SU655070A1 - Способ дискретного дифференцировани электрических сигналов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к радиотехнике и может использоватьс  при вторичной обработке принимаемых сигналов с помощью вычислительных устройств, а также в информационно-измерительных системах различного назначени .

При вторичной обработке получаемой информации возникает задача дискретного дифференцировани  электрических сигналов , котора  заключаетс  в измерении и регистрации разностей их мгновенных значений в граничных точках временных интервалов А1

Известен способ дискретного дифференцировани  электрических сигналов, используемый в цифровых дифференциальных анализаторах, который заключаетс  в образовании кратковременных вырезок сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала Ai, преобразовании амплитуд этих вырезок в цифровую форму, запоминании амплитуды первой вырезки, их вычитании и регистрации полученной величины 1.

Этот способ обладает низкой помехозащищенностью по отношению к импульсным помехам, а также малым быстродействием и низкой точностью аналого-цифрового преобразовани .

Известен также способ измерени  разности мгновенных значений сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала А который включает образование кратковременных вырезок принимаемого сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала Ai, запоминание амплитуды первой вырезки, инвертирование второй вырезки, их суммирование и регистрацию полученной в результате суммировани  величины. Способ реализуетс  устройством , содержащим фазоинвертор и стробирующий каскад, выход которого подключен к входу регистратора, а также синхронизатор , первый выход которого соединен с первым входом стробирующего каскада 2.

Данный способ и реализующее его устройство обладают низкой помехозащищенностью к импульсным помехам, которые вызывают значительные искажени  сигнала в моменты стробировани . Кроме того, необходимость малоискаженной передачи сигнала к моменту первой вырезки делает необходимым расширение полосы пропускани  импульсной информационно-измерительной системы, что приводит к снижению ее помехоустойчивости. С целью повышени  помехозащищенности информационно-измерительных систем с дискретным дифференцированием принимаемых сигналов по предлагаемому способу во временном интервале Д генерируют вспомогательный сигнал вида т (2л -l)vi S osTt где А - амплитуда; t - врем ; п - р д натуральных чисел от 1 до т, перемножают его с входным сигналом и интегрируют результирующий сигнал. При этом число косинусоидальных колебаний т, образующих вспомогательный сигнал, выбирают , исход  из обеспечени  наибольщей точности измерени  разности мгновенных значений принимаемого сигнала в услови х помех.; Такой способ может быть осуществлен предлагаемым устройством, в которое введены генератор вспомогательного сигнала, перемножитель, два интегратора и коммутатор , выход которого подключен к второму входу стробирующего каскада, а входы коммутатора соответственно подключены к выходам интеграторов и к второму выходу синхронизатора, вход которого соединен с первым выходом генератора вспомогательного сигнала, второй выход которого подключен к входу перемножител , выход перемножител  соединен с входом первого интегратора через фазоинвертор, а с входом второго интегратора непосредственно. На чертеже представлена структурна  электрическа  схема устройства дл  реализации способа дискретного дифференцировани  электрических сигналов. Предлагаемый способ осуществл етс  следующим образом. Во временном интервале А генерируют вспомогательный сигнал вида

.Л(2п -) 

л/ А

м

/

перемножают его с принимаемым сигналом и интегрируют произведение обоих сигналов . В момент окончани  временного интервала Д образуют кратковременную вырезку проинтегрированного произведени  и регистрируют ее амплитуду. Амплитуда вырезки  вл етс  оценкой разности мгновенных значений принимаемого сигнала в граничных точках временного интервала Д/. Изобретение основано на том, что разность значений аналитической функции л;(О, принимаемых ею в граничных точках 0 и временного интервала Д, может быть определена путем весового интегрировани  этой функции по формуле

и

(0)-((02cosX

X

6л 1

сумма первых т членов весовой функции. Таким образом, имеет место свойственное всем информационным системам противоречие между малоискаженным воспроизведением информационного параметра сигнала и помехоустойчивостью системы, которое заключаетс  в том, что при малом числе слагаемых т велики искажени  сигнала, но высока помехоустойчивость системы, а при большом т искажени  сигнала уменьшаютс , но падает помехоустойчивость. И то, и другое ведет к уменьшению точности измерени . Поэтому оптимальное число слагаемых т выбирают, исход  из априорных сведений о сигнале и мощности шума,

действующего на вход системы, руководству сь формулой

5JA;(0) - (01 - I- f л:(О V, COSX 6 X()L,,. где весова  функци  ( 2л - 1) 71 М представл ет собой тригонометрическое разложение периодической последовательности знакопеременных стробирующих функций Дирака. Из формулы следует, что измерение разности мгновенных значений принимаемого сигнала может быть осуществлено путем его перемножени  с вспомогательным сигналом ( 2л-1)- , y(t)A COS . Величина интеграла будет представл ть собой оценку измер емого параметра сигнала х(0)-л:(Д/). При этом с увеличением числа слагаемых т точность измерени  возрастает , и при неограниченно большом т результат измерени  оказываетс  точным. Однако наличие щума, действующего на вход системы, приводит к тому, что с ростом т падает помехоустойчивость приемного тракта и, следовательно, точность измерени  информационного параметра сигнала . Это подтверждаетс  выражением i/ i/ fcpf40rf -2). где L/ia - среднее квадратическое напр жение шума на выходе линейной системы; - спектральна  плотность мощности белого щума, действующего на ее вход; т 4 . (2 -1)л ш(0 (2/г-1)

tdt

/«, Д

где 6m - ошибка измерени  информационного параметра сигнала;

x(t) -функци , аппроксимирующа  сигнал в интервале Д.

