SU1599838A1 - Устройство дл измерени длительности импульсных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерени  импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модул цией, - достигаетс  введением генератора 2 управл ющего импульса, элемента 4 задержки, перемножителей 5,6, управл емого интегратора 7, усилител  11, управл емого ключа 12, блока 13 отношени , экспоненциального усилител  18, управл емого интегратора 19. Устройство также содержит переключатель 1, генератор 3 линейно измен ющегос  напр жени , управл емый ключ 8, полосовой фильтр 9, квадратор 10, усилитель 14, сумматор 15, управл емый интегратор 16, блок 17 вычитани . 12 ил.

Description

cpue.l

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерени  длительности импульса.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  длительности импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модул цией.

На фиг, 1 приведена структурна  схема устройства дл  измерени  длительности импульсных сигналов; на фиг. 2 - 12 - временные диаграммы, показывающие вид преобразований вход- ного сигнала при прохо сдении им раз- личных блоков устройства.

Устройство дл  измерени  длительности импульсных сигналов содержит (фиг. 1) переключатель 1, генератор 2 управл ющего импульса, генератор 3 линейно измен ющегос  напр жени  (ГЛИН), элемент 4 задержки, перемножители 5 и 6, управл емый интегратор 7 (расширитель импульсов), управл емый ключ В, полосовой фильтр 9, квад- ратор 10, усилитель 11, ключ 12, блок 13 отношени , усилитель 14, сум- матор 15, управл емый интегратор 16, блок 17 вычитани , экспоненциальный усидитель 18 и управл емый интегра- тор t9

Входна  шина соединена с первым входом Лерекдачател  1 и входом управл емого :КЛюча 8, выход которого соединен с: входом полосового фильтра 9 и входом усилител  14. Выход последнего соединен с первым входом сумматора 15, второй вход которого чере квадратор 10 соединен с выходом полосового фильтра 9. иМна управлени  соединена с вторым входом пер еключа- тел  1, выходом подключенного к входу генератора 2, выход которого соединен с входом генератора 3, входом элемента 4 задержки, входом перемно- жител  5, управл к51тими входами управл емых интеграторов 7,16 и 19 и упра л югдам входом ключа 8. Выход элемента 4 задержки соединен с вторым входом перемножител  5, выход которого подключен к управл ющему входу ключа 12. Выход последнего соединен с первым входом перемножител  6 и входом управл емого интегратора 19, выход которого соединен с первым входо блока 13 отношени , вторым входом подключенного к выходу управл емого интегратора 7. Вход интегратора 7 со единен с выходом перемножител  6, втрой вход которого через усилитель 11 соединен с выходом генератора 3 и первым входом блока 17 вычитани . Второй вход последнего через управл емый интегратор 16 соединен с выходом сумматора 15. Выход блока 17 вычитани  через экспоненциальный усилитель 18 соединен с входом управл емого ключа 12. Выход блока 13 отношени   вл етс  выходом устройства.

Положение I переключател  1 соответствует работе устройства при умеренном уровне широкополосных помех, когда генератор 2 срабатывает от переднего фронта измер емого импульса. Положение II переключател  1 соответствует работе устройства при большом уровне помех, когда генератор 2 ера- батывает от импульса, синхронизированного с передним фронтом измер емого импульса.

Устройство работает следующим образом .

На вход измерител  длительности импульса 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, следовательно его можно описать формулой

Uod+meCt)), 0

t-CO; , где Ug - амплитуда неискаженной части импульса;

/U0 - индекс паразитной амплитудной модул ции (иэсрср- эффективное напр жение мультипликативной помехи); t) описьшает случайный закон амплитудной модул ции и, име  единичную среднюю мощность, обладает спектром мощности, сосредоточенным в диапазоне частот 51/2.

Мультипликативные искажени  предполагаютс  быстрыми, следовательно

t n /2 /i 1. При превьш1ении входным сигналом некоторого уровн  (переключатель 1 в положении I) или при по-

..ступлении импульса, синхронизированного с передним фронтом измер емого импульса (переключатель 1 в положении II), генератор 2 управл ющего импульса- вырабатывает управл ющий сигнал X5.(t), изображенный на фиг. 2. Длительность первого положительного импульса в управл ющем сигнале выбит

s(t)

uiirti;cti J

) :. 10,

(1)

1(.

