Устройство для измерения временного положения и длительности импульса

Устройство для измерения временного положения и длительности импульса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения временного положения импульса с неточно известной длительностью в составе аппаратуры радиосвязи, радиолокации. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного изменения длительности импульса и его временного положения при воздействии широкополосной помехи. Для этого в устройство введены управляемые ключи 1, 13, 16, 24, инверторы 4, 10, 23, 25, сумматоры 11, 15, 28, формирователь 7 управляющих импульсов, элементы задержки 8, 12, 21, умножитель 9, интегратор 14, указатели 17, 26 экстремума, аттенюатор 19, генератор 20 управляющих импульсов, генератор 22 линейно-изменяющегося напряжения, счетчик 27 времени. Кроме того содержит интегратор 2, элемент 3 задержки, сумматор 5, указатель 6 экстремума, счетчик 18 времени. 25 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сЮ 4 0 04 Г 10 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4347329/24-21 (22) 27.10.87 (46) 15. 11.89. Бюл. Р 42 (71) Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола (72) A.Ï.Òpèôîíoí и В.К,Бутейко (53) 681.317 (088.8) (56) Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радионавигационных системах/Под ред.!О.М.Казаринова. H.: Сов.радио, 1957, с.193-195.

Авторское свидетельство СССР У 1357911 А1, кл. G 04 F 10/00, 28 ° 06.84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РРЕМЕННОГО ПОЛОУ(ЕНИЯ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения временного положения импульса с неточно известной дли„„Я0„„1522147 А1

2 тельностью в составе аппаратуры- радиосвязи, радиолокации. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного изменения длительности импульса и его временного положения при воздействии широкополосной помехи. Дпя этого в устройство введены управляемые ключи 1, 13, t6, 24, инверторы 4, 10 23, 25, сумматоры 11, 15, 28, формирователь 7 управлякнцих импульсов, элементы задержки 8, 12, 21, умножитель 9,.интегратор 14, указатели 17, 26 экстремума, аттенюатор 19, генератор 20 управляющих импульсов, генератор 22 линейно изменяющегося напряжения, счетчик 27 времени. Кроме тога, устройство содержит интегратор 2, элемент 3 задержки, сумматор 5, указатель 6 экстремума, счетчик 18 времени. 25 ил.

1522147

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для изиерения временного положения импульса с неточно известной длитель5 ностью в составе аппаратуры радиосвязи, радиолокации, автоматического контроля и управления.

Цель изобретения — расширение Аункциональных возможностей эа счет одновременного измерения длительности импульса и его вреиенного положения при воздействии широкополосной помехи.

На Мг.1 приведена структурная схема устройства для измерения временного положения и длительности импульса; на фиг.2-25 приведены временные диаграммы видов преобразований, которым подвергается иипульс при про- 20 хождении разных элементов устройства.

Устройство для измерения временного положения и длительности импульсов (фиг.1) содержит первьп управляемый ключ 1, первьп интегратор 2, первый 25 элемент 3 задержки, первый инвертор

4, первьп сумматор 5, первьп указатель 6 экстреиуиа, формирователь 7 управляющего импульса, второй элемент 8 задержки; уиножитель 9, второй инвертор 10, второй сумматор 11, третий элемент 12 задержки, второй управляегь и ключ 13, второй интегратор 14, третий сумматор 15, третий управляемый ключ 16, второй указатель 17 экстремума, первый счетчик

18 времени, аттенюатор 19, генератор 20 управляющих импульсов, четвертый элемент 21 задержки, генератор 22 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), третий инвертор 23, четвертый управляемьп ключ 24, четвертьпs ипвертор 25, третий указатель

26 экстремума, второй 27 счетчик времени и четвертьп сумматор 28.

Входная шика устройства соединена с сигнальным входом первого управляемого ключа 1, выход которого соединен с первым входом первого интегратора 2 и через третий элемент 12 задержки с сигнальным входом второго . управляемого ключа 13, выход первого интегратора 2 соединен с первым входом первого суиматора 5 и входом первого элемента- 3 задержки, выход которого через первый инвертор 4 соединен 55 с вторыи входои первого сумматора 5, выход которого через первый указатель

6 экстремума соединен с входом формирователя 7, выход которого соединен с первыми входами уиножителя 9 и второго сумматора 11, входом управления второго управляеиого ключа 13, входом ГЛИ11 22 и через второй элемент 8 задержки с вторыи входом умножителя

