Цифровой генератор сложных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике , в частности может быть использовано в локации и измерительной технике для формирования зондирующих сигналов с внутриимпульсной гиперболической частотной модуляцией. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией. Генератор содержит блок 1 ввода параметров сигнала, первый приемный регистр 2, второй прием., ный регистр 3, третий приемный регистр 4, опорный генератор 5, второй накапливающий сумматор 6, четвертый накапливающий сумматор 7, счетчик 8 времени генерации, третий накапливающий сумматор 9, блок 10 управления, первый накапливающий сумматор 11, блок 12 , преобразования кода фазы в код амплитуды , цифроаналоговый преобразователь j 13. Поставленная цель достигается введением двух приемных регистров, трех накапливающих сумматоров, счетчика времени генерации. 2 ил. (Л с Сдд ю СП 4 О1

Своз СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1325451

SD 4 G 06 F 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4052948/24-24 (22) 19.03.86 (46) 23.07.87. Бюл. У 27 (71) Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д. Псурцева (72) С.П. Абаренов и А.В. Ильдяков (53) 681.325(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 860292, кл. Н 03 К 3/02, 1981.

Гладкий В.С. Вероятностные вычислительные модели. М.: Наука, 1973, с. 142. (54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности может быть использовано в локации и измерительной технике для формирования зондирующих сигналов с внутриимпульсной гиперболической частотной модуляцией. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией. Генератор содержит блок l ввода параметров сигнала, первый приемный регистр 2, второй прием-,, ный регистр 3, третий приемный регистр 4, . опорный генератор 5, второй накапливающий сумматор 6, четвертый накапливающий сумматор 7, счетчик 8 времени генерации, третий накапливающий сумматор 9, блок 10 управления, первый . накапливающий сумматор 11, блок 12, преобразования кода фазы в код амплитуды, цифроаналоговый преобразователь

13. Поставленная цель достигается введением двух приемных регистров, трех накапливающих сумматоров, счетчика времени генерации. 2 ил.

1325451 которые тем точнее описывают ф;;эу, чем меньше относительная ширина полосы частот занимается сигналом. При дискретизации сигнала во времени с периодом дискретизации о значение фазы на k-шаге определяется как

2 ф =2T>tF,ki- g F pk + — F,t I.z )(7) на k+I шаге ф 2> (Го (k+1) 7 — — F (k I)2 (2+

1 ((I(i I ), 0 2 о + — F рг (k+1) (j

3 (8)

Приращение фазы при переходе с предьдущего на следующий шаг составляет

4Ф „„ =27> tF Z- — F 1Л + — F y> (,- )+

+IF 2с -p,> r )k)+ ((р p1 3)) 2) (9) Таким образом, добавляя на каждом шаге к предьдущему значению приращение 4Ф(1, можно получить непрерывный ряд текущих значений фазы колебания. Иэ формупы видно, что шаговое пРиРащение 4ф 1с 1 состоит из тРех слагаемых. Это постоянное на .каждом шаге приращение: д ф = 2 » (F - — г + - г з) (1д)

Первое переменное приращение, меняющееся по линейному закону.

4ф„„, (Ы7 2» ((Г,Р2-З 1,P)k),(1 i) Коэффициент Я находится из граничных условий генерации.

Частота при генерации сигнала меняется от начального значения ь) до о конечного () эа время, равное длительности сигнала Т. Поэтому (с) ()к (с)о 4 1+(Т . (2) где 4и) — изменение частоты за время генерации Т. и второе переменное приращение, меняющееся по квадратичному закону при переходе к следующему шагу:

Д* (kn) $ 2 » (F I)) 23)k1 (12)

Значение g (1) „,,gi7 можно получить простым накоплением на %-шаге элементарного приращения 4ф„, равного

4(>) = 2 »(Ро pгi - F01 ).г), (13) Отсюда

1 U)o (— -I ) . (3)

Т 1с) + ddt

Так как начальная фаза у и амплио туда А не влияют на частоту, то их для упрощения записи можно исключить, приняв А=I и (=О.

Фаза колебания определяется выражением

Ж) с (Р (+ ) = — In (1+>ь t) . (Ь (4) откуда к

4ф)>с() П с 7 (14) )"-0

Квадратичный закон изменения второго переменного приращения 4f„« (k),7 и достигается применением двойного суммирования с накоплением элементарного приращения

2>r (I о >о (1)

При этом алгоритм накопления

4ф„„,. )k(.7 имеет вид г к

4 „„„ tk(7= 4V L (2i+I). (Iб)

"7. г;

При разложении множителя In(1+/ t) в степенной ряд фаза может быть представлена в виде 50 2 t ps t>) о + го- t f 2>).1 ., го

2п-I 2п (5) .При некотором снижении требований к точности аппроксимации можно ограничиться первыми тремя членами ряда: (о гтг з с (,. (+)= — (р- + ), (6) Окончательно алгоритм расчета текущего значения фазы имеет вид

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано н локационной и измерительной технике для формирования зоидирующих сигналов с внутриимпульсной гиперболической частотной модуляцией.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией (ГЧМ).

