Устройство мониторинга импульсных потоков

Заявляемое устройство относится к радиотехнике и связи. Устройство содержит n блоков формирования кода 1₁-1_n, каждый из которых состоит из опорного генератора 2, счетчика 3, первого триггера 4, управляющего ключа 5 и второго триггера 6, первый сумматор 7, счетчик оценки 8, вторую линию задержки 9, второй сумматор 10, детектор 11, триггер фиксации момента скачка 12, ключ остановки счета 13, генератор формирования оценки 14, триггер 15, ключ запуска интегратора 16, интегратор 17, входной ключ 18, счетчик импульсов потока 19, первую линию задержки 20, элемент ИЛИ 21. Технический результат заключается в возможности обнаружения как положительных, так и отрицательных ступенчатых вариаций интенсивности импульсного потока, а также оценивания момента времени наступления такой ступенчатой вариации, ее знака и величины. 4 ил.

 

Объектом изобретения является устройство мониторинга импульсных потоков. Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и связи и ориентировано на использовании в пакетных радиосетях, системах радиолокации и радионавигации.

Известно устройство контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению [1]. Его недостатком является то, что оно не позволяет решать задачу совместного обнаружения скачка интенсивности потока импульсных сигналов и оценивания его знака, величины и момента времени возникновения.

Известно также устройство обнаружения и оценивания ступенчатых вариаций интенсивности потока импульсов [2], содержащее счетчик импульсов потока, первый и второй триггеры, первый (опорный) и второй генераторы тактовых импульсов, первый (опорный) и третий счетчики, линию задержки, первый, второй и третий ключи, выбранное как наиболее близкое по техническому решению в качестве прототипа.

Данное устройство позволяет обнаруживать скачки интенсивности импульсных потоков и оценивать моменты времени их возникновения, однако оно не дает возможности определять величины и знаки таких скачков.

Кроме того, это устройство может оказаться неработоспособным, если знак ступенчатой вариации интенсивности априорно не определен. Например, если первый генератор тактовых импульсов обеспечивает частоту опорной последовательности импульсов f₀, частота входного потока импульсов до скачка равна ν<f₀, а после скачка ν-Δ<f_x, где Δ>0 (отрицательный скачок).

Заявленное устройство отличается от известного более широкими функциональными возможностями. Устройство не требует априорного задания информации о знаке скачка интенсивности и позволяет помимо обнаружения факта его появления и оценки времени возникновения проводить определение величины этого скачка и его знака.

Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1.

Она включает:

- блоки формирования кода 1₁, …, 1_n;

- опорный генератор 2;

- счетчик 3;

- первый триггер 4;

- управляющий ключ 5;

- второй триггер 6;

- первый сумматор 7;

- счетчик оценки 8;

- вторую линию задержки 9;

- второй сумматор 10;

- детектор 11;

- триггер фиксации момента скачка 12;

- ключ остановки счета 13;

- генератор формирования оценки 14;

- триггер 15;

- ключ запуска интегратора 16;

- интегратор 17;

- входной ключ 18;

- счетчик импульсов потока 19;

- первую линию задержки 20;

- элемент ИЛИ 21.

