Измерение частоты импульсного сигнала, ...кто-нибудь встречался с такой задачей? (+) Опции

[TheMad]

... Надо померить частоту импульсного сигнала. В общем случае - по одному радиоимпульсу, который может возникнуть на любой частоте от 1220 до 1300 МГц, длительность импульса 300 мкс. Таких импульсов может возникнуть несколько одновременно, тогда если получится измерить частоту наибольшего по уровню, то будет хорошо. Необходимая точность измерения - плюс-минус 50 кгц вполне достаточно, но не больше. Уровень входного сигнала может быть от -70 дбм до где-то 0 дбм.
Пока в замученный мозг приходит только одна идея-гетеродинирование вниз фильтрация, усиление-ограничение, счет.
Буду благодарен за любые идеи по поводу, даже самые бредовые на первый взгляд.

[TheMad]

Долго не заходил сюда, а ответов-то накопилось...сейчас все почитаю. Спасибо огромное всем!

2 Nicom:

1) Результат- в любом виде, хоть просто в двоичном коде измеренную частоту. Главное-померить.
2) Если Вы делали что-либо для "мгновенного" обнаружения-очень рад буду если посмотрите. Нашелся тут процессор, AD TigerSHARC, шустрый, но очень дорогой. Вот еще кто написал бы под него...
3) Регулировка усиления при необходимости будет осуществляться аналоговым способом.

2 Blackfin:

Вот бы мне еще программистом быть... было бы вообще хорошо. Может быть кто-то здесь мог бы заняться? предложения- в личку.

[Mirabella]

Долго не заходил сюда, а ответов-то накопилось...сейчас все почитаю. Спасибо огромное всем!

2 Nicom:

1) Результат- в любом виде, хоть просто в двоичном коде измеренную частоту. Главное-померить.
2) Если Вы делали что-либо для "мгновенного" обнаружения-очень рад буду если посмотрите. Нашелся тут процессор, AD TigerSHARC, шустрый, но очень дорогой. Вот еще кто написал бы под него...
3) Регулировка усиления при необходимости будет осуществляться аналоговым способом.

1.Хорошо было-бы , если бы Вы указали еще требуемое разрешение по частоте и максимальное количество сигналов, одновременно обрабатываемых.

2.Считаю необходимым обратить Ваше внимание на то, что предлагаемые здесь ВСЕ "простые" способы измерения импульсного многочастотного сигнала в динамическом диапазоне 70 дБ нереальны и заведомо неработоспособны.
Один только пример: из Вашей первоначальной постановки задачи буквально следует, что на вход устройства могут поступать 2 и более сигнала с уровнем мощности 1 мВт.
Эта мощность соизмерима с мощностью гетеродина большинства смесителей.
Например, если на вход поступают всего два сигнала с частотами 1.25 и 1.3 ГГц, то Ваше устройство будет регистрировать еще "наличие" сигналов 1.2 и 1.35 ГГц. Причем уровень их будет заметно больше минус 70 дБвт.

