Измеритель длительности импульсов

 

Изобретение относится к области радиотехники и позволяет повысить точность измерения длительности импульса , искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи . Измеритель содержит переключатель 1, пороговый элемент 2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения , фазоинвертор 4, блок 5 отношений , сумматор 8, указатель экстремума 9, управляемый ключ 10, расширители 11 и 17 длительности импульса, квадратор 12, полосовой фильтр 15, квадратор 16 и счетчик 18 времени. В устройство введены логарифмический усилитель 6, перемножитель 7, блок 13 отношений и сумматор 14. Измеритель позволяет использовать энергию модулирующей помехи, т.к. пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выделяется на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отношений. В описании приведен пример реализации счетчика 18 времени.1 з.п. ф-лы , 1 9, ил. i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (su 4 С 04 F 10/04

"4 с .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3913634/24-21 (22) 19.06 ° 85 (46) 30.05.88. Бюл. Р 20 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) А.П.Трифонов и В.И.Парфенов (53) 681.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 915059, кл. G 04 F 10/00, 1982.

Авторское евидетельство СССР

Ф 1251016, кл. G 04 F 10/00, 1986. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬ "

СОВ (57) Изобретение относится к области радиотехники и позволяет повысить точность измерения длительности импульса, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, в условиях действия широкополосной аддитивной поBU 1399695. A 1 мехи. Измеритель содержит переключатель 1, пороговый элемент 2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, фазоинвертор 4, блок 5 отношений, сумматор 8, указатель экстремума 9, управляемый ключ 10, расширители 11 и 17 длительности импульса, квадратор 12, полосовой фильтр 15, квадратор 16 и счетчик 18 времени. В устройство введены логарифмический усилитель 6, перемножитель 7, блок 13 отношений и сумматор 14. Измеритель позволяет использовать энергию модулирующей помехи, т.к, пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выделяется на фоне аддитивной помехи чем Л

У

<О пик сигнала на выходе блока 5 отношений. В описании приведен пример реализации счетчика 18 времени.1 з.п. ф-лы, 19,ил. С:

1399695

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерения длительности импульсов.

Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульса, искаженного модулирующей помехой, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи. 1О

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2-15 — временные диаграммы, раскрывающие преобразования, которым подвергается искаженнь?й мультипли- 15 кативной помехой импульс при прохождении различных элементов измерителя, на фиг.16 — зависимость выигрыша в точности измерения длительности импульса; на фиг.17-19 — временные диа- 2р граммы, характеризующие преобразования сигнала, искаженного модулирующей помехой.

Измеритель содержит переключатель

1, пороговый элемент 2, генератор линейно изменяющегося напряжения 3, фазоинвертор 4, блок 5 отношений, логарифмический усилитель 6, перемножитель 7, сумматор 8, указатель 9

sKcTppMiMé управляемый ключ 10 ширитель 11 длительности импульса, квадратор 12, блок 13 отношений,сумматор 14, полосовой фильтр 15, квадратор 16, расширитель 17 длительности импульса, счетчик 18 времени, входную информационную шину, шину синхрониза-35 ции и группу выходных шин.

Счетчик 18 времени содержит генерат ор 19 импульсов, управляемый ключ

20 и счетчик 21 импульсов.

Входная информационная шина, измерителя соединена с информационными входами управляемого ключа 10 и переключателя 1, второй вход которого подподключен к шине, синхронизации, а 45 выход соединен с входом порогового элемента 2, выход которого подключен к второму входу счетчика 18 времени, входу генератора 3 линейно изменяющегося Напряжения и входу управления управляемого ключа 10, выход которого через последовательно соединенные расширитель 11 длительности квадратор 12 и блок 13 отношений подключен к первому входу сумматора 14, а через последовательно соединенные

55 полосовой фильтр 15, квадратор 16 и расширитель 17 соединен с вторым вхо.— дом сумматора 14, выход которого под- ключен к второму входу блока 5 отношений, первый вход которого соединен с выходом генератора 3 линейно изменяющегося напряжения и входом фазоинвертора 4, второй выход которого подключен к второму входу блока 13 отношений, а первый выход фазоинвертора соединен с вторыми входами сумматора 8 и перемножителя 7, первый вход которого через логарифмический усилитель 6 подключен к выходу блока 5 отношений, а выход перемножителя соединен с первым входом сумматора 8, третий вход которого подклю чен к второму входу сумматора 14, а выход сумматора 8 соединен через указатель 9 экстремума к первому входу счетчика 18 времени, группа шин которого является выходом измерителя.

