Измеритель длительности импульсов Советский патент 1988 года по МПК G04F10/04 

Фиг.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерения длительности импульсов.

Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульса, искаженного модулирующей помехой, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2-15 - временные диаграммы, раскрывающие преобразования, которым подвергается искаженный мультипли- кативной помехой импульс при прохождении различных элементов измерителя, на фиг.16 - зависимость выигрьша в точности измерения длительности импульса; на фиг.17-19 - временные диа граммы, характеризующие преобразования сигнала, искаженного модулирующей помехой.

Измеритель содержит переключатель 1, пороговьш элемент 2, генератор линейно изменяющегося напряжения 3, фазоинвертор 4, блок 5 отношений, логарифмический усилитель 6, перемножитель, 7, сумматор 8, указатель 9 экстремума, управляемьй ключ 10,расширитель 11 длительности импульса, квадратор 12, блок 13 отношений,сумматор 14, полосовой фильтр 15, квадратор 16, расширитель 17 длительности импульса, счетчик 18 времени,входную информационную шину, шину синхрониза ции и группу выходных шин.

Счетчик 18 времени содержит гене- ратор 19 импульсов, управляемый ключ

20 и счетчик 21 импульсов.

Входная информационная шина . измерителя соединена с информационными входами управляемого ключа 10 и переключателя 1, второй вход которого пэд,с

Q

|5 20

25 ,„

„

40

35

ключей к второму входу блока 5 отношений, первый вход которого соединен с выходом генератора 3 линейно изменяющегося напряжения и входом фазо- инвертора 4, второй выход которого подключен к второму входу блока 13 отношений, а первый выход фазоинвер- тора соединен с вторыми входами сумматора. 8 и перемножителя 7, первый вход которого через логарифмический усилитель 6 подключен к выходу блока 5 отношений, а выход перемножителя соединен с первым входом сумматора 8, третий вход которого подклю чей к второму входу сумматора 14, а выход сумматора 8 соединен через указатель 9 экстремума к первому входу счетчика 18 времени, группа шин которого является выходом измерителя .

Первым входом счетчика 18 времени является первый вход управляемого ключа 20, вторым входом является вход генератора 19, соединенного со вторым входом ключа 20 и счетчика 21, другой вход которого соединен с выходом ключа 20, третий вход которого соединен с выходом генератора 19.

Измеритель работает следующим образом.

На вход измерителя длительности поступает аддитивная смесь

x(t) S(t) + n(t)

импульса S(t) и широкополосной помехи n(t).

Измеряемый импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией так, что его можно описать следующей зависимостью:

Изобретение относится к области радиотехники и позволяет повысить точность измерения длительности импульса, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи. Измеритель содержит переключатель 1, пороговый элемент 2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, фазоинвертор 4, блок 5 отношений, сумматор 8, указатель экстремума 9, управляемый ключ 10, расширители 11 и 17 длительности импульса, квадратор 12, полосовой фильтр 15, квадратор 16 и счетчик 18 времени. В устройство введены логарифмический усилитель 6, перемножитель 7, блок 13 отношений и сумматор 14. Измеритель позволяет использовать энергию модулирующей помехи, т.к. пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выделяется на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отно- шений. В описании приведен пример реализации счетчика 18 времени.1 з.п. ф-лы , 1 9, ил. i СЛ

подключен к шине

синхронизации, а

выход соединен с входом порогового элемента 2, выход которого подключен к второму входу счетчика 18 времени, входу генератора 3 линейно изменяющегося йапряжения и входу управления управляемого ключа 10, выход которого через последовательно соединенные расщиритель 11 длительности квадратор 12 и блок 13 отношений подключен к первому входу сумматора 14, а через последовательно соединенные полосовой фильтр 15, квадратор 16 и расширитель 17 соединен с вторым вхог дом сумматора 14, выход которого под

S(t)

где Ug С

( . (t)

(t) о

о ё t - т„,

t - о

(1)

о

амплитуда неискаженной части импульса;

характеризует глубину паразитной амплитудной модуляцииописывает случайньш закон амплитудной модуляции и ладает спектром мощности, сосредоточенным в диапазоне частот -SJ/2-, Q /2.

При этом Ug и С являются неизвестными паразитными параметрами. Их вли яние исключается в процессе измерения.

Если уровень аддитивной помехи n(t) мал по сравнению с ожидаемой амплитудой сигнала, то переключатель 1 на входе порогового элемента 2 можно установить в положение 1 и пороговый элемент, срабатывая от переднего фронта импульса, формирует импульс прямоугольной формы, длительность Т которого превьшает возможные значе- ния длительно измеряемого импульса €„ .

х,(Г)К., jx(t)dt.

Сформированный пороговым элементом импульс открывает управляемые ключи 10 и 20, запускает генератор 19 счетных импульсов, обнуляет счетчик 21 и приводит его в рабочее состояние состояние.

