Устройство для измерения длительности импульсных сигналов Советский патент 1987 года по МПК G04F10/00 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в уст ройствах измерения длительности импульсов, входящих в состав радио-, гидролокационной и другой аппаратуры

Цель изобретения - повышение точности измерения длительности импульс ного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-6 временные диаграммы.

Предлагаемое устройство содержит переключатель 1, пороговый элемент 2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ 4, полосовой фильтр 5, квадратор 6,усилитель 7,сумматор 8, расширитель 9 длительности импульсов, блок 10 вычитания, указатель 11 экстремума, счетчик 12 интервала времени. Блоки, образующие устройство, реализуются на основе стандартных радиотехнических устройств, элементов и измерительных приборов, изготовляемых с использованием как традиционной элементной базы, так и элементной базы микроэлектроники.

Входная клемма устройства соединена с входом управляемого ключа 4 и через переключатель 1 с пороговым элементом 2, последний соединен с генератором 3 линейно изменяющегося напряжения, вьгиод которого соединен с первым входом блока 10 вычитания. Выход управляемого ключа 4 соединен с полосовым фильтром 5, подключенным к входу квадратора 6. Выход квадратора 6 соединен с вторым входом сумматора 8. К выходу управляемого ключа 4 подключен также вход усилителя 7, выход которого соединен с первым входом сумматора 8. Выход сумматора 8 подключен к входу расширителя 9 длительности импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока 10 вычитании. Выход блока 10 вычитания через указатель 11 экстремума соединен с входом счетчика 12. Кроме того, выход порогового элемента 2 соединен .с входами управляемого ключа 4 и счетчика J2.

Для простоты изложения временные диаграммы приведены для случая отсутствия широкополосной 1ДДИТИВНОЙ

помехи, которая в предлагаемом уст306042

ройстве подавляется как за счет частотной фильтрации полосовым фильтром 5 на входе квадратора 6, так и за счет временного усреднения в расширителе 9 длительности импульсов.Такое подавление широкополосной аддитивной помехи, как следует из теории потенциальной помехоустойчивости, максиIQ мально уменьшает ее влияние на точность измерения длительности импульса.

На фиг. 2 пунктиром изображен измеряемый импульс, который с точно15 стью до масштаба по оси ординат совпадает с выходным напряжением усилителя 7. На фиг.З изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 6. Здесь

20 отсутствуют провалы в плоской вершине импульса из-за паразитной амплитудной модуляции. После сумматора 8 преобразованный импульс описывается формулой X,(t) + Xj(t) и имеет приTj ближенно вид, показанный на фиг.4. На выходе расширителя дпительности импульсов получаем сигнал х(с), изображенный на фиг. 5 сплошной линией. Здесь пунктиром изображено ли30 нейно изменяющееся напряжение, поступающее на блок вычитания с выхода генератора 3. На фиг. 6 изображена разность между сплошной и пунктирной кривыми (фиг. 5). Эта разность пропорциональна функции М (с) и всегда (в отсутствии аддитивной помехи) достигает максимума в точке истинного значения длительности Т измеряемого импульса. Нсшичие аддитивной помехи

40 смещает положение абсолютного максимума выходного сигнала блока 10 вычитания и вызывает ошибки измерения длительности импульса.

Предлагаемое устройство работает

45 следующим образом.

На вход измерителя длительности поступает аддитивная смесь x(t) S(t) -f- n (t) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t). Измеряемый

50 импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией так, что его можно описать формулой

35

S(t) (t))), Oiti-T,

о

о.

t 0,,

где Ug - амплитуда неискаженной части импульса;

,/L j - индекс паразитной амплитудной модуляции;

эФ эффективное напряжения мультипликативной помехи; (t) - описывает случайный закон

амплитудной модуляции, и, имея единичную среднюю мощность, обладает спектром мощности,сосредоточенным в диапазоне частот -Й/2; Й/2 .

Если уровень аддитивной помехи n(t) мал по сравнению с амплитудой сигнала, то переключатель 1 на входе порогового элемента 2 устанавливается в положение 1 и пороговый элемент 2, срабатьтая от переднего фронта импульса, вырабатьшает импульс прямоугольной формы, длительность которого превышает возможные значения длительности измеряемого импульса с . Вырабатываемый элементом 2 импульс открывает управляемый ключ 4 и синхронизует во времени счетчик 12 (запускает его).Когда уровень аддитивной помехи n(t) значителен и вели- ка вероятность ложного срабатывания порогового элемента 2, предусмотрена возможность использования синхро импульса, соответствующего переднему фронту измеряемого импульса. При этом переключатель 1 на выходе порогового элемента 2 находится в положении II и пороговый элемент 2 срабатывает от синхроимпульса.

Полосовой фильтр 5 имеет полосу пропускания,равную полосе -52/2; 52/2j, занимаемой спектром мощности паразитной амплитудной модуляции измеряемого импульса, и должен обеспечивать коэффициент передачи К,. На выходе полосового-фильтра 5 имеем сигнал

x,(t) к x(t-t ) g: X

J2 ii

., sin (nt /2) . . ГаГ72)

При этом указанный сигнал x,(t) на выходе полосового фильтра 5 отличается от входной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) тем, что подавлены все спектральные составляющие аддитивной помехи n(t), лежащие вне полосы частот -Q/2; Ci/2, и амплитуда изменена в К, раз Усилитель 7 имеет коэффициент усиления К2 и на его выходе сигнал равен

x(t) -- К,,х (t).

Сигнал Xj(t) с выхода усилителя в сумматоре 8 суммируется с выходным сигналом квадратора 6, в результате чего формируется сигнал

x(t) + xjt),

который поступает на вход расширителя 9 длительности импульсов.

