Устройство для измерения длительности импульса

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 G 04 F 10/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 j f\ gQ Ы

Ф. (Ь (лЭ (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: (21) 4759494/21 (22) 20.11.89 (46) 07.07.92. Бюл. Q 25 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) А.П.Трифонов и Ю.B.Håâåæèí (53) 681.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1399695, кл. G 04 F 10/04.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1599838, 08,08.88. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА (57) Изобретение относится к импульсной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульса, искаженного паразитной амплитудной модуляцией в условиях действия аддитивной широкополосной помехи большой и умеренной мощности. Поставленная цель

„„5Q „„1746357 А1 достигается тем, что в устройство введены блок 4 амплитудных отношений, квадратор

5, усилитель-инвертор 6, сумматор 7, логарифмический усилитель 8, управляемые расширители 13, 15 длительности импульса, блок 16 амплитудных отношений, усилитель-инвертор 17, перемножитель 18. Кроме того, устройство содержит переключатель 1, генератор 2 управляющего импульса, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, генератор 9 управляющего импульса, управляемый расширитель 10 длительности импульса, усилитель 11, управляемый ключ

12, усилитель-инвертор 14, управляемый ключ 19, перемножитель 20, блок 21 ампли тудных отношений, полосовой фильтр 22, квадратор 23, сумматор 24, управляемый расширитель 25 длительности импульса, сумматор 26, экспоненциальный усилитель

27, управляемый расширитель 28 длительности импульса. 1 табл., 37 ил.

1746357

45 генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход — с вторым входом блока 50 отношений, второй блок отношений, входы которого соединены с выходами генератора линейно изменяющегося напряжения и сумматора, а выход — с указателем экстремума через последовательно соединенные логарифмический усилитель, перемножитель и сумматор, причем вторые входы перемножителя и сумматора соединены с выходом фазоинвертора, а третий вход сумматора соединен с выходом расширителя длительноИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических устройствах измерения длительности импульсов, входящих в состав радио, гидролокационной и другой аппаратуры.

Известно устройство для измерения длительности импульсов, которое содержит блок отношений, последовательно соединенные расширитель. длительности импульсов и квадратор, при этом входная клемма устройства соединена с входом расширителя через управляемый ключ, с одним из входов блока отношений — через последовательно соединенные пороговый элемент и генератор линейно изменяюще.гося напряжения, другой вход блока отношений подключен к выходу квадратора, а выход — к счетчику интервала времени через указатель экстремума, причем выход.порогового элемента соединен с управляющими входами ключа и счетчика.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения длительности импульсов в условиях совместного воздействия модулирующих (мультипликативных) и аддитивных широкополосных помех.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения длительности импульсов, содержащее. блок отношений, входную клемму, соединенную с управляющим ключом, с входом генератора линейно изменяющегося напряжения через последовательно соединенные переключатель и пороговый элемент, указатель экстремума, а также последовательно соединенные расширитель длительности импульсов и квадратор, причем выход порогового элемента соединен с управляющим входом ключа, а выход квадратора —. с первым входом блока отношений, а также последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и расширитель длительности импульсов, причем вход полосового фильтра соединен с выходОм управляемого ключа, сумматор, включенный между выходом блока отношений и расширителем длительности импульсов, фазоинвертор, вход которого соединен с выходом

40 сти импульсов, а также генератор счетных импульсов, причем выход порогового элемента соединен с генератором счетных импульсов, с вторым управляемым ключом и счетчиком импульсов, а два других входа управляемого ключа соединены также с выходами указателя экстремума и генератора счетных импульсов.

Недостатком этого устройства является снижение точности измерения длительности импульсов в условиях совместного воздействия модулирующих (мультипликативных) помех и широкопОлосных помех умеренных и больших мощностей, что подтверждается результатами теоретического анализа эффективности измерителя и экспериментальными данными, полученными в результате его испытания методами статистического моделирования на ЭВМ.

Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульса, искаженного паразитной амплитудной модуляцией при наличии широкополосных помех больших и умеренных мощностей.

