ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ РАДИОИМПУЛЬСОВ Российский патент 2007 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения частоты заполнения радиоимпульсных сигналов, например в РЛС или в измерителях физических величин на основе радиоимпульсных сигналов.

Известно устройство для измерения частоты заполнения радиоимпульсов по авторскому свидетельству (АС) СССР №773513 М. Кл³ G01R 23/10, содержащее соединенные в кольцо синтезатор частот, смеситель, формирователь импульсов, дешифратор, формирователь строба, временной селектор, счетчик опорной частоты и процессор. Причем второй вход временного селектора соединен с выходом генератора опорной частоты, а третий вход с выходом счетчика пачек, вход которого соединен одновременно с выходом формирователя импульсов и вторым входом процессора, а третий выход дешифратора соединен с третьим входом процессора, а второй выход процессора с входом дешифратора. Недостатком устройства является низкая точность измерения частоты заполнения. Это обусловлено тем, что формирование и прохождение радиоимпульсов по тракту усиления и преобразования сопровождается искажением формы радиоимпульсов, что совместно с присутствующими в тракте шумами приводит к ложному срабатыванию порогового устройства формирователя импульсов и, как следствие, к появлению после формирователя пропадающих импульсов (см. фиг.1). Это в свою очередь приводит к ошибке измерения на каждом радиоимпульсе на ±(1-2) импульса. При составлении интервала измерения из N радиоимпульсов ошибка измерения может достичь величины ±2N, а так как функция распределения вероятности случайных процессов чаще всего является несимметричной относительно среднего значения, то данная ошибка не устраняется методом усреднения.

Известно также устройство для измерения несущей частоты радиоимпульсов по АС СССР №938190 М. Кл³ G01R 23/10, содержащее формирователь импульсов, выход которого соединен с счетчиком измеряемой частоты и с первым установочным входом триггера, соединенного в кольцо с временным селектором, счетчиком импульсов и делителем частоты, выход которого соединен со вторым установочным входом триггера, причем выход временного селектора соединен одновременно с счетными входами делителя частоты и счетчика импульсов, а также с входом второго временного селектора, второй вход временного селектора соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход триггера с последовательно соединенными одновибратором, вторым временным селектором и счетчиком опорных импульсов, выход которого соединен с вторым входом формирователя импульсов, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом записи делителя частоты и установочным входом счетчика импульсов.

Недостатком устройства является низкая точность измерения частоты заполнения радиоимпульса по той причине, что присутствующие в тракте шумы приводят к ложному срабатыванию порогового устройства формирователя импульсов и, как следствие, к ошибке измерения частоты заполнения.

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в АС СССР №773513 М. Кл³ G01R 23/10.

Для увеличения точности измерения предложен измеритель частоты заполнения радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные синтезатор частот и смеситель, второй вход которого является входом устройства, а также формирователь импульсов, генератор опорной частоты, первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер, выходы которого соединены с входами установки частоты синтезатора частот, а входы информационного порта с выходами первого счетчика импульсов, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом смесителя, второй формирователь импульсов, третий счетчик импульсов, выходы которого соединены со вторым входным информационным портом микропроцессорного контроллера, последовательно соединенные триггер, установочные входы которого соединены с выходами первого счетчика импульсов, и логический элемент И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, а второй вход с выходом генератора опорной частоты, причем выходы второго счетчика импульсов соединены с третьим входным информационным портом микропроцессорного контроллера, вход первого формирователя импульсов соединен с вторым входом смесителя, а выход - с счетным входом первого счетчика импульсов, входы опорной частоты синтезатора частот и микропроцессорного контроллера соединены с выходом генератора опорной частоты, выход триггера соединен с четвертым входным информационным портом микропроцессорного контроллера, а второй и третий выходы микропроцессорного контроллера соединены с входами разрешения счета первого и третьего счетчиков импульсов соответственно, четвертый выход микропроцессорного контроллера соединен с входами сброса первого, второго и третьего счетчиков импульсов и триггера.

На фиг.2 приведена схема устройства.

На ней изображены:

1, 2 - первый и второй формирователи импульсов,

3, 4, 5 - первый, второй и третий счетчики импульсов,

6 - триггер,

7 - логический элемент И,

8 - синтезатор частот,

9 - смеситель,

10 - фильтр нижних частот,

11 - генератор опорной частоты,

12 - микропроцессорный контроллер.

Измеритель содержит: первый 1, второй 2 формирователи импульсов, первый 3, второй 4 и третий 5 счетчики импульсов, триггер 6, логический элемент И 7, синтезатор частот 8, смеситель 9, фильтр нижних частот (ФНЧ) 10, генератор опорной частоты (ГОЧ) 11, микропроцессорный контроллер (МПК) 12.

Измеритель работает следующим образом. При включении устройства по команде с МПК 12 первый 3, второй 4 и третий 5 счетчики импульсов и триггер 6 устанавливаются в нулевое состояние. На первом 3 и третьем 5 счетчиках импульсов отсутствуют сигналы разрешения счета с МПК. Затем на первый счетчик импульсов 3 поступает с МПК сигнал разрешение счета и первый же импульс с первого формирователя импульсов 1 изменяет состояние на выходе первого разряда счетчика, сигнал с которого переводит в единичное состояние триггер 6. Единичный сигнал триггера 6 является разрешающим для логического элемента И, вследствие чего на его выходе появляются импульсы ГОЧ 11. Когда импульсы с выхода первого формирователя импульсов 1 переполнят первый счетчик импульсов 3, то триггер 6 переводится в нулевое состояние импульсом последнего разряда и импульсы с ГОЧ 11 перестают поступать на второй счетчик импульсов 4. Он останавливается, о чем свидетельствует окончание импульса с триггера 6 на информационном входе МПК, и на этом заканчивается первый этап измерения частоты радиоимпульсного сигнала. Однако, если длительность импульса слишком мала или внутри импульса умещается слишком мало импульсов несущей частоты, может потребоваться неоднократное повторение измерения частоты по методике первого этапа и усреднение результатов посредством программы, заложенной в МПК. Т.е. после окончания первого измерения результат запоминается во внутренних регистрах МПК, производится сброс первого 3 и второго 4 счетчиков импульсов и процесс измерения повторяется. Затем полученные результаты обрабатываются по программе МПК. В результате измерения частоты на первом этапе имеем:

