Устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем

Устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Н. и А.К. Трахов (71) Заявятель

»

» (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СРЕДНЕЙ

ЧАСТОТЫ ШУМОВЫХ ВЫБРОСОВ НАД ПОРОГОВЫМ

УРОВНЕМ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов с защитой от помех.

Известно устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем, содержащее пороговый элемент, дискриминатор частоты следования импульсов и интегратор, выполненные в виде генератора опорных импульсов и реверсивного счетчика, и преобразователь код-напряжение, обеспечивающий стабилизацию средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем путем стабилизации относительной величины

nopora амплитудного бинарного квантования (13 .

Иэ-за низкой чувствительности цепи регулирования порога и большой постоянной времени, определяемой необходимостью усреднения бинарной последовательности, устройство имеет низкие точность и быстродействие.

При использовании высоких порогов частота появления шумовых выбросов крайне низка, что значительно затрудняет своевременную перестройку порога при изменении мощности

S шума и приводит к существенным флуктуациям плрога, что не позволяет точно поддерживать заданную частоту выбросов.

1О

Известен обнаружитель со следящим порогом, содержащий два компаратора, дискриминатор частоты следования импульсов и интегратор, выполненные в виде последовательно соединенных мультивибратора, устройства

1S сложения с отрицательным напряжением и аналогового интегратора, и резис тивный делитель, причем адин из компараторов является основным, а второй

20 совместно с остальными блоками образуют цепь регулирования порогового уровня f.23 . Обнаружитель обеспечива.ет стабилизацию вероятности шумовых выбросов, что эквивалентно их

902269 средней частоте над пороговым уровнем и одинаково работает при любых пороговых уровнях основного компаратора, что является его преимуществом перед первым известным устройством.

Обнаружитель, как и первое известное устройство, имеет низкую точность стабилизации и недостаточное быстродействие поскольку, несмотря на отличия в схемном решении его элементов в цепи регулирования порога, работа его цепи принципиально не отличается от работы цепи регулирования первого известного устройства. Кроме того, наличие аналоговых элементов (мультивибратора, устрой.ства сложения и аналогового интегратора) приводит к нестабильности и дрейфам регулируемого порога.

Известно устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над llopocoBblM уровнем, содержащее два бинарных амплитудновременных квантователя, дискриминатор частоты следования импульсов, состоящий из регистра сдвига, вход которого, являющийся входом дискриминатора частоты следования импульсов, объединен с первым входом реверсивного счетчика, а выход подключен к второму входу реверсив" ного счетчика, выход которого соединен с входом дискриминатора, выход которого является выходом дискриминатора частоты следования импульсов, сумматор, преобразователь кода в напряжение и делитель напряжения, причем входы амплитудно-временных квантователей объединены, выход пер вого из которых через последовательно соединенные дискриминатор частоты- следования импульсов, преобразователь кода в напряжение и сумматор соединены с вторыми входами амплитудно-временных квантователей, причем с входом второго непосредственно, а с входом первого через делитель напряжения (3 .

Однако использование в цепи обратной связи бинарных сигналов не обеспечивает высокой чувствительности и цепи автоподстройки и приводит к большим относительным флуктуациям порогового уровня, что снижает точность стабилизации средней частоты и вероятности шумовых выбро;

Icos, а также требует значительного

55 этом другой вход вычитающего устройства подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, а выход— к другому входу сумматора, а блок опорного числа содержит последователь но включенные регистр сдвига, накапливающий сумматор и регистр числа, при этом выход накапливающего сумматора соединен с его вторым входом через буферный регистр.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока опорного числа.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 {АЦП}, деливремени усреднения при перестройке порога, что в свою очередь приводит к снижению быстродействия устройства. Кроме того, отсутствие связи выхода устройства с цепью регулирования приводит к неточной стабилизации средней частоты шумовых выбросов при изменении статистических свойств входного сигнала.

16 .

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем.