3. Кроме того, при таком динамическом диапазоне необходимо будет обеспечить большой "динамический диапазон по комбинационным каналам приёма".
Обращаю Ваше внимание и внимание уважаемых коллег на тот факт, что характеристикой фильтра, используемого в диапазоне СВЧ является не только его полоса пропускания, а в большей степени полосы заграждения. По этой причине выражение типа "на вход поставим фильтр от....до..." смысла не имеет. Связано это с тем, что фильтры низкочастотных диапазонов, выполненные на "сосредоточенных элементах", "не напрягают" своими ложными побочными полосами. В то время как фильтры СВЧ диапазона, выполненные на "распределенных элементах", имеют т.н. ложные полосы пропускания, которые позволяют "обеспечивать приём по комбинационным каналам приёма".
Поэтому говорить о "пачке сигарет" можно только в приступе энтузиазма. Один входной фильтр будет иметь заметно большие габариты. Потому, что это будет не фильтр, а система фильтров.
Опасность такого приёма заключается в том, что оконечное устройство (пусть оно хоть трижды ЦОС, ПЛИС и DD) не отличает сигналы по "основному" и "комбинационным" каналам приёма.
Еще пример: Вы выбрали ПЧ 400 МГц и "нижнюю" настройку гетеродина. Это означает, что для приёма сигнала с частотой 1.5 ГГц частота гетеродина должна быть равна 1.1 ГГц.
Ваш аппарат зарегистрирует сигнал с этой частотой. Но он так-же зарегистрирует сигнал, пришедший на частоте 2.6 ГГц, как сигнал, пришедший на частоте 1.5 ГГц! (Из значения второй гармоники гетеродина вычтете 1.8 ГГц Вы получите те-же самые 0.4 ГГц).
Точно так-же необходимо рассмотреть совокупность гармоник сигналов и гетеродина хотя-бы не более3-х. Многие из них будут "попадать в ложные полосы"


4. Все эти сложности (если Вам это интересно, я могу поподробнее) связаны с наличием на входе смесителя, совершенно необходимого при преобразовании частоты.
Совокупность характеристик практически любого смесителя такова, что "напрямую" их НИКАК НЕЛЬЗЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ В СОСТАВЕ МНОГОЧАСТОТНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ С БОЛЬШИМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ! Здесь я уже молчу про входной усилитель с ДД 70 дБ.
Здесь я подняла всего один, не самый сложный вопрос реализации Вашего устройства.
Только из экономии времени.

5. Для практического решения задачи Вам необходимо использовать т.н. "уточнение" частоты, позволяющее обеспечить заданную точность .
Что касается ДД 70 дБ, думаю, что "напрямую" можно расчитывать на 25...30 дБ. Выше уже надо делать "систему", например, ставить т.н. "штаны".

6. Я уже указала один из путей решения задачи: использование акустооптики. Хочу подчеркнуть: совсем не утверждаю, что на выходе акустооптической части будут коды частот.
Её применение позволить сделать сравнительно несложный аппарат с высокими характеристиками.

7. Последнее. Ваша задача имеет "кажущююся простоту".
Если сочтете нужным, сообщите побольше требуемых характеристик, постараюсь помочь более конкретно, т.к. имею многолетний опыт разработки подобного рода устройств.

Еще можно полезное почитать:

"Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки"
С.А. Вакин, Л.Н. Шустов, М, "Советское радио", 1968 г.
(Для Вас : стр.396 "Беспоисковые способы определения частоты" )

(Прошу прощения уважаемых коллег за то , что постоянно предлагаю старенькие книги. Других у меня нет, сейчас выпускают в основном цветастую макулатуру, да и сама я уже старенькая)

[TheMad]

[quote name='Mirabella' date='Mar 5 2007, 20:41' post='219727']
[quote name='TheMad' post='219699' date='Mar 5 2007, 19:24']

Спасибо огромное, Мирабелла, за внимание к теме. По существу заданных вопросов:


1.Хорошо было-бы , если бы Вы указали еще требуемое разрешение по частоте и максимальное количество сигналов, одновременно обрабатываемых.


Разрешение по частоте - 200 кГц, количество одновременно обрабатываемых сигналов-не больше десятка.


2.Считаю необходимым обратить Ваше внимание на то, что предлагаемые здесь ВСЕ "простые" способы измерения импульсного многочастотного сигнала в динамическом диапазоне 70 дБ нереальны и заведомо неработоспособны.
Один только пример: из Вашей первоначальной постановки задачи буквально следует, что на вход устройства могут поступать 2 и более сигнала с уровнем мощности 1 мВт.
Эта мощность соизмерима с мощностью гетеродина большинства смесителей.
Например, если на вход поступают всего два сигнала с частотами 1.25 и 1.3 ГГц, то Ваше устройство будет регистрировать еще "наличие" сигналов 1.2 и 1.35 ГГц. Причем уровень их будет заметно больше минус 70 дБвт.