Цель достигается тем, что в известное упомянутое устройство, содержащее переключатель, генератор линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ, второй, третий и четвертый расширители длительности импульса, первый и второй квадраторы, первый и второй блоки отношений, первый, второй и третий сумматоры, усилитель-инвертор, логарифмический усилитель, перемножитель, паласовой фильтр, входную информационную шину, шину синхрониэации, причем информационная шина соединена с информационными входами управляемого ключа и переключателя, второй вход которого соединен с шиной синхронизации измерителя, выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входами первого и второго блоков амплитудных отношений и усилителя-инвертора, выход первого блока отношений соединен с входом первого квадратора, второй вход первого сумматора соединен с выходом второго блока амплитудных отношений, второй вход которого соединен с выходом первого управляемого ключа через последовательно соединенные третий расширитель длительности импульсов; второй квадратор и паласовой фильтр, первый вход второго сумматора соединен с выходом второго квадратора, а выход второго сумматора через четвертый расширитель длительности импульса соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя, один из входов которого через логарифми1746357 ческий усилитель соединен с выходом первого сумматора, дополнительно введены первый генератор. управляющего импульса, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход — с входами второго ге- 5 нератора управляющего импульса, с управляющим входом первого управляемого ключа, входом второго усилителя-инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, а также третий 10 блок амплитудных отношений, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора через первый расширитель длительности импульса, второй перемножитель, второй управляемый ключ и экспоненциаль- 15 ный усилитель, при этом второй вход перемножителя соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения через усилитель, управляющий вход второго yriравляемого ключа соединен с выходом вто- 20 рого генератора управляющего импульса, вход которого соединен с выходом первого генератора управляющего импульса, а второй вход третьего блока амплитудных отношений соединен с выходом второго 25 управляемого ключа через пятый расширитель длительности импульса, первый усилитель-waepT0p, вход которого соединен с выходом первого каадратора, а выход — c входом первого сумматора, при этом выход ЗО первого генератора управляющего импульса соединен с управляющими входами всех расширителей длительности импульса.

Другие технические решения с подобными признаками в патентной и научно- 35 технической литературе не обнаружены.

Действительно, хотя перечисленные выше блоки, входящие в состав предлагаемого устройства, известны и применялись ранее, но в предлагаемом устройстве в результате 40 их нового соединения обладают в совокупности новыми свойствами. Так, например, в известном устройстве сигнал с выхода сумматора поступает на вход указателя экстремума, так что положение экстремума 45 определяет длительность измеряемого импульса. В предлагаемом устройстве за счет введения блока отношений, один иэ входов которого связан с имеющимся в известном устройстве сумматором через экспо- 50 ненциальный усилитель и управляемый ключ, а второй еще и через перемножитель, второй вход которого через усилитель соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, предлагаемое 55 устройство приобретает качественно новое, ранее неизвестное свойство — использовать для повышения точности измерения длительности импульса не только амплитуду сигнала на выходе сумматора, как это было в известном устройстве, но и использовать информацию, заключенную в соотношении площадей под сигналами, сформированными указанным выше способом из выходного сигнала сумматора.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг,2-21 — временные диаграммы, показывающие вид преобразований, которым подвергается искаженный мультипликатианой помехой импульс при прохождении различных элементов предлагаемого устройства; на.фиг.22-33 — зависимости выигрыша а точности измерения длительности импульса предлагаемым устройством по сравнению с известным устройством от отношения сигнал/шум; на фиг.34-37 — типичные реализации процессов на выходах некоторых блоков предлагаемого устройства.

Устройство содержит переключатель 1, генератор 2 управляющего импульса, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), блоки 4, 16 и 21 амплитудных отношений, квадраторы 5 и 23, усилителиинверторы 6, 14 и 17, сумматоры 7, 24 и 26, логарифмический усилитель 8, второй генератор 9 управляющего импульса, управляемые расширители. 10, 13, 15, 25 и 28 длительности импульса (интеграторы), усилитель 11, управляемые ключи 12 и 19, перемножители 18 и 20, полосовой фильтр 22, экспоненциальный усилитель 27. Положение I переключателя 1 соответствует работе устройства (при умеренном уровне широкополосных помех) когда генератор 2 управляющего импульса срабатывает от переднего фронта измеряемого импульса. Положение

И переключателя 1 соответствует работе устройства (при большом уровне помех), когда генератор 2 управляющего импульса срабатывает от импульса, синхронизированного с передним фронтом измеряемого импульса.