5.. 1599838

раетс  равной наибольшей возможной длительности измер емого импульса Т.

Рассто ние от заднего фронта положи- тельного импульса до переднего Арон- та второго (отрицательного) импульса Тинь, выбираетс  минимальным, но достаточным дл  считьгоани  результатов измерени . Таким образом, , - это врем  индикации. Длительность второ- го (отрицательного) импульса выбираетс  минимальной, но достаточной дл  управлени  блоками схемы. В исходном состо нии (до включе 1и  генератора управл ющего сигнала) ключи 8 и 12 5 закрыты, управл юнщй сигнал на входах ийтетраторов 7 и 19 входах ГЛИН 3, элемента 4 задержки н пёремножител  5 отсутствует. При по влении положитель-. ного импульса управл ющего сигнала 20 открываетс  кгаоч 8 и остаетс  открытым в течение времени Т.. В этом интервале времени на полосовой фильтр 9 и усилитель 1А поступает аддитивна  смесь x(t)S(t)+n(t), где S(t) зада- 25 етс  формулой (1), а n(t) - широко- полосна  помеха со спектральной плотностью NO. Полосовой фильтр 9 имеет

xjeCv e plK/e-XfTC )J,

полосу пропускани , равную полосеf Sr « х ч Л л.1 ч

1-9/2;9./21и занимаемую спектром мощ- 30 )-тс, (t)dt-K3t J. (7)

ности паразитной амплитудной модул ции измер емого импульса (1), и должен обеспечивать коэфсЪициент передачи К. В результате на выходе полосового фильтра 9 имеем сигнал

С выхода экспоненциального усилител  18 на последую1чие блоки схемы сигнал поступает через ключ 12, который открываетс  с задержкой на вре- JC м  Т(Тцнд относительно переднего « О ( 1 /04фронта положительного импульса, управXg (t)K I x(t-t )-- Ц -г -г--А1 .f,.} л ющего сигнала, где Т/ - минимально 2). ппчмпжн;;

возможна  длительность измер емого импульса. Задержка обеспечгтваетс  тем, что управл ющий сигнал ключа 12 xg(t) (фиг. 4) представл ет собой результат перемножени  управл ющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управл ющего импульса X;}(t), прошедшего через

i При этом сигнал (2) на выходе полосового фильтра 9 отличаетс  от вход- .ной смеси измер емого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что подавлены все спектральные составл ющие аддитивной помехи n(t), лежащие

возможна  длительность измер емого импульса. Задержка обеспечгтваетс  тем, что управл ющий сигнал ключа 1 xg(t) (фиг. 4) представл ет собой р зультат перемножени  управл ющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управл ющ го импульса X;}(t), прошедшего через

щпц адди ивнии нимели lii./ . леллшие./, i

о/о14S ЛИНИЮ 4 задержки (фиг. 3) со времевне полосы частот t/2; bc/2J, иам- Jm

-. нем задержки Т .

плитуда изменена в Kg раз.

.Усилитель 14 выполнен с коэффициентом усилени  Kj4 следовательно , на выходе усилител  14 имеем сигнал (фиг.5)

) S(t). (3) Сигнал с выхода усилител  14 в сумматоре 15 сут-1мируетс  с. выходным сигналом квадратора 10, в результате чего формируетс  сигнал (фиг. 7)

x,g(t:)-x|(t:) (t), (4)

Перемножитель б Нормирует произве дение Х(,() сигнала х «() полученного из выходного сигнала ГЛИН 3 уг.и 50 лением с коэффициентом усилени  К ц блоком 11, и сигнала х ,g (сГ) (фиг ,11) с выхода ключа 12 (Лиг. 12):

хб()х« Огг). (t-)

jKqKs.txjeCi, t TJ

55

(8)

I

0, сГсТ,; t: Т.

Таким образом, на входы интеграто ров 7 и 19 входные сигналы X,( t) и XfijCt) начинают поступать после мо- : мента времени Tt, следовательно, при

который поступает на вход расширител  16 длительности и шульсов.

