Устройство для измерения амплитуды импульсов Советский патент 1991 года по МПК G01R19/04 

1

(21)4498381/21

(22)25.10.88

(46) 30.03.91, Бкш. № 12

(71)Рязанский радиотехнический институт

(72)Ю. М„ Коршунов, Ю.А. Филатов и Ю.С. Бехтин

(53)621.317,326(088„8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1183910, кл. G 01 R 19/04, 1983.

Куликов Е.И0, Трифонов А.Н0 Оценка параметров сигналов на фоне помех - М.: Советское радио, 1978.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСОВ

(57)Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, акустических, гидроакустических и фотоэлектрических сигналово Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды импульсов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки амплитуды импульсов введены блок 3 задержки, два регистра 6 и 7, блок 8 памяти коэффициентов, который хранит коэффициенты весовых функций, учитывающих смещение импульсов относительно моментов квантования, и цифровой нерекурсивный фильтр 5, в котором происходит вычисление оценки смещения, а также коррекция оценки амплитуды при обнаружении импульса блоком 4 анализа. Использование оценки положения импульса относительно моментов квантования позволяет изменить весовую функцию фильтра в соответствии с реальной ситуацией и повысить точность измерения амплитуды импульсов, Устройство содержит также аналого-цифровой нерекурсивный фильтр 2 „ 4 ил.

с

(О

(Л

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, акустических, гидроакустических и фотоэлектрических сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды импульсов за счет селекции полезного сигнала на фоне помех„

На Лиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы; на фиг„ 3 - схема блока знализа; на фиг. 4 - временные диаграммы его работы,.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АПП) 1, фровой нерекурсивный фильтр 2, блок 3 задержки, блок 4 анализа, второй цифровой нерекурсивный фильтр 5, регистры 6 и 7, блок 8 памяти коэффициентов, выход 9 устройства, блок 10 управления и вход 11 устройства. Цифровой нерекурсивный фильтр 2 и блок 4 анализа соединены последовательно о АЦП 1 включен между входом устройства и входом цифрового

о оэ оо

О5 4

00

нерекурсивного фильтра 2. Последовательно соединенные блок 3 задержки, цифровой нерекурсивный фильтр 5 и регистр 7 включены между выходом АЦП и выходом устройства. Последовательно соединенные регистр 6 блок 8 памяти коэффициентов включены между выходом и вторым входом цифрового нерекурсивного фильтра 50 Первый выход блока 4 анализа соединен с вторыми входами регистров 7 и 6, а второй выход - с третьим входом регистра 6.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Импульсный сигнал на интервале наблюдения в N периодов квантования описывается в общем случае нелинейной функцией двух случайных параметров - амплитуды U и положения относительно дискретных отсчето ср:

(1)

i 1, N.

s; - v.

В результате статистической линеаризации приводим выражение (1) к виду:

S;a;U

, N,(2

где

V

+ b;Cf,

b - коэффициенты статистической линеаризации. Такое представление импульсного сигнала позволяет использовать для оценки параметров U и С/ нерекурсивные цифровые фильтры, реализующие операцию линейной свертки: KI-I

л

U.

ku;zn-;J zn-i

(3) (4)

где

сц.,

Zn Sn+ - дискретные отсчеты

входного сигнала, представляющего аддитивную смесь импульсного сигнала S л и шума %п; коэйфициенты весовых функций фильтров, вычисленные, например, по метод наименьших квадратов о

Особенность данных фильтров заключается, в том, что в момент п4 окончания информационного импульса выходная величина Йц, (3) имеет максимальное значение, соответствующее

10

А

и

оценке U амплитуды импульса, Uni max Un, а текущее значение величины (4) соответствует оценке положения импульса, причем вблизи момента п, величина( мало изменяется, т„ е9 tp Ч Й1й:Српа1П(фиг. 2) о Подставляя оценку Q в (1), получаем модель, соответствующую реальной ситуации:

s; up;((f)f i - TTTio

На основании этой модели вычис-д ляется весовая функция фильтра Кц (fy)

15 и0( KJN-, и Уточняет

0

5

0

5

импульса:

ся оценка амплитуды д N-I U (})Zn-; - (5)

Так как АЦП устройства имеет конечную разрядность, коэффициенты

kii (cf) для всех возможных значений

1Ь можно рассчитать заранее и хранить в блоке памяти коэффициентов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутс весовой функцией ky фор- Г

k,

ствии полезного сигнала Z,

фильтр 2

мирует оценки Un в соответствии с (3). На инверсном 6 и прямом о выходах блока 4 анализа установлены уровни О и 1 соответственно. Эта комбинация устанавливает в регистре 6 код адреса, в соответствии с которым из блока 8 памяти коэффициентов на вторые входы соответствующих блоков умножения фильтра 5 считываются

0

5

0

5

коэффициенты k

tf,

i О, N-1

весовой функции k(..Ha выходе блока 3 задержки присутствует входной сигнал задержанный на два такта, вследствие чего фильтр 5 вычисляет оценку cf согласно (4). В регистре 7 находится оценка амплитуды предыдущего импульса и„о.