При работе устройства в режиме И оно обладает наибольшей эффективностью, 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 через переключатель 1, первый генератор 2 управляющего импульса, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения соединена с первыми входами блоков 4 и 16 амплитудных отношений, входами третьего усилителя-инвертора 17 и усилителя 11. Второй вход первого блока амплитудных отношений соединен с входной клеммой через второй расширитель 13 длительности импульса

1746357

35

50 (2) 55 и первый управляемый ключ 12. Выход первого блока амплитудных отношений соединен с первым входом первого сумматора через последовательно соединенные первый квадратор 5 и первый усилитель-инвертор 6. Второй вход первого сумматора 7 соединен с выходом второго блока 16 амплитудных отношений, второй вход которого соединен с выходом первого управляемого ключа 12 через последовательно соединенные третий расширитель 15 длительности импульса, второй квадратор 23 и полосовой фильтр 22. Первый вход третьего сумматора

26 соединен с выходом первого перемножителя 18, один из входов которого соединен с выходом третьего усилителя-инвертора

17, а второй — через логарифмический усилитель 8 с выходом первого сумматора 7.

Второй вход третьего сумматора 26 через четвертый расширитель 25 длительности импульса соединен с выходом второго сумматора 24, первый вход которого соединен через второй усилитель-инвертор 14 с выходом первого генератора 2 управляющего импульса. Второй вход второго сумматора

24 соединен с выходом второго.квадратора

23. Выход третьего сумматора 26 через экс-, поненциальный усилитель 27 соединен с входом второго управляемого ключа 19, управляющий вход которого соединен с выходом первого генератора 2 управляющего импульса через второй генератор 9 управляющего импульса. Выход второго управляемого ключа 19 соединен с выходом пятого управляемого расширителя 28 длительности импульса и первым входом перемножителя 20, второй вход которого соединен с выходом усилителя 11, а выход перемножителя 20 через первый управляемый расширитель 10 длительности импульса соединен с блоком 21 амплитудных отношений, второй вход которого соединен с выходом пятого расширителя 28 длительности импульса. Управляющие входы первого управляемого ключа 12, расширителей 10, 13, 15, 25 и 28 длительности импульса соединены с выходом первого генератора 2 управляющего импульса. Измеренная величина длительности импульса, искаженного мультипликативной помехой, является выходной величиной блока

21 амплитудных отношений.

Устройство работает следующим образом.

На вход измерителя длительности импульса поступает аддитивная смесь x(t) - S(t)+

+ n(t) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t). Измеряемый импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией так, что его можно описать формулой () f О() +ф(с) 0 l fU (1)

10, с<0;с>т,, где через Оо обозначена амплитуда неискаженной части импульса; (с) описывает случайный закон амплитудной модуляции и обладает спектром мощности, сосредоточенным в диапазоне частот (- И /2; Q /2), причем мультипликативные искажения предполагаются быстрыми, так что

Ит /2л >)-1 . При превышении входным сигналом некоторого уровня (переключатель 1 в положении I) или при поступлении импульса, синхронизированного с передним фронтом измеряемого импульса (переключатель 1 в положении II), генератор 2 управляющего импульса вырабатывает управляющий сигнал xz(t) (фиг.2),. Длительность первого положительного импульса в управляющем сигнале вырабатывается равной наибольшей возможной длительности измеряемого импульса Т. Расстояние от заднего фронта положительного импульса до переднего фронта второго (отрицательного) импульса Т«л выбирается минимальным, но достаточным для считывания результатов измерения, Таким образом, Т«д — это время индикации. Длительность второго {отрицательного) импульса выбирается минимальной, но достаточной для управления блоками схемы. В исходном состоянии (до включения генератора 2 управляющего сигнала) ключи 12 и 19 закрыты, управляющий сигнал на входах расширителей 10, 13, 15, 25 и 28 длительностей импульсов, входе ГЛИН 3, генераторе 9 управляющего импульса, усилителе-инверторе 14 отсутствует. При появлении положительного импульса управляющего сигнала хг(с) открывается ключ 12 и остается открытым в течение времени Т. В этом интервале времени на расширитель 13 длительности импульса и полосовой фильтр 22 поступает аддитивная смесь х(с) = S(t) + n(t); где S(t) описывается формулой (1), à n(t) — широкополосная помеха. Полосовой фильтр 22 имеет полосу пропускания, равную полосе (--И/2;

Q/2), занимаемую спектром мощности паразитной амплитудной модуляции измеряемого импульса {1), и должен обеспечивать коэффициент передачи К22. В результате на выходе блока 22 имеем сигнал хы(с) - Ки f x(t — t>) асс

