Цифровой генератор сложных сигналов Советский патент 1987 года по МПК G06F1/02 

I132

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в локационной и измерительной технике для формирования зондирующих сигналов с внутриимпульсной гиперболической частотной модуляцией.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией (ГЧМ).

Работа генератора основана на следующем .

Общее выражение, описывающее сигнал с гиперболической частотной модуляцией, имеет вид:

S(t)Asin - In()+4o, (1) где A const - амплитуда огибающей;

tOg - начальная частота генерируемого сигнала;

Ч р - начальная фаза;

ft - коэффициент, характеризующий скорость изменения частоты сигнала,

-

Коэффициент /Э находится из граничных усповий генерации.

Частота при генерации сигнала меняется от начального значения и; до конечного Ыц за время, равное дли- . тельности сигнала Т. Поэтому

o

. u; u o+/itt .(2)

где Лео - изменение частоты за время

генерации Т. Отсюда

А Т (--- -1). . (3) Т /)ш

Так как начальная фаза и амплитуда А не влияют на частоту, то их для упрощения записи можно исключить, приняв и 1(0.

Фаза колебания определяется выражением

- Wt,

(О - ). (4)

При разложении множителя In() в степенной ряд фаза может быть пред

ставлена в виде

,4., , ,

i(0 . -т (/it- V Н

...+

/i гп-1

д2п in

).

2п-1 2п .При некотором снижении требо к точности аппроксимации можно ничиться первыми тремя членами

440.:.f-(|bt(6)

5

i2

которые тем точнее описывают , чем меньгае относительная ширина полосы частот занимается сигналом. При дискретизации сигнала во времени с периодом дискретизации значение фазы на k-шаге определяется как

27itF,kt- I F /ikHU .V);) на k+1 шаге . 2 Fo/J (k)4 -- j (k+l)4 .(8)

Приращение фазы при переходе с предьщущего на следующий шаг составляет .. . .

} 2Т Ih-J- 2 3 Fo(i i;5h

,(F,43) . (9)

Таким образом, добавляя на каждом шаге к предьщущему значению приращение ЛФ((/ , можно получить непрерывный ряд текущих значений фазы колебания. Из формулы видно, что шаговое приращение йф г ,jj состоит из трех слагаемых. Это постоянное на .каждом шаге приращение:

0

5

0

0

5

й,

2(F,- 1

cons-l ЧГрг- 2 , c-+ зр..(10)

Первое переменное приращение, меняющееся по линейному закону:

, 21(Fop4i- Fp,it2)k,(l)

и второе переменное приращение, меняющееся по квадратичному закону при переходе к следующему шагу: varjkrj 2 (F,)k (12)

Значение и Фуаг, можно получить простым накоплением на fc-таге элементарного приращения лф, равного Л1Г, 2(Fo/i4 - Fo/ifJ), , (3)

откуда

к I. Л(, . . (14)

i::0

Квадратичный закон изменения второго переменного приращения лi(yc( достигается применением двойного суммирования с накоплением элементарного приращения

й 2й(К,л). (15) При этом алгоритм накопления ,- k t имеет вид

varjktj d%l. (2i+0. (16)

i- I CO

Окончательно алгоритм расчета текущего значения фазы имеет вид

(ЛФСОП51+4ФУС, CkT +

АФ;, ) 1.ГДФС0 5

irO

+ 1: йЧ, +41, (2i+l). (17)

)о V

Таким образом, оказывается возможным с помощью лишь операций суммирования находить дискретизированно значение фазы генерируемого сигнала, соответствующее выражению (4). Мгно- венное значение амплитуды отсчета сигнала находится в соответствии с выражением (1) как sin мгновенной фазы „.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - основные временные диаграмг мы его работы.

Генератор содержит блок 1 ввода параметров сигнала, первый - третий приемные регистры 2-4, опорный генератор 5, второй накапливающий сумматор 6, четвертый накапливающий сумматор 7, счетчик 8 времени генерации, третий накапливающий сумматор 9, блок 10 управления, первый накапливающий сумматор 11, блок 12 преобразования кода фазы в код амплитуды, цифроаналоговый преобразователь 13 (ЦАП).

Генератор работает следующим образом.

