Устройство для квантования временных сигналов Советский патент 1982 года по МПК H03K5/153 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КВАНТОВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известно устройство для квантования временных сигналов, включающее генератор сетки последовательностей импульсов квантования. В данном устрЪйстве импульс запуска выбирает ту последовательность, которая наиболее точно привязана к нему, при этом дискретность квантования определяется интервалом между импульсами квантования соседних последовательностей

Недостатком данного устройства является невысокая точность квантования, повышение которой приводит к возрастанию аппаратного объема и ограничено быстродействием элементной базы.

Наиболее близким к изобретению является устройство для квантования временных сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, аналого-цифро вой преобразователь и блок памяти 2.

: В известном устройстве входной сигнал в аналоговом виде поступает

на вход аналого-цифрового преобразователя, где он подвергается бинарному преобразованию ивременной привязке к квантам дальности. Процесс дискретизации осуществляется с помощью частоты, синхронизированной с импульсом запуска. Импульс запуска совпадает с началом отсчета (началом развертки-дальности в иидика10 обзора, с зондирующим иьтульсом передакицего устройства и т.д.). Тогда сигналы, отраженнью от объекта и имекхдие одинаковую временную задержку относительно импульса за15пуска, появятся в одном и том же кванте дальности на соседних развертках. Квантам дальности, в которых появились сигналы, переизлученные Объектам, в блоке памяти при20сваиваются одинаковые номера, что необходимо для качественной последукяцей обработки квантованных сигналов, заключакндейся в проверке выполнения критерия обнаружения в каждом

25 кольце дальности (т.е. обнаружении

{сигналов, появившихся в квантах дальности с одинаковыми номерг1ми). Известное устройство обеспечивает