И sin Q t /2 — оо 2 И Иtt/2

При этом сигнал (2) на выходе блока 22 отличается от входной смеси измеряемого импульса и аддитивной помехи x(t) лишь тем, что подавлены все спектральные составляющие аддитивной помехи n(t), лежащие вне

1746357

10 далее сигнал x13 (t) поступает на первый вход блока 4 амплитудных отношений, на второй вход которого поступает сигнал хз (r ) с выхода ГЛИН 3 хз (r)=K3 7 . (4)

Таким образом, на. выходе блока амплитудных отношений формируется сигнал х4 (r), равный

Т х4 (К) = fx(t) dt/Кз т, о (5) После возведения в квадрат сигнала х4 (r) квадратором 5 и прохождения через усилитель-инвертор 6 на первый вход сумматора

7 поступает сигнал

Х х6 (Т) =-К6(J x(t) dt/K3t)2 (6) о 7 где K6 — коэффициент усиления усилителяинвертора 6.

На второй вход сумматора 7 поступает сигнал Х16 (t) с выхода блока 16 амплитудных отношений, равный х16 (т) = х15 (7) /хз (t)q (7) где хз (т) есть выходной сигнал ГЛИН 3 (4), а сигнал Х15(т) формируется из сигнала хгг(1} (2) возведением в квадрат квадратором 23 и последующим интегрированием расширителем 15 длительности импульса. Таким образом, х15 (т) = 3 х 22(t) dt, о (8) » ф х16 (1) = 1 x22(t) dt/(K3 7). (9) о

На выходе сумматора 7 формируется выходной сигнал x7 (t), равный сумме сигналов х6 (Т) и х16 (T)

Т х7 (т) = J x 22(1) dt/(Кз т ) — К6 (3 х(т) dt/(К г )). о о

Э (1 О)

Далее сигнал х7 (z) поступает через логарифмический усилитель 8 на один из входов перемножителя 18, на второй вход которого поступает сигнал х17 (t), сформированный усилителем-инвертором 17 из выходного полосы частот (Q /2; Q /2), и амплитуда изменена в К22 раз.

Расширитель 13 длительности импульсов представляет собой интегратор с большой постоянной времени, на выходе которого формируется сигнал х х13 (т) = f х(1) dt. (3) о сигнала (4) ГЛИН 3. Таким образом, поступающий на первый вход сумматора 26 сигнал Х1ь t) имеет вид

5 х16 (t) = К37 In {. x 22(1) dt/(К3 т)— о

K6 (. х(т} о1/(Кз Г))), (1 1) о

На другой вход сумматора 26 поступает сиг10 нал Х25(т) с выхода расширителя 25 длительности импульса, входным сигналом которого является сумма сигнала с выхода квадратора x23(t)

x23(t) = х 22(t), (12)

15 и сигнала х14(1) = -К14, сформированного из управляющего сигнала x2(t) усилителем-инвертором 14, т.е. г х25 (+ ./ (x 22(т)) K14gdt ° (13)

20 о

Выходной сигнал х26 (т) сумматора 26 представляет собой сумму сигналов Х16 (г) (11) и х25 (т) (13) г х26 (т)= (x 22(1) K14)dt » (14) г

К3 t In { .) x 22(t) от/(K3 t ) о

- K6(jx(t) dt/(Кз sjг) о

С выхода сумматора 26 сигнал (14) поступает на усилитель 27 с экспоненциальной динамической характеристикой, формирующий выходной. сигнала х27 (t) вида

Г 2 хг7 (т) = ехр (K27 хг6 (z)) = ехр {K27 (f (X 22(t)— о

Т 2

-К14) dt K3 t In {, X 22(1) dt/(K3 t)

- К6Д. x(t) dt/(Ê3 t)) }), (15) о

С выхода экспоненциального усилителя

27 на последующие блоки схемы сигнал по45 ступает через управляемый ключ 19, который открывается с задержкой на время

Т1 < Т относительно переднего фронта положительного импульса управляющего сигна- . ла x2(t), где Т1 — минимально возможная

5р длительность измеряемого импульса. Задержка обеспечивается тем, что генератор 9 управляющего импульса формирует управляющий сигнал, отличный от нуля на интервале (Т1; Т) (фиг,З).

