SU1399695A1 - Измеритель длительности импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области радиотехники и позвол ет повысить точность измерени  длительности импульса , искаженного паразитной амплитудной модул цией, в услови х действи  широкополосной аддитивной помехи . Измеритель содержит переключатель 1, пороговый элемент 2, генератор 3 линейно измен ющегос  напр жени , фазоинвертор 4, блок 5 отношений , сумматор 8, указатель экстремума 9, управл емый ключ 10, расширители 11 и 17 длительности импульса, квадратор 12, полосовой фильтр 15, квадратор 16 и счетчик 18 времени. В устройство введены логарифмический усилитель 6, перемножитель 7, блок 13 отношений и сумматор 14. Измеритель позвол ет использовать энергию модулирующей помехи, т.к. пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выдел етс  на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отно- шений. В описании приведен пример реализации счетчика 18 времени.1 з.п. ф-лы , 1 9, ил. i СЛ

Description

Фиг.

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерени  длительности импульсов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  длительности импульса, искаженного модулирующей помехой, в услови х действи  широкополосной аддитивной помехи.

На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого измерител ; на фиг.2-15 - временные диаграммы, раскрывающие преобразовани , которым подвергаетс  искаженный мультипли- кативной помехой импульс при прохождении различных элементов измерител , на фиг.16 - зависимость выигрьша в точности измерени  длительности импульса; на фиг.17-19 - временные диа граммы, характеризующие преобразовани  сигнала, искаженного модулирующей помехой.

Измеритель содержит переключатель 1, пороговьш элемент 2, генератор линейно измен ющегос  напр жени  3, фазоинвертор 4, блок 5 отношений, логарифмический усилитель 6, перемножитель , 7, сумматор 8, указатель 9 экстремума, управл емьй ключ 10,расширитель 11 длительности импульса, квадратор 12, блок 13 отношений,сумматор 14, полосовой фильтр 15, квадратор 16, расширитель 17 длительности импульса, счетчик 18 времени,входную информационную шину, шину синхрониза ции и группу выходных шин.

Счетчик 18 времени содержит гене- ратор 19 импульсов, управл емый ключ

20 и счетчик 21 импульсов.

Входна  информационна  шина . измерител  соединена с информационными входами управл емого ключа 10 и переключател  1, второй вход которого пэд ,с

Q

|5 20

25 , „

„

40

35

ключей к второму входу блока 5 отношений , первый вход которого соединен с выходом генератора 3 линейно измен ющегос  напр жени  и входом фазо- инвертора 4, второй выход которого подключен к второму входу блока 13 отношений, а первый выход фазоинвер- тора соединен с вторыми входами сумматора . 8 и перемножител  7, первый вход которого через логарифмический усилитель 6 подключен к выходу блока 5 отношений, а выход перемножител  соединен с первым входом сумматора 8, третий вход которого подклю чей к второму входу сумматора 14, а выход сумматора 8 соединен через указатель 9 экстремума к первому входу счетчика 18 времени, группа шин которого  вл етс  выходом измерител  .

Первым входом счетчика 18 времени  вл етс  первый вход управл емого ключа 20, вторым входом  вл етс  вход генератора 19, соединенного со вторым входом ключа 20 и счетчика 21, другой вход которого соединен с выходом ключа 20, третий вход которого соединен с выходом генератора 19.

Измеритель работает следующим образом.

На вход измерител  длительности поступает аддитивна  смесь

x(t) S(t) + n(t)

импульса S(t) и широкополосной помехи n(t).

Измер емый импульс искажен паразитной амплитудной модул цией так, что его можно описать следующей зависимостью:

подключен к шине

синхронизации, а

выход соединен с входом порогового элемента 2, выход которого подключен к второму входу счетчика 18 времени, входу генератора 3 линейно измен ющегос  йапр жени  и входу управлени  управл емого ключа 10, выход которого через последовательно соединенные расщиритель 11 длительности квадратор 12 и блок 13 отношений подключен к первому входу сумматора 14, а через последовательно соединенные полосовой фильтр 15, квадратор 16 и расширитель 17 соединен с вторым вхог дом сумматора 14, выход которого под

S(t)

где Ug С

( . (t)

(t) о

о ё t - т„,

t - о

(1)

о

амплитуда неискаженной части импульса;

характеризует глубину паразитной амплитудной модул цииописывает случайньш закон амплитудной модул ции и ладает спектром мощности, сосредоточенным в диапазоне частот -SJ/2-, Q /2.