Как следует из изложения способа генерации, в процессе формирования

каждого отсчета генерируемого сигнала 35 i ДЫДУЩего. Для этого должна быть изме- участвуют три фазовых приращения: . нена информация в блоке ввода параметров сигнала. Таким образом, в предлагаемом .устройстве оказывается воз- I можным совместить во времени этап непосредственно генерации сигнала с этапом его подготовки к работе для генерации следующего сиг нала с другими параметрами. Сразу же .после прихода импульса записи на тактовые вхо consi , и utf , каждое из которых однозначно связано с параметрами генерируемого сигнала (Т, Гц и iF) выражениями (10),(13),(15) и (3). 40 Поэтому непосредственно генерации сигнала должен предшествовать расчет указанных приращений по заданным параметрам с последующим их занесением

в блок ввода параметров сигнала. накапливающих сумматоров разрешаже вводится требуемая длительностьется подача тактовых импульсов,

генерируемого сигнала Т. На этом под-(фиг. 2ж), период следования которых

готовительный этап заканчивается иравен периоду дискретизации генериможет начинаться непосредственно ге- руемого сигнала t, а на счетный вход

нёрация ГЧМ-сигнала с заданными пара-50счетчика 8 времени генерации подают- метрами.

ся импульсы интервалов времени с периодом аТ (фиг. 2в). Значения периода дискретизации сигнала и периода импульсов насчета времени Л Т являются постоянными для устройства и задаются блоком 10 управления.

Временные диаграммы работы блоков устройства соответствуют следующим входам и выходам блоков: а - выходу 55 опорного генератора, Б - второму входу блока управления, 6- четвертому выходу блока управления, г- выходу счетчика времени генерации, 9 - пер

5

fO J5

54514

вому выходу блока управления, е третьему выходу блока управления, - второму выходу блока управления, - информационному выходу первого накапливающего сумматора (на диаграмме приведены дискретизированные по времени и амплитуде значения фазы, соответствующие двоичным числам на выходе накапливающего сумматораХ- выходу переполнения первого накапливающего -сумматора, к - выходу цифроавалогово- го преобразов ателя (фиг. 2).

Перед генерацией состояние приемных регистров и счетчика времени генерации произвольное, накапливающие сумматоры обнулены.

Генерация, начинается по внешней

команде - сигналу Пуск (фиг. 25). С приходом переднего фронта этого сигнала блоком 10 управления формируется импульс записи информации (фиг. 2д), по которому в первый, второй и третий приемные регистры записываются соответственно приращения , 1/ 5j3i,a в счетчик 8 времени генерации - значение длительности генерируемого сигнала Т.

Так как импульсом записи информация из блока. 1 фиксируется в приемных регистрах и счетчике времени генерации, то сразу же после сигнала Пуск может начинаться подготовка устройства к генерации следующего сигнала с параметрами, отличными от пресчетчика 8 времени генерации подают-

ся импульсы интервалов времени с периодом аТ (фиг. 2в). Значения периода дискретизации сигнала и периода импульсов насчета времени Л Т являются постоянными для устройства и задаются блоком 10 управления.

По переднему фронту тактовых импульсов на выходе накап.пивающих сум5 132545 мяторов фиксируется результат операции сложения входных чисел с их со- держимьгм, полученным аналогичным образом на предыдущем гааге (такте) работы генератора. При этом в третьем накапливающем .сумматоре на каждом k-OM шаге формируется переменное приращение

t4-1

лФ,,. (.21:лФ, + дЧ ,,,) /°

;гО

гделФуд L(k-l)t - содержимое сумматора на (k-1) ша- к-1ге;

I L. йЧ г - новая добавка.

5

к(величина 2 L. Д1/2

Гб

поступает с выхода второго накап- ливагощего сумма- , topa 6, а с выхода, второго приемного регистра 3).

Выражение (18) является разверну- формой записи выражения (16)

В четвертом накапливающем суммато7 формируется приращение

лФучг, (k-lr ДЧ/ Э) Выражение (19) соответствует (14),

йФучу- Kk-Ot -.приращение фана (k-i) шаге:

К-1

ЛФ

vo(r,

.t(k-l)f ldcr, (k-l)d4 ,.(20)

1 0

Результирующая фаза колебания формируется в первом накапливающем сумматоре II:

ф k r;I ф(k-l)Ч +лФ,о.

+ . (k-) +ДФv«rJ(k-l)г, (21)

Выражение (21) соответствует (17). Из этого выражения видно, что формирование каждого значения текущей фазы генерируемого сигнала выполняется как одна операция сложения в трехвходовом накапливающем- сумматоре на каждый такт работы устройства.