Измеритель работает следующим образом.

На вход измерителя длительности поступает аддитивная смесь

x(t) = s(t) + п(г.) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t).

Измеряемый импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией так, что его можно описать следующей зависимостью: где U, амплитуда неискаженной части импульса, характеризует глубину паразитной амплитудной модуляции описывает случайный закон амплитудной модуляции и обладает спектром мощности, осредоточенным в диапазоне частот (-

Первым входом счетчика 18 времени является первый вход управляемого ключа 20, вторым входом является вход генератора 19, соединенного со вторым входом ключа 20 и счетчика 21, другой вход которого соединен с выходом ключа 20, третий вход которого соединен с выходом генератора 19.

1399695

При этом U и С являются неизвестными паразитными параметрами. Их вли" яние исключается в процессе измерения.

Если уровень адцитивной помехи

n(t) мал по сравнению с ожидаемой амплитудой сигнала, то переключатель 1 на входе порогового элемента 2 можно установить в положение "1" и пороговый элемент, срабатывая от переднего фронта импульса, формирует импульс прямоугольной формы, длительность Т которого превышает возможные значе-1-. ния длительно измеряемого импульса

Сформированный пороговым элементом импульс открывает управляемые 2р ключи 10 и 20, запускает генератор 19 счетных импульсов, обнуляет счетчик

21 и приводит его в рабочее состояние. состояние.

В случае, когда уровень аддитивной 25 помехи n(t) значителен и велика вероятность ложного срабатывания порогового элемента 2, предусмотрена возможность использования синхроимпульса, соответствующего переднему фронту измеряемого импульса. При этом переключатель 1 переводится во второе положение и элемент 2 запускается от синхроимпульса, поступающего по входной шине.

Генератор 3 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формирует линейно изменяющийся сигнал К (, с длительностью Т, равной интервалу возможных значений длительности сигнала. Расширитель 11 длительности импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени с коэффициентом передачи К, на выходе которого формируется сигнал ( с

45 х,() =Kx J x(t)t)x. (2) о

Далее этот сигнал возводится в квадрат в квадраторе .12 и выходной сигнал Б0 квадратора 12 поступает на вход блою ка 13 отношений. Одновременно на второй вход блока отношений поступает сигнал -К с с выхода фазоинвертора

- 3

4. На выходе блока 13 отношений фор- 55 мируется сигнал х ((.)—

Блок 15 представляет собой полосовой фильтр с полосой пропускания (-Я/2; Q/2j, занимаемой спектром мощ ности мултипликативной помехи, искажающей измеряемый импульс, и обеспечивает коэффициент передачи К,. В результате на выходе фильтра 15 формируется сигнал сю !

При этом сигнал (4) на выходе фильтра 15 отличается от входной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что в нем подавлены все спектральные составляющие аддитивной помехи ll(t)> лежащие вне полосы частот (-Я/2, Л/2J и амплитуда изменена в К, раз, Затем этот сигнал х (t) возводитз ся в квадрат в квадраторе 16„выходной сигнал квадратора 16 поступает на вход расширителя 17 длительности представляющего собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал

9() J 3() (5) о

Эта преобразованная смесь сигнала и помехи поступает на второй вход сумматора 14, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 13 отношений х (с) (3). Быходной сигнал сумматора 14 x ((-) =х ()+x (() (6),пос" тупает на второй вход блока 5 отношений, на первый вход которого поступает линейно изменяющийся сигнал

К с с выхода ГЛИН 3. При этом на выходе блока отношений 5 формируется сигнал х (с) = х (с) / (К с) ° (7)

Далее этот сигнал поступает на вход логарифмического усилителя 6, на выходе которого формируется сигнал

1п х,((,) .

