Анализатор импульсных последовательностей Советский патент 1992 года по МПК G01R23/10 

Фиг. /

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано в устройствах обнаружения периодических импульсных сигналов и определения частоты в условиях действия помех.

Цель изобретения - упрощение и расширение функциональных возможностей.

На фиго 1 и 2 приведены структурные схемы анализатора и входящего в него блока; на фиг. 3 и 4 - диаграммы, поясняющие принцип действия анализатора; на фиг. 5 - временные диаграммы работы блоков анализатора.

Анализатор импульсных последовательностей содержит (фиго 1) входную шину 1, бинарный квантователь 2, шину 3 порогового напряжения, блок 4 стро- бирования, формирователь 5 сброса анализа, генератор 6 стандартных импульсов, формирователь 7 пробного периода, формирователь 8 вычетов, генератор 9 тактовых импульсов, накопители 10 и 11, формирователь 12 импульса сброса, блок 13 сложения, выходные ключи 14-16, пороговый блок 17, блок 1 и.задания порога, а также выходные шины 19-22.

Первый и второй входы бинарного квантователя. 2 являются, соответст- венно, входной шиной 1 и шиной 3 порогового напряжения, а выход через последовательно соединенные блок 4 стробирования и генератор 6 подключен к третьим входам накопителей 10, 11 и первому входу формирователя 8 вычетов, третий вход которого объединен с выходом генератора 9 и входом формирователя 5 строба анализа. Первый и второй выходы формирователя 8 вычетов через, соответственно, накопители 10 и 11 подключены к первому и второму входам блока 13 сложения, выход которого через выходной ключ 14 соединен с первым входом порогового блока 17 и выходной шиной 19„ Первый и второй выходы формирователя 5 соединены, соответственно, с вторы входом блока 4 стробирования и входом формирователя 12 импульса сброса вторыми входами выходных ключей 14, 15. Вход формирователя 7 объединен с выходом формирователя 12, вторыми входами накопителей 10 и 11, а выход с вторым входом формирователя 8, первыми входами выходных ключей 15 и 16 выходы которых являются, соответст-венно, выходными шинами 20 и 21 устройства. Выход блока 18 задания порога соединен с вторым входом порогового блока 17, выход которого подключен к второму входу выходного ключа 16 и выходной шине 22 „

Формирователь 8 вычетов (фиг.2) содержит блок 23 сравнения кодов,

двоичный счетчик 24, блок 25 сравнения кодов, элемент ИЛИ 26, двоичный счетчик 2.7, блок 28 сравнения кодов, вычитатели 29 и 30, ключи 31 и 32. Первый вход формирователя 3 объединен

с вторыми входами ключей 31 и 32, а второй вход - с первыми входами блоков 23, 25 и 28 и вторыми входами вы- читателей 29 и 300 Третий вход формирователя 8 объединен с первыми вхо0 дами двоичных счетчиков 24 и 27, выходы которых через последовательно соединенные, соответственно, вычи- татель 29, ключ 31 и вычитатель 30, ключ 32 подключены к первому и вто

5 рому выходам формирователя 8 ;выче- тов„ Выходы блоков 23 и 25 сравнения кодов соединены, соответственно, с вторыми входами двоичного счетчика 24 и элемента ИЛИ 26, выход которого

0 подключен к второму входу двоичного счетчика 27, при этом выход блока 28 соединен с первым входом элемента ИЛИ 26.

В основу принципа действия уст5 ройства положено модульное преобразование моментов времени t $ появления импульсов в анализируемой реализации потока импульсов, формируемого генератором 6 стандартных импульсов

0 из бинарно квантованного напряжения. Поток импульсов, поступающих на вход формирователя 8 вычетов, характеризуется длительностью реализации Т0 (интервалом анализа) и моментами по5 явления t, импульсов в реализации

(i 1,2,3,...) отсчитанными от начала реализации.

Модульное преобразование состоит в представлении значений t« по модулю некоторого заранее выбранного (или

0

заданного) пробного периода Т

J

скобках.

,J1

Если анализируемая реализация со- держит периодическую последовательность импульсов и(t)j характеризуемую периодом TO повторения импульсов и временным .положением „первого импульса последовательности относительно начала реализации, то

ний t

Значения &( зависят от значе- № -№ J. 1

«и

и tgu и лежат

в пределах

(-0,51j...+0,5 Тр ,ent(T0/Tj).