Устройство состоит из входного ключа 18, счетчика импульсов потока 19, первой линии задержки 20, генератора формирования оценки 14, ключа остановки счета 13, счетчика оценки 8, первого блока формирования кода 1₁, включающего опорный генератор 2, счетчик 3, первый 4 и второй 6 триггеры, управляющий ключ 5, причем информационный вход 18₂ ключа 18 является входом устройства (вход a), управляющий вход 18₁ ключа 18, соединенный со входом генератора 14 и генератора 2 блока 1₁, является пусковым входом устройства, выход ключа 18 связан со входом счетчика 19, выход которого соединен со входом сброса 3₂ счетчика 3 блока 1₁, информационным входом 5₂ ключа 5 блока 1₁ и входом линии задержки 20, выход генератора 2 блока 1₁ связан со входом счета 3₁ счетчика 3 блока 1₁, выход которого подключен к единичным входам 4₁ и 6₁ соответственно триггеров 4 и 6 блока 1₁, инверсный выход триггера 4 блока 1₁ соединен с управляющим входом 5₁ ключа 5 блока 1₁, выход которого связан с нулевым входом 6₂ триггера 6 блока 1₁, выход генератора 14 соединен с информационным входом 13₂ ключа 13, выход которого связан со входом счетчика 8, выход которого является вторым выходом устройства (выход c), в отличие от прототипа, заявляемое устройство дополнительно содержит 2, …, n-й блоки формирования кода 1₂, …, 1_n, первый 7 и второй 10 сумматоры, вторую линию задержки 9, детектор 11, триггер фиксации момента скачка 12, триггер 15, ключ запуска интегратора 16, интегратор 17, элемент ИЛИ 21, причем вход 18₁ ключа 18 соединен со входами генераторов 2 блоков 1₂, …, 1_n, обнуляющим входом 17₂ интегратора 17, единичным входом 12₁ триггера 12, нулевым входом 15₂ триггера 15, первым входом 21₁ элемента ИЛИ 21, выход счетчика 19 подключен к входам 3₂ счетчиков 3 и входам 5₂ ключей 5 блоков 1₂, …, 1_n, выход линии задержки 20 соединен со вторым входом 21₂ элемента ИЛИ 21 и единичным входом 15₁ триггера 15, выход элемента ИЛИ 21 связан с нулевыми входами 42 триггеров 4 блоков 1₁, …, 1_n, прямые выходы триггеров 6 блоков 1₁, …, 1_n соединены со входами 7₁, …, 7_n сумматора 7, выход которого связан со входом линии задержки 9 и инверсным входом 10₂ сумматора 10, чей прямой вход 10₁ соединен с выходом линии задержки 9, выход сумматора 10 соединен с информационным входом 16₁ ключа 16, выход которого подключен к информационному входу 17₁ интегратора 17 и входу детектора 11, управляющий вход 16₂ ключа 16 связан с прямым выходом триггера 15, выход детектора 11 соединен с нулевым входом 12₂ триггера 12, прямой выход которого связан с управляющим входом 13₁ счетчика 13, а инверсный выход образует первый выход устройства (выход b), выход интегратора 17 является третьим выходом устройства (выход d).

Работа устройства поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.2-4.

Рассмотрим работу устройства до момента возникновения скачка интенсивности импульсного потока (фиг.2).

Пусковой импульс запускает генераторы 2 блоков 1₁, …, 1_n, которые формируют импульсные последовательности, соответствующие сетке частот f₁>f₂>…>f_n с шагом Δf. Полагается, что частоты f₁, …, f_n выбраны так, чтобы для интенсивности ν исследуемого импульсного потока выполнялось условие f_n<ν<f₁. Этот же импульс открывает ключ 18, обеспечивая прохождение исследуемого импульсного потока на вход счетчика 19, через элемент ИЛИ 21 проходит на нулевые входы 4₂ триггеров 4 блоков 1₁, …, 1_n, запускает генератор формирования оценки 14, обнуляет интегратор 17 и переводит триггер 15 в нулевое состояние, тем самым запрещая прохождение каких-либо сигналов через ключ 16. Это необходимо для исключения влияния переходных процессов в схеме на формирование сигнала на выходе d устройства. Кроме того, пусковой импульс переводит триггер 12 в единичное состояние, обеспечивая нулевой потенциал на выходе b устройства и открытое состояние ключа 13. Счетчики 3 блоков 1₁, …, 1_n параллельно со счетчиком 19 начинают подсчет импульсов.

Предположим, что интенсивность ν исследуемого импульсного потока удовлетворяет условию

тогда импульс переполнения вначале появится на выходе счетчика 3 блока 1₁, затем на выходе счетчика 3 блока 1₂ и лишь затем на выходе счетчика 19. Импульс переполнения с выхода счетчика 19 поступает на входы сброса счетчиков 3 всех блоков 1₁, …, 1_n и переводит их в нулевое состояние, таким образом, импульсов переполнения на выходах счетчиков 3 блоков 1₃, …, 1_n не появится.