;квантование сигналов, однако для ехчз 30 эффективного использования необходима жесткая синхронизация последовательности импульсов квантования с и шyльcoм запуска, что достигается ударньом возбуждением генератора так товых импульсов. Известные генераторы ударного во Суждения имеют стабильность частоты существенно меньшую чем стабильнос частоты генераторов , стабилизирован ных кварцем и работающих в автоколе бательном режиме, что приводит к снижению точности накопления сигналов в квантах дальности и уменьшени вероятности обнаружения объектов при последующей междупериодной обра ботке. Целью изобретения яйляется повышение точности квантования временных сигналов. Эта цель достигается тем, что в устройство для квантования времен ных сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, аналого-цифрово преобразователь, первый вход которо го соединен с входной шиной, а второй вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, и блок памяти , введен блок корректировки номера кванта дальности, первый вход которого соединен с шиной импульсов запуска, второй вход подключен к выходу генератора тактовых иг/шульсов, третий вход соединен с входной шиной, а четвертый вход подключен , к выходу аналого-цифрового преобразователя, причем выход блока коррек тировки номера кванта дальности соединен со входом блока памяти. Блок корректировки номера кванта дальности содержит коммутатор, элемент задержки и блок сравнения временных интервалов, входы которого соединены с первым, вторым и третьим входами блока корректировки номе ра кванта дальности, четвертый вход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения временных сигналов, при этом первый выход ког/1мутатора подключен через элемент задержки ко второму выходу коммутатора и выходу блока корректировки номера кванта дальности. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для квантования временных сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняквдие его работу; на фиг. 3 - графическое отображение закона изменения разности двух исследуемых временных интервалов. Устройство для квантования временных сигналов содержит аналогоцифровой преобразователь 1, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 корректировки номера кванта дальности и блок 4 памяти. Блок 3 корректировки номера кванта дальности содержит блок 5 сравнения временных интервалов, коммутйтор б и элемент 7 задержки. Устройство работает следующим образом. С выхода детектора приемного канала (не показан) информация в аналоговом виде поступает на входную шину устройства и далее - на вход аналого-цифрового преобразователя 1, где она подвергается бинарному квантованию. Временная привязка импульсов превышения производства с помощью последовательности импульсов квантования (тактовых импульсов), вырабатываемой генератором 2 тактовых импульсов и несинхронизированной с импульсом запуска передатчика. Каждому входному сигналу соответствует номер кванта дальности, характеризующий дальность до объекта, отражающего этот сигнал, при этом номер кванта дальности определяется числом счетных фронтов последовательности импульсов квантования, укладывающихся между импульсом запуска и сигналом, отраженным от объекта (фиг.2а,б). Первый квант дальности имеет переменную длительность от .развертки к развертке, поскольку временное положение импульса запуска в периоде квантования Т изменяется произвольным образом. Величина первого кванта дальности А рас - величина рассогласования между импульсом запуска и следующим импульсом квантования. Все последующие кванты дальности, имеют одинаковую длительность, равную периоду следования и шyльcoв квантования (фиг.2б). В блок памяти локационная информация записывается в виде двоичных единиц и нулей. Ячейка памяти, в которую заносится двоично-квантованный сигнал, отраженный от объекта, определяется числом счетных фронтов, помещающихся между импульсом запуска и отраженным сигналом, т.е. номером кванта дальности. При отсутствии синхронизации отраженные от цели сигналы могут появляться в двух соседних квантах дальности (N и N-1), В силу того, что расстояние до цели во все время ее облучения остается неизменным, необходимо как-то корректировать номера квантов дальности для того, чтобы пачка отраженных от цели импульсов была записана в ячейках памяти с одним и тем же номером кванта дальности. Такую корректировку можно проделать, проанализировав на знак величину (Дрек:- Л) , где Л - величина временного интервала, образованного сигналом, отраженным от цели и еледующим за ним счетным фронтом последовательности импульсов квантования (фиг. 26). Действительно, сигналы, отраженные от цели, приходят на соседних развертках дальности с одинаковой временной задержкой д1 относительно момен1га запуска, зависящей от расст яния до цели г и скорости распространения радиоволн С: const Очевидно также, что интервалы и д лежат в границах времени д 0 Арос Т О д Т Введем целочисленную функцию X так что X равно целому числу интер валов квантования Т, уклащывакяцих между моментом запуска и сигналом Тогда, для временной задержки At, характеризующей расстояние до цел г, можно записать ,,+XT- (T-u) con6-t Y. и рас - л Х т -1 - . н; Как видно из (V) , при постоянн At величина X зависит от разницы (pQc- ) , которая может быть на каждой развертке либо больше, либ меньше нуля, либо равна нулю. Рассмотрим вначале случай нера венства нулю. Дрос- Л / О Тогда, при (ApatA) Р Л.