В случае, когда уровень аддитивной помехи n(t) значителен и велика вероятность лояшого срабатывания порогового элемента 2, предусмотрена возможность использования синхроимпульса, соответствующего переднему фрон- ту измеряемого импульса. При этом переключатель 1 переводится во второе положение и элемент 2 запускается от синхроимпульса, поступающего по входной шине.

Генератор 3 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формирует линейно изменяющийся сигнал К,С с длительностью Т, равной интервалу возможных значений длительности сигнала. Расширитель 11 длительности импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени с коэффициентом передачи К, на выходе которого формируется сигнал

(2) о

Далее этот сигнал возводится в квадрат в квадраторе .12 и выходной сигнал квадратора 12 поступает на вход блока 13 отношений. Одновременно на второй вход блока отношений поступает сигнал -К, Г с выхода фазоинвертора 4. На выходе блока 13 отношений формируется сигнал

,() x(c)dtl

к,

(3)

Блок 15 представляет собой полосовой фильтр с полосой пропускания -Q/2 , Q/2, занимаемой спектром мощности мултипликативной помехи, искажающей измеряемьш импульс, и обеспечивает коэффициент передачи К,. В результате на выходе фильтра 15 форми

руется сигнал

сю

(t)K, x(t-t ) J /IT

fZt /2

(4)

При этом сигнал (А) на выходе фильтра 15 отличается от входной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что в нем подавлены все спектральные составляющие аддитивной помехи n(t), лежащие вне полосы частот (-Я/2 , S2/2J и амплитуда изменена в К, раз.

Затем этот сигнал х (t) возводится в квадрат в квадраторе 16, выходной сигнал квадратора 16 поступает на вход расширителя 17 длительности представляющего собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал т

г ,

X,

,() J X,(t)dt,

(5)

Эта преобразованная смесь сигнала и помехи поступает на второй вход сумматора 14, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 13 отношений х(сГ) (3). Выходной сигнал сумматора 14х5( & )Х4(С )+Хг( Г) (6),поступает на второй вход блока 5 отношений, на первый вход которого поступает линейно изменяющийся сигнал К, Т с выхода ГЛИН 3. При этом на

5 формируется

5

выходе блока отношений сигнал

Зб(Г) X (Г)/(К 7).

(7)

Далее этот сигнал поступает на вход логарифмического усилителя 6, на выходе которого формируется сигнал Inx().

в блоке 7 происходит перемножение выходных сигналов логарифмического усилителя 6 и фазоинвертора 4.

50

Выходной сигнал перемножителя 7 поступает далее на первый вход сумматора 8, на два других входа кото- 55 Рого одновременно поступают выходной сигнал расширителя 17 длительности импульсов и лш1ейно изменяющийся сигнал () с выхода фазоинвертора 4. Сумматор 8 формирует сигнал

N(-0-) -К,о1пХб( С )-К,)

.

, x(t)dt

x(t)

(8)

.

-K, + x(t)dt.

Или, если обозначить x,(t)(t),то

(i:)KMy4t)dt-K, 10 x(t)dtflL

I г

.Jy4t)dt-5

15

Эта функция достигает абсолютного максимума в момент времени, соответствующий заднему фронту измеряемого импульса. Указатель 9 экстремума выявляет положение абсолютного максимума выходного сигнала сумматора 8 и закрывает управляемый ключ 20 При этом счетные импульсы с извест- |ным периодом повторения перестают- :поступать на счетчик 21 импульсов. :Начало работы счетчика синхронизовано сигналом с порогового элемента 2. Таким образом, показания счетчика 2/ при известном периоде повторения счетных импульсов определяют изме- ;ренную длительность,

i В момент появления заднего фронта запускающего импульса, вырабатывае- ;Мого пороговым элементом 2, управ- ;ляемый ключ 10 запирает вход изме- ;рительного устройства.

Точность измерения длительности :импульса, искаженного аддитивной и ;мультипликативной помехами, существенно зависит от выбора коэффициентов К|, К,, определяющих режим работы блоков 15, 11 и 3.

Максимальная точность измерения длительности достигается когда

К„ K,(J

К.

(9;

где К| выбирается в зависимости от конкретных условий работы измерителя таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал - помеха и используемых типовых блоков, G - средняя мощность (дисперсия) аддитивной помехи в полосе частот -Q/2 , f2/2, занимаемой мультипликативной помехой.

На фиг. 2 изображен выходной сигнал порогового элемента 2, представляющий собой импульс длительностью Т, превышающей возможные значения длительности Г измеряемого импульса

5

0

На фиг. 3 изображен (условно) измеряемый импульс, на фиг.4 - сигнал на выходе расширителя 11 длительности импульсов.

На фиг.5 сплошной линией изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 12. . Здесь же пунктиром показано линейно изменяющееся напряжение на выходе

ггаш 3.

На фиг.6 изображен выходной сигнал фазоинвертора 4, на фиг. 7 представлен результат деления сплошной линии 5 фиг.5 на линию фиг.6, т.е. выходной сигнал блока 13 отношений.

Выходной сигнал полосового фильтра 15 отличается от входного сигнала, изображенного на фиг. 3,только ам- 0 плитудой.