Перемножитель 20 формирует произведение хго (т) сигнала x11 (t), полученного из выходного сигнала ГЛИН усилением К11 раз усилителем 11 и сигнала хи (t) с выхода ключа 19

1746357

Х20 (Х )= X11 (t) Х19 (т) =

Кэ К11 т х19 (т), Т г =Т;

О, г < Т1; t: > Т ° (16) 5

Такий" об азом, на вход интеграторов 10 и р

28 входные сигналы x20(t) и xtg (t) начинают поступать после момента времени Т1, так что при Т1 < с < Т на выходах интеграторов формируются сигналы. 10

На выходе интегратора 10 !

x10(t) = КзКб f х20 (t) о х (17) т1 на выходе интегратора 28

Х28(1) = / Х19 (т) О Т.

Т1

В результате, на выходе блока 21 отношений формируется сигнал

x21(t) =. х 10(i) /x28(t) . (19) 20

Этот сигнал зависит от времени только и ри t < Т, Когда t > Т, этот сигнал представляет собой постоянную величину, численно равную измеренному значению длительности входного импульса. Если выходной сигнал 25 предлагаемого устройства x21(t) выразить через входную смесь импульса и помехи x(t), то в интервале времени от Т до Т+ Тинд получим фasJ((-t ) р " 30

1ею{л р(ХЕ"у Хм(<)ф ° т 0 -е 2 °

15 (18) Таким образом, величина х21(Т) пред- 40 ставляет собой измеренное значение неизвестной длительности входного импульса.

После окончания в момент времени Т положительногоо импульса управляющего сигнала х2(1) ключи 12 и 19 закрываются, прекращается 45 формирование линейно изменяющегося сигнала ГЛИН 3, а отрицательным импульсом управляющего сигнала в момент времени Т+ Тинд сбрасываются(обнуляются) интеграторы 10, 13, 15, 25 и 28. Тем самым измеритель приведен в 50 исходное состояние и готов к работе.

Точность измерения длительности импульса в предлагаемом устройстве зависит от выбора коэффициентов Кэ, Кб, К11, К14, К22 и К27, определяющих режим работы соответствующих бло- 55 ков, Анализ точности измерения в предлагаемом устройстве, а также результаты теории помехоустойчивости показывают, что наибольшая точность измерения длительности импульса достигается при значениях коэффициентов

КЗ= O /K 22: Кб=К11=К14=1/КЗ;

К27= K 22/Np, 2 где К22 выбирается в зависимости от конкретных условий работы измерителя таким образом, чтобы согласовать динамические диапазоны входной смеси сигнал — помеха и используемых типовых блоков. Здесь о2— средняя мощность (дисперсия) аддитивной помехи в полосе частот (-О/2; И/2), занимаемой мультипликативной помехой, Np— односторонняя спектральная плотность аддитивного широкополосного шума.

Дополнительно пояснить работу предлагаемого устройства можно с помощью временных диаграмм, приведенных на фиг.3 — 21. Для наглядности изображения эти диаграммы приведены для случая отсутствия широкополосной аддитивной помехи, которая в предлагаемом устройстве подавляется как за счет частотной фильтрации блоком 22 на входе квадратора 23,.так и за счет временного усреднения в расширителях 10, 13, 15, 25 и 28 длительности импульсов (интеграторах), а также отключения интеграторов 25 и 28 на время Т1. Такое подавление широкополосной аддитивной помехи, как следует из теории потенциальной помехоустойчивости, максимально уменьшает ее влияние на точность измерения длительности импульса.

На фиг.4 изображен (условно) измеряемый импульс (2) длительностью t p, На фиг.5 представлен (сплошной линией) сигнал на выходе расширителя 13 длительности импульсов с точностью до амплитудного множителя. Здесь же пунктиром изображено линейно изменяющееся напряжение, вырабатываемое ГЛИН 3, На фиг.6 представлен результат деления сплошной линии на пунктирную линию фиг.5. На фиг.7 изображен (с точностью до амплитудного множителя) результат возведения сигнала х4 (r) в квадрат квадратором 5, а на фиг.8 — сигнал хб (t) на выходе усилителя-инвертора 6.