- заранее известное число импульсов К с первого счетчика импульсов 3 частоты заполнения входного радиоимпульса,

- измеренное вторым счетчиком импульсов 4 за тот же интервал времени число импульсов N с ГОЧ 11,

- заранее известный период Т_о следования импульсов ГОЧ 11.

По этим данным МПК 12 рассчитывает приближенное значение несущей частоты радиоимпульсного сигнала по формуле

F_x=К/(N·T_o),

и передает на синтезатор частот 8 рассчитанное значение частоты с учетом дискрета его перестройки. Частота сигнала синтезатора частот 8 (F1) вычитается из несущей частоты входного радиоимпульсного сигнала (F_X) на смесителе 9 и через ФНЧ 10 очищенный от помех сигнал поступает на второй формирователь импульсов 2, а затем на третий счетчик импульсов 5. При этом для лучшей фильтрации помех частота среза ФНЧ должна быть менее половины частоты повторения радиоимпульсов.

После отсчета времени, необходимого для установления частоты в синтезаторе частот 8, с МПК 12 на третий счетчик импульсов 5 поступает сигнал разрешение счета. После окончания мерного интервала МПК 12 снимает этот сигнал и считывает данные (f₁) с третьего счетчика импульсов 5. После этого заканчивается второй этап измерения частоты радиоимпульсного сигнала.

Поскольку на первом этапе измерение частоты входного сигнала произведено лишь приближенно, частота синтезатора частот 8 оказывается либо выше, либо ниже несущей частоты входного радиоимпульсного сигнала f_x (см. фиг.3). Поэтому для определения положения частоты синтезатора частот 8 относительно входной проводится третий этап измерения частоты. Он заключается в изменении частоты синтезатора частот 8 (F₂) на один дискрет вверх. При этом частота сигнала, сосчитанная третьим счетчиком ипульсов 5, (f₂) поступает на МПК 12.

По результатам трех этапов измерения частоты МПК 12 производит следующие вычислительные операции.

F_x-F₁=f₁,

F_x-F₂=f₂.

Если при F₁>F₂ МПК 12 измеряет f₂>f₁, то частота синтезатора частот 8 расположена выше измеряемой несущей частоты радиоимпульсного сигнала и, следовательно, измеряемая несущая частота радиоимпульсного сигнала F_x=F₁-f₁.

Если f₂<f₁, то частота синтезатора частот 8 расположена ниже измеряемой несущей частоты и, следовательно, измеряемая несущая частота радиоимпульсного сигнала F_x=F₁+f₁.

По сравнению с известными устройствами, у которых измерение частоты заполнения радиоимпульса производится после первого формирователя импульсов, в заявленном устройстве после первого формирователя импульсов производится грубое измерение частоты заполнения, затем после аналогового преобразования и формирования корректировочного сигнала более низкой частоты после второго формирователя, измеренное значение частоты корректируется и это приводит к значительному повышению точности измерения несущей частоты радиоимпульсного сигнала.

Таким образом, в результате трехэтапного измерения частоты радиоимпульсного сигнала и обработки результатов измерения с помощью МПК повышается точность измерителя.

Это позволит при минимальной длительности радиоимпульса повысить точность измерения (особенно при малых отношениях сигнал/шум).

Все элементы устройства могут быть выполнены на стандартной элементной базе и не имеют каких-либо особенностей.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения частоты заполнения радиоимпульсных сигналов, например в радиолокационных станциях или в измерителях физических величин на основе радиоимпульсных сигналов. Предложенный измеритель частоты заполнения радиоимпульсов содержит синтезатор частот, смеситель, первый и второй формирователи импульсов, генератор опорной частоты, первый, второй и третий счетчики импульсов, микропроцессорный контроллер, фильтр нижних частот, триггер и логический элемент «И» соответствующим образом соединенные между собой. Предложенное изобретение направлено на повышение точности измерений. 3 ил.

Измеритель частоты заполнения радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные синтезатор частот и смеситель, второй вход которого является входом устройства, а также формирователь импульсов, генератор опорной частоты, первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер, выходы которого соединены с входами установки частоты синтезатора частот, а входы информационного порта - с выходами первого счетчика импульсов, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом смесителя, второй формирователь импульсов, третий счетчик импульсов, выходы которого соединены со вторым входным информационным портом микропроцессорного контроллера, последовательно соединенные триггер, установочные входы которого соединены с выходами первого счетчика импульсов, и логический элемент И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, а второй вход с выходом генератора опорной частоты, причем выходы второго счетчика импульсов соединены с третьим входным информационным портом микропроцессорного контроллера, вход первого формирователя импульсов соединен с вторым входом смесителя, а выход - с счетным входом первого счетчика импульсов, входы опорной частоты синтезатора частот и микропроцессорного контроллера соединены с выходом генератора опорной частоты, выход триггера соединен с четвертым входным информационным портом микропроцессорного контроллера, а второй и третий выходы микропроцессорного контроллера соединены с входами разрешения счета первого и третьего счетчиков импульсов соответственно, четвертый выход микропроцессорного контроллера соединен с входами сброса первого, второго и третьего счетчиков импульсов и триггера.