Расширитель 16 длительности импульсов представл ет собой интегратор с большой посто нной времени, на выходе которого формируетс  сигнал (фиг. §)

X46 СЬ) I х2(с) (t)l dt. (5)

о .

Эта преобразованна  смесь сигнала Н помехи .поступает на вход блока 17 вычитани . Одновременно на второй вход блока 17 вычитани  с выхода ГЛИНЗ пост гпает линейно-измен югщйс  сигнал Х5( и)Кз 1 (фиг. 8), формируемый с помощью сигнала с выхода генератора 2 управл ющего импульса длительностью , равной интервалу возможных значений длительностей измер емого импульса. Епок 17 вычитани  формирует cHrnasj (фиг, 9)

X ,7 (tУ I х| (t) +х ,4 (t) dt-Kg Zr. (6)

с выхода блока .17 вычитани  сигнал поступает на усилитель 18 с экспонен- Ц11альной динамической характеристикой , формирующий выходной сигнал вида (фиг. 10)

xjeCv e plK/e-XfTC )J,

f Sr « х ч Л л.1 ч

л ющего сигнала, где Т/ - минимально ппчмпжн;;

возможна  длительность измер емого импульса. Задержка обеспечгтваетс  тем, что управл ющий сигнал ключа 12 xg(t) (фиг. 4) представл ет собой результат перемножени  управл ющего импульса X2(t) (фиг. 2) и управл ющего импульса X;}(t), прошедшего через

./, i

ЛИНИЮ 4 задержки (фиг. 3) со времеПеремножитель б Нормирует произве- дение Х(,() сигнала х «() полученного из выходного сигнала ГЛИН 3 уг.и- 50 лением с коэффициентом усилени  К ц блоком 11, и сигнала х ,g (сГ) (фиг ,11) с выхода ключа 12 (Лиг. 12):

хб()х« Огг). (t-)

jKqKs.txjeCi, t TJ

55

(8)

0, сГсТ,; t: Т.

Таким образом, на входы интеграторов 7 и 19 входные сигналы X,( t) и XfijCt) начинают поступать после мо- : мента времени Tt, следовательно, при

71599838

на выходе интегратора 7 формируетс  сигнал

-1 . -; - .

х(е) Гкз-к„.. x,5,( J;)dC,

(9)

а на выходе интегратора 19 - сигнал

л ..-.:..

(10)

:49(t)Ix,,2(t)dt.

10

20

25

30

- В результате, на вькоде блока 13 отношени  формируетс  сигнал

(t)x(t)(t). (11)

- т /fe

Ку .x,a(T)-Y

J

Т4

Таким образом, величина Ху,(Т) 1федставл вт собой измеренное значение неизвестной длительности входного импульса.

По окончании в момент времени Т положительного т пульса управл ющего сигнала Xu(t) ключ 2 закрываетс , прекращаетс  формирование линейно измен ющегос  сигнала ) ГЛИН 3, а отрицательным импульсом управл ющего сигнала в момент времени Т+Тм|4| сбрасьшаютс  (обнул ютс ) интеграторы 7,16 и 19. Устройство приводитс  в исходное состо ние и готово к работе .

Точность измерени  длительности ишхульса в предлагаемом устройстве зависит от выбора коэффициентов Кд,Кз К;(4 и К, определ ю1 щх режим . . работы соответствующих блоков. Анализ точности измерени  в предлагаемом устройстве, а также результаты теории ,Q помехоустойчивости показывают, что наибольша  точность измерени  длительности импульса достигаетс  при следующих значени х коэффициентов:

,(1+q);

tl+m4H-q ln(1+q)

(Uq)r ;

К« 1/К5;

K,4 2Uo/No(H-q);

.

В этих выражени х NO - спектральна  плотность широкополосной помехи, q - отношение спектральных плотностей мультипликтивной и аддитивной широкополосной помех.