При этом еслиб; . О, то|0- | max (фиго 4) и выполняется соотношение

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано в устройствах обнаружения импульсных сигналов и определения частоты в условиях действия помех. Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможное-, тей. Анализатор импульсных:последовательностей содержит входную шину 1, , бинарный кантователь 2, шину 3 порогового напряжения, блок 4 етробирова- ния, генератор 6 стандартных импульсов, генератор 9 тактовых импульсов и пороговый блок 17„ Введение формирователя 5 строба анализа, формирователя 7 пробного периода, формирователя 8 вычетов, накопителей ,10, 11, формирователя 12 импульса сброса, блока 13 сложения, ВЫХОДНЕРС ключей 14-16 и ка 18 задания порога позволяет обна- руживать сигналы и с неизвестным периодом и оценивать их статические свойства по периодограмме. 1 з,п. ф-лы, 5 . - . . I (Л

-oCij

t...Mod т;.

еЛJ

При 1 Tj

Vij4w(i-1)yModTj %. -, т.е. все вычеты такой последовательности имеют одинаковые значения t#R принадлежащие интервалу возможных значений (0, Т) о

На фиг„ 3 приведены временная диаграмма w(t)-,- и характеристика пре-

. . -

.ЙУ «ХС1 при любых значениях t и. . , так

как все вычеты t t,

ИО

t

15

(ХН

в

и

«Ц

J

t(6vl-T

) .м

..«,

«(« Tai

Vij

VM-I

fltci 1-5- -W I « 5Tl«-(crl Wj -l -t ijI- -lVMh

Таким образом, при выполнении рпе

образования (1), являющаяся модульным 20 РаЧ«й 2Ь(б над моментами появлепреобразованием текущего времени t,1, частными значениями которого являются моменты появления импульсов в анализируемой реализации

Модифицируем преобразование (1) (6)

ния импульсов t: в периодической пот:

25

следовательности U(t) при Т наблюдается накопление значения б которое к концу реализации, длительностью Т., принимает значение (7).

J

(с)

t;Mod т; - 0,5 т:,

(2)

Если у периодической последовател ности импульсов Uft(t) начальное поло жение taH и период повторения Тл ф Tj

- . ft то преобразования (2) и (3) дадут

(5)

J. . -J ... (t; 0,5 Т-.) Mod Tj - 0,5 Tj.m

Характеристики преобразований (2) синфазные и квадратурные вычеты и (3) изображены на фиг. А и по луч е- и и t(c}, значения которых будут рас- ны смещением характеристики преобразо- сыпаны вания (1) вниз на 0,5 Т: (центрирование .значений вычетов) и смещением вправо на 0,5 Т при получении t f: . По.аналогии с гармоническим анализом

t.j tr tjj будем называть синфазным и квадратурным вычетами, что отмечается верхними индексами, взятыми в скобки. Теперь значения и принад-

и tc.°.v

И t jj

лежат интервалу (-0,5 Т-„«, .+0.5 Ti) .

Образуем суммы,

-г +&

6J -tij -.ef..

13

(0|

0j IeTIH6j l

(4) (5) (6).

сыпаны на интервале (-0,5 Т jo. +0,5 Tj),.B результате чего при образовании сумм (4) и (5) положительные и отрицательные значения вычетов в 35 значительной мере скомпенсируют друг друга Математическое ожидание суммы (6) при этом будет значительно меньше, чем (7) и различие это будет тем больтим, чем больше (ТО/Т).

Если подвергнуть преобразования (2)-(6) хаотическую последовательность импульсов, то математическое ожидание суммы (6) будет равно нулю. Характеристика зависимости 0J от

40

45

значения Т,

Јт,

обл- ii +01, которое в щем случае не равно Т. , но в частнос - ти при о Т 0 может совпадать с Т|, описывается равенством 50 0i (Т(} -I i-1)ModTj-- ,

где суммирование вычетов осуществляется в пределах интервала Т0. При

Т ч SS Т

t/L J.

