Устройство для определения импульсных характеристик линейных объектов

Устройство для определения импульсных характеристик линейных объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ ОБЬЕКТОВ, содержащее коррелятор вход которого связан с выходомисследуемого объекта, и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства , оно-содержит генератор строба; блок переключения режимов работы и последователд1но соединенные синхронизатор и блок управления, первый выход коррелятора через генератор строба связан со своим первым входом , выход блока переключения режимов работы соединен с вторым входом , коррелятора, второй выход которого через синхронизатор подключен к третьему входу коррелятора, второй выход синхронизатора соединен со своим вторым входом и четвертым входом коррелятора, выход блока управления выведен на пятый вход коррелятора , третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с первым и вторым входом сумматора, входом и выходом исследуемый объект подключен соответственно к пятому выходу и шестому входу коррелятора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коррелятор выполнен в виде последовательного соединения генератора парных импульсов , источника специального сигнала , усилителя-ограничителя, смесиi теля, ключа, детектора, усреднителя и цифрового вольтметра, второй вход СО которого связан с третьим, входом коррелятора , третий вход - с четвертым входом коррелятора, второй вход ключа соединен с первым входом коррелятора , первый выход которого связан с третьим выходом генератора парных .импульсов и вторым выходом коррелятора i пятый выход коррелятора подключен к второму выходу генератора Од парных импульсов, а шестой вход корда релятора - к второму входу смесителя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 (51 ) G 0 5 В 2 3 0 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3669068/24-24 (22) 01.12.83 (46) 23.01.85. Бюл. Р 3 (72) A.È.Ãóðüåâ (71) Таджикский политехнический институт (53) 62-50 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

)) 394757,кл. G 05 В 23/00,1974 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО (ЛЯ ОПРЕДЕЛЕ.

НИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ ОБЬЕКТОВ, содержащее коррелятор вход которого связан с выходом исследуемого объекта, и сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит генератор строба, блок переключения режимов работы и последовательно соединенные синхронизатор и блок управления, первый выход коррелятора через генератор строба связан со своим первым входом, выход блока переключения режимов работы соединен. с вторым входом. коррелятора, второй выход которого через синхронизатор подключен к третьему входу коррелятора, второй выход синхронизатора соединен со своим вторым входом и четвертым входом коррелятора, выход блока управления выведен на пятый вход коррелятора, третий и четвертый выходы которо. го связаны соответственно с первым и вторым входом сумматора, входом и выходом исследуемый объект подключен соответственно к пятому выходу и шестому входу коррелятора.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что коррелятор выполнен в виде последовательного соединения генератора парных импульсов, источника специального сигнала, усилителя-ограничителя, смесителя, ключа, детектора, усреднителя и цифрового вольтметра, второй вход которого связан с третьим входом коррелятора, третий вход — с четвертым входом коррелятора, второй вход ключа соединен с первым входом коррелятора, первый выход которого связан с третьим выходом генератора парных импульсов и вторым выходом коррелятора, пятый выход коррелятора подключен к второму выходу генератора парных импульсов, а шестой вход коррелятора - к второму входу смесителя, 1136114.

Изобретение относится к техническим средствам в области контрольноизмерительной техники, предназначенным для определения динамических характеристик линейных объектов, например импульсных характеристик ИХ 5 радиотехнических ббъектов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее исследуемый 16 объект, первый и второй корреляторы, управляемый фильтр, кольцевой распределитель, элемент сравнения, запоминающий элемент коррелятора, ключц,, сумматоры, делители, запоминающие элементы, согласующие ключи, усилители-ограничители, блоки умножения и устредняющие устройства.

Принцип работы этого устройства основан на определении ординат ИХ с использованием приема компенсации сигнала с выхода управляемого фильтра с большим числом управляемых элементов, соответствующих числу определяемых ординат ИХ.и с выхода исследуемого объекта f2) .

Недостатки известного устройства состоят н следующем. Поскольку значения измеряемых корреляционных характеристик определены с ошибкой, особенно грубо измеряются значения этих характеристик с малым весом, то появляется шум измерений, который приводит к значительным ошйбкам н определении ординат ИХ исследуемого объекта, т.е. н известном устройстве сигнал с выхода каждого делителя управляемого фильтра, состоящего иэ большого числа делителей, незначителен в суммарном выходном сигнале управляемого фильтра, сравним и да- 49 же меньше шума измерений.