По этому Значению фазы генерируе- мого сигнала (фиг. 2а) с помощью блока 12 преобразования кода фазы в код амплитуды ставится в соответствие цифровой код величины дискретизированно

°

5

0

,

0

5

)

го по времени и ямплитудр. отсчета колебания. Причем на вход блока 12 преобразования кода фазы в код амплитуды подается число, максимальное значение которого не превышает i радиан (половину периода синусоидыJ,

Переход к аналоговому сигналу выполняется цифроаналоговым преобразователем 13, выход которого является выходом устройства (фиг. 2к), Так как на вход блока преобразования кода фазы в код амплитуды подаются значения фазы в пределах от О до Л , то и на его вькоде (на входе ЦАП) значения амплитуды будут соответствовать лишь первому полупериоду синусоиды, т.е. это будут лишь положительные отсчеты сигнала. Для получения отрицательных отсчетов (в пределах -2F синусоиды) на ЦАП 13 подается дополнительно сигнал переполнения накапливающего сумматора, который определяет номер полупериода;, а следовательно, и знак отсчета колебания (фиг. 2и), По этому сигналу ЦАП инвертирует выходной аналоговый сигнал.

Работа устройства в режиме генерации будет продолжаться до тех пор, пока счетчик 8 времени генерации не подаст на третий вход блока 10 управления сигнал Стоп (фиг. 2г). Это произойдет после того, как число импульсов интервалов времени Т, поступивших на счетный вход счетчика 8 (фиг,, 2в), будет соответствовать общей заданной длительности сигнала Т. С приходом сигнала Стоп блок управления блокирует подачу тактовых импульсов накапливающит-1 сумматорам, импульсов интервалов времени - счетчику времени генерации. Одновременно на третьем выходе блока управления появляется сигнал обнуления накапливающих сумматоров уровень лог. О Тфиг. 2е).

На этом генерация сигнала заканчивается, генератор готов к формированию нового ГЧЗ -сигнала е

Блок 10 управления формирует сигналы управления всего устройства в режиме генерации. Такими сигналами являются импульсы тактовой частоты (с периодом Т) в течение времени генерации сигнала (фиг, 2ж); импульсы интервалов времени ДТ в течение времени генерации сигнала (фиг. 2в); импульс записи информации в приемные регистры и счетчик времени генерации

(фиг. 2д) и сигнал обнуления накапливающих, сумматоров (фиг. 2е). .

Сигналом перевода устройства в режим генерации является внешний сигнал Пуск (фиг. 2б), сигналом окончания (фиг. 2г), поступающий со счетчика 8 времени генерации. Опорной частотой блока управления является частота высокостабильного опорного,ге- jHepaTOpa5(фиг. 2а). Тактовая часто- та накапливающих сумматоров и импульсов интервалов лТ счетчика времени генерации получается делением опорной частоты. Для этого в блоке 10 уп- .равления используются два счетчика- делителя частоты, включенные последовательно. Для первого счетчика коэффициент деления равен

N,

f

- ГА t

(22)

для второго счетчика

Nj i- ,(23)

где Q - частота опорного генератора 5;

Т - период дискретизации генерируемого сигнала (фиг. 2ж); Т - интервалы времени, используемые для насчета длительности генерируемого сигнала (фиг. 2в).

Величиной ;4Т определяется точност задания требуемой длительности генерируемого сигнала.

По сигналу Пуск - его переднему фронту - триггер блока 10 переходит в состояние лог.1. При этом запускается одновибратор, формирующий ко- рдткий импульс записи (фиг. 2д), Кро ме того, 1 на выходе триггера является разрешающей для работы счетчиков блока 10, которые до этого нахо- цшись в состо-янии обнуления. На выходах счетчиков появляются сигналы, соответствующие диаграммам фиг. 2ж,в

Прекращение генерации происходит по сигналу Стоп (фиг. 2г), поступающему на вход R-триггера.блока 10. При появлении этого сигнала триггер опрокидывается в О, обнуляя и в дальнейшем удерживая в этом состоянии счетчики и подавая на третий выход блока О управления сигнал обну- ления накапливающих сзгмматоров - уровень лог. О.

Счетчик 8, времени генерации является устройством контроля длительнос5

0

5

0

35

40 45

Q 55

ти генерируемого ГЧМ-сигнала, FeajiH- зуется в виде счетчика с предустановкой, работающего в режиме вычитания.