0f tS tS tgl-ent(T6/Tf), л(С1 ..

ej -ЦVt(C t CV-pntfT /T-) entf1o/ij-

где ent(Te/T:) - число импульсов, tie

риодической последоI1,

вательности U(t) сQ | -frt- +(1-1)т1 Т Т; на интервалеwiпрга (.L Ри. J

i, i p TjjUgtt H Ti +

Ф|

0 9i Чб Л+16П T ent(T0/Tj) (7)

.ЙУ «ХС1 при любых значениях t и. . , так

как все вычеты t t,

ИО

t

5

(ХН

в

и

«Ц

J

t(6vl-T

) .м

..«,

«(« Tai

Vij

VM-I

fltci 1-5- -W I « 5Tl«-(crl Wj -l -t ijI- -lVMh

Таким образом, при выполнении рпе0 РаЧ«й 2Ь(б над моментами появлеРаЧ«й 2Ь(б над моментами появления импульсов t: в периодической по

т:

25

следовательности U(t) при Т наблюдается накопление значения б которое к концу реализации, длительностью Т., принимает значение (7).

J

Если у периодической последовательности импульсов Uft(t) начальное положение taH и период повторения Тл ф Tj,

- . ft то преобразования (2) и (3) дадут

(5)

синфазные и квадратурные вычеты и и t(c}, значения которых будут рас- - сыпаны

синфазные и квадратурные вычеты и и t(c}, значения которых будут рас- сыпаны

сыпаны на интервале (-0,5 Т jo. +0,5 Tj),.B результате чего при образовании сумм (4) и (5) положительные и отрицательные значения вычетов в 5 значительной мере скомпенсируют друг друга Математическое ожидание суммы (6) при этом будет значительно меньше, чем (7) и различие это будет тем больтим, чем больше (ТО/Т).

Если подвергнуть преобразования (2)-(6) хаотическую последовательность импульсов, то математическое ожидание суммы (6) будет равно нулю. Характеристика зависимости 0J от

0

5

значения Т,

Јт,

об

л- ii +01, которое в щем случае не равно Т. , но в частнос - ти при о Т 0 может совпадать с Т|, описывается равенством 0 0i (Т(} -I i-1)ModTj-- ,

- о,5 Tj | z{ttAH+ 0,5 т; +

-к (i-1). Tj-6,5 TJ||,(8)

или в зависимости от расстройки у Т 5 относительно Т: - равенством

I1,

Q | -frt- +(1-1)т1 Mod T;wiпрга (.L Ри. J

i, i p TjjUgtt H Ti +

+ (i-1) Mod Tj - 0,5 . (9)

При &T 0 значения выражений (7), (8) и (9) тождественно равны. В выражениях (8) и (9) пл ent(T0/Tp) есть число импульсов последовательности U/j(t) с периодом следования Та, содержащееся в реализации деятельности

Анализатор импульсных последовательностей работает следующим образом.

Входной сигнал, поступающий на входную шину 1 от внешнего источника напряжения (фиг0 5.1), сравнивается в бинарном квантователе 2 с порогом квантования, подаваемым на шину 3 в виде напряжения от внешнего устройства. На выходе бинарного квантователя 2 формируются перепады напряжения в уровнях логических О и 1, соответствующие моментам превышения входным напряжением порогового уровня и ухода его ниже порога (фиг,5.2).

ветствующих накопителях 10 и 11, при этом моментом выполнения операции суммирования управляет сам импульс, подаваемый на третьи входы накопителей 10 и 11 с выхода генератора 6 стандартных импульсов. На выходах накопителей 10 и 11 формируются абсолютные значения накопленных сумм син- фазных и квадратурных вычетов (фиг„5.9 и 5 о-10) с Эти абсолютные значения получаются путем подачи с выходов накопителей 10 и 11 на блок 13 сложения кодов накопленных сумм без знакового разряда,, Эти суммы поступают в виде двоичных чисел на соответствующие первый и второй входы блока 13 сложения, где образуют на выходе блока 13 сложения текущее значения выходного 2Q кода величины 6j (6), достигающей своего окончательного значения к моменту окончания анализируемой реализации (фиг„ 5о11.)-„. В момент на втором выходе формирователя 5 строба

15

Блок 4 стробирования пропускает на 25 анализа формируется импульс (фйг.5„12) ,

выход реализацию такого квантованного напряжения на интервале времени, временное положение и длительность которого Т0 определяются соответствующими параметрами строба (фиг, 5.3), поступающего на второй вход блока 4 стробирования с- первого выхода формирователя 5 строба анализа. Генератор 6 стандартных импульсов формирует на своем выходе короткие импульсы, по- ложение которых на оси времени совпадает с моментами перехода квантов ан- ного напряжения от уровня логического О к уровню 1 (фиг„ 5.4Т. Эти импульсы образуют в пределах интервала

Т0 реализацию потока импульсов, подвергаемую дальнейшей обработке в соответствии с описанными операциями (2)-(6).