Для этого в устройстве для ста15 билизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем, содержащем аналого-цифровой преобра.зователь и амплитудно-временной квантователь, первые входы которых объединены и являются .информационным входом устройства, выход амплитудно-временного квантователя соединен с входом дискриминатора частоты следования импульсов, а также сум25 матор и преобразователь кода в напряжение, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя непосредственно, а к второму входу амплитудно-временного квантователя через делитель напряжения, между выходом сумматора и входом преобразователя кода в напряжение, включен цифровой накопитель, а между выходом дискриминатора

55 частоты следования импульсов и первым входом сумматора включены последовательно сглаживающий фильтр, блок опорного числа, вычитающее устройство и запоминающее устройство, при

902269

О, х(Q < Un()

1 X(q) uÄ(t4,) 5 тель 2 напряжения, амплитудно-временной квантователь 3 (АВК), вычитающее устройство 4, преобразователь 5 кода в напряжение (ПКН), цифровой накопитель 6, дискриминатор 7 частоты следования импульсов, блок 8 опорного числа, запоминающее устройство

9 (ЗУ), сумматор 10, сглаживающий фильтр 11, вход 12 информационного устройства, вход 13 начальной ус тановки, регистр 14 числа, буферный регистр 15, накапливающий сумматор

16, регистр 17 сдвига.

Первые входы (фиг. 1) АЦП 1 и

АВК 3 объединены и являются информа- >> ционным входом 12 устройства, выход

АЦП 1 соединен с первым входом вычитающего устройства 4, выход которого соединен с первым входом сумматора

10 и с входом 3у 9, выход которого 20 подключен к второму входу сумматора

10, выход которого через цифровой накопитель 6 связан с входом ПКН 5, выход которого соединен непосредст.венно с вторым входом АЦР 1 и через делитель 2 напряжения - с вторым входом ABK 3. Выход АВК 3, являю- . щийся выходом устрсйства, соединен через последовательно соединенные дискриминатор 7 частоты следования зв импульсов, а сглаживающий фильтр 11 с первым входом блока 8 опорного числа, второй вход которого является входом 13 начальной установки, а выход подключен к.второму входу з устройства 4 вычитания.

Первый вход блока 8 опорного числа (фиг. 2) через регистр 17 сдвига соединен с первым входом накапливающего сумматора 16, выход 4о которого подключен к входу регистра

14 числа и к первому входу буфферного регистра 15, второй вход которого является вторым входом блока

8, а выход подключен к второму входу 4 накапливающего сумматора 16. Выход регистра 14 числа является выходом блока 8 опорного числа. Устройство работает следующим образом.

Шумовой сигнал х(й) поступает одновременно на первые входы АЦП 2 и АВК 3. На выходе АВК 3 по результатам сравнения с пороговым сигналом 0и(с) в дискретные моменты вре.мени образуются бинарные сигналы

Сигналы Zi, являются выходными сигналами устройства. На выходе

АЦП 1 в дискретные моменты времени образуется и-разрядный двоичный код, который поступает на первый вход вычитающего устройства 4, на второй вход которого поступает число с выхода блока 8 опорного чис. ла и вычитается из числа, поступив-. шего на первый вход вычитающего устройства 4. Результаты вычитания поступают на первый вход сумматора

10 и на вход 3У 9, где и записываются. На второй вход сумматора 10 с выхода 3У 9 подается число, полученное с выхода вычитающего устройства 4 на число m тактов, определяющее время усреднения.

Таким образом, в сумматоре 10 образуется скользящая сумма, характеризующая разницу между средним значением числа с выхода ЛЦП 1 и опорным числом, поступающим с выхода блока 8 опорного числа. Скользящая сумма с выхода сумматора 1О подается на цифровой накопитель б, являющийся интегратором цифровых сигналов. Код, поступающий с выхода цифрового накопителя 6 на вход ПКН 5, преобразуется последним в пропорциональный аналоговый сигнал, являющийся опорным напряжением для АЦП и поступающий одновременно на делитель 2 напряжения, на выходе которого образуется пороговый сигнал

U (t) для АВК 3.

Выходная последовательность Z " поступает на вход дискриминатора 7 частоты следования импульсов, на выходе которого образуется цифровой сигнал, пропорциональный разнице между текущей и требуемой частотами (а следовательно и вероятностями) шумовых выбросов, который через сглаживающий фильтр ll, исключающий излишние флуктуации сигнала, поступает на первый вход блока 8 опорного числа и изменяет записанное в нем число в соответствии с указанной разницей. Параметры элементов 7 и 11 выбраны так, чтобы обеспечить большую постоянную времени этой цепи для получения точных оценок вероятности шумовых выбросов и не реагировать на быстрые изменения плотности потока сигналов Zq= I на выходе устройства.

При изменении (например увеличении) мощности шума изменяется (увели-.