На фиг. 8 изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 16. После интегратора 17 преобразованный сигнал с мультипликативной помехой описывается формулой (5) и имеет приближенно вид, показанньй на фиг.9. На фиг. 10 изображена сумма кривых, показанных на фиг.7 и фиг. 9, т.е. выходной сигнал сумматора 14.

На фиг.11 приведена кривая, характеризующая выходной сигнал блока 5 отношений, в котором происходит деление выходного сигнала сумматора 14 (фиг. 10) и выходного сигнала ГЛИН 3 (фиг. 5).

Прологарифмированная кривая (фиг.11) приведена на фиг. 12, она характеризует выходйой сигнал лога- 0 рифмического усилителя 6. На выходе перемножителя 7 имеем сигнал, приближенный вид которого показан на фиг.13. На фиг.14 показана сумма трех кривых, представленных на фиг. 6, 9 и 13. Эта g сумма пропорциональна М( сГ) (8) и всегда (в отсутствии аддитивной помехи) достигает максимума в точке истинного значения длительности € измеряемого импульса. Наличие адди- Q тивной помехи смещает положение абсолютного максимума выходного сигнала сумматора 8 и вызывает ошибки измерения длительности импульса.

5 На фиг.15 изображен выходной сигнал указателя 9 экстремума, закрьшаю- щий управляемьй ключ 20, Тем самым прекращается подача счетных импуль- ов от генератора 19 к счетчику 21.

5

Зависимость выигрыша в точности измерения (дб) от параметра q , равного отношению спектральной плотности мультипликативной и аддитивной помехи, приведена на фиг.16 для различных значений параметра 5 , равного 3,10 и 20 дб.

Как видно из графика на фиг. 16 выигрыш в точности измерения длительности может достигать больших значений, например, - 20 дб при 10 Hq 5, и5 :31дб при 20 и q 1.

На фиг. 17 изображен (условно) искаженньй сигнал S(t) при 6 1.

На фиг. 18 изображен этот сигнал на выходе квадратора 16, а на фиг.19 сигнал на выходе расширителя 17 длительности импульсов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет использовать энергию модулирующей помехи для повьш е- ния точности измерения длительности импульса, так как пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выделяется на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отношения в известном устройстве.

Формула изобретения

Измеритель длительности импульсов содержащий переключатель, порогрвый элемент, генератор линейно изменяющегося напряжения, фазоинвертор, уп- равляемьш ключ, первый и второй расширители длительности импульса, первый и второй квадраторы, первьй блок отношений, первый сумматор, полосовой фильтр, указатель экстремума, счетчик времени, входную информационную шину, шину синхронизации и группу выходных шин, причем информационная шина соединена с информационными входами управляемого ключа и переключателя, второй вход которого соединен с шиной синхронизации измерителя, а выход соединен с входом порогового элемента., выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа и входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входом фазо- инвертора, а выход управляемого ключа подключен к входам полосового

фильтра и первого расширителя длительности, выход которого через первый квадратор соединен с первым вхо- дом первого блока отношений, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй расширитель и второй квадратор подключен к выходу полосового фильтра, а выход указателя экстремума соединен с первым входом счетчика времени, о тличающий- с я TeMi что, с целью повьш1ения точности измерения длительности импульса, искаженного модулирующей помехой, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи, в него дополнительно введены второй блок отношеНИИ, логарифмический усилитель, перемножитель и второй сумматор, причем первьй и второй входы второго блока отношений соединены с выходами соответственно генератора линейно изменяющегося напряжения и первого сумматора, а выход второго блока отно- .шений подключен через логарифмичес- Kirfi умножитель к первому входу перемножителя, второй вход которого соединен с первым выходом фазоинвертора, второй выход которого соединен с рто- рым входом первого блока отношений, а выход перемножителя подключен к первому входу второго сумматора, второй

вход которого соединен с вторым входом перемножителя, а третий вход подключен к второму входу первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом указателя экстремума, а второй вход счетчика времени подключен к выходу порогового элемента.

времени содержит генератор импульсов, управляемьй ключ и счетчик, причем первьй вход счетчика времени соединен с первым входом управляемого ключа, второй вход которого подключен к второму входу счетчика времени и управляющим входам счетчика и генератора, выход которого соединен с третьим входом управляемого ключа, выход которого соединен со счетным

входом счетчика, выходы которого яв-

ляются выходами измерителя.

S(b)

Фие. 2

tc Г i

X/

H-.да

Фив, 3

Гд ;Г

-/(Г

Г 7 Т

Фуа

J

Фиг. 7

Pus. 5

г. г -г

1(

to г Ь

Рие. 6

9U&.9

1; Г Г

У:М

га Т f

xgfi:}

VUB. 10

Ри. у/

г г

ITaif.

Pws. 15

0 т г

Фив. f2

-Kstlnoc ft }

Со Т Г

Фиг. /J

fPua. i

r« Г Т

Т t

(Риг, /7

t

К)

м

(Рив.

Фие. 9

Z 7-