Таким образом, известное устройство не позволяет определять ординаты ИХ линейных обЪектов с достаточной точностью. 4э

ЦВль изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определе.ния импульсных характеристик линей- 56 ных объектов, содержащее коррелятор, вход которого связан с выходом .исследуемого объекта, и сумматор, введены генератор строба, блок- переключения режимов работы и последовательно соединенные синхронизатор и блок управления, первый выход коррелятора через генератор строба связан со своим первым входом, выход блока переключения режимов работы— с вторым входом коррелятора; второй выход которого через синхронизатор подключен к третьему входу коррелятора, второй выход синхронизатора соединен со своим вторым входом и четвертым входом коррелятора, выход 55 блока упранления — с пятым входом коррелятора, третий и четвертый ныха. ды которого связаны соответственно с первым и вторым входами сумматора, входом и выходом исследуемый объект подключен соответственно к пятому выходу и шестому входу коррелятора.

Коррелятор выполнен в виде последовательного соединения генератора парных импульсов, источника специаль ного сигнала, усилителя-ограничителя, смесителя, ключа, детектора, усреднителя и цифрового вольтметра, второй вход которого связан с третьим входом коррелятора, третий вход — с четвертым входом корреклятора, второй вход ключа — с первым входом корреклятора, первый выход ко торого связан с третьим выходом ге<нератора парных импульсов и вторым выхоцом коррелятора, пятый выход коррелятора подключен к второму ныходу генератора парных импульсов, а шестой вход коррелятора — к второму вхо* ду смесителя.

На фиг.1а и фиг.18 изображены соответственно входная последовательность импульсов и сигнал на выходе исследуемого объекта; на фиг.2 — интегральная характеристика, измеряемая на выходе усреднителя при входной последовательности коротких парных импульсов с чередующейся полярностью, на фиг.3g и фиг.3 1 — псевдокорреляционные функции (?W>) соответ. ственно для входной последовательности однопслярных и разнополярных парных импульсов; на фиг.4 — взаимная корреляционная функция (ВКФ) исследуемого и специального сигналов; на фиг.5 — функциональная схема устрой: тва, на фиг.б — функциональная схема блока управления устройства., B описании приняты следующие обозначения: 3 - дельта-функция Дирака, период следования коротких парных импульсов; " — коэффициент пропорциональности K »2, — временной сдвиг между парными импульсами, изменяемый соответственно в пределах

О ° i c ; « „> — максима«льный интервал корреляции ИХ или ее длительность

n = О, 1, 2,...,N Ql(t) — импульсная характеристика исследуемого объекта, задержка импульсного отклика относительно входного воздействия, W (Ц вЂ” полезный си нал импульсного отклика, Ф, 9l, Ъ вЂ” паразитные помехи, представляющие собой соответственно переотражения от концов линии: акустической и электрической, сигнал тройного прохождения, сигнал прямого просачивания со входа исследуемого объекта на выход, 2 NT — время усреднения, — число парных импульсов, *(". - — ПКФ, соответствую щая входному сигналу в виде после1136114

55 довательности однополярных парных импульсов, R i e) — ПКФ, соответствующая входному сигналу в виде после довательности разнополярных парных импульсов, ь ь е = -„— ;„— интервал п приближенного дифференцирования, 5

R(T, ) — абсолюная ошибка измерения

Ь/ п.

ПКФ, 1 (e) — ВКФ исследуемого сигнала со специальным сигналом, 1с(т) специальный сигнал, радиоимпульс с частотной модуляцией, например, близ. 10 кой к линейной.

Устройство содержит генератора 1 парных импульсов, источник 2 специального сигнала, в качестве которого используют генератор сигнала, напри- 15 мер с ЛЧМ модуляцией, исследуемый объект 3, усилитель-ограничитель 4, смеситель 5, генератор 6 строба, синхронизатор 7, в качестве которого используют счетчик со сбросом, ключ 8 детектор 9, усреднитель 10, в ка честве которого используют фильтр низкой частоты (ФНЧ); цифровой фольтметр 11, сумматор 12, в качестве которого используют счетчик с прямым и реверсивным входами, блок 13 управления, блок 14 переключения режи мов работы генератора парных импульсов, коррелятор 15, счетчик 16, дешифратор 17, набор 18 герметических контактов, прецизионный магазин 19 сопротивлений °

Работа устройства основана на том, что подают на вход исследуемого объекта на ПАВ последовательность коротких парных импульсов, изображен 35 ную на фиг.1д и Описываемую выражением. „®»Кф-2nT)4(1,- е-2nt)i Ь(-(2м )ТЩ ее-(2nei)T$

40 и на выходе исследуемого линейного радиотехнического объекта получают реакцию на входное воздействие, пред ставляемую выражением

В„М= Ф""З 2Т3 а " ""е ЬТ1 К - >-(2nwi»)Ф ",-:"е,-(2n+ )Tj, Для выделения полезного сигнала из суммы разнесенных во времени помех применяют временную селекцию.