При этом Ug и С  вл ютс  неизвестными паразитными параметрами. Их вли  ние исключаетс  в процессе измерени .

Если уровень аддитивной помехи n(t) мал по сравнению с ожидаемой амплитудой сигнала, то переключатель 1 на входе порогового элемента 2 можно установить в положение 1 и пороговый элемент, срабатыва  от переднего фронта импульса, формирует импульс пр моугольной формы, длительность Т которого превьшает возможные значе- ни  длительно измер емого импульса €„ .

х,(Г)К., jx(t)dt.

Сформированный пороговым элементом импульс открывает управл емые ключи 10 и 20, запускает генератор 19 счетных импульсов, обнул ет счетчик 21 и приводит его в рабочее состо ние состо ние.

В случае, когда уровень аддитивной помехи n(t) значителен и велика веро тность ло шого срабатывани  порогового элемента 2, предусмотрена возможность использовани  синхроимпульса , соответствующего переднему фрон- ту измер емого импульса. При этом переключатель 1 переводитс  во второе положение и элемент 2 запускаетс  от синхроимпульса, поступающего по входной шине.

Генератор 3 линейно измен ющегос  напр жени  (ГЛИН) формирует линейно измен ющийс  сигнал К,С с длительностью Т, равной интервалу возможных значений длительности сигнала . Расширитель 11 длительности импульсов представл ет собой интегратор с большой посто нной времени с коэффициентом передачи К, на выходе которого формируетс  сигнал

(2) о

Далее этот сигнал возводитс  в квадрат в квадраторе .12 и выходной сигнал квадратора 12 поступает на вход блока 13 отношений. Одновременно на второй вход блока отношений поступает сигнал -К, Г с выхода фазоинвертора 4. На выходе блока 13 отношений формируетс  сигнал

,() x(c)dtl

к,

(3)

Блок 15 представл ет собой полосовой фильтр с полосой пропускани  -Q/2 , Q/2, занимаемой спектром мощности мултипликативной помехи, искажающей измер емьш импульс, и обеспечивает коэффициент передачи К,. В результате на выходе фильтра 15 форми

руетс  сигнал

сю

(t)K, x(t-t ) J /IT

fZt /2

(4)

При этом сигнал (А) на выходе фильтра 15 отличаетс  от входной смеси измер емого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что в нем подавлены все спектральные составл ющие аддитивной помехи n(t), лежащие вне полосы частот (-Я/2 , S2/2J и амплитуда изменена в К, раз.

Затем этот сигнал х (t) возводитс  в квадрат в квадраторе 16, выходной сигнал квадратора 16 поступает на вход расширител  17 длительности представл ющего собой интегратор с большой посто нной времени, на выходе которого формируетс  сигнал т

г ,

X,

,() J X,(t)dt,

(5)

Эта преобразованна  смесь сигнала и помехи поступает на второй вход сумматора 14, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 13 отношений х(сГ) (3). Выходной сигнал сумматора 14х5( & )Х4(С )+Хг( Г) (6),поступает на второй вход блока 5 отношений , на первый вход которого поступает линейно измен ющийс  сигнал К, Т с выхода ГЛИН 3. При этом на

5 формируетс 

5

выходе блока отношений сигнал

Зб(Г) X (Г)/(К 7).

(7)

Далее этот сигнал поступает на вход логарифмического усилител  6, на выходе которого формируетс  сигнал Inx().

в блоке 7 происходит перемножение выходных сигналов логарифмического усилител  6 и фазоинвертора 4.

