Способ шумовой автоматической регулировки усиления Российский патент 2024 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных приемных усилительных трактов.

Известен способ шумовой автоматической регулировки усиления (Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации. М. Сов. радио - 1973 - С. 164-165), обеспечивающий шумовую автоматическую регулировку усиления в усилительном тракте за счет изменения коэффициента усиления усилительного тракта в зависимости от уровня мощности шума на выходе усилительного тракта.

Реализация способа заключается в следующем.

Измеряют уровень мощности шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума.

Сравнивают измеренный уровень мощности шума с опорным уровнем мощности шума.

Вырабатывают сигнал коррекции, величина которого пропорциональна разности измеренного и опорного уровней мощности шума и учитывают знак разности.

Подают сигнал коррекции на вход управления коэффициентом усиления усилительного тракта.

Управляют коэффициентом усиления усилительного тракта, обеспечивая стабилизацию вероятности ложной тревоги за счет изменения коэффициента усиления усилительного тракта в зависимости от уровня мощности шума на выходе усилительного тракта.

Недостатком способа является недостаточно высокое отношение сигнал/шум на выходе усилительного тракта.

Известен способ шумовой автоматической регулировки усиления (патент №2773776 РФ, МПК H03G 3/20 Н04 В 1/10 (2006.01). Способ стабилизации ложной тревоги / Хрусталев А.А., Ширкаев А.В. // Изобретения. Полезные модели. - 2022. - Опубл. 09.06.2022. - Бюл. №16), выбранный за прототип, обеспечивающий шумовую автоматическую регулировку усиления в усилительном тракте за счет изменения коэффициента усиления усилительного тракта в зависимости от уровня мощности шума на выходе усилительного тракта.

В способе-прототипе изменение коэффициента усиления усилительного тракта выполнено путем управления уровнем порога порогового устройства, через который проходит смесь полезного сигнала и шума.

Реализация способа-прототипа заключается в следующем.

Включают пороговое устройство в том сечении усилительного тракта, где шумы, вносимые последующей частью усилительного тракта, вносят незначительный вклад в уровень мощности шума на выходе усилительного тракта.

Измеряют уровень мощности шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума.

Сравнивают измеренный уровень мощности шума с опорным уровнем мощности шума.

Вырабатывают сигнал коррекции, величина которого пропорциональна разности измеренного и опорного уровней мощности шума и учитывают знак разности.

Подают сигнал коррекции на вход управления уровнем порога порогового устройства, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума.

Сигналом коррекции управляют уровнем порога порогового устройства, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума, обеспечивая максимальное значение коэффициента усиления в усилительном тракте за счет изменения нижней амплитудной границы прохождения смеси полезного сигнала и шума в зависимости от уровня, мощности шума на выходе усилительного тракта.

Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокое отношение сигнал/шум на выходе усилительного тракта, т.к. в способе-прототипе не используется информация об уровне полезного сигнала.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение отношения сигнал/шум на выходе усилительного тракта.

Технический результат достигается тем, что в способе шумовой автоматической регулировки усиления, заключающемся в измерении уровня мощности шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума, выработке сигнала коррекции, величина которого зависит от измеренного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта, управлении цифровым сигналом коррекции уровнем порога порогового устройства с цифровым управлением, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума, с учетом знака сигнала коррекции, обеспечении автоматической регулировки усиления за счет изменения нижней амплитудной границы прохождения смеси полезного сигнала и шума в зависимости от уровня мощности шума и уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, после измерения уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума, выполняют интегрирование измеренного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, вычисляют и запоминают значение разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта и проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта ΔP_i, где i - номер такта вычисления значения разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума, вырабатывают сигнал коррекции путем определения знака разности между значением разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔР_i, в i-м такте и значением разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔР_i-1 в (i-1)-м такте и управляют уровнем порога порогового устройства путем увеличения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при положительном знаке разности между ΔР_i и ΔР_i-1, уменьшения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при отрицательном знаке разности между ΔР_i и ΔР_i-1 и сохранении уровня порога порогового устройства при равенстве ΔР_i и ΔР_i-1.

Способ шумовой автоматической регулировки усиления с примером технической реализации осуществляется следующим образом.

Включают пороговое устройство в том сечении усилительного тракта, где шумы, вносимые последующей частью усилительного тракта, вносят незначительный вклад в уровень мощности шума на выходе усилительного тракта.

Измеряют уровень мощности шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума.

Для измерения уровня мощности шума использованы амплитудный стробируемый детектор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). На один вход амплитудного стробируемого детектора поступает смесь полезного сигнала и шума, а на второй стробирующие импульсы, обеспечивающие измерение уровня мощности шума во временной области, где полезный сигнал отсутствует.

Выполняют интегрирование измеренного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта.

Для интегрирования измеренного уровня мощности шума использованы первые фифо-память (FIFO-память) и сумматор, информацию, поступающую с нескольких отводов первой FIFO-памяти (число отводов кратно 2 в степени N), суммируют и используют для дальнейшей обработки отбрасывая младшие разряды, количество отбрасываемых младших разрядов определяется используемой степенью n.

Измеряют уровень мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта.

Для измерения уровня мощности смеси полезного сигнала и шума также использованы амплитудный стробируемый детектор и АЦП. На один вход амплитудного стробируемого детектора поступает смесь полезного сигнала и шума, а ла второй стробирующие импульсы, обеспечивающие измерение уровня мощности шума во временной области, где полезный сигнал присутствует.

Выполняют интегрирование измеренного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта.