Импульсы переполнения счетчиков 3 блоков 1₁, 1₂ переведут триггеры 4 и 6 этих блоков в единичное состояние. В результате ключи 5 блоков 1₁, 1₂ будут закрыты. Импульс переполнения счетчика 19 через эти ключи не сможет пройти на нулевые входы триггеров 6 блоков 1₁ и 1₂ и на их прямых выходах зафиксируется единичный потенциал. Задержанный в линии задержки 20 импульс переполнения счетчика 19 после прохождения элемента ИЛИ 21 переведет триггеры 4 блоков 1₁, 1₂ в нулевое состояние и ключи 5 этих блоков окажутся открытыми до поступления следующих импульсов переполнения с выходов счетчиков 3 блоков 1₁, 1₂.

Параметры линии задержки 20 подбираются так, чтобы не допустить перекрытия по времени прямого и задержанного импульсов и обеспечить переход триггеров 4 блоков 1₁, 1₂ в нулевое состояние и открытие ключей 5 лишь после завершения прямого импульса переполнения с выхода счетчика 19.

Для блоков 1₃, …, 1_n импульсов переполнения на выходах счетчиков 3 не формируется. Поэтому триггеры 4 этих блоков, переведенные в нулевое состояние пусковым импульсом, продолжают в нем находиться. Ключи 5 блоков 1₃, …, 1_n открыты единичными потенциалами инверсных выходов триггеров 4₁ и импульс переполнения с выхода счетчика 19 проходит на нулевые входы триггеров 6 указанных блоков. В результате на их прямых выходах формируются нулевые потенциалы.

Таким образом, на выходах блоков формирования кода 1₁, …, 1_n и соответственно на входах 7₁…7_n сумматора 7 формируется код , соответствующий условию (1).

На выходе сумматора 7 после переходных процессов образуется потенциал, соответствующий двум единицам. Переходные процессы в силу закрытого состояния ключа 16 никак не сказываются на сигналах выходов b, c, d устройства.

Рассмотрим работу устройства после момента возникновения скачка (фиг.3).

Предположим, что произошел положительный скачок ν₁=ν+Δ, где Δ>0. При этом новое значение интенсивности оказалось таким, что

В результате импульс переполнения на выходе счетчика 3 блока 1₂ пропадает. Триггер 4 блока 1₂ этим импульсом в единичное состояние не переводится, его ключ 5 остается в открытом состоянии. В результате очередной импульс переполнения счетчика 19 проходит на нулевой вход триггера 6 блока 1₂, на прямом выходе которого формируется нулевой потенциал.

Последовательность прохождения сигналов в блоках 1₁, 1₃, …, 1_n не меняется. В результате на выходах блоков формирования кода появляется код , а на выходе сумматора 7 потенциал меняется с двойного на единичный.

Линия задержки 9 ступеньку, возникающую в результате такого изменения, смещает на время задержки и после вычитания на выходе сумматора 10 появляется положительный импульс, высота которого соответствует единичному потенциалу, а длительность - длительности задержки, обеспечиваемой линией задержки 9.

Рассмотрим последовательность формирования сигналов на выходах b, c, d устройства (фиг.4).

Прямоугольный импульс с выхода сумматора 10 через открытый ключ 16 поступает на детектор 11. Детектор предназначен для изменения полярности сигнала в случае, если импульс на выходе сумматора 10 является отрицательным, что соответствует скачкообразному уменьшению интенсивности исследуемого импульсного потока.

Сигнал с выхода детектора 11 переводит триггер 12 в нулевое состояние, в результате чего на его инверсном выходе и соответственно на выходе b возникает единичный потенциал.

Появление напряжения на выходе b является индикацией факта обнаружения скачка интенсивности импульсного потока.

Переход триггера 12 в нулевое состояние влечет, кроме того, закрытие ключа 13 и прекращение счета импульсов счетчиком 8. Код, зафиксированный в нем, дает оценку момента времени наступления скачка интенсивности и может быть снят с выхода с устройства.