В результате получают сигнал, Описываемый в виде следующего выражения. о(,)iW (t "3 ) И ь )+)Й (т) Яд ()ч д) Амплитуду импульсного отклика От первого парного импульса ограничивают до уровня максимального значения импульсного отклика от второго парного импульса. После этого ограничения регистрируют следующий сигнал е (=8 (W»(t -2nl) й„(4- -се-2»T)+asj(nWn(t,— з (<»+1)Т1 Wnlt-<1 "e-(2n«)T) который представлен на фиг.1о. Форма импульсного отклика от первого парного импульса после ограничения приближается к прямоугольной.

Смешанный сигнал о (т) пропускают через детектор, усредняют ФНЧ и измеряют цифровым вольтметром, т,е. реализуют выполнение следующего выражения

inee)2Ie e, g

N-I

" weal- T (I /wan w„(t-11-em) ° w(t-".

»=

3

-2e-2nT)w B«gnWnft-e >-(2п 1)Т1-Wnft - -(2>,1)ф,)Я (" 1

В выражении (1) переходят к новой переменной t = t — "ьg иH, считая все пар ные импульсы в.среднем одинаковыми, получают

2Т е ""å =e 1)(ВВ(й» ice wi - Я lewIпw„

2т

" e)»T lB«(nWn(tleWn(t-"e)jeIt w ) Ц,„ д у (t q) о е —, «, -1. т

-W„(t- -Т), (3)

Смешанный сигнал 8 sign ÙT) Ф

+ Te/n (t-2е) отличен от н /ля на интервале 0<1 -? >

n n n z -«и е<Т/ ГДе ВтОРОй пРОмежУтОк ЯвлЯетсЯ областью перекрытия смешиваемых сиг налов„ записывают выражением (3) в следующей форме

/I

И» л . » ее

° »» и " *-„ )le e //,I |lee .—.l » (-". iee о "е„ л /

/ . »-ь е

/»

I%!о(t "е)(Jt .

"/»

При записи выражения (4) учтено, что (8«gnW„®)М Й (1 )1 с — чи п

Сигнал R ("е), описываемый выражением (4), представлен на фиг.2.

Из выражения (4) видно, что модуль ИХ связан с ийтегральной характеристи- кой )("(ee) через прием дифференцирования. Данный прием подчеркивает ошибку измерения. Анализ зависимости 8" (ье), (фиг.2) показывает, что информационные колебания сигнала

R"(2e) подавлены шумом измерений и могут быть выявлены. Подавление шу11ЗЬ114

Если процедуру:разбиения не выполнять, то в отношении абсолютной 65 мов измерений при восстановлении ИХ из интегральной характеристики достигается ее разбиением на две ПКФ в следующем виде, .R (,"il " ("e)t R (""е). функции" R" (i ) и R (e) представляют собой соответственно первый и второй интегралы выражения (3)

Декомпозицию интегральной характеристики осуществляют разбиением вход 10 ной последовательности импульсов на две разнесенные во времени последовательности парных импульсов следующего вида

"пЮ =

15 к = Ф- л" ) т1-а(-:,- (ъ, т).

Иными словами сначала измеряют

ПКФ +R"(7e), соответствующую последовательности hn(%) однополяркых я парных импульсов, а затем измеряют ПКФ, соответствующую последовательности An(t) разноцолярных парных импульсов. Эти характеристики представлены соответственно на фиг.З@ 5 и фиг.ЗВ. Анализ формы этих кривых показывает, что разбиение приводит к резкому возрастанию амплитуды информационных колебаний, вследствие этого выполнение приема дифференцирования становится корректным.

Действительно, погрешность преобразования при выполнении приема, дифференцирования представляют B виде суммы погрешностей

35 (""е) = ("ziaaL (" е) °

Первую компоненту погрешности мР(h ), характеризующую размытость приближенного дифференцирования, оценивают по формуле 40

A, + М д, л. Л.