При наличии во входном сигнале информационного импульса, т.е. Zn 5п ГП Фильтры 2 и 5 продолжают

вычислять оценки

U Ц

г-г-.

Величина

и поступает на вход блока 4 анализа, который осуществляет операции обнаружения импульсов и обнаружение максимума текущей оценки. Операция обнаружения импульса заключается в сравнении величины Uh с некоторым порогом га, ва:

т.е. в проверке неравенстл

Un

m

(6)

Если неравенство (6) не выполняется, состояние выходов 8 и 6 блока 4 не меняется и работа всего устройства соответствует исходному положению.

При выполнении неравенства (6) фиксируется факт наличия полезного сигнала, т.е. обнаружение импульса. Устройство ачинаетдпоиск максимальной оценки 11 maxUh среди тех оценок, которые поступают на вход блока анализа при выполнении условия (6). Блок 4 анализа тактируется сигналом Y2 и работает таким образом, что, если максимум текущей оценки амплитуды Un приходится на n-ю выборку Y1 , на выходах {Г и о появляется импульс обнаружения максимума длительностью один такт в момент (п+1)-й выборки - Y2. В момент (п+2)-й выборки - Y2 состояние выходов $ и ь соответствует исходному положению. При действии (п+1)-й выборки - Y1 фильтр 5 формирует оценку величины Ц, задержанную на два такта, т.е.0рп.,. Полученная оценка (jf пм записывается в регистр

6передним фронтом импульса обнаружения максимума с выхода о блока 4 в момент (п+1)-й выборки - Y2. На выходе о регистра 6 устанавливается таким образом код адреса, в соответствии с которым из блока 8 памяти коэффициентов считываются коэффициенты весовой функции ku ((.Рр.,) и ku(tf ) и подаются на соответствующие блоки умножения фильтра 5. Блок памяти коэффициентов собран, например , на программируемых постоянных запоминающих устройствах (ППЗУ) и работает в режиме считывания. При (п+2)-й выборке - Y1 фильтр 5 имеет перестроенную весовую функцию согласно (5) и содержит набор дискретных отсчетов входного сигнала

ti-i V ° который соответствует положению информационного импульса. Результат линейной свертки (5) в фильтре 5 - скорректированная оценка амплитуды и - передним фронтом импульса по выходу & блока 4 анализа в момент (п+2,)-й выборки - Y2 записывается в регистр

7и подается на выход 9 устройства. Этим же фронтом происходит установка в регистре 6 (по установочному вхоГ

0

5

0

5

0

ду) кода адреса для считывания коэффициентов весовой функции k из блока 8.

Таким образом, к моменту (п+3)-й выборки - Y1 устройство находится в исходном состоянии. Устройство работает совместно с блоком управления, вырабатывающим управляющие сигналы Y1 и Y2.

Работа блока 4 анализа заклкчается в обнаружении импульса и обнаружении максимальной оценки амплитуды при наличии полезного сигнала. Операция обнаружения импульса сводится к проверке неравенства (6) на каждом такте. Операция поиска максимума текущем оценки амплитуды при выполнении условия (6) заключается в сравнении кодов двух последовательных отсчетов

л л

UrH,un. (7)

При нарушении условия (7) предыдущая оценка Un объявляется максимальной и формируется импульс обнаружения максимума на (п+1)-м такте. Операции (6) и (7) обычно реализуются на сравнивающих устройствах, которые представляют собой комбинационные схемы сравнения кодов двух чисел (отсчетов). Выходной сигнал 0 таких устройств определяется следующим образом:

5

0

5

0

5

0

при выполнении (6) или (7),

) в противном случае. Блок 4 анализа (фиг.З) состоит из тактового входа 12, последовательно соединенных первого элемента И 13, регистра 14, первого сравнивающего блока 15, одновибратора 16 и триггера 17, включенных между входом и выходами устройства. Вход устройства подключен к входу второго сравнивающего блока 18, выход которого соединен с вторым входом регистра и вторым входом первого элемента И 13. Выход элемента И 13 подключен к второму входу первого сравнивающего блока 15, выход которого подключен к входу второго элемента И 19, выходом соединенного с третьим входом регистра 14. Второй вход второго элемента И 19 и второй вход триггера 17 объединены и являются входом 12 блока 4 анализа.