9, выход которого соединен с входом управления третьего .управляемого ключа 16 и через вторбй инвертор 10 с вторыи входои сумматора 11, выход которого соединен с входом управления четвертого управляемого ключа 24, сигнальный вход которого соединен с выходом третьего сумматора 15 и сигнальным входом третьего управляемого ключа 16, выход которого через второй указатель 17 экстремума соединен с входом первого счетчика 18, выход которого соединен с первой выходной шиной устройства и входом аттенюатора 19, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора 28, второй вход которого соединен с выходои второго счетчика 27, вход запуска которого соединен с выходом четвертого элемента 21 задержки, вход которого соединен с входом управления первого управляемого ключа

1 и первым выходом генератора 20, второй выход которого соединен с входами сброса первого и второго интеграторов 2 и 14, первого, второго и третьего указателей 6, 17 и 26 экстремума, первого и второго счетчиков

18 и 27 времени, вход второго счетчика 2? соединен с входом запуска первого счетчика 18 и выходом третьего указателя 26 экстремума, вход которого через четвертый инвертор 25 соединен с выходом четвертого управляемого ключа 24, выход второго управляемого ключа 13 через второй интегратор 14 соединен с первым входом третьего сумматора 15, второй вход которого через третий инвертор 23 соединен с выходом ГЛИН 22, выход четвертого сумиатора соединен с второй выходной шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходпои состоянии ключи 1, 13, 16 и 24 закрыты, следовательно входной сигнал состоящий из измеряемого импульса

1522147 6 а, t epi1 — ь/2, g +К/2 j, 7 9 о, t E. (3 - /2, g +Ц2 и широкополосного шума п(с), не поступает в схему. В формуле (1) с неизвестная длительность импульса, принимает значения из интервала

l Т ;„, Ttnayg > — неизвестное временное положение измеряемого импульса, принимает значения в интервале от Т ;„/2 до Tmay/2 +A, âåëè÷èíà которого равна Л ; а — амплитуда импульса.

Габота устройства начинается с момента запуска генератора управляющих

20 импульсов. Этот генератор задает весь цикл измерения в устройстве эа счет формирования на своих первом и втором выходах управляющих импульсов с определенными параметрами. Импульсы на первом и втором выходах генератора 20 показаны на фиг.2 и 3 соответственно. Положение.во времени и длительность управляюцего импульса на первом выходе генератора 20 (фиг.2) выбирают такими, чтобы при всех его возможных моментах появления и длительностях измеряемый импульс был расположен в пределах дли" тельности управляющего импульса.

Следовательно, при выбранной шкале времени управляюций импульс на первом выходе генератора 20 начинается в момент времени t=0 и заканчивается в момент времени Л +T „. Управляюций импульс с первого выхода генератора 20 поступает на управляюций вход ключа 1 и открывает его на времяЛ+Т „„. Входной сигнал x(t) через ключ 1 поступает на часть схемы, состоящую из блоков 2-6, осуществляющую грубую (с точностью до длительности импульса) фиксацию временного положения измеряемого импульса.

Эта часть схемы работает следуюцим образом. С выхода ключа 1 входной сигнал x(t) (фиг.4) интегрируется интегратором 2 (фиг.5), после чего поступает на входы элемента 3 задержки и сумматора 5. В сумматоре

5 сигнал с выхода интегратора 2 (фиг.5) складывается с тем же сигналом, задержанным элементом 3 задержки (фиг,б) на время ь =(Т па +

+Т „„)/2 и инвертированным в инверторе 5 (фиг.7). R результате на вход

f5

55 указателя 6 экстремума поступает сигнал (Лиг.8)

t х, (t)=K, (x(t) c! t. (2) л»

Этот сигнал является откликом на входное воздействие x(t), содержащее измеряемый импульс длительностью е, согласованного фильтра (блоки 2-5), предназначенного для измерения временного положения импульса длительл» ностью . Из фиг.8 видно, что эа счет отличия длительности измеряемого импульса от времени 7 " задержки в элементе 3 сигнал на входе указателя 6 имеет плоскую вершину. В результате при наличии даже малого уровня шума на входе устройства указатель 6 фиксирует положение максимума в любой точке плоской вершины.

