СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИНЕЙНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к способам определения передаточных функций (ПФ) линейных радиоэлектронных и радиотехнических систем, включая естественные и искусственные радиоканалы различных диапазонов.

ПФ является исчерпывающей характеристикой линейной стационарной системы, к которым относятся радиотехнические системы, радиоэлектронные устройства, радиоканалы различных диапазонов и пр.

ПФ определяет результат (выходной сигнал) воздействия на систему при известном воздействии (входной сигнал).

Если S(ω) - спектр входного сигнала, то спектр выходного сигнала G(ω) определяется соотношением

G(ω)=H(ω)S(ω),

где Н(ω) - ПФ системы.

Известен способ определения ПФ измерительных систем [1], заключающийся в том, что на вход измерительной системы последовательно подают гармонические сигналы различных частот, измеряют выходные сигналы измерительной системы на каждой из частот и определяют ПФ системы, например, путем цифровой обработки дискретных отсчетов выходного сигнала.

Метод обладает недостатками: измерения необходимо проводить много раз, если требуется диапазон частот, при этом, поскольку фаза измеряется с точностью до 2π, восстановление непрерывной фазы требует либо дополнительных многократных измерений, либо каких-либо приближений.

Другой способ измерения ПФ [2] основан на использовании сигнала, подобного белому шуму, с широким спектром. Измеряют спектр выходного сигнала на различных частотах и делят на спектр входного сигнала. Это также требует детального знания спектра выходного сигнала на многих частотах, плюс к этому способ неустойчив в частотных областях, где спектр входного сигнала близок к нулю (деление на ноль).

К предлагаемому техническому решению наиболее близок способ, основанный на том, что на вход системы подают линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал, у которого спектр во всей полосе частот отличен от нуля [3], на выходе системы сигнал сжимают по частоте. Сжатие по частоте заключается в умножении на такой же ЛЧМ сигнал, сдвинутый по частоте, с последующей фильтрацией полосовым фильтром, отсекающим суммарные частоты. Результат содержит разностные частоты опорного сигнала и сигнала, прошедшего через систему.

Из сигнала разностной частоты выделяют короткие временные отрезки и делают преобразование Фурье для каждого сигнала отрезка. Результат преобразования Фурье отрезка сигнала разностной частоты эквивалентен результату прохождения системы комплексным сигналом, огибающая которого равна спектру временного окна, которым вырезается отрезок сигнала. Способ требует многократных определений спектра выходного сигнала, вырезанного временным окном, и тем самым эквивалентен методам с многократным пропусканием через систему монохроматических сигналов разных частот. Кроме того, полученный спектр делят на текущий спектр временного окна. Результат преобразования Фурье отождествляется с передаточной функцией радиоканала. Описанный способ требует многократного вычисления спектров и содержит операцию деления, которая даже в цифровой форме является неустойчивой в областях малости знаменателя. Это приводит к неопределенности значений ПФ и большим ошибкам в частотных областях, где мала передаточная функция фильтра. Фаза получаемой функции определена с точностью до слагаемого, кратного 2π, поэтому приходится вычислять спектры вырезанных полосок с мелким шагом по частоте, что приводит к увеличению количества операций.

Предлагаемое техническое решение основано на том, что при пропускании через систему ЛЧМ сигнала с последующим сжатием его по частоте выход полосового фильтра на промежуточной частоте соответствует сигналу, совпадающему с ПФ системы, но с дополнительной квадратичной фазой, что является следствием влияния квадратичности фазы входного сигнала. Этот сигнал совпадал бы с ПФ, если бы фильтр промежуточной частоты имел характеристику, равную единице, и отсутствовала квадратичная фаза.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На вход системы подают линейно-частотно-модулированный сигнал в заданном диапазоне частот. На выходе системы выходной сигнал сжимают по частоте, то есть умножают на такой же ЛЧМ сигнал, сдвинутый по частоте на величину промежуточной частоты, и пропускают через фильтр промежуточной частоты, который отсекает суммарные частоты сигнала, прошедшего систему, и опорного. Далее сигнал с выхода фильтра промежуточной частоты пропускают через корректирующий фильтр, который компенсирует действие фильтра промежуточной частоты и квадратичную фазу. Воспользовавшись тем, что действие фильтров перестановочно, на выходе фильтра получают функцию времени u(t)=H₁(ω₀+βt), где t – время, β - скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала, ω₀ - начальная частота, H₁ - функция частоты, совпадающая с передаточной функции системы в полосе частот исходного сигнала.

Техническим результатом является обеспечение возможности измерения ПФ при сокращении числа независимых измерений.

Источники информации

1. RU патент 2142141, G01R 27/28, H04R29.

2. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. Пер. с франц. - М.: Мир, 1983. - Т. 1. 312 с.

3. Михайлов С.Я. Моделирование отклика анализатора спектров вертикального ЛЧМ-ионозонда и восстановление передаточной функции в области полупрозрачности Е-слоя ионосферы // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2001. Т. 44, 8. С. 933-944.