В блоке 7 происходит перемножение выходных сигналов логарифмического усилителя 6 и фазоинвертора 4.

Выходной сигнал перемножителя 7 по ступае т далее на первый вход сумматора 8, на два других входа которого одновременно поступают выходной сигнал расширителя 17 длительности импульсов и линейно изменяющийся сигнал (-K,(,) с выхода фазоинвертора 4.

Сумматор 8 формирует сигнал

1399695

М((,)= -К а 1пх (() К + хд(() Г 1 " ° К, I х(с)йс3 1

-К,".(и (x(t)dt

Или, если обозначить х (t)=K< y(t),òî к Г Г1 Г

Я()=K y (t)dt-К 7 (1п (К к . 10

1 К,З

), () К, x(t)dt3 )I ) о (9)

45 где К выбирается в зависимости от

I конкретных условий работы измерителя таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал — помеха и используемых типо- 50 вых блоков, 6 — средняя мощность (дисперсия) адцитивной помехи в полосе частот 1-Я/2, 0/2 J, занимаемой мультипликативной помехой.

На фиг. 2 изображен выходной сигнал порогового элемента 2, представляющий собой импульс длительностью

Т, превьппающей возможные значения длительности, измеряемого импульса. та функция достигает абсолютного 15

) максимума в момент времени, соотетствующий заднему фронту измеряеого импульса. Указатель 9 экстремуа выявляет положение абсолютного максимума выходного сигнала суммато- 20

1 ра 8 и закрывает управляемый ключ 20. ., При этом счетные импульсы с извест, ным периодом повторения перестают поступать на счетчик 21 импульсов. .Начало работы счетчика синхронизовано сигналом с порогового элемента 2.

Таким образом, показания счетчика 2f при известном периоде повторения счетных импульсов определяют измеренную длительность. 30

В момент появления заднего фронта запускающего импульса, вырабатываемого пороговым элементом 2, управляемый ключ 10 запирает вход изме,рительного устройства.

Точность измерения длительности импульса, искаженного аддитивной и мультипликативной помехами, существенно зависит от выбора коэффициентов К,, К, К» определяющих Режим 40 работы блоков 15, 11 и 3.

Максимальная точность измерения длительности достигается когда

К=KGК =К,(з

На фиг. 3 изображен (условно) измеряемый импульс, на фиг.4 — сигнал на выходе расширителя 11 длительности импульсов °

На фиг.5 сплошной линией изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 12. °

Здесь же пунктиром показано линейно изменяющееся напряжение на выходе

ГЛИН 3.

На фиг.б изображен выходной сигнал фазоинвертора 4, на фиг. 7 представлен результат деления сплошной линии фиг.5 на линию фиг.б, т.е. выходной сигнал блока 13 отношений.

Выходной сигнал полосового фильтра

15 отличается от входного сигнала, изображенного на фиг. З,только амплитудой.

На фиг. 8 изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 16. После интегратора 17 преобразованный сигнал с мультипликативной помехой описывается формулой (5) и имеет приближенно вид, показанный на фиг.9. На фиг. 10 изображена сумма кривых, показанных на фиг.7 и фиг ° 9, т.е. выходной сигнал сумматора 14.

На фиг. 11 приведена кривая, харак теризующая выходной сигнал блока 5 отношений, в котором происходит деление выходного сигнала сумматора 14 (фиг. 10) и выходного сигнала ГЛИН 3 (фиг. 5).

Прологарифмированная кривая (фиг.1 1) приведена на фиг. 12, она характеризует выходйой сигнал логарифмического усилителя 6. На выходе перемножителя 7 имеем сигнал, приближенный вид которого показан на фиг,13.