1 Я (1 %) ф +j4it< ° ,4(el= ... Я

"i+s

Выбрав, например, интервал при ближенного дифференцирования равным 45 л получают максимальную погрешность от,размытости при аппроксимации на интервале пи @7 A(ll+1) lt функции R" (е) функцией Ми(е), рав- 50 ной 0,04%. Эта аппроксимация вполнЕ приемлема для оценки сверху величины погрешности.

Вторую компоненту погрешности, характеризующую относительную ошиб- 55 ку от воздействия шумов измерений определяют в следующем виде М"(ае1=

1 сt3

Л О ь Я" (; - ы Я" Л;„)

gR%(a,) t ЯФ (. (5) погрешности к истинному значению последняя (заменатель выражения 5} сравнима с величиной абсолютной погрешности измерений и относительная ошибка крайне велика. При разбиении исходной функции на две ПКФ амплитуда информационных колебаний существенна, ориентировочно в 10 раз

4 превышает уровень шумов измерений.

При этом относительная погрешность л,л„ л на интервале -8 с с с 18 составляет

4 величину 1 10 . Таким образом, максимальная погрешность от размытости и действия шумов измерений ориентировочно равна юР = 4 10 4+1 10 4.

Некоторое снижение погрешности достигают оптимальным выбором интервала приближенного дифференцирования.

Определение ординат ИХ в областях a — 6 с большим подавлением. 6оковых лепестков ПКФ (Аиг.За,Ь) oqyществляется со значительной относительной ошибкой. Кроме того, достижение высокого коэффициента прямоугольности сигнала si(y bI„(t) затруднительно вследствие того, что нарастание и спад ИХ исследуемого объекта плавные.

Повышение точности определения ИХ достигается тем, что в качестве первого смешиваемого сигнала выбирают специально сформированный радиоимпульс с частотной модуляцией, например, близкой к линейной.

Из выражения 4) видно, что определяемая из него ИХ дифференцирования Я"(z) не зависит от форьы первого,смешиваемого сигнала 9 i(n O„(t), поэтому этот сигнал выбирают из условий повышения точности определения ИХ. На фиг.4 показана взаимная корреляционная функция специально сформированного сигнала с ЛЧМ модуляцией с ИХ исследуемого линейкого объекта. ВКФ растянута почти равномерно вдоль оси абцисс (фиг.4}.

Этот эффект позволяет выравнять точность определения ИХ во всей области ее существования. Кроме того, момент выхода из области перекрытия специально сформированного сигнала с ЛЧИ модуляцией с ИХ исследуемого объекта регистрируется с достаточно высокой точностью. Это обуславливается тем, что огибающие ВКФ имеют очень крутой спад при уменьшении области взаимодействия двух смешиваемых сигналов. В области 6 — r (фиг.4) кривa> R (iej резко изменяется, и поэтому точка фиксируется с достаточно высокой точностью. Это по" зволяет оценить длительность ИХ исследуемого объекта, например, на поверхностных акустических волнах с приемлемой для практики точностью.

1136114

Если исследуемым объектом является ЛЧМ фильтр на ПАВ, то в качестве специального сигнала выбирают не модулированный по частоте радиопмпульс или радиоимпульс с законом мо. дуляции по частоте, обратным закону модуляции ИХ исследуемого ЛЧМ фильтра на IIAB.

Импульсную характеристику из ее модуля определяют введениЕм априорного допущения о ее дифференцируемости °

Устройство работает следующим образом.

Первый парный импульс с первого выхода генератора 1 подают на вход источника 2 специального сигнала, второй парный импульс с амплитудой, существенно меньшей амплитуды первого парного импульса, временное соотношение между которвыми последовательно изменяют, подают с второго выхода генератора парнвых импульсов на вход исследуемого объекта 3. Генератор парный импульсов работает в двух режимах. В первом режиме с первого и второго выходов генератора вырабатывается последовательность коротких однополярных парных импульсов, а во втором — разнополярных. В первом режиме измеряют первую состав ляющую ИХ + q (ц)(а во втором режиме — вторую составляющую ИХ) hl f ieÄ)

Выходной сигнал источника специального сигнала подают через усилитель-ограничитель 4 на первый вход смесителя 5, в котором осуществляют суммирование сигналов, подаваемых по первому и второму входам. На второй вход смесителя поступает сигнал с выхода исследуемого объекта.

