УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ И ЧАСТОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ Российский патент 2016 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений.

Известно устройство измерения длительности импульсов по двум уровням, разработанное Д.В. Беляевым, А.Н. Зикий, Р.Л. Зориным, К.Е. Румянцевым, В.И. Черкасовым, РФ (патент RU №2399922, МПК G01R 29/02), позволяющее измерять длительности импульсов аппаратурой с малым количеством элементов с высокой степенью интеграции.

Известно устройство измерения периода повторения импульсов, разработанное В.И. Симоновым, А.А. Чижовым, РФ (патент RU №2020496, МПК G01R 29/02), позволяющее измерять период повторения импульсов аппаратурой с высокой точностью.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является, выбранный в качестве прототипа, измеритель длительности импульсов (патент RU №1824597, МПК G01R 29/02), который позволяет измерять длительность импульса с высокой точностью за счет интегрирующих свойств фильтров.

Существенными недостатками данных устройств является устаревшая элементная база и громоздкость конструктивной реализации при ограничении измерения только одного параметрам импульсов (длительности/периода повторения), что не позволяет обеспечить необходимую полноту и качество описания принятых импульсов.

Целью изобретения является качественное расширение перечня измеряемых импульсных параметров за счет измерения по двум каналам, промежуточной частоты (ПЧ) и видеосигнала (Видео), а также увеличение чувствительности и помехозащищенности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации, селекторов по амплитуде и длительности.

Цель достигается тем, что в известную систему (устройство), содержащую аналого-цифровой преобразователь (АЦП), схемы сравнения, регистры, генератор тактовых импульсов (ГТИ), согласно изобретению введены АЦП радиоимпульса (канал ПЧ), АЦП видеоимпульса (канал Видео), устройство сглаживания и децимации, обнаружитель, коммутатор, первичный и вторичный измерители параметров, контроллер передачи данных, селекторы по амплитуде и длительности импульса, блок запоминающего устройства, при этом выход АЦП по каналу Видео подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП по каналу ПЧ задерживается в линии задержки и синхронно с сигналом по каналу Видео поступает на вход коммутатора, выход которого подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров, выход которого подключен к селектору по амплитуде, выход селектора по амплитуде подключен к селектору по длительности импульса, выходные данные хранятся в блоке запоминающего устройства.

Сопоставительный анализ технического решения с устройством, выбранным в качестве прототипа, показывает, что новизна технического решения заключается в интеграции в заявленное устройство новых схемных элементов: АЦП радиоимпульса (канал ПЧ), АЦП видеоимпульса (канал Видео), устройства сглаживания и децимации, обнаружителя, коммутатора, первичного и вторичного измерителя параметров, контроллера передачи данных, селекторов по амплитуде и длительности импульса, блока запоминающего устройства.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введенные функциональные узлы известны. Однако введение их в устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с указанными связями придает этому устройству новые свойства. Введенные функциональные узлы взаимодействуют таким образом, что позволяют качественно расширить перечень измеряемых импульсных параметров за счет измерения по двум каналам (ПЧ и Видео) и увеличить чувствительность системы за счет применения устройства сглаживания и децимации.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках, а также в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений для обнаружения, измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с целью последующей селекции и классификации сигналов из потока импульсных параметров.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов,

на фиг. 2 - таблица сравнения аналогов по измеряемым параметрам.

Устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов (фиг. 1) содержит: аналого-цифровой преобразователь, со входа ПЧ - 1.1, аналого-цифровой преобразователь, со входа Видео - 1.2, генератор тактовых импульсов - 2, линия задержки - 3, устройство сглаживания и децимации - 4, обнаружитель - 5, первичный измеритель параметров - 6, коммутатор - 7, контроллер передачи данных - 8, вторичный измеритель параметров - 9, селектор по амплитуде импульса - 10.1, селектор по длительности импульса - 10.2, блок запоминающего устройства (БЗУ) - 11, причем выход АЦП (канал Видео) подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП (канал ПЧ) задерживается в линии задержки и синхронно с сигналом канала Видео поступает на вход коммутатора, выход которого подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров, выход которого подключен к селектору по амплитуде, выход селектора по амплитуде подключен к селектору по длительности импульса, выходные данные хранятся в блоке запоминающего устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В ходе мониторинга в радиотехнике существует необходимость классификации, распознавания и идентификации принимаемых импульсных сигналов в автоматическом\автоматизированном режиме работы аппаратуры. Для этого необходимо качественно и количественно описать принятые импульсы с помощью специальных устройств в виде потока параметров импульсов, удобном для дальнейшей обработки в специальном устройстве или электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Следовательно, требуется специальное устройство измерения параметров импульсных сигналов.

В радиотехнике сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы обрабатываются на заранее выбранной промежуточной частоте (ПЧ). Для решения указанных задач в предлагаемом устройстве на вход устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов подают сигнал на ПЧ, причем на вход канала Видео - продетектированный сигнал (огибающая радиоимпульса с выхода видеодетектора).

Далее в АЦП 1.1 и АЦП 1.2 выполняются процедуры квантования и дискретизации радиосигнала и видеосигнала соответственно с возможностью выбора частоты дискретизации. После этого амплитудно-временные отсчеты от АЦП 1.2 поступают в блок сглаживания и децимации, где исключаются выбросы и грубые ошибки измерения по амплитуде и времени прихода импульсов, а также выполняется процедура сглаживания, построенная на основе автокорреляционной функции с изменяемым размером окна по формуле для каждого импульса:

где A_i - i-ая амплитуда импульса,

A_i+k - i+k-ая амплитуда импульса,

i=1…N (N - количество отсчетов АЦП импульса по каналу Видео)

k - программно изменяемая величина окна автокорреляционной функции (от 16 до 256 точек).

