Устройство для измерения длительности импульсных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G04F10/00 

cpue.l

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерения длительности импульса.

Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для измерения длительности импульсных сигналов; на фиг. 2 - 12 - временные диаграммы, показывающие вид преобразований вход- ного сигнала при прохоясдении им раз- личных блоков устройства.

Устройство для измерения длительности импульсных сигналов содержит (фиг. 1) переключатель 1, генератор 2 управляющего импульса, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), элемент 4 задержки, перемножители 5 и 6, управляемый интегратор 7 (расширитель импульсов), управляемый ключ В, полосовой фильтр 9, квад- ратор 10, усилитель 11, ключ 12, блок 13 отношения, усилитель 14, сум- матор 15, управляемый интегратор 16, блок 17 вычитания, экспоненциальный усидитель 18 и управляемый интегра- тор t9

Входная шина соединена с первым входом Лерекдачателя 1 и входом управляемого :КЛюча 8, выход которого соединен с: входом полосового фильтра 9 и входом усилителя 14. Выход последнего соединен с первым входом сумматора 15, второй вход которого чере квадратор 10 соединен с выходом полосового фильтра 9. иМна управления соединена с вторым входом пер еключа- теля 1, выходом подключенного к входу генератора 2, выход которого соединен с входом генератора 3, входом элемента 4 задержки, входом перемно- жителя 5, управляк51тими входами управляемых интеграторов 7,16 и 19 и упра ляюгдам входом ключа 8. Выход элемента 4 задержки соединен с вторым входом перемножителя 5, выход которого подключен к управляющему входу ключа 12. Выход последнего соединен с первым входом перемножителя 6 и входом управляемого интегратора 19, выход которого соединен с первым входо блока 13 отношения, вторым входом подключенного к выходу управляемого интегратора 7. Вход интегратора 7 со единен с выходом перемножителя 6, втрой вход которого через усилитель 11 соединен с выходом генератора 3 и первым входом блока 17 вычитания. Второй вход последнего через управляемый интегратор 16 соединен с выходом сумматора 15. Выход блока 17 вычитания через экспоненциальный усилитель 18 соединен с входом управляемого ключа 12. Выход блока 13 отношения является выходом устройства.

Положение I переключателя 1 соответствует работе устройства при умеренном уровне широкополосных помех, когда генератор 2 срабатывает от переднего фронта измеряемого импульса. Положение II переключателя 1 соответствует работе устройства при большом уровне помех, когда генератор 2 ера- батывает от импульса, синхронизированного с передним фронтом измеряемого импульса.

Устройство работает следующим образом.

На вход измерителя длительности импульса поступает аддитивная смесь x(t)S(t)+n(t) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t). Измеряемый импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией, следовательно его можно описать формулой

Uod+meCt)), 0

t-CO; , где Ug - амплитуда неискаженной части импульса;

/U0 - индекс паразитной амплитудной модуляции (иэсрср- эффективное напряжение мультипликативной помехи); t) описьшает случайный закон амплитудной модуляции и, имея единичную среднюю мощность, обладает спектром мощности, сосредоточенным в диапазоне частот 51/2.

Мультипликативные искажения предполагаются быстрыми, следовательно

t n /2 /i 1. При превьш1ении входным сигналом некоторого уровня (переключатель 1 в положении I) или при по-

..ступлении импульса, синхронизированного с передним фронтом измеряемого импульса (переключатель 1 в положении II), генератор 2 управляющего импульса- вырабатывает управляющий сигнал X5.(t), изображенный на фиг. 2. Длительность первого положительного импульса в управляющем сигнале выбит

s(t)

uiirti;cti J

) :. 10,

(1)

1(.

5.. 1599838

рается равной наибольшей возможной длительности измеряемого импульса Т.