50

Выходной сигнал перемножител  7 поступает далее на первый вход сумматора 8, на два других входа кото- 55 Рого одновременно поступают выходной сигнал расширител  17 длительности импульсов и лш1ейно измен ющийс  сигнал () с выхода фазоинвертора 4. Сумматор 8 формирует сигнал

N(-0-) -К,о1пХб( С )-К,)

.

, x(t)dt

x(t)

(8)

.

-K, + x(t)dt.

Или, если обозначить x,(t)(t),то

(i:)KMy4t)dt-K, 10 x(t)dtflL

I г

.Jy4t)dt-5

15

Эта функци  достигает абсолютного максимума в момент времени, соответствующий заднему фронту измер емого импульса. Указатель 9 экстремума вы вл ет положение абсолютного максимума выходного сигнала сумматора 8 и закрывает управл емый ключ 20 При этом счетные импульсы с извест- |ным периодом повторени  перестают- :поступать на счетчик 21 импульсов. :Начало работы счетчика синхронизовано сигналом с порогового элемента 2. Таким образом, показани  счетчика 2/ при известном периоде повторени  счетных импульсов определ ют изме- ;ренную длительность,

i В момент по влени  заднего фронта запускающего импульса, вырабатывае- ;Мого пороговым элементом 2, управ- ;л емый ключ 10 запирает вход изме- ;рительного устройства.

Точность измерени  длительности :импульса, искаженного аддитивной и ;мультипликативной помехами, существенно зависит от выбора коэффициентов К|, К,, определ ющих режим работы блоков 15, 11 и 3.

Максимальна  точность измерени  длительности достигаетс  когда

К„ K,(J

К.

(9;

где К| выбираетс  в зависимости от конкретных условий работы измерител  таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал - помеха и используемых типовых блоков, G - средн   мощность (дисперси ) аддитивной помехи в полосе частот -Q/2 , f2/2, занимаемой мультипликативной помехой.

На фиг. 2 изображен выходной сигнал порогового элемента 2, представл ющий собой импульс длительностью Т, превышающей возможные значени  длительности Г измер емого импульса

5

0

На фиг. 3 изображен (условно) измер емый импульс, на фиг.4 - сигнал на выходе расширител  11 длительности импульсов.

На фиг.5 сплошной линией изображен (с точностью до амплитудного множител ) сигнал на выходе квадратора 12. . Здесь же пунктиром показано линейно измен ющеес  напр жение на выходе

ггаш 3.

На фиг.6 изображен выходной сигнал фазоинвертора 4, на фиг. 7 представлен результат делени  сплошной линии 5 фиг.5 на линию фиг.6, т.е. выходной сигнал блока 13 отношений.

Выходной сигнал полосового фильтра 15 отличаетс  от входного сигнала, изображенного на фиг. 3,только ам- 0 плитудой.

На фиг. 8 изображен (с точностью до амплитудного множител ) сигнал на выходе квадратора 16. После интегратора 17 преобразованный сигнал с мультипликативной помехой описываетс  формулой (5) и имеет приближенно вид, показанньй на фиг.9. На фиг. 10 изображена сумма кривых, показанных на фиг.7 и фиг. 9, т.е. выходной сигнал сумматора 14.

На фиг.11 приведена крива , характеризующа  выходной сигнал блока 5 отношений, в котором происходит деление выходного сигнала сумматора 14 (фиг. 10) и выходного сигнала ГЛИН 3 (фиг. 5).

Прологарифмированна  крива  (фиг.11) приведена на фиг. 12, она характеризует выходйой сигнал лога- 0 рифмического усилител  6. На выходе перемножител  7 имеем сигнал, приближенный вид которого показан на фиг.13. На фиг.14 показана сумма трех кривых, представленных на фиг. 6, 9 и 13. Эта g сумма пропорциональна М( сГ) (8) и всегда (в отсутствии аддитивной помехи ) достигает максимума в точке истинного значени  длительности € измер емого импульса. Наличие адди- Q тивной помехи смещает положение абсолютного максимума выходного сигнала сумматора 8 и вызывает ошибки измерени  длительности импульса.

5 На фиг.15 изображен выходной сигнал указател  9 экстремума, закрьшаю- щий управл емьй ключ 20, Тем самым прекращаетс  подача счетных импуль- ов от генератора 19 к счетчику 21.