рас О учитывая, что(лрас -и)- Т (фиг.2а р( X по определению целое число, вы ясение С) можно записать таким обр зом: , где -1 - наибольшее целое ч J ло, не превышающе . Аналогично, при (Дрц.-й)0, Д.Лрас О) « Следовательно, в этом случае знак выражения (Лрас - ) однозначно определяет число интервалов квантования Т, укладыва1си:;ихся между моментом запуска и сигналом. тогда из С) Если Ло«с- - л О, -1 , т.е. в этом видно, что X случае необходимо все время корректировать X, увеличивая его значение на 1. Такой случай можно учесть, сделав, например,, неравенство (5) нестрогим, т.е. производить корректировку при (Дрс,с-) О Поскольку величины A.t, Арас , л взяты произвольным образом, то справедливо будет сделать вывод о том, что доказанное распространяется на любые варианты попадания моментов запуска и появления сигнала относительно квантуюдей последовательности. Правомерность синтезированного правила может быть подтверждена следуюи мч качественными рассуждениями. Будем /Iыcлeннo производить сдвиг последовательности импульсов квантования относительно импульса запуска и отраженного от цели сигнала. Таким образом, мы как бы переберем все возможные варианты, взаимного расположения сигналов, изображенных на фиг. 2а, б. Отметим такие положения, когда величина (Л - Арас) меняет знак. Без ограничения общности можно положить, что (л-Драс) вначале рассмотрения положительна (как изобралшо на фиг. 2б) . Мысленно сдвигая последовательность счетных фронтов (импульсов квантования),/предположим влево, заметим, что разность (Л-йрас) остается положительной до тех пор, пока импульс запуска не совпадает с ближайшим счетным фронтом последовательности И1 тульсов квантования. В этот момент значение Лрас скачком изменится от минимально возможного (О, фиг. 2в) до максимально возмож- . ного (Т, фиг. 2г), и величина (Л -Арас) становится отрицательно. Нетрудно убедиться, Что при этом счетных фронтов между импульсом запуска и отраженным от цели сигналом стало меньше на 1, а следовательно, и номер кванта дальности, в котором появился сигнал, уменьшится на l(N-l). . Продолжая сдвигать последовательность иглпульсов квантования в том же направлении (влево), убеждаемся, что величина (д - Дрос) остается отрицательной до того момента времени, сигнал, отраженный от цели. не совпадает со счетньам фронтом пос ледовательности импульсов квантован В момент совпадения происходит скач в значении величины Д от минимально го (О, фиг, 2д) до максимального (Т, фиг о 2е) , и разность (&. -Apcjc) ст{1новится положительной. Отметим, чт(э при этом число рчетных фронтов ш/шульсами запуска и сигнала возрастет на 1 и, следовательно, но мер кванта дальности, в котором появился сигнал, становится равным N. Дальнейший сдвиг приводит к пери рдическо1ду повторению-описанной сит ации. В блоке 5 сравнения временных интервалов производится анализ выра жения (Д -Арас) на-знак. Блок 5 сра нения временных интервалов может состоять из набора типовых схем, оценивающих длительность временных интервалов Д и Драс (например, после преобразования speiviH - напряжение или время - код), после чего без труда выносится решение , какой из этих интервалов имеет большую длительность. . . В соответствии с вынесенным решением коммутатор б пропускает сигналы с выхода аналого-цифрового преобразо вателя 1 либо прямо на вход блока 4 пагляти (без корректировки) , либо череа элемент 7 задержки (с корректировкой номера кванта дальности). Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность квантования временных сигналов без существенного усложнения схемы при той же частоте следования тактовых импульсов. Формула изобретения 1. Устройство для квантования временных сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, аналогоцифровой преобразователь, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, и блок памяти, отличающе,е с я тем, что, с целью повышения точности квантования, в него введен блок корректировки номера кванта дальности , первый вход которого соединен с шиной импульсов запуска, второй вход подключен к выходу генератора тактовых И1утульсов, третий вход соединен с входной шиной, а четвертый вход подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, причем выход блока корректировки номера кванта дальности соединен с входом блока памяти. 2. Устройство по П.1, отлич а ю щ е е с я тем, что блок- корректировки номера кванта дальности содержит комг/1утатор, элемент задержки и блок сравнения временных и нтервалов,. входы которого соединены с первым, вторыг/1 и третьим входами блока корректировки номера кванта дальности четвертый вход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения временных интервалов, при этом первый выход коммутатора подключен через элемент задержки ко второму выходу коммутатора и выходу блока корректировки номера кванта дальности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Захаров Е.Д. К вопросу уменьшения нестабильности временной привязки импульсов. - Техника средств связи. С. Радиоизмерительная техника. Вып. 1 (19), 1979. 2.Зыков В.П., Нежурин Ю.П. и Студенкин Ю.Л. Экспериментальное исследование прогршлмного обнаружителя.Межзвуковой сборник научных трудов Теория и техника радиолокации, радионавигации и радиосвязи. Вып.2, Рига, 1976.

импмьс запуска

Сигн9л

.импульс Запуска

и

ас

.р.

-thi I I Н1

А рас О

j

рас ,-Т

MIL 1-1Ч J II

l-ul

Фиг./

-Сигнал

А

LL

НИ

А л рас

IN)

м.г.3

рас.. л (N-n