Расстояние от заднего фронта положи- тельного импульса до переднего Арон- та второго (отрицательного) импульса Тинь, выбирается минимальным, но достаточным для считьгоания результатов измерения. Таким образом, , - это время индикации. Длительность второ- го (отрицательного) импульса выбирается минимальной, но достаточной для управления блоками схемы. В исходном состоянии (до включе 1ия генератора управляющего сигнала) ключи 8 и 12 5 закрыты, управляюнщй сигнал на входах ийтетраторов 7 и 19 входах ГЛИН 3, элемента 4 задержки н пёремножителя 5 отсутствует. При появлении положитель-. ного импульса управляющего сигнала 20 открывается кгаоч 8 и остается открытым в течение времени Т.. В этом интервале времени на полосовой фильтр 9 и усилитель 1А поступает аддитивная смесь x(t)S(t)+n(t), где S(t) зада- 25 ется формулой (1), а n(t) - широко- полосная помеха со спектральной плотностью NO. Полосовой фильтр 9 имеет

xjeCv e plK/e-XfTC )J,

полосу пропускания, равную полосеf Sr « х ч Л л.1 ч

1-9/2;9./21и занимаемую спектром мощ- 30 )-тс, (t)dt-K3t J. (7)

ности паразитной амплитудной модуляции измеряемого импульса (1), и должен обеспечивать коэфсЪициент передачи К. В результате на выходе полосового фильтра 9 имеем сигнал

С выхода экспоненциального усилителя 18 на последую1чие блоки схемы сигнал поступает через ключ 12, который открывается с задержкой на вре- JC мя Т(Тцнд относительно переднего « О ( 1 /04фронта положительного импульса, управXg(t)K I x(t-t )-- Ц -г -г--А1 .f,.} ляющего сигнала, где Т/ - минимально 2). ппчмпжн;;

возможная длительность измеряемого импульса. Задержка обеспечгтвается тем, что управляющий сигнал ключа 12 xg(t) (фиг. 4) представляет собой результат перемножения управляющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управляющего импульса X;}(t), прошедшего через

i При этом сигнал (2) на выходе полосового фильтра 9 отличается от вход- .ной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что подавлены все спектральные составляющие аддитивной помехи n(t), лежащие

возможная длительность измеряемого импульса. Задержка обеспечгтвается тем, что управляющий сигнал ключа 1 xg(t) (фиг. 4) представляет собой р зультат перемножения управляющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управляющ го импульса X;}(t), прошедшего через

щпц адди ивнии нимели lii./ . леллшие./, i

о/о14S ЛИНИЮ 4 задержки (фиг. 3) со времевне полосы частот t/2; bc/2J, иам- Jm

-. нем задержки Т .

плитуда изменена в Kg раз.

.Усилитель 14 выполнен с коэффициентом усиления Kj4 следовательно , на выходе усилителя 14 имеем сигнал (фиг.5)

) S(t). (3) Сигнал с выхода усилителя 14 в сумматоре 15 сут-1мируется с. выходным сигналом квадратора 10, в результате чего формируется сигнал (фиг. 7)

x,g(t:)-x|(t:) (t), (4)

Перемножитель б Нормирует произве дение Х(,() сигнала х «() полученного из выходного сигнала ГЛИН 3 уг.и 50 лением с коэффициентом усиления К ц блоком 11, и сигнала х ,g (сГ) (фиг ,11) с выхода ключа 12 (Лиг. 12):

хб()х« Огг). (t-)

jKqKs.txjeCi, t TJ

55

(8)

I

0, сГсТ,; t: Т.

Таким образом, на входы интеграто ров 7 и 19 входные сигналы X,( t) и XfijCt) начинают поступать после мо- : мента времени Tt, следовательно, при

который поступает на вход расширителя 16 длительности и шульсов.

Расширитель 16 длительности импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал (фиг. §)

X46 СЬ) I х2(с) (t)l dt. (5)

о .