Синхроимпульсами с третьего выхода генератора парных импульсов запускают генератор б строба и синхронизатор 7. Строб-импульс с выхода генератора строба подают на второй вход ключа 8, по первому входу которого гоступает смешанный сигнал с выхода смесителя, что позволяет отстроится от паразитных это-сигналов и виде» лить полезный импульс. Этот полезный сигнал пропускают через детектор 9, усредняют усреднителем 10 .и подают на первый вход цифрового вольтметра 11, который по второму входу запускается импульсом с первого выхода синхронизатора, формируемого при накоплении 10 синхроимпульсов. Нри запуске цифрового вольтметра он преобразует в код величину выходного напряжения с усреднителя 3 P„ ), рав ную среднему значению модуля ИХ и передает кодовую последовательность импульсов на первый прямой вход сумматора 12. В зто время синхронизатор продолжает накапливать число синхроимпульсов, и как только он накопит их 110000, на его втором выходе появляется импульс, который воздействует на вход блока 13 управления выходной сигнал которого поступает на вход генератора парных импульсов, и он изменяет величину временного

5 сдвига между парными импульсами на равную ;„ . Сигнал с второго выхода синхронизатора также воздействует на его второй вход и обнуляет его.

Обнуление синхронизатора и изменение временного сдвига между парными импульсами происходят одновременно.

Результатом обнуления является То что цикл повторяется, и как только синхронизатор накопит вторую партию в 10 синхроимпульсов, íà его первом выходе появляется импульс, который воздействует на второй вход цифрового вольтметра, преобразующего в код величину выходного напря@.жения с усреднителя Р („„1 и передающего кодовую последовательность импульсов на второй реверсивный вход сумматора. В сумматоре эта величина вычитается из значения R Л;), измеренного на предыдущем шаге. Разность равная значению первой составляющей

ИХ l V,<7„), выдается на промежуточный носитель на выходе сумматора.

Как только синхронизатор накопит вторую партию в 110000 синхроимпульсов, на его выходе появляется импульс, который обнуляет синхронизатор, изменяет временной сдвиг между парными импульсайи и записывает повторно на сумматор по первому прямому входу величину 9 <7„ ), изме" ренную на втором шаге, и начинается третий цикл измерений. Таким образом, на сумматоре реализуют прием приближенного дифференцирования

40 сигнала R Де) . Эта процедура продолжается последовательно пока не бу дет зарегистрирована первая составляющая ИХ! +(e)) . Эатем генератор парных импульсов переводят во вто45 рой режим работы, воздействуя сигналом с переключателя 14 режимов работы на его Второй Вход и регистрируют аналогично вторую составляющую ИХ ф (7 )1.

После этого характеристикиl" й(e)) .и1 W(<,e)) суммируют и определяют модуль ИХ исследуемого объекта.

Импульсную характеристику из ее модуля получают введением априорного допущения о дифференцируемости ИХ.

Устройство содержит коррелятор 15 и осуществляет псевдокорреляционную обработку импульсных характеристик исследуемых линейных объек-тов, например радиотехнических объек тов на.поверхностных акустических волнах, Аналогию измеряемых ПКФ с корреляционной характеристикой следует рассматривать в их зависимости от одной и той же переменной сдвиЬ5 га е °

1136114

Блок управления (фиг. Б) временными сдвигами между парными импульсами работает следующим образом.

Сигнал с выхода синхронизатора воздействует на вход счетчика 16 блока управления. Счетчик 16 регистрирует число циклов измерений и представ ляет собой двоично-десятичный счетчик на три декады. Сигнал состояния счетчика дешифрируется дешифратором 17 и поступает в блок, состоя- 30 щий из набора герметических контактов 18, которые последовательно шунтйруют ступени презиционного магазина 19 сопротивлений, встроенного в цепь управления изменением временных сдвигов генератора парных импульсов, Блок управления позволяет осуществить в автоматическом режиме измерение временных сдвигов между парными импульсами с высокой степенью плавности.

Устройство работает до частот в

200 мгц, верхняя частота ограничивается возможностью AopMHpoBBHHsl импульсов наносекундной длительности генератором парных импульсов. Каждый отсчет ПКФ измерятеся с повторяемостью в четыре — пять значащих цифр за время 0,5 — 1,0 с. Изменение переменной сдвига обеспечивается с дискретностью 10 0,1 нс.

1136114

1136114

9 l 136114

Составитель A.Ãóðüåâ

Техред Т.Фанта Корректор у..Иаксимишинец

Редактор C.Ñàåíêî

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10284/34 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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