Устройство для измерения длительности импульсных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехническим средствам измерения длительности импульсов и позволяет повысить точность измерения длительности импульсных сигналов, искаженных паразитной амплитудной модуляцией в условиях действия широкополосной аддитивной помехи. Если уровень аддитивной помехи мал по сравнению с амплитудой сигнала, то переключатель 1 устанавливается в положение I и пороговый элемент 2 срабатывает от переднего фронта измеряемого сигнала. Импульс с выхода.порогового элемента 2 открывает управляемый ключ 4 и запускает счетчик 12. В случае, когда уровень аддитивной помехи значителен , предусмотрена возможность срабатывания порогового элемента 2 от синхроимпульса в положении II переключателя 1 . Отсчет временного интервала производится счетчиком 12 временного интервала в момент достижения абсолютного максимума сигнала, сформированного в результате вычитания напряжения с генератора 3 линейно изменяющегося напряжения из напряжения,сформированного взаимосвязанными полосовым фильтром 5, квадратором 6, усилителем 7, сумматором 8 и расширителем 9, которые реь ализуют функцию M(t) ( ) + о + x(t)jdt, где X|(t) - напряжение на выходе полосового фильтра 5; x-Ct)- напряжение на выходе усилителя. 6 ил. с (Л -1 00 о сг: О 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

159 4 С 04 Г 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 ! !

I

1

1

1

1, 1 .4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTVM (21) 3711487/24-21 (22) 19.03.84 (46) 15. 08. 87 . Бюл . № 30 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) А.П.Трифонов, В.К.Бутейко и В.И. Парфенов (53) 62 1.317.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 915059, кл. G 04 F 10/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехническим Средствам измерения длительности импульсов и позволяет повысить точность измерения длительности импульсных сигналов, искаженных паразитной амплитудной модуляцией в условиях действия широкополосной аддитивной помехи. Если уровень аддитивной помехи мал по сравнению с амплитудой сигнала, то переключатель

1 устанавливается в положение I и пороговый элемент 2 срабатывает от пеуреднего фронта измеряемого сигнала.

Импульс с выхода, порогового элемента

2 открывает управляемый ключ 4 и запускает счетчик 12. В случае, когда уровень аддитивной помехи значителен,предусмотрена возможность срабатывания порогового элемента 2 от синхроимпульса в положении II переключателя 1. Отсчет временного интервала производится счетчиком 12 временного интервала в момент достижения абсолютного максимума сигнала, сформированного в результате вычитания напряжения с генератора 3 линейно изменяющегося напряжения К б из напряжения сформированного взаимоу

Ф связанными полосовым фильтром 5, квадратором 6, усилителем 7., сумматором 8 и расширителем 9, которые рек б ицинуют функцию М(ц)= ) (к (t) + о

Мю

+ х ()) dt, где х, (t) — напряжение на б -Ю ° о выходе полосового фильтра 5; х . t ) напряжение на выходе усилителя. 6 ил.

13

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах измерения длительности импульсов, входящих в состав радио-, гидролокационной и другой аппаратуры.

Цель изобретения — повышение точности измерения длительности импульсного сигнала, искаженного паразиткой амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — 6 временные диаграммы.

Предлагаемое устройство содержит переключатель 1, пороговый элемент

2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ 4, полосовой фильтр 5, квадратор б,усилитель 7,сумматор 8, расширитель 9 длительности импульсов, блок 10 вычитания, укаэатель 11 экстремума, счетчик 12 интервала времени. Блоки, образующие устройство, реализуются на основе стандартных радиотехнических устройств, элементов и измерительных приборов, изготовляемых с использованием как традиционной элементной базы, так и элементной базы микроэлектроники.

Входная клемма устройства соединена с входом управляемого ключа 4 и через переключатель 1 с пороговым элементом 2, последний соединен с генератором 3 линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом блока 10 вычитания.