Импульсы с выхода генератора 6 стандартных импульсов поступают на первый вход формирователя 8 вычетов, на второй вход которого подается двоичный код пробного периода Tj (модуля преобразования) от формирователя 7 пробного периода (фиг,5.6). По каждому входному импульсу на первом входе блока 8 на его первом и втором выходах формируются параллельные двоичные коды, численно равные, соответственно, синфазному и квадра-( туриому вычетам момента t- появления входного импульса (фиг. 5.7 и 5.8), Эти вычеты суммируются в соот-;

ветствующих накопителях 10 и 11, при этом моментом выполнения операции суммирования управляет сам импульс, подаваемый на третьи входы накопителей 10 и 11 с выхода генератора 6 стандартных импульсов. На выходах накопителей 10 и 11 формируются абсолютные значения накопленных сумм син- фазных и квадратурных вычетов (фиг„5.9 и 5 о-10) с Эти абсолютные значения получаются путем подачи с выходов накопителей 10 и 11 на блок 13 сложения кодов накопленных сумм без знакового разряда,, Эти суммы поступают в виде двоичных чисел на соответствующие первый и второй входы блока 13 сложения, где образуют на выходе блока 13 сложения текущее значения выходного Q кода величины 6j (6), достигающей своего окончательного значения к моменту окончания анализируемой реализации (фиг„ 5о11.)-„. В момент на втором выходе формирователя 5 строба

анализа формируется импульс (фйг.5„12) ,

с 0

отпирающий выходные ключи 14 и 15. В результате этого на выходной шине

19 появится код числа 0J , а на выходной шине 20 - код пробного периода ,, соответствующего полученному значению 6 .

Если значение Qj, поступая на первый вход порогового блока 17, превысит значение порога, Задаваемого от блока 18 задания порога на второй вход порогового блока 17, то на его выходе и выходной шине 22 появится перепад напряжения (например, от О до 1), который, поступая на второй вход выходного ключа 16, отопрет его и на выходной шине 21 появится код пробного периода Т , го значению б;

1, соответствующе5

0

5

,. , превысившему порогi Таким образом, выходные шины 19 и 20 обеспечивают получение периодограммы Q:(T:) анализируемого потока (при варьировании Т1), а выходные шины 21 и 22 - получение информации об обнаружении периодической последовательности (шина 22) и соответствующем значении периода обнаруженной последовательности Т$( Tj (шина 21).

По заднему фронту импульса с второго выхода формирователя 5 строба анализа, поступающего на вход формирователя 12 импульса сброса, на его выходе генерируется импульс сброса (фиг. 5.13), сбрасывающий в нуль содержимое накопителей 10 и 11 и приводящий анализатор в состояние готовности к обработке следующей реализации потока импульсов Одновременно этим импульсом, поступающим на вход формирователя 7 пробного периода, изменяется значение пробного периода на его выходе (фиг. 5.6) (например Г увеличивается на некоторый дискрет UT). Затем описанный цикл работы анализатора в течение нового интервала времени Т0 повторяется с новым значением пробного периода.

Изменение пробного периода Т в формирователе 7 может осуществляться по определенному, наперед заданному закону, например линейному, начиная с Т ТДЛИМ и до Tj Тддокс с дискретом изменения, равным & Т

Принцип и особенности формирования синфазного и квадратурного вычетов определяются взаимодействием блоков структурной схемы формирователя 8 вычетов (фиг. 2);

Двоичные счетчики 24 и 27 вместе, с соответствующими блоками 23 и 28 сравнения кодов;на первые входы которых подается код пробного периода Т1 (модуля преобразования)у образуя счетчики с переменным коэффициентом пересчета, равным Т{, работающие в режиме непрерывного счета эталонных интервалов времени длительностью Тэ импульсной последовательности 6т .генератора 9 тактовых импульсов, поступающих на первые входы двоичных счет чиков 24 и 27. Как только содержимое каждого из них достигает значения, равного Т:, на выходе соответствующих блоков сравнения кодов появляется импульс, который сбрасывает содержимое двоичных счетчиков в нулевое внаг- чение. Затем цикл счета повторяется. Таким образом, на выходах двоичных счетчиков 24 и 2 формируются двоичные числа, циклически линейно возрастающие с циклом Т:. Эти числа являются по сути текущим временем, представленным дискретно с дискретом Тд по модулю Т1.