Выходной сигнал полосового фильтра

22 (фиг.9) отличается от входного сигнала

S(t), изображенного на фиг.4, только амплитудой, На фиг.10 изображен (с точностью до амплитудного множителя) сигнал на выходе квадратора 23 и сигнал x14(t) на выходе усилителя-инвертора 14. На фиг.11 представлен сигнал x24(t), представляющий собой результат сложения сигналов x2z(tj и x14(t) сумматором 24. После интегратора 25 преобразованный сигнал с мультипликативной помехой имеет приближенно вид, показанный на фиг.12. В соответствии с фиг,1 сигнал

x2g(t) с выхода квадратора 23 подается также на расширитель 15 длительности импульсов, выходной сигнал которого х1б (т) пред13

1746357

14 ставлен на фиг, 13. На фиг. 14 представлен выходной сигнал х1я (Г ) блока16 амплитудных отношений, представляющий собой отношение сигнала х (г ), 5 представленного на фиг, 13 и сигнала хз (х), представленного на фиг.5 пунктирной линией. Выходной сигнал х7 (т) сумматора 7, равный сумме сигналов хв (т), представленного на фиг.8, и 10 сигнала хи (т), представленного на фиг,14, изображен (с точностью до амплитудного множителя) на фиг.15. Выходной сигнал хз(т) логарифмического усилителя 8, получаемый логарифмированием сигнала х7 (ф представлен на фиг,16. На этой же фигуре изображен (с точностью до амплитудного множителя) выходной сигнал х1т (tj усилителя-инвертора 17. Результат перемножения хщ (т) сигналов хя (т) и хя (т), изображенных на фиг,16, представлен на фиг.17. На фиг.18 представлен результат суммирования блоком 26 сигналов х (r), изображенного на фиг.12, и х з (т), изображенного на фиг.17. Выходные сигналы экс- 25 поненциального усилителя хи (г) и ключа хщ (z) представлены соответственно на фиг;19 и 20. Одновременно на фиг.20 пунктиром представлен выходной сигнал х33 (т) усилителя 11. На фиг.21 представлен выход- 30 ной сигнал х2о (т) перемножителя 20. Общая ось времени на всех чертежах показывает, как связаны во времени моменты срабатывания блоков схемы, Из теории потенциальной помехоустойчивости следует, что в отсутствии широкополосной аддитивной помехи отношение интегралов от сигналов . x20(T) и хю(т). образуемое блоком 21 QTHoшения в момент времени Т, близко к длительности измеряемого импульса т, Таким образом, измеренное значение длительности импульса представляет собой отноше- . ние площадей под кривыми, приведенными на фиг.21 и 20 соответственно. В отсутствии широкополосной помехи это отношение площадей, хотя и близко к истинному значению длительности импульса т . но все-таки несколько отличается от него. Известное устройство в качестве измеренного значения длительности импульса использует положение максимума сигнала хне (г) на выходе сумматора 26 (фиг.18). Поэтому в отсутствии широкополосной помехи известное устрой- . ство обеспечивает точное измерение длительности. Однако известное устройство для измерения использует только один признак сигнала хм (т) — амплитуду. Предлагаемое устройство использует для уточнения измерения еще и площадь под кривыми, формируемыми блоками 19 и 20. Таким.образом, в отличие от известного устройства предлагаемое устройство для измерения длительности импульса использует два признака формируемого сигнала — амплитуду и площадь под кривыми. Использование двух признаков в предлагаемом устройстве, вместо одного в известном, позволяет повысить точность измерения длительности при наличии помехи. Кроме того, экспоненциальный усилитель 27 существенна обостряет пик формируемого сигнала в окрестности истинного значения длительности импульса, что иллюстрируется фиг.18 — 20. Это обострение также позволяет повысить точность измерения, При наличии широкополосной помехи экспоненциальный усилитель также существенно обостряет пики выходного сигнала блока 26, обусловленные действием помехи. Это равносильно расширению спектра помехи. В результате интеграторы 10 и 28 более эффективно сглаживают (подавляют) широкополосную помеху. Следовательно, при наличии широкополосной помехи точность измерения длительности импульса в предлагаемом устройстве всегда выше, чем в известном устройстве. При отсутствии широкополосной помехи использование дополнительного признака (площади под пиком) и дополнительное сглаживание помехи, реализуемое интеграторами 10 и 28, является излишним и не повышаетточности измерения длительности импульса.

