Устройство стабилизации динамического диапазона сигнала

 

Из обретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повьшение . точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала. Устройство содержит элемент 1 с регулируемым коэф. передачи , сумматоры 2; 6 и 9, блоки 3 и 4 определения максимального и минимального уровня сигнала, вычитатели 5, 7, 13 и 17, весовой усилитель 8, перемножитель 10, блоки 11, 12, 15 и 16 выборки и хранения, блок 14 деления и блок 18 формирования управляющих импульсов. Цель достигается путем формирования напряжения, пропорционального смещению, которое необходимо дать сигналу, снимаемому с выхода элемента 1, для того чтобы середина динамического диапазона выходного сигнала находилась на заданном уровне 1/2, т.е. чтобы динамический диапазон выходного сигнала был заключен в заданных пределах от О до 1. 3 ил. и МХСЯ to со СО 00 О1 -4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

ÄÄSUÄÄ 129385/ (51) 4 Н 03 G 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3973302/24-09 (22) 10.11.85 (46) 23.03.87. Вюл. Ф 11 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Ю.M. Коршунов, А.В. Симкин и Н.И. Вираховский (53) 621.396.666(088.8) (56) Известия вузов.Приборостроение, 1981, Р 11, с. 30-35.

Авторское свидетельство СССР

N - 902211, кл. Н 03 G 3/20, 1980. (54) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала. Устройство содержит элемент 1 с регулируемым коэф. пере— дачи, сумматоры 2-, 6 и 9, блоки 3 и

4 определения максимального и минимального уровня сигнала, вычитатели 5, 7, 13 и 17, весовой усилитель 8, перемножитель 10, блоки 11, 12, 15 и 16 выборки и хранения, блок 14 деления и блок 18 формирования управляющих импульсов. Цель достигается путем формирования напряжения, пропорционального смещению, которое необходимо дать сигналу, снимаемому с выхода элемента 1, для того чтобы середина динамического диапазона выходного сигнала находилась на заданном уровне 1/2, т.е. чтобы динамичес- а кий диапазон выходного сигнала был заключен в заданных пределах от 0 до 1. 3 ил. (2) К и где U

z ««««

6 «1И«

4Е и

S ь

1 12988

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для стабилизации динамического диапазона и уровня смещения входного непрерывного сигнала в радиолокации, телевидении, автоматике.

Цель изобретения — повышение точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала. f0

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства стабилизации динамического диапазона сигнала; на фиг. 2 и 3 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство стабилизации динамического диапазона сигнала содержит элемент 1 с регулируемым коэффициентом передачи, третий, сумматор 2, блок 3 определения максимального уровня сиг- 20 нала, блок 4 определения минимального уровня сигнала, первый вычитатель 5, первый сумматор 6, третий вычитатель 7, весовой усилитель 8, второй сумматор 9, перемножитель 10, первый блок 11 выборки и хранения, второй блок !2 выборки и хранения, второй вычитатель 13, блок 14 деления, третий блок 15 выборки и хранения, четвертый блок 16 выборки и хра- З0 кения, четвертый вычитатель 17, блок 18 формирования управляющих импульсов и,кроме того, второй 19 и первый 20 одновибраторы.

Устройство работает следующим .об- 35 разом.

Управление элементом происходит в соответствии со следующими выражениями! Еи

11,«Ц !! + P ("- — 1))е (1) 40 л ьшм= ы

Е Z H=2Sh Е У

2 Li+ e(— — 1)l Ь

1/U„, (3) управляющее напряжение элемента 1 на и-м такте; коэффициент передачи элемента 1; максимальное и минимальное значения выходного сигнала на и-м такте;

«.èàêñ п.миН смещение сигнала на п-м такте; заданный уровень динамического диапазона стабилизации; заданный уровень стабилизации !

57

2 — коэффициент 1;

p — коэффициент, учитывающий случайные возмущения сигнала и определяющий инерционность устройства, 0 » p < !, На вход устройства поступает сигнал X(t), показанный на фиг. 2 а. Сигнал характеризуется двумя параметрами: размахом К„= Х„„; 1„„„„и смещением а, = — и"- " — — -- где Х

Xi с Х

H 2

Ф «ма с и Х„, „„- соответственно максимальное и минимальное значения входного сигнала X(t) на некотором заранее заданном интервале времени пТ (на п-м периоде наблюдения входного сигнала). Таким интервалом Т в зависимости от решаемой задачи могут быть длительность телевизионного кадра, длительность строчной развертки, период кругового обзора радиолокационной станции и т.д.