3а счет этого временное положение импульса фиксируется указателем 6 только с точностью до величины, равной половине разности между максимально и минимально возможными длительностями измеряемогo импульса (T mgt - T rain)

В момент Г достижения сигналом (2) наибольшего значения указатель б вырабатывает сигнал (фиг.9), который используется для управления остальной частью схемы. В частности, импульс с выхода указателя б запускает формирователь 7 управляющего импульса. Сформированный им импульс (фиг.10) открывает ключ 13 на время

2Т « -Т, и своим передним фронтом запускает ГЛИН 22. В течение времени

2Т «-Tw,„, когда открыт ключ 13, входной сигнал x(t), задержанный элементом 12 задержки на время T <„ (фиг. 11), поступает через ключ 13 на вход интегратора 14 (фиг,12) ° Проинтегрированный в интеграторе 14 входной сигнал (фиг.13) складывается в сумматоре 15 с инвертированным инвертором-23 (фиг.15) выходным сигналом

ГЛИН 22 (фиг.14). В результате на вы- ходе сумматора 15 имеется сигнал е

xy(t)=vg1x(t T a,)dt,(->) (3)

Л

Этот сигнал условно изображен на фиг.fá, откуда видно, что в отсутствиешума сигнал (3) между моментами с и +2Twaу.-Т min имеет минимум в точке, соответствуюцей переднему фронту задержанного на Ттатизмеряемо1522147 го импульса (фиг.12), и максимум— в точке, соответствующей заднему фронту того же импульса. Сигнал с выхода сумматора 15 поступает на вхо5 ды ключей 16 и 24, которые в совокупности с блоками 8-11 образуют коммутатор, поочередно подключающий к выходу сумматора 15 входы инвертора

25 и указателя 17. Действительно, из диаграмм на фиг.17-20, показывающих форму выходных сигналов блоков 8-11 соответственно, видно, что на выходе умпожителя 9 н результате перемножения задержанного на время T®a /2 эле- 15 ментом .8 задержки и не задержанного импульсов с выхода формирователя 7 образуется импульс, начинающийся в момент +Т » о»/2 и заканчивающийся в момент +2Ттах-Тт;и (фиг.18). Вдесь ,л

< — - момент срабатывания указателя 6.

После инвертирования инвертором 10 (фиг.19) этот импульс складывается н сумматоре 11 с выходным сигналом формирователя 7. В результате на вы- 25 ходе сумматора 11 образуется импульс (фиг.20), начинающийся в момент и заканчивающийся в момент Ф +Т» ч „/2..

Следовательно, н течение времени от

+Т, »/2 открыт ключ 24 пал (фиг.16) с выхода сумматора. 15 поступает на вход инвертора 25 (фиг.21). Инвертированный сигнал (фиг,22) поступает па вход указателя

26. В момент достижения сигналом с выхода иннертора 25 (фиг.22) абсолют- 35 ного максимума указатель 26 вырабатывает импульс„ показанный на фиг.24.

Таким образом, указатель 26 фиксирует момент появления переднего фронта измеряемого импульса, задержанного на время Tma Сигнал с выхода указателя 26 останавливает счетчик 27 времени и запускает счетчик 18 времени. В свою очередь, счетчик 27 времени был запущен генератором 20 через элемент 21 задержки на время

Трах позднее начала работы устройства. Таким образом, счетчик 27 фиксирует время от момента Т » » до момента появления переднего фронта задер50 жанпого па Т,х» измеряемого импульса.

В результате зафиксированное счетчиком 27 время равно измеренному значению времени, прошедшему с момента запуска измерителя до момента поянле- 55 ния на входе измерителя переднего фронта измеряемого импульса. В результате подбора времен задержек в элементах 8 и 12 момент Ъ +T »/2 переключения ключей 16 и 24 оказывается между положениями переднего и заднего фронтов задержанного на Трах изме»яемого импульса, если только

Т„,щх с 2Т,;„. Следовательно, до того как сигнал с выхода сумматора 15 (фиг.16) достигает своего наибольшеГ\ «Р

ro значения между моментами и < +

+2Т,,-Т»;„, под действием управляющих импульсов с выходов блоков 9 и

11 в момент t, +Trna»/2 ключ 24 закрывается и открывается ключ 16 на нремя от l +Т»иа»/2 до t +T»»,g»-T ih В результате сигнал с выхода сумматора

15 поступает через ключ 16 (фиг.23) на вход указателя 17. В момент достижения сигналом (фиг.23) наибольшего значения на выходе указателя 17 появляется импульс (фиг.25), который останавливает счет времени в счетчике

18 времени. Следовательно, счетчик 18 времени зафиксирует время, прошедшее с момента фиксации переднего фронта до момента фиксации заднего фронта измеряемого импульса, т.е. время, .зафиксированное счетчиком 18, является измеренным значением длительности импульса. С выхода счетчика 18 измеренное значение длительности поступает на вход "Длительность" устройства и вход аттенюатора 19 с коэффициентом передачи 1/2. С выхода аттепюатора 19 уменьшенное в дна раза измеренное значение длительности в сумматоре 28 складывается с измеренным временем нрихода переднего фронта измеряемого импульса, которое поступает на другой вход сумматора с выхода счетчика 27 времени. В результате на выходе сумматора 28 имеется измеренное значение времени прихода импульса, отсчитываемого по середине импульса. Из теории потенциальной .помехоустойчивости следует, что при прочих равных условиях оценка времени прихода в устройстве по середине импульса с неизвестной длительностью обладает наименьшей ошибкой по сравнению с оценками по другим точкам импульса (например, по переднему или заднему фронту). Кроме того, при этом наблюдается минимальный коэффициент корреляции межцу ошибками измерения времени прихода и длительности. Тем не менее, меняя коэффициент передачи аттешоатора 19 от нуля до единицы можно в устройстве получить оценки