Для подтверждения эффективности работы устройства при измерении длительности импульса на фоне широкополосных помех выполнен сравнительный анализ точности измерения длительности импульса предлагаемым устройством по сравнению с известным устройством методами математического моделирования обоих устройств на ЭВМ. На фиг.22 — 30 приведены зависимости относительного среднего квадрата ошибки измерения длительности импульса р= И ти, где V — средний квадрат ошибки

2 измерения, от величины отношения сигнал/шум по мощности Q для двух значений отношения T>IТ = 0,01 и T>/Т = 0,1, трех значений отношения р (0,1; 1; 10) и трех значений величины,и = Ят /2 х (,и = 10, 50, 100). При построении зависимости принято an= Т/2 . На этих чертежах нанесены полученные экспериментальные значения . нормированного квадрата ошибки измерения длительности импульса в известном устройстве(Л- при Т1/Т= 0,01; х — при Т1/T=

=0,1) и предлагаемом устройстве (Π— при

T>/Т = 0,01;g — при Т /Т = 0,1).

Для отдельных значений параметров

Т /Т, ц,,и, Q в таблице показаны экспериментальные значения выигрышад = V>/Ч(дц

1746357

16 (V — средний квадрат ошибки измерения в известном устройстве) в. точности измерения длительности импульса предлагаемым измерителем по сравнению с известным устройством. 5

Как видно из фиг.22-30 и таблицы выиг. рыш в точности измерения длительности импульса может достигать больших значений, например д - 18,4 дБ при отношении сигнал/шум Q = 20 дБ, Т1/Т = 0,01, q = 0,1, 10

p,=10ид 16дБ при Т1/Т=0,1,q 0,1, р=

=100..

На фиг.31-33 приведены усредненные (по значениям отношения Т1 /Т = 0,01; 0;02;

0,1) экспериментальные зависимости ве- 15 личины выигрыша от отношения сигнал/шум, Из приведенных результатов видно, что применение предлагаемого устройства обеспечивает существенный положительный технический эффект.при 20 больших и умеренных значениях мощностей широкополосной помехи. Даже при весьма малых мощностях помехи, например, когда отношение сигнал/шум Q > 10—

15 дБ,. предлагаемое устройство 25 обеспечивает выигрыш в точности измерения около 1 дБ.

Для дополнительного пояснения при- . чин появления выигрыша в точности оценки длительности в. предлагаемом устройстве 30 по сравнению с известным рассмотрим выходные сигналы блоков 26 и 19 при наличии широкополосной помехи. На фиг.34-37 приведены полученные экспериментально, в процессе моделирования íà ЭВМ,, выход- 35 ные сигналы этих блоков. Кривые фиг.34 и

35 соответствуют отношению сигнал/шум 5 дБ; а кривые на фиг,36 и 37 — отношению сигнал/шум 10 дБ. Из сопоставления фиг,18 и фиг.34 и 36, а также фиг,19 и фиг.35 и 37 40 видно, насколько сильно широкополосная помеха искажает выходные сигналы соответствующих блоков.

Рассмотрим подробнее фиг.34 и 35, где приняты следующие обозначения: r — ис- 45 тинное значение длительности импульса;

r+ — положение наибольшего максимума выходного сигнала блока 26, которое совпадает с положением наибольшего максимума выходного сигнала блока 19; г* — выходной . 50 сигнал блока 21, вычисленный для кривых, приведенных на этих чертежах. Величина х+ представляет собой результат измерения длительности импульса в известном устройстве;величина z+* — результат 55 измерения длительности импульса в предлагаемом устройстве при одной и той же конкретной реализации случайной широкополосной помехи. Непосредственно из . фиг.34 и 35 следует, что ошибка измерения (г *- г ) в предлагаемом устройстве оказывается существенно меньше, чем ошибка измерения (r - t>)e известном устройстве.

Действительно, известное устройство не учитывает в процессе измерения никаких признаков сигнала на выходе блока 26, кроме его амплитуды. В то же время в предлагаемом устройстве в процессе интегрирования блоки 10 и 28 дополнительно сглаживают кривую хго (t ) (фиг.35). В совокупности обеспечивается выигрыш в точности измерения. Действительно, на кривой фиг.34 в точке т+ выходной сигнал блока 26 незначительно превышает сигнал, например, в точке г", которая существенно ближе к гй, чем г+. Однако известное устройство фиксирует положение точки r+ и принимает это значение в качестве изме- ренного значения длительности импульса, вне зависимости от наличия других импульсов. Предлагаемое устройство более под.робно анализирует весь сигнал на выходе блока 19; что позволяет повысить точность измерения.

На фиг.36 и 37 приведен конкретный вид сигналов на выходах блоков 26 и 19 соответственно для отношения сигнал/шум .

