Устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем Советский патент 1982 года по МПК H04B1/10 

39 средней частоте над пороговым уровнем и одинаково работает при любых пороговых уровнях основного компара тора, что является его преимуществом перед первым известным устройством. Обнаружитель, как и первое извес ное устройство, имеет низкую точность стабилизации и недостаточное быстродействие поскольку, несмотря на отличия в схемном решении его эл ментов в цепи регулирования порога, работа его цепи принципиально не отличается от работы цепи регулирования первого известного устройства. Кроме того, наличие аналоговых элементов (мультивибратора, устрой.ства сложения и аналогового ратора) приводит к нестабильности и дрейфам регулируемого порога. Известно устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем, содержащее два бинарных амплитудновременных квантователя, дискриминатор частоты следования импульсов, состоящий из регистра сдвига, вход которого, являющийся входом дискриминатора Частоты следования импульоов, объединен с первым входом реверсивного счетчика, а выход подключен к второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом дискриминатора, выхо которого является выходом дискриминатора частоты следования импульсов, сумматор, преобразователь кода в напряжение и делитель напряжения, причем входы амплитудно-временных квантователей объединены, выход пер вого из которых через последователь но соединенные дискриминатор частоты- следования импульсов, преобразователь кода в напряжение и сумматор соединены с вторыми входами амплитудно-временнь1х квантователей, причем с входом второго непосредственно, а с входом первого через делитель напряжения 31. Однако использование в цепи обратной связи бинарных сигналов не обеспечивает высокой чувствительности и цепи автоподстройки и приво дит к большим относительным флуктуациям порогового уровня, что снижает точность стабилизации средней частоты и вероятности шумовых выбро IcoB, а также требует значительного ремени усреднения при перестройке порога, что в свою очередь приводит к снижению быстродействия устройства. Кроме того, отсутствие связи выхода устройства с цепью регулирования приводит к неточной стабилизации средней частоты шумовых выбросов при изменении статистических свойств входного сигнала. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем. Для этого в устройстве для стабилизации средней частоты шумовых выбросов надпороговым уровнем, содержащем аналого-цифровой преобразователь и амплитудно-временной квантователь, первые входы которых объединены и являются .информационным входом устройства, выход амплитудно-временного квантователя соединен с входом дискриминатора частоты следования импульсов, а также сумматор и преобразователь кода в напряжение , выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя непосредственно, а к второму входу амплитудно-временного квантователя через делитель напряжения, между выходом сумматора и входом преобразователя кода в напряжение, включен цифровой накопитель , а между выходом дискриминатора частоты следования импульсов и первым входом сумматора включены последовательно сглаживающий фильтр, блок опорного числа, вычитающее устройство и запоминающее устройство, при этом другой вход вычитающего устройства подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, а выход к другому входу сумматора, а блок опорного числа содержит последовательно включенные регистр сдвига, накапливающий сумматор и регистр числа, при этом выход накапливающего сумматора соединен с его вторым входом через буферный регистр. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока опорного числа. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), дели5тель 2 напряжения, амплитудно-временной квантователь 3 (АВК), вычита щее устройство , преобразователь 5 кода в напряжение (ПКН), цифровой накопитель 6, дискриминатор 7 часто ты следования импульсов, блок 8 опо ного числа, запоминающее устройство 9 (ЗУ), сумматор 10, сглаживающий фильтр 11, вход 12 информационного устройства, вход 13 начальной усj тановки, регистр 1 числа, буферный регистр 15, накапливающий сумматор 16, регистр 17 сдвига. Первые входы (фиг. 1) АЦП 1 и АВК 3 объединены и являются информа ционным входом 12 устройства, выход АЦП 1 соединен с первым входом вычи тающего устройства , выход которог соединен с первым входом сумматора 10 и с входом ЗУ 9, выход которог подключен к второму входу сумматора 10, выход которого через цифровой накопитель 6 связан с входом ПКН 5, выход которого соединен непосредст.