Эта преобразованная смесь сигнала Н помехи .поступает на вход блока 17 вычитания. Одновременно на второй вход блока 17 вычитания с выхода ГЛИНЗ пост гпает линейно-изменяюгщйся сигнал Х5( и)Кз 1 (фиг. 8), формируемый с помощью сигнала с выхода генератора 2 управляющего импульса длительностью, равной интервалу возможных значений длительностей измеряемого импульса. Епок 17 вычитания формирует cHrnasj (фиг, 9)

X ,7 (tУ I х| (t) +х ,4 (t) dt-Kg Zr. (6)

с выхода блока .17 вычитания сигнал поступает на усилитель 18 с экспонен- Ц11альной динамической характеристикой, формирующий выходной сигнал вида (фиг. 10)

xjeCv e plK/e-XfTC )J,

f Sr « х ч Л л.1 ч

ляющего сигнала, где Т/ - минимально ппчмпжн;;

возможная длительность измеряемого импульса. Задержка обеспечгтвается тем, что управляющий сигнал ключа 12 xg(t) (фиг. 4) представляет собой результат перемножения управляющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управляющего импульса X;}(t), прошедшего через

./, i

ЛИНИЮ 4 задержки (фиг. 3) со времеПеремножитель б Нормирует произве- дение Х(,() сигнала х «() полученного из выходного сигнала ГЛИН 3 уг.и- 50 лением с коэффициентом усиления К ц блоком 11, и сигнала х ,g (сГ) (фиг ,11) с выхода ключа 12 (Лиг. 12):

хб()х« Огг). (t-)

jKqKs.txjeCi, t TJ

55

(8)

0, сГсТ,; t: Т.

Таким образом, на входы интеграторов 7 и 19 входные сигналы X,( t) и XfijCt) начинают поступать после мо- : мента времени Tt, следовательно, при

71599838

на выходе интегратора 7 формируется сигнал

-1 . -; - .

х(е) Гкз-к„.. x,5,( J;)dC,

(9)

а на выходе интегратора 19 - сигнал

л ..-.:..

(10)

:49(t)Ix,,2(t)dt.

10

20

25

30

- В результате, на вькоде блока 13 отношения формируется сигнал

(t)x(t)(t). (11)

- т /fe

Ку .x,a(T)-Y

J

Т4

Таким образом, величина Ху,(Т) 1федставлявт собой измеренное значение неизвестной длительности входного импульса.

По окончании в момент времени Т положительного т пульса управляющего сигнала Xu(t) ключ 2 закрывается, прекращается формирование линейно изменяющегося сигнала ) ГЛИН 3, а отрицательным импульсом управляющего сигнала в момент времени Т+Тм|4| сбрасьшаются (обнуляются) интеграторы 7,16 и 19. Устройство приводится в исходное состояние и готово к работе.

Точность измерения длительности ишхульса в предлагаемом устройстве зависит от выбора коэффициентов Кд,Кз К;(4 и К, определяю1 щх режим . . работы соответствующих блоков. Анализ точности измерения в предлагаемом устройстве, а также результаты теории ,Q помехоустойчивости показывают, что наибольшая точность измерения длительности импульса достигается при следующих значениях коэффициентов:

,(1+q);

tl+m4H-q ln(1+q)

(Uq)r ;

К« 1/К5;

K,4 2Uo/No(H-q);

.

В этих выражениях NO - спектральная плотность широкополосной помехи, q - отношение спектральных плотностей мультипликтивной и аддитивной широкополосной помех.