Выход управляемого ключа 4 соединен с полосовым фильтром 5, подключенным к входу квадратора 6. Выход квадратора 6 соединен с вторым входом сумматора 8. К выходу управляемого ключа 4 подключен также вход усилителя

7, выход которого соединен с первым входом сумматора 8. Выход сумматора

8 подключен к входу расширителя 9 длительности импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока

10 вычитания. Выход блока 10 вычитания через указатель 11 экстремума соединен с входом счетчика 12. Кроме того, выход порогового элемента 2 соединен .с входами управляемого ключа

4 и счетчика 12.

Для простоты изложения временные диаграммы приведены для случая отсутствия широкополосной аддитивной помехи, которая в предлагаемом уст30604

5 0

20 .)

50 ройстве подавляется как эа счет частотной фильтрации полосовым фильтром

5 на входе квадратора 6, так и за счет временного усреднения в расширителе 9 длительности импульсов. Такое подавление широкополосной аддитивной помехи, как следует из теории потенциальной помехоустойчивости, максимально уменьшает ее влияние на точность измерения длительности импульса.

На фиг. 2 пунктиром изображен измеряемый импульс, который с точностью до масштаба по оси ординат совпадает с выходным напряжением усилителя 7. На фиг.3 изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 6. Здесь отсутствуют провалы в плоской вершине импульса иэ-за параэитной амплитудной модуляции. После сумматора 8 преобразованный импульс описывается формулой х,(t) + х (1) и имеет приближенно вид, показанный на фиг.4.

На выходе расширителя длительности импульсов получаем сигнал х (t), 3 изображенный на фиг. 5 сплошной линией.Здесь пунктиром изображено линейно изменяющееся напряжение, поступающее на блок вычитания с выхода генератора 3. На фиг. 6 изображена разность между сплошной и пунктирной кривыми (фиг. 5). Эта разность пропорциональна функции М (c ) и всегда (в отсутствии аддитивной помехи) достигает максимума в точке истинного значения длительности с,измеряемогоимпульса. Наличие аддитивной помехи смещает положение абсолютного максимума выходного сигнала блока 10 вычитания и вызывает ошибки измерения длительности импульса.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход измерителя длительности поступает аддитивная смесь x(t)

=S(t) + n (t) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t). Измеряемый импульс искажен параэитной амплитудной модуляцией так, что его можно описать формулой

U,(1+m (t))), 0 с„

S(t)

О, t 0t t )70) где U — амплитуда неискаженной части импульса;

04 4 х,{t) = К„х (t).

13306 х,(t) + х (t), 45

sin (Q t /2) — — dt (Q t /2) При этом укаэанный сигнал х (t)

» на выходе полосового фильтра 5 отличается от входной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) тем, что подавлены все спектральные составляющие аддитив ной noMexH n (t ), 55 лежащие вне полосы частот (- Й/2;

a/2), и амплитуда изменена в К, раэ.

Усилитель 7 имеет коэффициент усиления К и íà его выходе сигнал равен

»»»=U / - — индекс ларазитной ампл»»тудърф») ной модуляции; эффективное напряжения мультипликативной помехи; ((t) — описывает случайный закон амплитудной модуляции, и, имея единичную среднюю мощность, обладает спектром мощности,сосредоточенным в диапазоне частот (-12/Z;

Q/2) . 1О

Если уровень аддитивной помехи

n(t) мал по сравнению с амплитудой сигнала, то переключатель 1 на входе порогового элемента 2 устанавливается в положение 1 и пороговый элемент 15

2, срабатывая от переднего фронта импульса, вырабатывает импульс прямоугольной формы, длительность которого превышает возможные значения длительности измеряемого импульса, . 20

Вырабатываемый элементом 2 импульс открывает управляемый ключ 4 и синхронизует во времени счетчик 12 (запускает его).Когда уровень аддитивиой помехи n(t) значителен и велика вероятность ложного срабатывания порогового элемента 2, предусмотрена воэможность использования синхро-импульса, соответствующего переднему фронту измеряемого импульса. При этом переключатель 1 на выходе порогового элемента 2 находится в положении II и пороговый элемент 2 срабатывает от синхроимпульса.