венно с вторым входом АЦР 1 и через делитель 2 напряжения - с вторым входом АВК 3. Выход АВК 3, являющийся выходом устройства, соединен через последовательно соединенные дискриминатор 7 частоты следования импульсов, а сглаживащий фильтр 11 с первым входом блока В опорного числа, второй вход которого является входом 13 начальной установки, а выход подключен к,второму входу устройства k вычитания. Первый вход блока 8 опорного числа (фиг. 2) через регистр 17 сдвига соединен с первым входом накапливающего сумматора 16, выход которого подключен к входу регистра 1k числа и к первому входу буфферного регистра 15, второй вход которого является вторым входом блока 8, а выход подключен к второму вход накапливающего сумматора 16. Выход регистра Т числа является выходом блoka 8 опорного числа. Устройство работает следующим образом. Шумовой сигнал x(t) поступает одновременно на первые входы АЦП 2 и АВК 3. На выходе АВК 3 по результатам сравнения с пороговым сигналом UH(t) в дискретные моменты вре.мени образуются бинарные сигналы О, )i(t f. () 1 х(ч)и,(и) 69 Сигналы Zt являются выходными сигналами устройства. На выходе АЦП 1 в дискретные моменты времени образуется п-разрядный двоичный код, который поступает на первый вход вычитающего устройства k, на второй вход которого поступает число с выхода блока 8 опорного числа и вычитаетсй из числа, поступившего на первый вход вычитающего устройства 4. езуЛьтаты вычитания поступают на первый вход сумматора 10 и на вход ЗУ 9, где и записываются. На второй вход сумматора 10 с выхода ЗУ 9 подается число, полученное с выхода вычитающего устройства А на число m тактов, опр«деляющее время усреднения. Таким образом, в сумматоре 10 образуется скользящая сумма, характеризующая разницу между средним значением числа с выхода АЦП 1 и опорным числом, поступающим с выхода блока 8 опорного числа. Скользящая сумма с выхода сумматора 10 подается на цифровой накопитель 6, являющийся интегратором цифровых сигналов . Код, поступающий с выхода цифрового накопителя 6 на вход ПКН 5, преобразуется последним в пропорциональный аналоговый сигнал, являющийся опорным напряжением для АЦП 1 и поступающий одновременно на делитель 2 напряжения, на выходе которого образуется пороговый сигнал UnCt) для АВК 3. Выходная последовательность Z поступает на вход дискриминатора 7 частоты следования импульсов, на выходе которого образуется цифровой сигнал, пропорциональный разнице между текущей и требуемой частотами (а следовательно и вероятностями) шумовых выбросов, который через сглаживающий фильтр 11, исключающий излишние флуктуации сигнала, поступает на первый вход блока 8 опорного числа и изменяет записанное в нем число в соответствии с указаной разницей. Параметры элементов 7 и 11 выбраны так, чтобы обеспечить ольшую постоянную времени этой епи для получения точных оценок ероятности шумовых выбрюсов и не еагировать на быстрые изменения лотности потока сигналов на ыходе устройства. Приизменении (например увеличеии) мощности шума изменяется (увели-. 79 чивается) частота шумовых выбросов на выходе устройства, изменяются (возрастают) величины кодов на выходе АЦП 1, значения скоростей на выходе вычитающего устройства f увеличиваются, сумма в сумматоре 10 возрастает (становится положительной, увеличивается число в цифровом накопителе 6), что вызывает изменение (увеличение) напряжения на выходе ПКН 5, а это ведет к противоположному изменению (уменьшению) кодов на выходе АЦП 1, к изменению (увеличению) напряжений порога амплитудного квантования Uw(t) на входе АВК 3 и частота появления единичных сигналов на выходе устрой ства уменьшается до заданного значения. При изменении закона распределения входного шумового сигнала отработка изменений интенсивности его цепью элементов 1, ,5, 6, 9и10 не восстанавливает требуемую частот шумовых выбросов. Тогда числовой сигнал на выходе дискриминатора 7. частоты следования импульсов отличается от нуля и, пройдя через сгла живающий фильтр 11, изменяет опорно п число в блоке 8, которое будет меня ся до тех пор, пока не восстановитСЯ требуемое значение средней частоты или, что эквивалентно вероятности, шумовых выбросов на выходе устройства. На практике изменения закона распределения либо не происходит, либо носит очень медленный характер. В первом случае цепь из элементов 7 и 11 служит для подстройки устройства при наличии реал ного распределения сигнала от принятого априорно. Исходное опорное число заносится при включении устройства в буферный регистр 