Расширитель 9 длительности импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал

х,(7)- х2(1) + хЛг) dt.

о

Эта преобразованная смесь сигнала и помехи поступает на вход блока 10 вычитания. Одновременно на второй вход блока 10 вычитания с выхода генератора 3 линейно изменякицегося напряжения поступает линейно изменяющийся сигнал иСГ) К.С, формируемый с помощью сигнала с порогового эле- мента 2, длительностью, равной интервалу возможных значений длительностей измеряемого сигнала. Блок 10 вычитания формирую т сигнал, пропорциональный функции Т

МСг) j xj(t) + x(t) dt. - К,.

о

Эта функция достигает абсолютного максимума в момент времени, соответствующий заднему фронту измеряемого импульса. Указатель IT экстремума выявляет положение абсолютного максимума выходного сигнала блока вычитания, а счетчик 12 производит временной отсчет положения абсолютного максимума сигнала М(т). Начало работы счетчика синхронизовано сигналом с порогового элемента 2. После того, как выявлен абсолютный максимум сформированного сигнала M{ 2) и измерено его временное положение (с помощью блоков указателя 11 экстремума и счетчика 12), пороговый элемент 2 в результате подачи сигнала со счетчика 12 прекращает подачу запускающего импульса и ключ 4 запирает вход измерительного устройства.

Таким образом, путем измерения временного положения абсолютного максимума сформированного сигнала измеряется длительность импульса прямоугольной (или близкой к ней) формы, искаженного паразитной амплитудной модуляцией. Точность измерения длительности импульса, искаженного аддитивной и мультипликативными помехами, определяется выбором коэффициентов

К., К

г

К,

xj, определяющих режим работы блоков генератора 3, полосового фильтра 5, и усилителя 7. Анализ точности измерения длительности в предлагаемом устройстве, а также применение методов теории потенциальной помехоустойчивости показали, что максимальная точность измерения длительности достигается, когда

К, Knl, К, 2 U,K К,К2 m4Uq)ln(1+q) q-Hj/4,

где q - отношение спектральных плотностей мультипликативной и аддитивной помехи;

величина К выбирается в зависимосвходную клемму, соединенную с входом управляемого ключа и с последователь но включенными переключателем, пороговым элементом и генератором линейно изменяющегося напряжения, последовательно соединенные указатель экстремума и счетчик интервала времени, а также квадратор и расширитель импульсов, причем выход порого10 вого элемента соединен с управляющим входами ключа и счетчика интервала времени, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения длительности импульсного

15 сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи, в него введен усилитель, выход которого соединен с первым вхо20 дом сумматора, причем вход усилителя соединен с выходом управляющего ключа, а второй вход сумматора соединен с выходом квадратора, выход сумматора соединен с входом.расширителя имти от конкретных условий работы изме- пульсов, между выходом управляемого рителя таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал - помеха и используемых типовых блоков (ключ, усилитель и т.д.).

Формула изобретения Устройство для измерения длительности импульсных сигналов, содержащее

ключа и квадратором включен полосово фильтр, кроме того, введен блок вычи тания, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно из- 30 меняющегося напряжения, второй вход соединен с выходом расширителя импульсов а выход - с входом указателя экстремума.

т)

входную клемму, соединенную с входом управляемого ключа и с последовательно включенными переключателем, пороговым элементом и генератором линейно изменяющегося напряжения, последовательно соединенные указатель экстремума и счетчик интервала времени, а также квадратор и расширитель импульсов, причем выход порогового элемента соединен с управляющими входами ключа и счетчика интервала времени, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения длительности импульсного

сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи, в него введен усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, причем вход усилителя соединен с выходом управляющего ключа, а второй вход сумматора соединен с выходом квадратора, выход сумматора соединен с входом.расширителя им пульсов, между выходом управляемого

ключа и квадратором включен полосовой фильтр, кроме того, введен блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно из- 30 меняющегося напряжения, второй вход соединен с выходом расширителя импульсов а выход - с входом указателя экстремума.

I

V

фие.2

Изобретение относится к радиотехническим средствам измерения длительности импульсов и позволяет повысить точность измерения длительности импульсных сигналов, искаженных паразитной амплитудной модуляцией в условиях действия широкополосной аддитивной помехи. Если уровень аддитивной помехи мал по сравнению с амплитудой сигнала, то переключатель 1 устанавливается в положение I и пороговый элемент 2 срабатывает от переднего фронта измеряемого сигнала. Импульс с выхода.порогового элемента 2 открывает управляемый ключ 4 и запускает счетчик 12. В случае, когда уровень аддитивной помехи значителен, предусмотрена возможность срабатывания порогового элемента 2 от синхроимпульса в положении II переключателя 1 . Отсчет временного интервала производится счетчиком 12 временного интервала в момент достижения абсолютного максимума сигнала, сформированного в результате вычитания напряжения с генератора 3 линейно изменяющегося напряжения из напряжения,сформированного взаимосвязанными полосовым фильтром 5, квадратором 6, усилителем 7, сумматором 8 и расширителем 9, которые реь ализуют функцию M(t) ( ) + о + x(t)jdt, где X|(t) - напряжение на выходе полосового фильтра 5; x-Ct)- напряжение на выходе усилителя. 6 ил. с (Л -1 00 о сг: О 4

А

(рие.Ъ

Л

Го

xiffl- xM

фигЛ

фиг5 Та

Редактор М.Дылын

Составитель А. Ефимочкин

Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ 3581/49Тираж 370Подписное

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уж ород, ул. Проектная, 4