Таким образом, измеренное значение длительности импульса представл ет собой отношение площадей под кривыми, приведенными на фиг. 12 и 11 соответ

45

50

55

8

Этот сигнал зависит от времени только при . При .n этот сигнал представл ет собой посто нную величину , численно равную измеренному значению длительности входного импульса . Если выходной сигнал предла- гаемого устройства x(t) выразить через входную смесь импульса и помехи x(t), то в интервале времени от Т до Т + Тик получим

0

5

0

Q

ственно. В отсутствие широкополосной помехи это отношение площадей хот  и близко к истинному значению длительности импульса п но все-таки несколько отличаетс  от него. В устройстве-прототипе в качестве измеренного значени  длительности импульса используетс  положение максимума сигнала () на выходе блока 17 вычитани  (фиг. 9). Поэтому в отсутствие широкополосной помехи устройство-прототип обеспечивает точное измерение длительности, однако в нем дл  измерени  используетс  только один признак сигнала - х (7 С) амплитуда. В предлагаемом устройстве используетс  дп  уточнени  измерени  еще и- площадь под кривыми, формируемыми блоками 6 и 12. Таким образом, в отличие от устройства-прототипа в предлагаемом устройстве дл  измерени  длительности ; импульса используютс  два признака формируемого сигнала - амплитуда и площадь под пиком. Использование двух признаков в предлагаемом устройстве вместо одного в прототипе позвол ет повысить точность измерени  длительности при наличии помехи. Кроме того, экспоненциальный усилитель существенно обостр ет пик формируемого сигна-г ла в окрестности истинного значени  длительности импульса (фиг.9, 11 к 12).

Это обострение также позвол ет повысить точность измерени . При наличии широкополосной помехи экспоненциаль- ный усилитель также существенно обостр ет пики выходного сигнала блока 17, обусловленные действием помехи . Это равносильно расширению спектра помехи. В результате интегра5

0

5

торы 7 и 19 более эффективно сглаживают (подавл ют), широкополосную помеху . Следовательно, при наличии широкополосной помехи точность измерени  длительности импульса в предлагаемом устройстве всегда выше, чем в устройстве -прототипе.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  длительности импульсных сигналов, содержащее входнзто и управл ющие шины, переключатель , генератор линейно измен юще- гос  нап1р жени , первь-й управл емый ключ, полосовой фильтр, квадратор, первый усилитель, сумматор, первый управл еь1ый интегратор, блок отношений , первый вход которого соединен с выходом генератора линейно измен ющегос  напр жени , вход которого соединен с входом управлени  первого управл емого ключа, вход которого соединен с входной шиной и первым входом переключател , второй вход которого соединен с управл ющей шиной устройства , выход первого управл емого ключа соединен с входами полосового фильтра и первого усилител , выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через квадратор соединен с выходом полосового фильтра, выход сумматора через первый управл емый интегратор соеди-

   0

   5 0 5 0 r

   нен с вторым входом блока вычитани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены элемент задержки, два перемножител , два управл емых интегратора, второй ускпитель, второй управл емый ключ, экспоненциальный усилитель, блок отношени , генератор управл кщего импульса, вход которого соединен с выходом переключател , а выход - с входами управлени  первого, второго и третьего управл е- мьк интеграторов, входами генератора линейно измен ющегос  напр жени ми элемента задержки, первым входом первого перемножител , второй вход которого соединен с выходом элемента задержки , а вькод - с входом управлени  второго управл емого ключа, выход которого соединен -с первым входом второ- го перемножител  и входом третьего управл емого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока отношени , второй вход которого соединен с выходом второго управл емого интегратора, вход которого соединен с выходом второго перемножител , второй вход которого через второй усилитель соединен с первым входом блока вычитани , выход которого через экспоненциальный усилитель соединен с входом второго управл емого ключа, выход блока отношени   вл етс  выходом устройства.

   Xsd)

   Фиг. 4

   Фиь. 5

   X/

   X, -Х/ГА

   ,М

   4

   Фиг. 5

   н Фиг. б

   fn ФигЛ

   Xfgff)

   х„т

   х,(Г)

   Редактор А.Лежнина

   Составитель В.Котов Техред М.Ходанич

   Фиг. 9

   Физ.ю

   Фие.11

   Фиг.П

   Корректор Э.Лончакова