По сигналу записи информации (фиг. 2д) из блока 1. ввода параметров сигнала в счетчик записывается двоичный код длительности сигнала в единицах времени, равных периоду ДТ следования импульсов интервалов времени (фиг.2в).. Практически это означает, что в счетчик по входам D параллельной записи заносится количество, интервалов времени 4Т, в совокупности составляющих требуемую длительность Т сигнала, а каждый пришедший на его вход вычитания импульс уменьшает содержимое счетчика на единицу. Таким .образом, нулевое содержимое счетчика указывает на истечение времени генерации. При этом на выходе переноса счетчика появляется сигнал Стоп (фиг. 2г), к оторый принимается блоком управления для прекращения генерации.

Блок 12 преобразования кода фазы в код амплитуды выполнен в виде ППЗУ, адресом которого является значение отсчета текущей фазы в пределах 0-7 радиан, а выходной информацией -соответствующее этому значению фазы значение амплитуды колебания синусоиды в пределах одного полупериода.

Формула изобретения

ПИФРОВОЙ генератор сложных сигналов, содержащий первый приемный регистр, первый накапливающий сумматор, блок преобразования кода фазы в код амплитуды, опорный генератор и блок управления, причем выход первого приемного регистра подключен к первому информационному входу п ервого акаплй вающего сумматора, выход которого подключен к входу блока преобразования кода фазы в код амплитуды, выход которого подключен к выходу генератора, выход знака которого подключен к выходу переполнения первого накапливающего сумматора, выход опорного генератора подключен к тактовому входу блока управления, вход пуска которого подключен к входу запуска генератора, выход разрешения записи блока управления подключен к входу управления первого приемного регистра, выход тактирования блока управления подключен к тактовому входу первого накапливающего сумматора, вход сброса кото913

рого подключен к выходу обнуления блока управления, отличающий с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией, в него введены два приемных регистра, три накапливающих сумматора, счетчик времени генерации, причем входы управления второго и третьего приемных регистров и счетчика времени генерации подключены к выходу разрешения записи блока управления, ,выход обнуления которого подключен к входам сброса второго, третьего и четвертого накапливающих сумматоров, тактовые входы которых подключены к выходу тактирования блока управления, входы первого, второ

го, третьего приемных регистров и интому входам задания параметров сигнала генератора, выход второго приемного регистра подключен к первому и второму информационным входам втор го накапливающего сумматора, выход которого подключен к первому информа ционному входу третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу второго приемного регистра, выход тр тьего приемного ре-гистра подключен к инфор)мационному входу четвертого накапливающего сумматора, выходы треть его и четвертого накапливающих сумма торов подключены к второму и третьему информационным входам первого йа- капливающего сумматора, выход импуль сов интервала времени блока управления подключен к счетному входу счетформационный вход счетчика времени re-2Q чика времени генерации, выход перенерации подключены соответственно к первому, второму, третьему и четверРедактор Н. Егорова

Фи&.2

Составитель С, Курош

Техред А. Кравчук Корректор Е.Рошко;

Заказ 3109/43 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного ком 1тета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

10

5

тому входам задания параметров сигнала генератора, выход второго приемного регистра подключен к первому и второму информационным входам второго накапливающего сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу второго приемного регистра, выход третьего приемного ре-гистра подключен к инфор)мационному входу четвертого накапливающего сумматора, выходы третьего и четвертого накапливающих сумматоров подключены к второму и третьему информационным входам первого йа- капливающего сумматора, выход импульсов интервала времени блока управления подключен к счетному входу счетполнения которого подключен к входу останова блока управления.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности может быть использовано в локации и измерительной технике для формирования зондирующих сигналов с внутриимпульсной гиперболической частотной модуляцией. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией. Генератор содержит блок 1 ввода параметров сигнала, первый приемный регистр 2, второй прием., ный регистр 3, третий приемный регистр 4, опорный генератор 5, второй накапливающий сумматор 6, четвертый накапливающий сумматор 7, счетчик 8 времени генерации, третий накапливающий сумматор 9, блок 10 управления, первый накапливающий сумматор 11, блок 12 , преобразования кода фазы в код амплитуды, цифроаналоговый преобразователь j 13. Поставленная цель достигается введением двух приемных регистров, трех накапливающих сумматоров, счетчика времени генерации. 2 ил. (Л с Сдд ю СП 4 О1