Работа генератора основана на следующем.

Общее выражение, описываю)щее сигнал с гиперболической частотной модуляцией, имеет вид:

f5

S (t) -Аэ in — In(1-p t) + (,, (1) где A=ronst — амплитуда огибающей; (с) — начальная частота генео рируемого сигнала; 20 — начальная фаза; р — коэффициент, характеризующий скорость изменения частоты сигнала.

1325451

К ф (1 " ) 2 (фсср51 фц

«=о к

vs v 1 с флаг ) - 5 const

+,7 д у +д, (2i+1)), (17)

1=0 i=0 5

Таким образом, оказывается возможным с помощью лишь операций суммирования находить дискретизированное значение фазы генерируемого сигнала, соответствующее выражению (4). Мгно- 1О венное значение амплитуды отсчета сигнала находится в соответствии с выражением (1) как sin мгновенной фазы.

На фиг. 1 изображена структурная f5 схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 — основные временные диаграмм мы его работы.

Генератор содержит блок 1 ввода параметров сигнала, первый — третий Zp приемные регистры 2-4, опорный генератор 5, второй накапливающий сумматор 6, четвертый накапливающий сумматор 7, счетчик 8 времени генерации, третий накапливающий сумматор 9, блок 10 управления, первый накапливающий сумматор ll, блок 12 преобразования кода фазы в код амплитуды, цифроаналоговый преобразователь 13 (ЧЬП). 30

Генератор работает следующим образом.

Как следует из изложения способа генерации, в процессе формирования каждого отсчета генерируемого сигнала 35 участвуют три фазовых приращения: ,дф „, 4, и йу, каждое из которых однозначно связано с параметрами генерируемого сигнала (Т, F и 1F) выражениями (10),(i3),(15) и (3) . 40

Поэтому непосредственно генерации сигнала должен предшествовать расчет указанных приращений по заданным параметрам с последующим их занесением в блок ввода параметров сигнала. Туда45 же вводится требуемая длительность генерируемого сигнала Т. На этом подготовительный этап заканчивается и может начинаться непосредственно генерация ГЧМ-сигнала с заданными пара-50 метрами.

Временные диаграммы работы блоков устройства соответствуют следующим входам и выходам блоков: а — выходу опорного генератора, 5 — второму входу блока управления, ь — четвертому выходу блока управления, . — выходу счетчика времени генерации, с — первому выходу блока управления, р — Tpp твену выходу блока управления, второму выходу блока управления, информационному выходу первого накапливающего сумматора (на диаграмме приведены дискретиэированные по времени и амплитуде значения фазы, соответствующие двоичным числам на выходе накапливающего сумматора и — выходу переполнения первого накапливающего сумматора, к — выходу цифроаналогового преобразователя (фиг. 2).

Перед генерацией состояние прием-. ных регистров и счетчика времени генерации произвольное, накапливающие сумматоры обнулены.

Генерация- начинается по внешней команде — сигналу "Пуск" (фиг. 2б) .

С приходом переднего фронта этого сигнала блоком 10 управления формируется импульс записи информации (фиг.

2д), по которому в первый, второй и третий приемные регистры записываются соответственно приращения йф

d а в счетчик 8 времени генера3,,! ции — значение длительности генерируемого сигнала Т.

Так как импульсом записи информация иэ блока. 1 фиксируется в приемных регистрах и счетчике времени генерации, то сразу же после сигнала

"IIycr<а может начинаться подготовка ус— тройства к генерации следующего сигнала с параметрами, отличными от пре, дыдущего. Для этого должна быть изме.нена информация в блоке ввода пара-! метров сигнала, Таким образом, в предлагаемом .устройстве оказывается воз, можным совместить во времени этап непосредственно генерации сигнала с . этапом его подготовки к работе для генерации следующего сигнала с другими параметрами, Сразу же .после прихода импульса записи на тактовые входы накапливающих сумматоров разрешается подача тактовых импульсон, (фиг. 2ж 1, период следования которых равен периоду дискретизации генерируемого сигнала Т, а на счетный вход счетчика 8 времени генерации подаются импульсы интервалов времени с периодом йТ (фиг. 2в) . Значения периода дискретизации сигнала и периода импульсов насчета времени dT являются постоянными для устройства и задаются блоком 10 управления.