15 блока В опорного числа с входом 13 начальной установ ки. При этом, поскольку в регистре 17 сдвига в начальный момент времени ничего не записано, начальное опорное число через накапливающий сумматор 16 записывается в регистр 14числа и переписывается в буфферный регистр 15. В последующие такты работы происходит суммирование в накапливающем сумматоре 16 числа . в буферном регистре 15 с числом в регистре 17 сдвига и результат переписывается в буфферный регистр 15и в регистр 1 числа. Величина кода на выходе АЦП 1 в i-ый момент времени равна Yi f(x)€i . xi x(t), где f(xi) и погрешность преобразования 4 определяются видом функционального преобразования. Для линейного АЦП 1 Yi К, если KUoi4,Xi«/K-+l )Uoi, где К - целое число; дискрет преобразования в 1-й момент времеопределяемый -разрядностью кода п и величиной выходного напряжения ПКН 5 ot - УЙ Ч Сумма получаемая на выходе сумматора 10, имеет вид Д|чЦ: 1У;-Уо), где Уда - опорное число, поступающее на второй вход вычитающего устройства 4. Очевидно, что при относительные флуктуации этих величин меньше, чем для бинарно квантованных си1- налов за счет сокращения потерь на квантование, что ведет к повышению точности установки порогового уров „ () следовательно, и к более точной стабилизации вероятности шумовых выбросов. В то же время, поскбльку каждый отсчет на выходе вычитающего устройства дает знак рассогласования и величину его, то цель регулирования, состоящая из элементов 1, k, 9, Ю, 6 и 5, быстрее реагирует на изменения сигнала и требует меньшего времени на усреднение многоразрядных цифровых сигналов, что ведет к увеличению быстродействия устройства в целом. Известно, что потери на квантование практически отсутствуют уже при , а использование быстродействия в 1,5-2 раза более высоко, чем при бинарном квантовании, не ухудшает качества стабилизации в установившемся режиме. I Выбор величины исходного опорного числа, записываемого в блок 8 опорного числа с входа 13 начальной установки и коэффициента деления К делителя 2 напряжения, не критичен, поскольку влияет только на переходный режим работы устройства после включения. Однако для сокращения времени этого переходного 9 режима работы нужно выбирать это опорное число Уа, исходя из априорных сведений. Если априорные сведения отсутствуют, то выбор Х и К произволен. . Следует отметить, что не требуется синхронизации между квантованием в АВК 3 и АЦП 1, Все блоки устройства могут быть выполнены из стандартных элементов аналогово и цифровой техники, в частности, в качестве регистров ЗУ, сумматора ПКН и накапливающего сумматора могут быть использованы соответств ющие микросхемы ряда промышленных серий. Таким образом, в предлагаемом устройстве для стабилизации частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем повышаются быстродействие и точность стабилизации за счет повышения чувствительности, быстро , ты и точности отработки цепи регулирования порога, а также за счет снижения потерь в этой цепи на амплитудное квантование. Формула изобретения 1. Устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем, содержащее аналого-цифровой преобразователь и амплитудно-временной квантователь, первые входы которых объединены и являются информационным входом устройства, выход амплитудно-време ного ква нтователя соединен с вхо дискриминатора частоты следования импульсов, а также сумматор и преобразователь кода в напряжение, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя непосредственно, а к второму входу амплитудно-временного квантователя через делитель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности стабилизации, между выходом сумматора и входом преобразователя кода в напряжение включен цифровой накопира частоты следования импульсов и первым входом сумматора включены последовательно сглаживающий фильтр, блок опорного числа, вычитающее устройство и запоминающее устройство, при этом другой вход вь читающего устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а .выход - к другому входу сумматора. 2.Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что, блок опорного числа содержит последовательно включенные регистр сдвига, накапливающий сумматор и регистр числа, при этом выход накапливающего сумматора соединен с его вторым входом через буферный регистр. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 320067, кл. Н Oi В 1/10, 1970. г. Патент США № 3737790, кл. 328-165, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке If 2731356, кл. Н О В 1/10, 1979 (прототип).

13

и

f

I I

ФИГ. 2