Согласен. Вообще, требования по динамическому диапазону можно сильно упростить, вплоть до того что устройство должно измерять частоту самого сильного сигнала. При реальной работе там появится несколько сигналов, потом сильные будут исчезать и оставаться более слабые. Ложные срабатывания на зеркальные частоты - не проблема, так как появление на входе устройства сигналов вне рабочей полосы априори нереально.



5. Для практического решения задачи Вам необходимо использовать т.н. "уточнение" частоты, позволяющее обеспечить заданную точность .
Что касается ДД 70 дБ, думаю, что "напрямую" можно расчитывать на 25...30 дБ. Выше уже надо делать "систему", например, ставить т.н. "штаны".

Что за штаны?
Вообще у меня уже стала вырисовываться система с несколькими смесителями. Например разбиваем входной диапазон на куски по 5 МГц, и для каждой из них делаем цифровую обработку. Кучеряво получается правда...

[/quote]

[Mirabella]

Разрешение по частоте - 200 кГц, количество одновременно обрабатываемых сигналов-не больше десятка.
................................................................................
..
Вообще, требования по динамическому диапазону можно сильно упростить, вплоть до того что устройство должно измерять частоту самого сильного сигнала.

Но, уважаемый TheMad, "частоту самого сильного сигнала" еще надо найти.
Т.е необходимо проанализировать весь десяток сигналов и выяснить, кто из них "самый сильный".
Кроме того, буквально следует, что уровень одного сигнала может быть к примеру минус 45 дБВт, а другого - минус 47 дБВт. (или 45.5). Что тогда?

При реальной работе там появится несколько сигналов, потом сильные будут исчезать и оставаться более слабые.

Я этого не понимаю. Скажите - я угадала? Аппарат подключается к антенне?

Ложные срабатывания на зеркальные частоты - не проблема, так как появление на входе устройства сигналов вне рабочей полосы априори нереально.

А зеркальные частоты здесь не при чем.
Наверное Вы, и не только Вы не до конца понимаете разницы между зеркальной частотой и зеркальным каналом приёма.
А так-же разницу между комбинационными частотами и комбинационными каналами приёма.
Принцип образования зеркальной частоты следующий:
Если к нелинейному элементу смесителя (диоду (диодам) или транзистору (транзисторам)) подведена мощность гетеродина на частоте fget и мощность входного сигнала на частоте fsig то на выходе смесителя будут (как минимум!) сумма и разница этих частот. Кроме того, на полюсах смесителя (в зависимости от его схемы) будет частотная составляющая, равная сумме частоты гетеродина и выходной частоты, полученной в обычном случае как разницей между fsig и fget (или fget и fsig).
Вот эта частота и называется зеркальной частотой: она зеркальна относительно частоты гетеродина.
Прошу обратить внимание: зеркальная частота будет всегда! Уровень её определяется характером нагрузки на этой частоте. Если нагрузка активная (50 Ом) в диодном смесителе мы теряем около 3 дБ на дополнительные потери преобразования.
Если мы специально озаботились и обеспечили кз или хх на зеркальной частоте, мы можем избежать этих потерь и даже уменьшить коэффициент шума.
Другими словами - зеркальная частота - это внутреннее дело смесителя.
А вот зеркальный канал - это нечто другое. Значения частоты зеркального канала равно значению зеркальной частоты.
Но:
В отличие от зеркальной частоты (еще раз: она присутствует в смесителе всегда!), сигнал по зеркальному каналу может быть, а может и не быть.
Если собственно сигнала нет, то просто шум на этом участке спектра преобразуется в шум на выходной частоте.
Но если на частоте, соответствующей зеркальному каналу, появляется сигнал, то он на выходе смесителя никак не отличается от сигнала, принятого "по основному каналу приёма".
Вы говорите про фильтр, но Ваш аппарат не отличит: это пришел ослабленный фильтром сигнал по зеркальному каналу приёма или это просто слабый сигнал по основному каналу приёма.
И чем выше требуемый ДД, тем больше трудностей с зеркальным каналом.

