2009. - 472 c.

. Егупов Н.Д., Пупков К.А. (Ред.) Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 томах. Том 5. Методы современной теории автоматического управления; МГТУ им. Н. Э. Баумана - Москва, 2004. - 784 c.

. Запечников С. В., Милославская Н. Г., Толстой А. И., Ушаков Д. В. Информационная безопасность открытых систем. В 2 томах. Том 2. Средства защиты в сетях; Горячая Линия - Телеком - Москва, 2008. - 560 c.

. Казеннов Г. Г. Основы проектирования интегральных схем и систем; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2005. - 296 c.

. Калугин Н. Г. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций; Академия - Москва, 2011. - 192 c.

. Козачок В. И., Семкин С. Н., Крюков О. В., Смирнов С. В., Карнаев Ю. С. Теоретические основы построения систем документальной электросвязи; Горячая Линия - Телеком - Москва, 2011. - 248 c.