Q = 10; Из сравнения фиг.34 и.35 и фиг.36 и 37 видно, что с ростом. отношения сигнал/шум выходные сигналы этих блоков становятся более изрезанными, Опять из . анализа кривой на фиг.37 следует, что ошибка измерения (г"- ) длительности импульса в известном устройстве существенно .больше, чем.ошибка измерения (г+*- t>) в предлагаемом устройстве. .Формула изобретения

Устройство для измерения длительности импульса, содержащее переключатель, два генератора управляющих импульсов, генератор линейно изменяющегося напряжения, перемножитель, три управляемых расширителя импульсов, квадратор, усилитель-инвертор, два сумматора, усилитель, два управляемых ключа, полосовой фильтр, экспоненциальный усилитель; первый блок амплитудных отношений, первый вход которого соединен с выходом первого управляемого расширителя длительности импульса, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя, первый вход которого соединен с выходом второго управляемого. ключа, и первым входом третьего управляемого расширителя длительности импульса, выход которого соединен с вторым входом первого блока амплитудных отношений, выход которого является выходом устройства, первая входная шина которого соединена с первым входом переключателя и первым входом первого управ17

1746357

T>/Т

Q Б/ — 20 — 15

-10

15

0,01

0,1

0,01

0,1

0,01

0,1

0,01

0,1

0,01

0,1

0,01

0,1

0,1

0,1

1

0,1

0,1

1

10 .

100

18,4

16,1

15,1

12,8

1,17

1,29

14,1

16

6,3

3,5

1,16

1,16. 17;2

14,7

14,4

12,6

1,22

1,38

15,8

5,1

3,4

0,95

0,95

18,4

16,2 .15,1

12,8

1,17

1,29

14,1 l6

6,3

3,5

1,16

1,16

18,1

15,6

14,8

12,8

1,17

1,29

14,2

16,2

6,3.

3,5

1,02

1,02

13,3

11,3

12,7

10,2

1,24

1,45

13,4

13,6

6,3

3,6

1,23

1,23

7,7

6,9

7,7

6,4

1,24

1,45

11,2

9,3

4,9

3,3

1,3

1,3

3,5

3,5

3.1

1,3

1,5

6,1

3,5

3,4

1,3

1,3

18,3

16

12,8

1,17

1,29

14,1

16,2

6,3

3,5

1,16

1,16 ляемого ключа, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, первый квадратор, первый сумматор, второй управляемый расширитель длительности импульса, второй сумматор, экспоненциальный усилитель соединен с первым входом второго управляемого ключа, второй вход которого соединен с выходом второго генератора управляющего импульса, вход которого соединен с вторыми входами первого, второго и третьего управляемых расширителей длительности импульса, вторым входом первого управляемого ключа, выходом первого генератора управляемого импульса и входом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого через усилитель соединен с вторым входом . первого перемножителя, вторая входная шина соединена с вторым входом переключателя, выход которого соединен с входом первого генератора управляющего импульса, выход первого усилителя-инвертора соединен с вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения длительности импульса, искаженного паразитной амплитудной модуляцией в условиях действия аддитивной широкополосной помехи большой и умеренной мощности, в него введены два блока амплитудных отношений, два управляемых расширителя длительности импульса, второй квадратор два усилителя-инвертора, третий сумматор, логарифмический усилитель, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего уси5 лителя-инвертора, вход которого соединен с вторыми входами второго и третьего блоков амплитудных отношений и выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход третьего блока ампли10 тудных отношений через последовательно соединенные второй квадратор, второй усилитель-инвертор, третий сумматор, логарифмический усилитель, второй умножитель соединен с вторым входом вто15 рого сумматора, выход первого управляемого ключа соединен с первым входом четвертого управляемого расширителя длительности импульса, второй вход которого соединен с выходом первого генератора уп-.

20 равляющего импульса, входом первого усилителя-инвертора, вторым входом пятого управляемого расширителя длительности импульса, выход которого соединен.с первым входом первого сумматора, выход чет25 вертого управляемого расширителя длительности импульса соединен с первым входом третьего блока амплитудных отношений, выход пятого управляемого расширителя длительности импульса соединен с

30 первым входом второго блока амплитудных отношений, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора.

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

1746357

ФЪ 04 к о

1746357 о в а (Составитель А; Трифонов

Редактор Г. Гербер Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М. Демчик

Заказ 2394 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва; Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101