На фиг. 4 обозначены: а - вход блока анализа; Б, & - прямой и ингверсный выходы блока; Ц - выход сравнивающего блока 18;К- выход регистра ; Л - выход сравнивающего блока 15, М - выход одновибратора 16.

Блок анализа работает следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии полезного сигнала, Zn %п, на выходах сравнивающего блока 18, реализующего операцию (6), и на выходе элемента И 13 присутствует О. В регистре 14 хранится нулевой код, а на выходе сравнивающего блока 15, реализующего операцию (7), присутствует О. На выходе одновибратора 16 установлена 1. Сигнал Y2 не проходит через элемент И 19 на вход управления записью в регистр 14 и устанавливает каждый раз триггер 17 в состояние 1. Это соответствует присутствию на прямом 5 и инверсном о выходах триггера 17 1 и О соответственно.

В случае, если в регистре 14 находится код, отличный от нулевого (например, в начальный момент работы блока), блок 4 возвращается в исходное состояние. Действительно, выход Л не изменяет своего состояния, так как неравенство (7) не выполняется в этом случае, а уровнем О по выходу к сравнивающего блока 18 происходит сброс (установка в О) регистра.

При наличии во входном сигнале информационного импульса, т.е. Sn + fyiA, при превышении текущей оценкой Un величины порога m на выходе ц. сравнивающего блока 18 появляется 1. Дискретные отсчеты оценки амплитуды Un проходят через элемент И 13 и записываются в регистр по переднему фронту импульсов Y2, так как выполняется условие (7) и состояние выхода л соответствует 1. Пусть максимальная

г Л

оценка Uni Un приходит в момент n-й выборки - Y1. Тогда в момент (п+1)-й выборки - Y1 условие (7) нарушается. На выходе Л сравнивающего блока 15 образуется перепад из 1 в О, по которому одновибра- тор 16 вырабатывает импульс длительностью, равной периоду следования импульсов Y1 (или Y2). О по выходу А запрещает прохождение тактовых импульсов Y2 через элемент И 19 в регистр 14. Таким образом, в момент

Z

5

0

(п+1)-го импульса Y2 состояние регистра 14 не меняется и максимальная оценка амплитуды хранится в регистре 14 все остальное время действия строба одновибратора 16, определяемого условием (6).

В момент (п-И)-го импульса Y2 триггер 17 опрокидывается. К моменту (п+2)-го импульса Y2 одновибра- тор 16 возвращается в исходное состояние, следовательно, в этот момент состояние триггера 17 меняется на противоположное, соответствующее исходному состоянию.

Таким образом, на выходах блока анализа в момент (п+1)-го импульса Y2 формируется импульс обнаружения максимума длительностью один такт управляющего сигнала Y2.

Когда информационный импульс прошел через блок 4 анализа, условие (6) не выполняется и состояние выхода сравнивающего блока 18 переходит 5 в О. Происходит обнуление регистра 14, и блок 4 анализа возвращается в исходное состояние.

Работой АЦП управляет один тактовый сигнал Y3, который является дизъюнкцией управляющих сигналов Y1 и Y2. Преобразование происходит после прохождения заднего фронта тактового импульса, а результат, полученный в процессе преобразования, передается в выходной регистр АЦП одновременно с передним фронтом очередного тактового импульса Y3. Когда на выходе АЦП получается результат п-й выборки Y3, на входе производится (п+2)-я выборка, а результат (п+1)-й выборки хранится в промежуточном буфере АЦП. Таким образом, АЦП работает с задержкой на один такт Y1, которая не учитывается при анализе работы цифровой части устройства.

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения Устройство для измерения амплитуды импульсов, содержащее последовательно соединенные первый лерекур- сивный фильтр и блок анализа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды импульсов, оно дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, включенный между входом устройства и входом первого нерекурсивного фильтра, последовательно соединенные блок задержки, второй нерекурсивный фильтр и регистр, включенные между выходом аналого-цифрового преобразователя и выходом устройства, последовательно соединенные второй регистр и блок памяти коэффициентов, включенные между выходом и вторым входом второго нерекурсивного фильтра, причем первый выход блока анализа соединен с вторыми входами первого и второго регистров, а вто

рой выход - с третьим входом второго регистра, блок управления, первый выход которого соединен с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого нерекурсиного фильтра и блока задержки и третьим входом второго нерекурсивного фильтра, а второй выход - с третьим вход, ж аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока анализа.

Фиг. 7