На фиг.14 показана сумма трех кривых, представленных на фиг. 6, 9 и 13. Эта сумма пропорциональна M(D) (8) и всегда (в отсутствии аддитивной помехи) достигает максимума в точке истинного значения длительности измеряемого импульса. Наличие аддитивной помехи смещает положение абсолютного максимума выходного сигнала сумматора 8 и вызывает ошибки измерения длительности импульса.

На фиг.15 изображен выходной сигнал указателя 9 экстремума, закрывающий управляемый ключ 20, Тем самым прекращается подача счетных импульов от генератора 19 к счетчику 21.

1399695

Зависимость выигрыша в точности измерения (дб) от параметра q равного отношению спектральной плотности мультипликативной и аддитивной помехи, приведена на фиг.16 для различных значений параметра Я, равного 3, 10 и 20 дб.

Как видно из графика на фиг. 16 выигрыш в точности измерения длительности может достигать больших значе 2 ний, например, F = 20 дб при f =10 и q = 5, и 8 = 31 дб при Е = 20 и

q-1.

На фиг. 17 изображен (условно) искаженный сигнал S(t) при Е >) 1.

На фиг. 18 изображен этот сигнал на выходе квадратора 16, а на фиг.19сигнал на выходе расширителя 17 длительности импульсов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет использовать энергию модулирующей помехи для повышения точности измерения длительности импульса, так как пик сигнала на выходе сумматора 8 лучше выделяется на фоне аддитивной помехи, чем пик сигнала на выходе блока 5 отношения в известном устройстве.

Формула изо бре тения

Изме рите ль длительно сти им пуль сов, содержащий переключатель, пороговый элемент, генератор линейно изменяющегося напряжения, фазоинвертор, управляемый ключ, первый и второй расширители длительности импульса, первый и второй квадраторы, первый блок отношений, первый сумматор, полосовой фильтр, указатель экстремума, счетчик времени, входную информационную шину, шину синхронизации и группу выходных шин, причем информационная шина соединена с информационными входами управляемого ключа и переключателя, второй вход которого соединен с шиной синхронизации измерителя, а выход соединен с входом порогового элемента, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа и входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входом фазоинвертора, а выход управляемого ключа подключен к входам полосового фильтра и первого расширителя длительности, выход которого через первый квадратор соединен с первым входом первого блока отношений, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные второй расширитель и второй квад10 ратор подключен к выходу полосового фильтра, а выход указателя экстремума соединен с первым входом счетчика времени, о т л и ч а ю щ и йс я тем что, с целью повышения точ15 ности измерения длительности импульса, искаженного модулирующей помехой, в условиях действия широкополосной аддитивной помехи, в него дополнительно введены второй блок отноше20 ний, логарифмический усилитель, перемножитель и второй сумматор, причем первый и второй входы второго блока отношений соединены с выходами соответственно генератора линейно изменяющегося напряжения и первого сумматора, а выход второго блока отно.шений подключен через логарифмический умножитель к первому входу перемножителя, второй вход которого сое30 динен с первым выходом фазоинвертора, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока отношений, а выход перемножителя подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с вторым входом перемножителя, а третий вход подключен к второму входу первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом указателя экстремума, а второй вход счетчика времени подключен к выходу порогового элемента.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— чающий с я тем, что счетчик

4б времени содержит генератор импульсов, управляемый ключ и счетчик, причем первый вход счетчика времени соединен с первым входом управляемого ключа, второй вход которого подключен к второму входу счетчика времени и управляющим входам счетчика и генератора, выход которого соединен с третьим входом управляемого ключа, выход которого соединен со счетным

ВКОдом счетчика ВыхОды кОTopQго яВ ляются выходами измерителя.

1399695

1399695

Фиг. f5

1:399695 д

01

Рие. 1б!

Составитель Ю.Шишкин

Редактор Ю.Середа Техред A,ÊðàB÷óê Корректор И.Шароши

Заказ 2663/46 Тираж 373 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