По переднему фронту тактовых импульсов на выходе накапливающих сум1325451 маторов фиксируется результат операции сложения входных чисел с их содержимым, полученным аналогичным образом на предыдущем шаге (такте) работы генератора. При этом в третьем накапливающем сумматоре на каждом

k-ом шаге формируется переменное приращение

1 -1

4v< ã l> )= 4„„((< 1) ) . @,+ V,, () где д авиа, 1(1-1) "1 содержимое сумматора на (1 --1) шаfS ге; новая добавка

Кч

2, т д р дч

К4 (величина 2Х. IV< =a 20 д 4 ы. l(k-1) i 7 = 2 д сГ„=(1с-1)дч; (20)

1=0

Результирующая фаза колебания ф(т) формируется в первом накапливающем сумматоре ll:

Ф 513= Ф ((k-l)-.g +дф„„„ +var Rk 1) "1 +д чат Bk 1) ), (21)

Выражение (21) соответствует (1 7) .

Из этого выражения видно, что формирование каждого значения текущей фазы генерируемого сигнала выполняется как одна операция сложения в трехвходовом накапливающем сумматоре на каждый такт работы устройства.

По этому Значению фазы генерируе мого сигнала (фиг. 2а) с помощью блока 12 преобразования кода фазы в код амплитуды ставится в соответствие цифровой код величины дискретизированнопоступает с выхода второго накапливающего сумматора 6, а д с выхода второго приемного регистра 3).

Выражение (18) является развернутой формой записи выражения (16) .

В четвертом накапливающем сумматоре 7 формируется приращение дфча, Dс 1 - дф„а „Н -1) ) +д Г (19)

Выражение (! 9) соответствует (14), где д Ф ар, ((k-1) t) —. приращение фа- 35 эы íà (k-I) шаге: го по времени и амплитуде oTcBeòа ко— лебания. Причем на вход блока 12 преобразования кода фазы н код амплитуды подается число, максимальное значение которого не превьппает « радиан (половину периода синусоиды), Переход к аналоговому сигналу выполняется цифроаналоговым преобразователем 13, выход которого является выходом устройства (фиг. 2к). Так как на вход блока преобразования кода фазы в код амплитуды подаются значения фазы в пределах от 0 до i7, то и на его выходе (на входе ЦАП) значения амплитуды будут соответствовать лищь первому полупериоду синусоиды, т.е. это будут лишь положительные отсчеты сигнала. Для получения отрицательных отсчетов (в пределах Т(-2Л синусоиды) на ЦАП 13 подается дополнительно сигнал переполнения накапливающего сумматора, который определяет номер полупериода„ а следовательно, и знак отсчета колебания (фиг. 2и). По этому сигналу ЦАП инвертирует выходной аналоговый сигнал.

Работа устройства в режиме генерации будет продолжаться до тех пор, пока счетчик 8 времени генерации не подаст на третий вход блока 10 управления сигнал "Стоп" (фиг, 2г). Это произойдет после того, как число импульсов интервалов времени Т, поступивших на счетный вход счетчика 8 (фиг„ 2в), будет соответствовать общей заданной длительности сигнала Т.

С приходом сигнала пСтопп блок управления блокирует подачу тактовых импульсов накапливающим сумматорам, импульсов интервалов времени — счетчику времени генерации. Одновременно на третьем выходе блока управления появляется сигнал обнуления накапливающих сумматоров уровень лог, "0" Гфиг, 2е) .

На этом генерация сигнала заканчивается, генератор готов к формированию нового ГЧЧ-сигнала.

Блок 10 управления формирует сигналы управления всего устройства в режиме генерации. Такими сигналами являются импульсы тактовой частоты (с периодом 7,) в течение времени генерации сигнала (фиг. 2ж); импульсы интервалов времени дТ в течение времени генерации сигнала (фиг. 2в); импульс записи информации в приемные регистры и счетчик времени генерации!

7 (фиг. 2д) и сигнал обнуления накапливающих сумматоров (фиг. 2е) ..

Сигналом перевода устройства в режим генерации является внешний сигнал "Пуск" (фиг. 2б), сигналом окончания

"Стоп" (фиг. 2r), поступающий со счет— чика 8 времени генерации. Опорной частотой блока управления является частота высокостабильного опорного,ге нератора 5 (фиг. 2а ). Тактовая часто1 та накапливающих сумматоров и импульсов интервалов дТ счетчика времени генерации получается делением опорной частоты. Для этого в блоке )О уп,равления используются два счетчикаделителя частоты, включенные последовательно, Для первого счетчика коэффициент деления равен (22) 20 для второго счетчика

N = f dTр !

