CC BY
113
УДК 621.396.62 (088.8)
А.В. Помазанов, Б. Д. Дикарев
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАКОНА ПЕРЕСТРОЙКИ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ РАДИОИМПУЛЬСОВ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Для решения некоторых задач, например, в радиоконтроле, необходимо обеспечить оценку и ввод в ЭВМ информации о законе внутриимпульсной частотной модуляции (ЧМ) в реальном масштабе времени для последующего использования этого параметра при идентификации и классификации сигналов.
Многообразие возможных законов изменения частоты в импульсе -линейные, нелинейные со степенной функцией частотной модуляции, составные, позволяет считать закон важнейшим информационным параметром, обеспечивающим повышение вероятности идентификации источников излучения и классификации сигналов совместно с такими параметрами, как несущая частота, длительность импульса, период следования импульсов и девиация частоты.
Закон изменения частоты в радиоимпульсе может быть оценен по результатам измерения мгновенных значений несущей частоты f в дискретные моменты времени ti, i = 1, 2, 3, ..., n. Такие измерения обеспечивают, например, акустооптические измерители параметров сигналов, дисперсионные Фурье -процессоры и другие измерители мгновенной частоты. В радиоконтроле измерения и ввод измеренных значений в ЭВМ необходимо проводить автоматически в реальном масштабе времени.
После получения массива значений fi необходимо провести построение функциональной зависимости f(t) закона изменения частоты в импульсе по дискретным значениям fi каким-либо методом интерполяции, например, параболической. Таким образом, для получения оценки закона изменения частоты в импульсе требуется проведение дополнительных операций (сложение, деление и т.п.) с результатами измерения мгновенных отсчетов частоты.
Проведение таких операций в реальном масштабе времени с отсчетами несущей частоты fi, поступающими с выхода измерителя с большой частотой следования и в большом объеме, а затем хранение в памяти функций f(t) в целях использования для классификации сигналов и идентификации источников излучения, затруднительно даже для высокопроизводительных ЭВМ, так как требует высокоскоростных устройств ввода информации, больших объемов оперативной и постоянной памяти, высокой скорости обработки информации.
Для обеспечения требуемого быстродействия оценки закона и уменьшения объема информации о законе изменения частоты в импульсе необходимо иметь оценку закона в виде одного или нескольких чисел.
Способ измерения закона перестройки несущей частоты в радиоимпульсах с частотной модуляцией заключается в измерении несущей частоты в начале и в конце импульса, вычислении среднего значения несущей частоты, как среднего арифметического от значений несущей частоты в начале и в конце импульса, измерении значения несущей частоты в середине импульса и сравнении с вычисленным ранее средним значением несущей частоты, причем, если сравниваемые значения равны, то закон изменения частоты линейный, если не равны - то нелинейный, при этом, если измеренное значение больше вычисленного, то функция изменения частоты выпуклая, если меньше - то вогнутая.
Предлагаемый способ измерения закона внутриимпульсной ЧМ основан на измерении значения средней частоты ЧМ сигнала. На рис.1 показаны два закона перестройки несущей частоты в ЧМ радиоимпульсе, кривая а) - линейный закон, кривая б) - нелинейный. Частота изменяется от начального значения & до конечного & за время длительности импульса ти = 1К - 1;0.
*0 1СР 1К
Рис.1
Для линейного закона изменения частоты в импульсе (ЛЧМ) среднее значение несущей частоты в импульсе равно:
^ = 1/2 & + и (1)
Пусть обеспечено измерение частоты в равномерные дискретные моменты времени 1^, 1 = 1, 2, ... , к. Рассмотрим значения несущей частоты в моменты времени 1;0, 1;ср и 1и, т.е. в начале, в середине и в конце импульса (см. рис.1). Измеренные значения частот равны & ^ и & (для кривой 1) и & &ср2 и ^ (для кривой 2),
соответственно. Определим значение по формуле (1) и проведем его сравнение с измеренными значениями ^ и Гср2. Сравнение можно проводить, или находя разность между этими значениями, или находя их отношение.
Очевидно, что для линейного закона изменения частоты (кривая 1):
Д1 = £р - ^1 = 0, (2)
или 81 = £р/ £р! = 1.
Для нелинейного закона изменения частоты (кривая 2) ^ Гср2, причем ^ >
^р, что характерно для выпуклого закона измерения частоты (для вогнутого закона изменения частоты в импульсе было бы обратное соотношение), т.е.:
А2 = ^"ср - £;р2 < 0, (3)
или 81 = £р/ £р2 < 1.
Таким образом, сравнение среднего арифметического значения несущей частоты в импульсе со значением несущей частоты, измеренным в момент времени, равным половине длительности радиоимпульса, характеризует отклонение закона изменения частоты от линейного, т.е. обеспечивает измерение закона перестройки частоты в радиоимпульсе.
Покажем возможность измерения закона перестройки несущей частоты в импульсе по величине отклонения значений несущей частоты в середине импульса от среднеквадратического. Сигнал со степенной функцией частотной модуляции запишем в виде:
А® • 1к+1
Я (1) = А соб
0 < 1 < ти
тИ (к + 1) _ где А - амплитуда импульса,
ю0 - начальное значение несущей частоты,
А® - девиация частоты в импульсе, к - показатель степени, ти - длительность импульса.
При этом закон изменения частоты в импульсе определяется выражением:
®(1) = ®0 + ®*к . (4) тк
с И
Тогда для времени 1 = ти/2, подставляя это значение в выражение (4), получим значение частоты:
- для линейного закона частотной модуляции:
А® /сл
®ср1 = ®0 + 2 , (5)
- для нелинейного закона частотной модуляции:
А®
®ср2 = ®0 + 2 к . (6)
Подставляя значения выражения (4) при 1 = 0 и 1 = ти (т.е. для начального и конечного значений несущей частоты) в выражение (1), получим среднеквадратическое значение несущей частоты в импульсе:
А®
®ср =®0 +-^. (7)
Тогда величина отклонения для линейного закона изменения частоты в соответствии с (2) с учетом (5) и (7) равна:
А® А®
А1 = 1ср - 1ср1 = ®0 + 2 - (®0 + 2 ) = 0,
а для нелинейного закона частотной модуляции в соответствии с (3) с учетом (6) и (7) равна:
А® А® А® А®
А2 = 1ср - 1ср2 = ®0 + 2 - (®0 + 2к ) = 2 - 2к . (
Таким образом, для линейного закона изменения частоты в импульсе величина частотного отклонения равна нулю, а для нелинейного не равна нулю и может служить оценкой закона частотной модуляции.
По выражению (8) построен график зависимости величины частотного отклонения А2 от значения показателя степени к, представленный на рис.2. Для расчетов девиация частоты А® принималась равной 10 МГц, а к изменялось в пределах от 0 до 4 с шагом 0,1. Как видно из рис.2, значения величины частотного отклонения обеспечивают однозначное измерение закона перестройки частоты в импульсе.
На рис.3 приведен пример устройства, реализующего данный способ измерения закона перестройки частоты в импульсе с частотной модуляцией.
Устройство содержит измеритель несущей частоты (ИНЧ) 1, амплитудный детектор (АД) 2, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 3, регистры 4,5,8,12, сумматор 6, первый делитель на два 7, , счетчик 9, второй делитель на два 10, устройство оперативной памяти 11, устройство сравнения 13.
öl 2 З к
Рис.2
Рис.З