Для пояснения "работы зададимся следующими значениями: L = 1; М =

= L/2 = 1/2. В этом случае устройство решает задачу поддержания динамического диапазона выходного сигнала в пределах от 0 до 1.

Перед началом работы устройства во второй блок 12 записывается минимальный уровень управляющего напряжения U а четвертый блок !6 обнуляется. В результате перед поступлением на вход устройства первого периода сигнала X(t) элемент 1 с гиперболической зависимостью коэффициента усиления К„ 1/1!« от управляющего напряжения имеет максимальный коэффициент усиления К, = К =1/U „„,,(что в условиях отсутствия априорной информации о характере сигнала X{t) необходимо для обеспечения максимальной чувствительности), а смещение на третьем сумматоре 2 равно нулю S = О. !

Входной сигнал на п-м периоде наблюдения через элемент 1 и третий сумматор 2 поступает на входы бло ков 3 и 4, на выходах которых к концу заданного временного интервала пТ формируется напряжение Е и Z .

«макс и миН пропорциональное соответственно максимуму и минимуму сигнала Z(t)

Х() K„,+ 8„, на этом интервале времени (фиг. 2 б, в). Индекс п показывает, что результаты измерения относятся к п-му периоду, К„,: — коэффициент передачи элемента 1 в предшествующий период наблюдения и-1;

3 12988

S . . — — смещение на третьем сумматоре 2

n-! в момент п-1. Для первого периода входного сигнала п = I эти значения соответствуют начальным условиям:

К,= К ; S,= S . На выходах первого

0 Э !1 О вычитателя 5 и первого сумматора 6 формируются напряжения, пропорциональные соответственно величинам d Z„ =

=Z — Zv Z=Z+Z !! мс кс и мин l! Il макс h мин

Разностный сигнал dZ o Ty eT Ip на третий нычитатель 7, на выходе которого формируется сигнал ошибки по размаху Е„ = 4Z I. Этот сигнал че— рез весовой усилитель 8 с коэффициентом усиления Р поступает на цепь обратной связи, образованную вторым сумматором 9, перемножителем 10 и блоками 11 и 12. По окончании интервала Т на управляющий вход тактовых импульсов устройства подается корот. кий стробирующий сигнал (фиг. За), по переднему фронту которого первый одновибратор 20 блока 18 формирует импульс (фиг. Зб), на время которого первый блок переходит в режим ныборки25 и запоминает значение сигнала U„

= U„(1+pF„), сформировавшееся на вы— ходе перемножителя 10. Значение управляющего напряжения U„ õðàíèòñÿ но втором блоке 12 после окончания вы- 3р числений на предыдущем (n — 1)-м перио- де. По заднему фронту импульса первого одновибратора 20 второй одновибратор 19 формирует импульс (фиг. Зв), на время которого в режим выборки пе-35 реходит второй блок 12 и запоминает значение управляющего напряжения U„, вычисленное на данном периоде и хранящееся в первом блоке II. Сигнал с выхода второго блока 12 управляет 40 коэффициентом передачи элемента 1 в соответствии с законом К„ = 1/U . В результате в течение (и+1)-го.периода наблюдения входного сигнала X(t), величина. коэффициента передачи эле- 45 мента 1 будет определяться результатами измерения. максимума и минимума сигнала Z(t) на периоде пТ.