Полосовой фильтр 5 имеет полосу 35 пропускания,равную полосе (- 52 /2;

Q /2), занимаемой спектром мощност1» паразитной амплитудной модуляции измеряемого импульса, и должен обеспечивать коэффициент передачи К,. На 40 выходе полосового фильтра S имеем сигнал х (t) = К )x(t-t ) — °

52 !

2((00

Сигнал х (t) с выхода усилителя в сумматоре 8 суммируется с выходным сигналом квадратора 6, в результате чего формируется сигнал который поступает на вход расширителя 9 длительности импульсов.

Расширитель 9 длительнссти импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал

-I х (7)-- ) (х (с)+ (t)j 1с. о

Эта преобразованная смесь сигнала и помехи поступает на вход блока 10 вычитания, Одновременно на второй вход блока 10 вычитания с выхода генератора 3 линейно изменяющегося напряжения поступает линейно изменяющийся сигнал U(Z) = К, формируемый с помощью сигнала с порогового элемента 2, длительностью, равной интервалу возможных значений длительносте . измеряемого сигнала. Блох 10 вычитания формирует сигнал, пропорциональвьп» функции

Эта функция дс стигает абсолютного максимума в момент времени, соответствующий заднему фронту измеряемого импульса. Указатель 1t экстремума выявляет положение абсолютного максимума выходного сигнала блока вычитания, а счетчик 12 производит временной отсчет положения абсолютного максимума сигнала M(Z). Начало работы счетчика синхронизовано сигналом с порогового элемента 2. После того, как выявлен абсолютный максимум сформированного сигнала M(c,) и измерено его временное положение (с помощью блоков указателя 11 экстремума и счетчика 12), пороговый элемент 2 в результате подачи сигнала со счетчика 12 прекращает подачу запускающего импульса и ключ 4 запирает вход измерительного устройства.

Таким образом, путем измерения временного положения абсолютного максимума сформированного сигнала измеряется длительность импульса прямо30604

sp) /

XZ(f) 5 13 угольной (или близкой к ней) формы, искаженного паразиткой амплитудной модуляцией. Точность измерения длительности импульса, искаженного аддитивной и мультипликативными помехами, определяется выбором коэффициентов

К,, К, К>, определяющих режим работы блоков генератора 3, полосового фильтра 5 и усилителя 7. Анализ точности измерения длительности в предлагаемом устройстве, а также применение методов теории потенциальной помехоустойчивости показали, что максимальная точность измерения длительности достигается, когда

К, =g+q, К =2 ЦК2, К К (ш (1+К) )n(1+q) q+1) /4, где q — отношение спектральных плотностей мультипликативной и аддитивной помехи; величина К выбирается в зависимости от конкретных условий работы измерителя таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал — помеха и используемых типовых блоков (ключ, усилитель и т.д.).

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения длительности импульсных сигналов, содержащее входную клемму, .соединенную с входом управляемого ключа и с последовательно включенными переключателем, пороговым элементом и генератором линейно изменяющегося напряжения, последовательно соединенные указатель экстремума и счетчик интервала времени, а также квадратор и расширитель импульсов, причем выход порогового элемента соединен с управляющими входами ключа и счетчика интервала времени, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения длительности импульсного

15 сигнала, искаженного паразиткой амппитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи, в него введен усилитель, выход которого соединен с первым вхо2р дом сумматора, причем вход усилителя соединен с выходом управляющего ключа, а второй вход сумматора соединен с выходом квадратора, выход сумматора соединен с входом. расширителя им25 пульсов, между выходом управляемого ключа и квадратором включен полосовой фильтр, кроме того, введен блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно из30 меняющегося напряжения, второй вход соединен с выходом расширителя импульсов; а выход — с входом указателя экстремума.

1 330604

fy фий 4

Составитель А. Ефимочкин

Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Редактор М.Лылын

Заказ 3581/49

Тирам 370

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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