Устройство, реализующее способ, имеет две характерные особенности, которые вытекают из необходимости дискретного дифференцировани  сигнала на смежных временных интервалах Д. Во-первых, интегрирование перемноженных сигналов должно производитьс  при нулевых начальных услови х , что приводит к необходимости освобождени  интегратора от запаса энергии предыдущего измерительного цикла. В св зи с этим возникает необходимость использовани  двух попеременно работающих интеграторов .

Во-вторых, генерирование вспомогательного сигнала, имеющего одинаковую форму на каждом временном интервале Д, имеет технические трудности, обусловленные скачкообразным изменением его мгновенных значений на границах интервалов. Поэтому вспомогательный сигнал целесообразно генерировать в виде суммы гармонических колебаний, а возникающую на смежных временных интервалах смену пол рности вспомогательного сигнала компенсировать путем инвертировани  фазы преобразованного сигнала на входе (или выходе) одного из интеграторов.

В св зи с изложенным устройство дл  осуществлени  способа дискретного дифференцировани  электрических сигналов состоит из генератора 1 вспомогательного сигнала, перемножител  2, фазоинвертора 3, интеграторов 4 и 5, коммутатора 6, стробирующего каскада 7, регистратора 8 и синхронизатора 9.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 вырабатывает сигнал, представл ющий сумму непрерывных гармонических колебаний. Входной и вспомогательный сигналы поступают на входы перемножител  2, произведение входного и вспомогательного сигналов поступает с выхода неремножител  2 на входы двух интеграторов 4 и 5, причем на вход интегратора 5 - непосредственно , а на вход интегратора 4 - через фазоинвертор 3. Интеграторы работают попеременно. В течение одного временного интервала работает интегратор 5. При этом интегратор 4 освобождаетс  от запасов энергии предыдущего цикла. Обесточивание неработающего интегратора и подключение работающего интегратора к входу стробирующего каскада производитс  коммутатором 6, управл емым синхронизатором 9. В моменты окончани  последовательных временных интервалов стробирующий каскад 7, управл емый синхронизатором 9, производит короткие вырезки напр жений, развивающихс  на выходах интеграторов 4 и 5. Амплитуды этих вырезок , пропорциональные разност м мгновенных значений принимаемого сигнала в граничных точках последовательных временных интервалов Д, регистрируютс  регистратором 8, в качестве которого может быть использован аналого-цифровой преобразователь . Синхронизатор 9 вырабатывает из поступающего на его вход вспомогательного сигнала импульсы напр жени , которые управл ют коммутатором 6 и стробирующим каскадом 7.

Техническа  эффективность способа и реализующего его устройства заключаетс  в повыщении помехоустойчивости информационно-измерительных систем по отношению к импульсным помехам. Если в известном способе по вивша с  в момент стробировани  импульсна  помеха вносит существенную ошибку в результат измерени , то в предлагаемом способе вли ние импульсных помех оказываетс  ослабленным благодар  интегрированию сигнала во временном интервале большой длительности. Отпадает необходимость в измерении мгновенного значени  принимаемого сигнала в начальной точке временного интервала Д.

Уменьшению ошибки измерений способствует также устранение операции запоминани  амплитуды первой вырезки.

Claims (2)

1. Способ дискретного дифференцировани  электрических сигналов, заключающийс  в кратковременной вырезке сигнала в момент окончани  временного интервала Д и регистрации амплитуды сигнала в этой вырезке, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  помехоустойчивости, во временном интервале Д генерируют вспомогательный сигнал вида

« (2л -1)  

2 COSД

п 1

- амплитуда;

где

/. 1 - текущее врем ;

п - р д натуральных чисел от 1 до т, перемножают его с входным сигналом и интегрируют результирующий сигнал.

2. Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее фазоинвертор и стробирующий каскад, выход которого подключен к входу регистратора, а также синхронизатор , первый выход которого соединен с первым входом стробирующего каскада , отличающеес  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости устройства, в него введены генератор вспомогательного сигнала, перемножитель, два интегратора и коммутатор, выход которого подключен к второму входу стробирующего каскада, а

входы коммутатора соответственно подключены к выходам интеграторов и к второму выходу синхронизатора, вход которого соединен с первым выходом генератора всномогательного сигнала, второй выход которого подключен к входу перемножител , выход перемножител  соединен с входом первого интегратора через фазоинвертор, а с входом второго интегратора непосредственно .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах. Под ред. Г. М. Петрова. М., «Машиностроение, 1973, с. 266-274.

2.Великий А. Д. и др. Индуктивна  электроразведка методом переходных процессов с совмещенными источником и приемником пол . Л., «Недра, 1967, с. 22-25.