Для сдвига чисел, получаемых на выходе двоичного счетчика 27, отно- сительно выходных чисел двоичного счетчика 24 на величину 0,5 Т J (получение квадратурной компоненты) используется синхронизация, которая осуществляется путем установки нулевого содержания двоичного счетчика 27 импульсом, формируемым на выходе

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

блока 25 сравнения кодов и появляющим-: ся в момент, когда на выходе двоичного счетчика 24 установится число,равное 0,5 Т „ Для этого на первый вход блока 25 сравнения кодов-.подается значение 0,5 Т; с второй входной шины блока 8 формирования вычетов. Импульс с выхода блока 25 сравнения кодов через элемент ИЛИ 26 устанавливает нулевое значение содержимого двоичного счетчика 270 Эта синхронизация необходима только для начальной установки и автоматического устранения случайно возникающего рассогласования в работе двоичных счетчиков 24 и 27 при сбоях

После начальной синхронизации двоичный счетчик 27, работая с циклом счета, равным Tj $ устанавливается в нулевое состояние импульсом, поступающим с выхода блока 28 сравнения кодов через элемент ИЛИ 26, При нормальной, синхронизированной со сдвигом на 0,5 Tj, работе двоичных счетчиков 24 и 27 импульсы установки счетчика 27 на первый и второй входы элемента ИЛИ 26 возникают одновре- менно, дублируя один другой. Двоичные коды чисел с выходов двоичных счетчиков 24 и 27 поступают на первые входы соответствующих вычитателей 29 и 30, на вторые входы которых подается код числа 0,5 Т; от второй входной шины формирователя 8 вычетов. Этот код является вычитаемым. Таким образом, в вычитателях 29 и 30 осуществляется центрирование выходных двоичных чисел двоичных счетчиков 24 и 27„ Эти центрированные двоичные числа являются синфазным и квадратурным г представлениями центрированного текущего времени по модулю Т: „ В моменты появления импульсов на первом входе формирователя 8 вычетов они, поступая на вторые входы ключей 31 и 32,открывают их и на выходах ключей 31 и 32 появляются двоичные числа, равные, соответственно, синфазному t j; и квадратурному t -, вычетам (4) , (.5).J

Г - ..

Таким образом, анализатор„обладая свойствами селективного накопления информации о периодически следующих импульсах, проще в аппаратурной реализации известного устройства, но при этом позволяет обнаруживать сигналы с неизвестным периодом и

оценивать их статические свойства по периодограмме„

Формула изобретения

входом формирователя пробного перио- да, выход которого объединен с вторым входом формирователя вычетов и первыми входами второго и третьего выходных ключей, выход блока задания порога соединен с вторым входом порогового йлока, выход которого подключен к второму входу третьего выходного ключа и четвертой выходной шине устройства, выходы второго и третьего выходных ключей являются соответственно второй и третьей выходными шинами устройства,

2„ Анализатор по п. 1, о т л и - ч а. ю щ и и с я тем, что формирователь вычетов содержит последовательно соединенные первый двоичный счетчик, первый вычитатель и первый ключ выход которого является первым выходом формирователя вычетов,.последовательно соединенные второй двоич - ный счетчик, второй вычитатель и второй ключ, выход которого является вторым выходов формирователя вычетов, а также первый, второй и третий блоки сравнения кодов .и элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам третьего и второго блока сравнения кодов, а выход - к второму входу второго двоичного счетчика, причем первый вход формирователя вычетов соединен с вторыми входами первого и второго ключей, а третий вход формирователя вычетов соединен с первыми входами первого и второго двоичных счетчиков, второй вход.формирователя вычетов объединен с первыми входами первого, второго, третьего блоков сравнения кодов и вторыми входами первого и второго тателей, выход первого двоичного счетчика объединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения кодов, а выход второго двоичного счетчика подключен к второму входу третьего блока сравнения кодов.

игЛ

h

П

h h

т«

fHiminmUmmilimimilll

It

Hi. 3 imiiiiiiiiiimiiiiiiiiiimiiiiiiiiiiiiHiiiiiiiiiiiiiimiiiimi

г.-тгт-тг.-|-1-1ТП.т м« 1----тттт п ..п|1 т.

&

Ц

8

// и ;з

VXB

Г1

П

т VU

It

iiiiiim

iiiiiiiiiimiiiiiiiiiiiiHiiiiiiiiiiiiiimiiiimi

тгт-тг.-|-1-1ТП.т м« 1----тттт п ..п|1 т.

&

Ц

т

fff4F

f

Г hT