Прямоугольный импульс с выхода сумматора 10 через открытый ключ 16, кроме того, поступает на вход интегратора 17, переведенного пусковым импульсом в состояние, соответствующее нулевым начальным условиям. Напряжение на выходе интегратора 16 (выходе d устройства) по окончании прямоугольного импульса оказывается пропорциональным величине скачка, а полярность - его знаку

где q - разница напряжений на выходе сумматора 7 до и после скачка, равная величине скачка интенсивности (в условиях пример q=1); τ_лз9 - известное время задержки, на которое настроена линия задержки 9.

Отметим, что при отрицательных скачках интенсивности работа элементов устройства аналогична с той лишь разницей, что импульс на выходе сумматора 10 после такого скачка будет иметь отрицательную полярность. Соответственно отрицательную полярность будет иметь выходной сигнал интегратора 17.

После обнаружения скачка интенсивности импульсного потока, оценки его величины, знака и времени наступления работа устройства завершается.

Технический результат заключается в том, что помимо обнаружения скачка интенсивности и оценки момента времени его наступления устройство обеспечивает:

- оценку величины скачка интенсивности с точностью, определяемой Δf;

- определение знака такого скачка;

- работоспособность в условиях априорной неопределенности относительно знака ступенчатой вариации интенсивности.

Источники информации

1. Патент RU 2338211, приоритет 11.08.2006.

2. Патент RU 2384849, приоритет 09.02.2009.

Устройство мониторинга импульсных потоков, содержащее входной ключ, счетчик импульсов потока, первую линию задержки, генератор формирования оценки, ключ остановки счета, счетчик оценки, первый блок формирования кода, включающий опорный генератор, счетчик, первый и второй триггеры, управляющий ключ, причем информационный вход входного ключа является входом устройства (вход а), его управляющий вход, соединенный со входами генератора формирования оценки и опорного генератора первого блока формирования кода, является пусковым входом устройства, выход входного ключа связан со входом счетчика импульсов потока, выход которого соединен со входом первой линии задержки, входом сброса счетчика первого блока формирования кода и информационным входом управляющего ключа первого блока формирования кода, выход опорного генератора этого блока связан со входом счета счетчика, выход которого подключен к единичным входам первого и второго триггеров первого блока формирования кода, инверсный выход первого триггера этого блока соединен с управляющим входом управляющего ключа, выход которого связан с нулевым входом второго триггера, выход генератора формирования оценки соединен с информационным входом ключа остановки счета, выход которого связан со входом счетчика оценки, выход которого является вторым выходом устройства (выход с), отличающееся тем, что дополнительно содержит 2-n-й блоки формирования кода, первый и второй сумматоры, вторую линию задержки, детектор, триггер фиксации момента скачка, триггер, ключ запуска интегратора, интегратор, элемент ИЛИ, причем управляющий вход входного ключа соединен со входами опорных генераторов 2-n-го блоков формирования кода, обнуляющим входом интегратора, единичным входом триггера фиксации момента скачка, нулевым входом триггера, первым входом элемента ИЛИ, выход счетчика импульсов потока подключен ко входам сброса счетчиков и информационным входам управляющих ключей 2-n-го блоков формирования кода, выход первой линии задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ и единичным входом триггера, выход элемента ИЛИ связан с нулевыми входами первых триггеров 1-n-го блоков формирования кодов, прямые выходы вторых триггеров этих блоков соединены со входами первого сумматора, выход которого связан со входом второй линии задержки и инверсным входом второго сумматора, чей прямой вход соединен с выходом второй линии задержки, выход второго сумматора соединен с информационным входом ключа запуска интегратора, выход которого подключен к информационному входу интегратора и входу детектора, управляющий вход ключа запуска интегратора связан с прямым выходом триггера, выход детектора соединен с нулевым входом триггера фиксации момента скачка, прямой выход которого связан с управляющим входом ключа остановки счета, а инверсный выход образует первый выход устройства (выход b), выход интегратора является третьим выходом устройства (выход d).