Но эти трудности ничто по сравнению с теми проблемами, создаваемыми "комбинационными" каналами приёма.
Разница между комбинационными каналами и комбинационными частотами такая-же: частоты образуются "внутри" смесителя, каналы -вне. И частоты их не всегда равны.
Сигналы по ККП могут быть, а могут и не быть.
Основная неприятность: далеко не все комбинационные каналы можно отфильтровать.
Частоты многих из них лежат внутри рабочего диапазона .
Численные примеры я привела ранее.
В общем случае (возьмем для упрощения только частоту входного сигнала и частоту гетеродина)
для того, чтобы определить опасность ККП, необходимо:

1. Принять максимальное значение рассматриваемых гармоник. Обычно можно ограничиться 2-ми гармониками, но с учетом Вашего ДД как минимум 4-ми.

2. Составить уравнение:
m*fx:=Abs(Fout+Fget*n);
где fx - значение частоты, гармоника с номером m которой будет равной Fout (выходной частоте), если из нее вычесть гармонику гетеродина с номером n.
Естественно, что m и n - 'это номера гармоник не вуше 4-х с любым знаком.

3. Разрешить это уравнение с учетом того, что частоты меняются в диапазонах.

Графически изобразить расположение ККП на частотной оси.

Теперь представьте, что будет, если входных сигналов -десяток.

Что за штаны?

На входе устройства сигнал должен быть разделен на два пути.
По одному пути стоит измеритель с ДД 35 дБ, причем нижняя граница ДД - это реальная чувствительность устройства (минус 100 дБВт).
На втором пути стоит точно такой-же измеритель с ДД 35 дБ, верхняя граница ДД которого - максимальный уровень входного сигнала (минус 30 дБВт).
Оба измерителя работают одновременно.

Вообще у меня уже стала вырисовываться система с несколькими смесителями. Например разбиваем входной диапазон на куски по 5 МГц, и для каждой из них делаем цифровую обработку.

Посчитайте ККП и подумайте о том, как обрабатывать сигналы на стыке фильтров.
И какой коэф. прямоугольности должны иметь эти фильтры.

Кучеряво получается правда...

Это та самая кажущаяся простота......

[TheMad]

[quote name='Mirabella' date='Mar 9 2007, 19:39' post='221571']


Я этого не понимаю. Скажите - я угадала? Аппарат подключается к антенне?


%%% Чувствуется проницательность специалиста по РЭБ. Да.


Другими словами - зеркальная частота - это внутреннее дело смесителя.
А вот зеркальный канал - это нечто другое. Значения частоты зеркального канала равно значению зеркальной частоты.

%%% Спасибо за лекцию, честно говоря-путал эти понятия. Хотя в мыслях не путал
Применение двух каналов с разделением по уровню ("штаны") выглядит привлекательным...
В общем пообщавшись тут и подумав немного, я понял что реально эта вещь довольно сложна. То есть можно на столе собрать ее один раз, но об изготовлении массового устройства размером с две пачки сигарет и себестоимостью в серии в 100 долларов надо забыть.
Наверное, на этом начинание и загнется. Может с появлением новых идей возобновится.



Посчитайте ККП и подумайте о том, как обрабатывать сигналы на стыке фильтров.
И какой коэф. прямоугольности должны иметь эти фильтры.


%%% Да это-то я понимаю...размером с холодильник вообще можно сделать такую вещь. Образно
Можно вообще сделать 400 каналов и на выходе каждого поставить банальный амплитудный детектор. Фильтры взять от вещательных приемников на 10.7 МГц. 1 канал-со спичечный коробок, вся конструкция- с системный блок. И наверное если надо было бы для лабораторного использования сделать-так бы и сделал.
Спасибо всем за идеи и обсуждение!