Для интегрирования измеренного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума также использованы вторые FIFO-память и сумматор. Информацию, поступающую с нескольких отводов второй FIFO-памяти (число отводов кратно 2 в степени n), суммируют и используют для дальнейшей обработки, отбрасывая младшие разряды, количество отбрасываемых младших разрядов определяется используемой степенью n.

Вычисляют и запоминают значение разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта и проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта ΔP_i, где i - номер такта вычисления значения разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума,

Для вычисления значения разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта и проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта использован бинарный квантователь.

На входы бинарного квантователя подают:

- сигналы с первого сумматора о значениях проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта;

- сигналы со второго сумматора о значениях проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта;

- тактовые импульсы.

Для запоминания значения разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта и проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта использована третья FIFO-память, информацию, поступающую с первых двух отводов третьей FIFO, используют для дальнейшей обработки.

Вырабатывают сигнал коррекции путем определения знака разности между значениями разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔР_i в i-м такте и значением разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔР_i-1 в (i-1)-м такте.

Для выработки сигнала коррекции использован реверсивный счетчик.

Информацию, поступающую из третьей FIFO-памяти, с частотой тактовых импульсов подают на реверсивный счетчик для определения знака разности между значениями информации, поступающей из первого отвода третьей FIFO (ΔР_i) и значениями информации, поступающей из второго отвода третьей FIFO (ΔР_i-1) и определяют знак разности между ΔР_i и ΔР_i-1.

Подают сигнал коррекции на вход управления уровнем порога порогового устройства, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума.

Управляют уровнем порота порогового устройства путем увеличения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при положительном знаке разности между ΔР_i и ΔР_i-1, уменьшения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при отрицательном знаке разности между ΔР_i и ΔР_i-1 и сохранении уровня порога порогового устройства при равенстве ΔР_i и ΔР_i-1.

Сигналом коррекции управляют уровнем порога порогового устройства, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума, обеспечивая автоматическую регулировку усиления за счет изменения нижней амплитудной границы прохождения смеси полезного сигнала и шума в зависимости от уровня мощности шума и уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта.

При сравнении отношения сигнал/шум на выходе усилительного тракта способа-прототипа и предлагаемого изобретения получены следующие результаты.

Пусть заданы следующие параметры смеси полезного сигнала и шума на входе электрически управляемого аттенюатора: уровень полезного сигнала 2 В и уровень шума 0,2 В. Отношение сигнал/шум на входе порогового устройства составил 20 дБ.

При реализации способа-прототипа:

Пусть порог порогового устройства, определяемый значением опорного уровнем мощности шума, равен 0,1 В. Параметры смеси полезного сигнала и шума на входе порогового устройства: уровень полезного сигнала 1,9 В и уровень шума 0,15 В (с учетом уровня собственных шумов усилительного тракта после порогового устройства на выходе усилительного тракта в 0,05 В). Таким образом, отношение сигнал/шум на выходе порогового устройства составит 22,1 дБ.

При реализации предлагаемого способа:

Порог порогового устройства будет стремиться к 0,2 В. Параметры смеси полезного сигнала и шума на входе порогового устройства: уровень полезного сигнала 1.8 В и при уровне шума 0,05 В (уровень собственных шумов усилительного тракта после порогового устройства на выходе усилительного тракта). Таким образом, отношение сигнал/шум на выходе порогового устройства составит 31,1 дБ.

Таким образом, достигается технический результат предлагаемого изобретения - повышение отношения сигнал/шум на выходе усилительного тракта по сравнению со способом-прототипом и способом-аналогом.

Таким образом, предложенный способ шумовой стабилизации вероятности ложной тревоги обладает существенными преимуществами перед аналогом и прототипом.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных приемных усилительных трактов. Техническим результатом является повышение отношения сигнал/шум на выходе усилительного тракта. Для этого в способе шумовой автоматической регулировки усиления выполняют интегрирование измеренных уровней мощностей шума и смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, вычисляют и запоминают значение разности проинтегрированных уровней мощностей шума и смеси полезного сигнала и шума, вырабатывают сигнал коррекции путем определения знака разности между значением разности проинтегрированных уровней мощности смеси полезного сигнала и шума в i-м и в (i-1)-м тактах и управляют уровнем порога порогового устройства.

Способ шумовой автоматической регулировки усиления, заключающийся в измерении уровня мощности шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума, выработке сигнала коррекции, величина которого зависит от измеренного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта, управлении цифровым сигналом коррекции уровнем порога порогового устройства с цифровым управлением, определяющим нижнюю амплитудную границу прохождения смеси полезного сигнала и шума, с учетом знака сигнала коррекции, обеспечении автоматической регулировки усиления за счет изменения нижней амплитудной границы прохождения смеси полезного сигнала и шума в зависимости от уровня мощности шума и уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, отличающийся тем, что после измерения уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, усиливающего смесь полезного сигнала и шума, выполняют интегрирование измеренного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта, вычисляют и запоминают значение разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума на выходе усилительного тракта и проинтегрированного уровня мощности шума на выходе усилительного тракта ΔР_i, где i - номер такта вычисления значения разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума, вырабатывают сигнал коррекции путем определения знака разности между значением разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔР_i в i-м такте и значением разности проинтегрированного уровня мощности смеси полезного сигнала и шума ΔP_i-1 в (i-1)-м такте и управляют уровнем порога порогового устройства путем увеличения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при положительном знаке разности между ΔР_i, и ΔР_i-1, уменьшения на единицу младшего разряда уровня порога порогового устройства при отрицательном знаке разности между ΔР_i и ΔP_i-1 и сохранении уровня порога порогового устройства при равенстве ΔP_i и ΔP_i-1.