Таким образом, измеренное значение длительности импульса представляет собой отношение площадей под кривыми, приведенными на фиг. 12 и 11 соответ

45

50

55

8

Этот сигнал зависит от времени только при . При .n этот сигнал представляет собой постоянную величину, численно равную измеренному значению длительности входного импульса. Если выходной сигнал предла- гаемого устройства x(t) выразить через входную смесь импульса и помехи x(t), то в интервале времени от Т до Т + Тик получим

0

5

0

Q

ственно. В отсутствие широкополосной помехи это отношение площадей хотя и близко к истинному значению длительности импульса п но все-таки несколько отличается от него. В устройстве-прототипе в качестве измеренного значения длительности импульса используется положение максимума сигнала () на выходе блока 17 вычитания (фиг. 9). Поэтому в отсутствие широкополосной помехи устройство-прототип обеспечивает точное измерение длительности, однако в нем для измерения используется только один признак сигнала - х (7 С) амплитуда. В предлагаемом устройстве используется дпя уточнения измерения еще и- площадь под кривыми, формируемыми блоками 6 и 12. Таким образом, в отличие от устройства-прототипа в предлагаемом устройстве для измерения длительности ; импульса используются два признака формируемого сигнала - амплитуда и площадь под пиком. Использование двух признаков в предлагаемом устройстве вместо одного в прототипе позволяет повысить точность измерения длительности при наличии помехи. Кроме того, экспоненциальный усилитель существенно обостряет пик формируемого сигна-г ла в окрестности истинного значения длительности импульса (фиг.9, 11 к 12).

Это обострение также позволяет повысить точность измерения. При наличии широкополосной помехи экспоненциаль- ный усилитель также существенно обостряет пики выходного сигнала блока 17, обусловленные действием помехи. Это равносильно расширению спектра помехи. В результате интегра5

0

5

торы 7 и 19 более эффективно сглаживают (подавляют), широкополосную помеху. Следовательно, при наличии широкополосной помехи точность измерения длительности импульса в предлагаемом устройстве всегда выше, чем в устройстве -прототипе.

Формула изобретения

Устройство для измерения длительности импульсных сигналов, содержащее входнзто и управляющие шины, переключатель, генератор линейно изменяюще- гося нап1ряжения, первь-й управляемый ключ, полосовой фильтр, квадратор, первый усилитель, сумматор, первый управляеь1ый интегратор, блок отношений, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с входом управления первого управляемого ключа, вход которого соединен с входной шиной и первым входом переключателя, второй вход которого соединен с управляющей шиной устройства, выход первого управляемого ключа соединен с входами полосового фильтра и первого усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через квадратор соединен с выходом полосового фильтра, выход сумматора через первый управляемый интегратор соеди-

0

5 0 5 0 r

нен с вторым входом блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены элемент задержки, два перемножителя, два управляемых интегратора, второй ускпитель, второй управляемый ключ, экспоненциальный усилитель, блок отношения, генератор управлякщего импульса, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход - с входами управления первого, второго и третьего управляе- мьк интеграторов, входами генератора линейно изменяющегося напряжениями элемента задержки, первым входом первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, а вькод - с входом управления второго управляемого ключа, выход которого соединен -с первым входом второ- го перемножителя и входом третьего управляемого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока отношения, второй вход которого соединен с выходом второго управляемого интегратора, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, второй вход которого через второй усилитель соединен с первым входом блока вычитания, выход которого через экспоненциальный усилитель соединен с входом второго управляемого ключа, выход блока отношения является выходом устройства.

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, - достигается введением генератора 2 управляющего импульса, элемента 4 задержки, перемножителей 5,6, управляемого интегратора 7, усилителя 11, управляемого ключа 12, блока 13 отношения, экспоненциального усилителя 18, управляемого интегратора 19. Устройство также содержит переключатель 1, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ 8, полосовой фильтр 9, квадратор 10, усилитель 14, сумматор 15, управляемый интегратор 16, блок 17 вычитания. 12 ил.

Xsd)

Фиг. 4

Фиь. 5

X/

X, -Х/ГА

,М

4

Фиг. 5

н Фиг. б

fn ФигЛ

Xfgff)

х„т

х,(Г)

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Котов Техред М.Ходанич

Фиг. 9

Физ.ю

Фие.11

Фиг.П

Корректор Э.Лончакова