2 N o (23)

1 где — частота опорного генератора 5;

25 — период дискретизации генерируемого сигнала (фиг. 2ж); Т вЂ” интервалы времени, используемые для насчета длительности генерируемого сигнала (фиг. 2в)

Величиной aT определяется точность задания требуемой длительности генерируемого сигнала.

Ло сигналу "Пуск" — его переднему фронту — триггер блока 10 переходит в состояние "лог.1" ° При этом запускается одновибратор, формирующий корс1ткий импульс записи (фиг. 2д). Кро- 40 ме того, "1" на выходе триггера является разрешающей для работы счетчиков блока 10, которые до этого находились в состоянии обнуления. На выходах счетчиков появляются сигналы, 45 соответствующие диаграммам фиг. 2ж,в.

Прекращение генерации происходит по сигналу "Стоп" (фиг. 2г), поступающему на вход R-триггера блока 10.

При появлении этого сигнала триггер опрокидывается в "0", обнуляя и в дальнейшем удерживая в этом состоянии счетчики и подавая на третий выход блока 10 управления сигнал обнуления накапливающих .сумматоров — уровень "лог. О".

Счетчик Я, времени генерации является устройством контроля длительности генерируемого ГЧМ-сигнала, Реализуется в виде счетчика с предустановкой, работающего в режиме вычитания, По сигналу записи информации (фиг.

2д) из блока 1 ввода параметров сигнала в счетчик зяписывается двоичный код длительности сигнала в единицах времени, равных периоду ЬТ следования импульсов интервалов времени (фиг.2в).

Практически это означает, что в счетчик по входам D параллельной записи заносится количество интервалов времени 1Т, в совокупности составляющих требуемую длительность Т сигнала, а каждый пришедший на его вход вычитания импульс уменьшает содержимое счетчика на единицу. Таким образом, нулевое содержимое счетчика указывает на.истечение времени генерации. При этом на выходе переноса счетчика появляется сигнал пСтоп (фиг. 2г 1, который принимается блоком управления для прекращения генерации.

Блок 12 преобразования кода фазы в код амплитуды выполнен в виде ППЗУ, адресом которого является значение отсчета текущей фазы в пределах О-Ti радиан, а выходной информацией -соответствующее этому значению фазы значение амплитуды колебания синусоиды в пределах одного полупериода. формула изобретения

Цифровой генератор сложных сигналов, содержащий первый приемный регистр, первый накапливающии сумматор, блок преобразования кода фазы в код амплитуды, опорный генератор и блок управления, причем выход первого приемного регистра подключен к первому информационному входу первого накаплй- вающего сумматора, выход которого подключен к входу блока преобразования кода фазы в код амплитуды, выход которого подключен к выходу генератора, выход знака которого подключен к выходу переполнения первого накапливающего сумматора, выход опорного генератора подключен к тактовому входу блока управления, вход пуска которого подключен к входу запуска генератора, выход разрешения записи блока управления подключен к входу управления первого приемного регистра, выход тактирования блока управления подключен к тактовому входу первого накапливающего сумматора, вход сброса кото9 1325451 рого подключен к выходу обнуления блока управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет генерации сигнала с гиперболической частотной модуляцией, в него введены два приемных регистра, три накапливающих сумматора, счетчик времени генерации, причем входы управления второго и третьего приемных регистров и 10 счетчика времени генерации подключены к выходу разрешения записи блока управления,,выход обнуления которого подключен к входам сброса второго, третьего и четвертого накапливаюших сумматоров, тактовые входы которых подключены к выходу тактирования блока управления, входы первого,„ второго, третьего приемных регистров и информационный вход счетчика времени re.20 нерации подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвер10 тому входам задания параметров сигнала генератора, выход второго приемного регистра подключен к первому и второму информационным входам второго накапливающего сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу второго приемного регистра, выход третьего приемного регистра подключен к информационному входу четвертого накапливающего сумматора, выходы третьего и четвертого накапливающих сумматоров подключены к второму и третьему информационным входам первого накапливающего сумматора, выход импульсов интервала времени блока управления подключен к счетному входу счетчика времени генерации, выход переполнения которого подключен к входу останова блока управления.

Т

Ф

К иг.

Составитель С. Курош

Редактор Н. Егорова ТехредА.Кравчук Корректор Е Ро - .

Заказ 3109/43 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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