1522147

Устройство для измерения временного положения -и длительности импульса, содержащее первый интегратор, первую линию задержки, первый сумматор, первый счетчик, первый указатель экстремума, вход которого

55 времени прихода, отсчитываемого по различным точкам импульса. В частности, при коэффициенте передачи аттенюатора 19, равном нулю, устройство производит измерение времени прихода по переднему фронту импульса, а при коэффициенте передачи, равном единице — по заднему фронту.

Цикл измерения в устройстве эавер- 10 шается выработкой генератором 20 управляющих импульсов на своем втором выходе короткого управляющего импульса (фиг.3), запаздывающего относительно заднего фронта импульса на первом выходе генератора 20 (фиг.2) на время

Тон .. Время Т„ выбирается минимальным, но достаточным для регистрации (считывания) результатов измерения.

В частности, если на регистрацию результатов необходимо время Тр то

Тнн =Тюа +Т, где время Т „отводится на завершение процесса измерения задержанного на Tme> измеряемого импульса. Таким обраэог, до момента появления импульса на втором выходе генератора 20 измерение полностью закончено. Этот импульс поступает на шины сброса счетчиков l8 и 26, интеграторов 2 и 14 и указателей 6,17 и

26 и приводит схему в исходное состояние. Измеритель готов к работе.

Величина ошибок измерения в устройстве зависит от коэффициента усиления в интеграторе 14 К и от крутизны 1:g линейно изменяющегося напряжения, вырабатываемого ГЛИН 22. Анализ точности измерения в устройстве, а также применение методов теории потенциальной помехоустойчивости показали, что максимальная точность измерений достигается когда Кь=Кда/2, где а — амплитуда измеряемого импульса. Величины Ki и Kгг (коэффициенты усиления интеграторов 2 и 14 соответственно) при этом выбираются в зависимости от конкретных условий работы измерителя такими, чтобы согласовать динамические диапазоны входного сигнала и используемых типо-, вых блоков. 50 формулаизобретения соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с входом первой линии задержки и выходом первого интегратора, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введены четыре управляемых ключа, три элемента задержки, четыре инвертора, три сумматора, два указателя экстремума, формирователь управляющего импульса, умножитель, второй интегратор, аттенюатрр, генератор управляющих импульсов, генератор линейно изменяющегося напряжения, второй счетчик времени, вход запуска которого соединен с выходом четвертого элемента задержки, вход которого соединен с первым выходом генератора управляющих импульсов и входом управления первого управляемого ключа, сигнальный вход которого соединен с входом устройства, выход первого управляемого ключа соединен с входом первого интегратора и через третий элемент задержки с сигнальным входом второго управляемого ключа, вход управления которого соединен с первыми входами умножителя и второго сумматора, входом генератора линейно изменяюцегося напряжения, выходом формирователя управляющих импульсов и входом второго элемента.задержки, выход которого соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с входом управления третьего управляемого ключа и через второй инвертор с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом управления четвертого управляемого ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом третьего сумматора и сигнальным входом третьего управляемого ключа, выход которого через второй указатель экстремума соединен с входом первого счетчика, выход которого соединен с первой выходной шиной устройства и входом аттенюатора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика времени, вход которого соединен с входом запуска первого счетчика времени и выходом третьего указателя экстремума, вход которого через четвертый инвертор соединен с выходом четвертого управляемого ключа, выход второго управляемого ключа соединен через второй

1522147 интегратор с первым входом третьего сумматора, второй вход которого через третий инвертор соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход четвертого сумматора соединен с второй выходной шиной устройства, второй выход генератора управляющих импульсов соединен с входами сброса первого, второго интеграторов, первого, второго, третьего указателей экстремума, первого, второго счетчиков времени, выход первого элемента задержки через первый инвертор соединен с вторым входом первого сумматора, выход первого указателя экстремума соединен с входом формирователя управляющих им1О пульсов.

1522147

1522147

Редактор А.Огар

Заказ 6959/43 Тираж 363 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель В.Котов

Техред A.Кравчук Корректор N.Ìàêñèìèøèíåö