5

Зависимость выигрыша в точности измерени  (дб) от параметра q , равного отношению спектральной плотности мультипликативной и аддитивной помехи, приведена на фиг.16 дл  различных значений параметра 5 , равного 3,10 и 20 дб.

Как видно из графика на фиг. 16 выигрыш в точности измерени  длительности может достигать больших значений , например, - 20 дб при 10 Hq 5, и5 :31дб при 20 и q 1.

На фиг. 17 изображен (условно) искаженньй сигнал S(t) при 6 1.

На фиг. 18 изображен этот сигнал на выходе квадратора 16, а на фиг.19 сигнал на выходе расширител  17 длительности импульсов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет использовать энергию модулирующей помехи дл  повьш е- ни  точности измерени  длительности импульса, так как пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выдел етс  на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отношени  в известном устройстве.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Измеритель длительности импульсов содержащий переключатель, порогрвый элемент, генератор линейно измен ющегос  напр жени , фазоинвертор, уп- равл емьш ключ, первый и второй расширители длительности импульса, первый и второй квадраторы, первьй блок отношений, первый сумматор, полосовой фильтр, указатель экстремума, счетчик времени, входную информационную шину, шину синхронизации и группу выходных шин, причем информационна  шина соединена с информационными входами управл емого ключа и переключател , второй вход которого соединен с шиной синхронизации измерител , а выход соединен с входом порогового элемента., выход которого подключен к управл ющему входу управл емого ключа и входу генератора линейно измен ющегос  напр жени , выход которого соединен с входом фазо- инвертора, а выход управл емого ключа подключен к входам полосового

   фильтра и первого расширител  длительности , выход которого через первый квадратор соединен с первым вхо- дом первого блока отношений, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй расширитель и второй квадратор подключен к выходу полосового фильтра, а выход указател  экстремума соединен с первым входом счетчика времени, о тличающий- с   TeMi что, с целью повьш1ени  точности измерени  длительности импульса , искаженного модулирующей помехой, в услови х действи  широкополосной аддитивной помехи, в него дополнительно введены второй блок отношеНИИ , логарифмический усилитель, перемножитель и второй сумматор, причем первьй и второй входы второго блока отношений соединены с выходами соответственно генератора линейно измен ющегос  напр жени  и первого сумматора , а выход второго блока отно- .шений подключен через логарифмичес- Kirfi умножитель к первому входу перемножител , второй вход которого соединен с первым выходом фазоинвертора, второй выход которого соединен с рто- рым входом первого блока отношений, а выход перемножител  подключен к первому входу второго сумматора, второй

   вход которого соединен с вторым входом перемножител , а третий вход подключен к второму входу первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом указател  экстремума , а второй вход счетчика времени подключен к выходу порогового элемента .
2. 2. Измеритель по п, 1, о т л и - чающийс  тем, что счетчик

   времени содержит генератор импульсов , управл емьй ключ и счетчик, причем первьй вход счетчика времени соединен с первым входом управл емого ключа, второй вход которого подключен к второму входу счетчика времени и управл ющим входам счетчика и генератора, выход которого соединен с третьим входом управл емого ключа, выход которого соединен со счетным

   входом счетчика, выходы которого  в-

   л ютс  выходами измерител .

   S(b)

   Фие. 2

   tc Г i

   X/

   H-.да

   Фив, 3

   Гд ;Г

   -/(Г

   Г 7 Т

   Фуа

   J

   Фиг. 7

   Pus. 5

   г. г -г

   1(

   to г Ь

   Рие. 6

   9U&.9

   1; Г Г

   У:М

   га Т f

   xgfi:}

   VUB. 10

   Ри. у/

   г г

   ITaif.

   Pws. 15

   0 т г

   Фив. f2

   -Kstlnoc ft }

   Со Т Г

   Фиг. /J

   fPua. i

   r« Г Т

   Т t

   (Риг, /7

   t

   К)

   м

   (Рив.

   Фие. 9

   Z 7-