Процесс перестройки коэффициента передачи элемента 1 приводит к уста- 50 новке такого значения К„, при котором ошибка по размаху становится равной нулю Е„ = О, а размах выходного сигнала — заданной величине ьЕ и

Суммарный сигнал EZ„c выхода пер-55 ного сумматора 6 поступает на второй вычитатель 13, на вход вычитаемого которого поступает сигнал $„! с выхода четвертого нычитателя 17. В результате на выходе второго вычитателя 13, коэффициент передачи которого по нх — ду уменьшаемого ранен 1/2, формируется уровень напряжения Е = XZ /2-S представляющего собой полусумму максимума и минимума (T.е. величину сме— щения относительно нуля середины динамического диапазона) выходного сигнала без учета смещения Я„,, вычисленного на предыдущем (n-1)-м такте и вносимого третьим сумматором 2 сигнала на данном такте и. Иначе говоря, эта величина представляет собой смещение относительно нуля середины динамического диапазона несмещенного сигнала на выходе элемента 1. Сигнал

Е„ поступает на вход блока 14, кото— рый осуществляет пересчет смещения сигнала, полученного на основании результатов измерения на п-м периоде при коэффициенте усиления К, на и-! коэффициент усиления К„, которыми будет установлен на (п+1)-м периоде:

E„ (l +!эР ). При поступлении на вход тактовых импульсов устройства стробирующего сигнала в момент окончания интервала Т полученная с выхода блока 14 величина V представляющая собой смещение сигнала y(t) на выходе элемента 1, пересчитанное на новый коэффициент передачи К„, записывается в третий блок )5. По сигналу с первого одновибратора 20 эта вегичина записывается также в четвертый блок 16 и на четвертом вычитателе 17 сравнивается с заданной величиной смещения середины динамического диапазона.

В результате на выходе четвертого вычитателя 17 формируется напряжение

S „ = 1/2 — Ч, пропорциональное смещению, которое необходимо дать сигналу, снимаемому с выхода элемента I для того, чтобы середина динамического диапазона выходного сигнала находилась на заданном уровне 1/2 (т.е. чтобы динамический диапазон выходного сигнала был заключен в заданных пределах от 0 до I). Это смещение подается на второй вход третьего сумматора 2

Инерционность обратной связи (обратной связи по коэффициенту передачи К„ и обратной связи по смещению

8„) определяется коэффициентом передачи весового усилителя 8. При единичном коэффициенте передачи = 1

5 12988 сигнал ошибки на вход цепи обрат1 ) ной связи проходит полностью и обратные связи в это время являются безынерционными. При изменении коэффициента передачи на вход цепи обратной связи поступает лишь часть ошиб— ки C „ (сигнал ошибки поступает с весом, меньшим единицы), за счет чего инерционность обратных связей возрастает, снижается при этом быстро- 10 действие и возрастает помехозащищенность устройства. Поэтому выбор величины коэффициента передачи производится с учетом требования по быстродействию и помехозащищенности рабо- 15 ты устройства.

Формула изобретения !

Устройство стабилизации динамического диапазона сигнала, содержащее 20 элемент с регулируемым коэффициентом передачи, вход которого является входом устройства, первый и второй вычитатели, соединенные по входам блок определения минимального уровня сигнала и блок определения максимального уровня сигнала, выходы которых соединены соответственно с входом вычитаемого и уменьшаемого первого вычитателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала, в него введены блок формирования управляющих импульсов, вход которого является 35 входом тактовых импульсов устройства, и соединен с управляющими входами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, первый сум- 4О матор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, а выход со- 45 единен с входом уменьшаемого второго вычитателя, соединенные последова— тельно третий вычитатель, вход уменьшаемого которого соединен с выходом первого вычитателя, а вход вычитаемого явгяется входом сигнала задания динамического диапазона стабилизации, весовой усилитель, второй сумматор, другой вход которого является входом сигнала единичного уровня, перемножитель, первый блок выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока формирования управляющих импульсов, и второй блок выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока формирования управляющих импульсов, а выход соединен с управляющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи и другим входом умножителя, соединенные последовательно блок деления, входы делимого и делителя которого соединены соответственно с выходами второго вычитателя и второго сумматора, третий блок выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока формирования управляющих импульсов, и четвертый блок выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока формирования управляющих импульсов, соединенные последовательно четвертый вычитатель, вход вычитаемого которого соединен с выходом четвертого блока выборки и хранения, вход уменьшаемого является входом сигнала задания уровня стабилизации, а выход соединен с выходом вычитаемого второго вычитателя, и третий сумматор, другой вход которого соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, а выход является выходом устройства и соединен с входами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровня сигнала.

1298857

n+7

Составитель Н. Мельников

Редактор В. Петраш Техред А.Кравчук

Корректор А. Обручар

Заказ 896/57 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4