Далее данные поступают в обнаружитель, который выполняет процедуру обнаружения импульсов и передает результаты обнаружения первичному измерителю параметров. Обнаружитель построен на основе критерия превышения видеосигналом порога, устанавливаемого программно с помощью специальной команды.

Первичный измеритель параметров управляет работой обнаружителя, осуществляет предварительный расчет временных параметров сигналов и управляет процессом записи информативных данных в блок запоминающего устройства (БЗУ) путем формирования признака обнаружения.

Обнаруженный сигнал после селекции по длительности подается в измеритель, который производит определение амплитуды, длительности и времени прихода импульсов.

При этом параметры радиосигнала задерживаются на время, достаточное для обнаружения импульса по каналу Видео и первичного измерения параметров, с помощью линии задержки 3.

Коммутатор 7 обеспечивает запись данных обнаруженного сигнала в БЗУ только при наличии признака обнаружения, а при калибровке измерителя переключает потоки данных по каналам ПЧ и Видео.

После коммутатора поток данных поступает в контроллер передачи данных буферной памяти 8 и через него в БЗУ. Контроллер выполняет коммутацию банков на запись и чтение.

Вторичный измеритель параметров 9 производит считывание параметров импульсов из БЗУ сигналов. Данные последовательно передаются между модулями измерения амплитуды, длительности, корректором времени прихода. Выходные данные передаются в селектор по амплитуде 10.1 и селектор по длительности 10.2, которые осуществляет процедуру селекции по уточненным параметрам сигналов. Селекторы работают по принципу полосовых фильтров по величине параметра импульса (длительности и амплитуде) в соответствии с критерием:

P_min<P_i<P_max,

где P_min, P_max - минимальное и максимальное значение параметра импульса,

P_i - i-oe значение параметра импульса.

Измеренные параметры записываются в БЗУ вместе с оцифрованными сигналами с предысторией и постисторией. Длина предыстории и постистории выбирается программно и составляет максимально порядка 250 нс каждая. По команде данные из БЗУ переписываются в ЭВМ для дальнейшей обработки.

Устройство формирует слово состояния, в котором содержится информация о состоянии системы (запущена или остановлена), признаках остановки, количестве принятых импульсов, объеме БЗУ.

Таким образом, достигнут положительный эффект, заключающийся в качественном расширении перечня измеряемых импульсных параметров за счет измерения по двум каналам (ПЧ и Видео) и увеличении чувствительности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации. Применение предложенного устройства в современных и перспективных комплексах радиотехнического контроля позволяет в одних и тех же условиях расширить перечень измеряемых импульсных параметров за счет измерения по двум каналам (ПЧ и Видео): к длительности импульса, измеряемой прототипом, добавлены амплитуда, время прихода, период повторения импульса, а также результаты АЦП по каналу ПЧ для программного расчета несущей частоты и ширины спектра импульса.

Для реализации заявляемого устройства использованы известные элементы и схемы, выпускаемые зарубежной промышленностью. Блоки 3-10.2 реализованы на перепрограммируемой логической интегральной схеме (ППЛИС) XILINX VERTEX6. Блоки 1.1, 1.2, 2, 11 являются отдельными микросхемами.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений. В устройство введены АЦП радиоимпульса (канал ПЧ) 1.1, АЦП видеоимпульса (канал Видео) 1.2, устройство сглаживания и децимации 4, обнаружитель 5, коммутатор 7, первичный и вторичный измерители параметров 6 и 9 соответственно, контроллер передачи данных 8, селектор по амплитуде и длительности импульса 10.1 и 10.2 соответственно, блок запоминающего устройства 11. При этом выход АЦП по Видео подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП по каналу ПЧ 1.1 задерживается в линии задержки 3 и синхронно с сигналом по каналу Видео поступает на вход коммутатора 7, выход которого подключен к контроллеру передачи данных 8, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров 9, выход которого подключен к селектору по амплитуде 10.1, выход селектора по амплитуде подключен к селектору по длительности импульса 10.2, выходные данные хранятся в блоке запоминающего устройства 11. Технический результат заключается в расширении перечня измеряемых импульсных параметров и увеличении чувствительности системы. 2 ил.

Устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь радиоимпульса (АЦП) по каналу ПЧ, аналого-цифровой преобразователь видеоимпульса (АЦП) по каналу Видео, генератор тактовых импульсов (ГТИ), линию задержки, устройство сглаживания и децимации, обнаружитель, первичный и вторичный измерители параметров, коммутатор, контроллер передачи данных, селекторы по амплитуде и длительности импульса, блок запоминающего устройства, при этом выход АЦП по каналу Видео подключен к устройству сглаживания и децимации, выход устройства сглаживания и децимации подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, выход первичного измерителя параметров подключен на вход коммутатора, выход коммутатора подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера передачи данных подключен к вторичному измерителю параметров, выход вторичного измерителя параметров подключен к селектору по амплитуде, выход селектора по амплитуде подключен к селектору по длительности импульса, выход селектора по длительности импульса подключен к блоку запоминающего устройства, отличающееся тем, что сигнал с выхода АЦП по каналу ПЧ задерживается в линии задержки и синхронно с сигналом по каналу Видео поступает на вход коммутатора.