902269 чивается) частота шумовых выбросов на выходе устройства, измсняются (возрастают) величины кодов на выходе АЦП l, значения скоростей на выходе вычитающего устройства 4

5 увеличиваются, сумма в сумматоре 1О возрастает (становится положительной, увеличивается число в цифровом накопителе 6), что вызывает изменение (увеличение) напряжения íà 10 выходе ПКН 5, а это ведет к противоположному изменению {уменьшению) кодов на выходе АЦП 1, к изменению (увеличению) напряжения порога амплитудного квантования Uw(t) на

15 входе ASK 3 и частота появления единичных сигналов на выходе устройства уменьшается до заданного значения.

Нри изменении закона распределе- > ния входного шумового сигнала отработка изменений интенсивности его цепью элементов 1, 4,. 5, 6, 9 и 10 не восстанавливает требуемую частоту шумовых Bbl6pocoB. Тогда числовой сигнал на выходе дискриминатора 7 частоты следования импульсов отличается от нуля и, пройдя через сглаживающий фильтр ll, изменяет опорное число в блоке 8, которое будет менять о ся до тех пор, пока не восстановится требуемое значение средней частоты или, что эквивалентно вероятности, шумовых вйбросов на выходе устройства. На практике изменения закона распределения либо не происходит, либо носит очень медленный характер. В первом случае цепь из элементов 7 и 11 служит для подстройки устройства при наличии реального распределения сигнала от принятого априорно.

Исходное опорное число заносится при включении устройства в буферный регистр 15 блока 8 опорного

45 числа с входом 13 начальной установки. При этом, поскольку в регистре

17 сдвига в начальный момент времени ничего не записано, начальное опорное число через накапливающий сумматор 16 записывается в регистр

14 числа и переписывается в буфферный регистр 15. В последующие такты работы происходит суммирование в накапливающем сумматоре 16 числа

B буферном регистре 15 с числом в регистре 17 сдвига и результат переписывается в буфферный регистр

15 и в регистр 14 числа.

Величина кода на выходе АЦП 1 в

i-ый момент времени равна

Y = f(xi) 8<, xi = x(t) ° где f(xi) и погрешность преобразования Ц определяются видом функционального преобразования. Для линейного АЦП 1 Y+= К, если KU хфК+1)U где К " целое число; U дискрет преобразования в i-й момент времени, определяемый -разрядностью кода и и величиной Е выходного напряжения ПКН 5

1 ос= 2" Е

Сумма получаемая на выходе сумматора 10, имеет вид

4 а=. Е: (У;- .), ) з$-Щ+ где у. - опорное число, поступающее на второй вход вычитающего устройства 4. Очевидно, что при п>1 относительные флуктуации этих величин меньше, чем для бинарно квантованных сигналов за счет сокращения потерь на квантование, что ведет к повышению точности установки порогового уровня U„(t), а следовательно, и к более точной стабилизации вероятности шумовых выбросов. В то же время, поскольку каждый отсчет на выходе вычитающего устройства 4 дает знак рассогласования и величину его, то цель регулирования, состоящая из элементов 1, 4, 9, l0, 6 и 5, быстрее реагИрует на изменения сигнала и требует меньшего времени на усреднение многоразрядных цифровых сигналов, что ведет к увеличению быстродействия устройства в целом. Известно, что потери на квантование практически отсутствуют уже при n=3-4, а использование быстродействия в

l,5 - 2 раза более высоко, чем при бинарном квантовании, не ухудшает качества стабилизации в установившемся режиме.

Выбор величины исходного опорного числа, записываемого в блок 8 опорного числа с входа 13 начальной установки и коэффициента деления К делителя 2 напряжения, не критичен, поскольку влияет только на переходный режим работы устройства после включения. Однако для сокращения времени этого переходного

902269

Формула изобретения

35

13 режима работы нужно выбирать это опорное число У, исходя из априорных сведений. Если априорные сведения отсутствуют, то выбор У,и К произволен ° 5

Следует отметить, что не требуется синхронизации между квантованием в АВК 3 и АЦП 1. Все блоки устройства могут быть выполнены из стандартных элементов аналоговой iO и цифровой техники, в частности, в качестве регистров 3У, сумматора, ПКН и накапливающего сумматора могут быть использованы соответствующие микросхемы ряда промышленных is серий.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для стабилизации частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем повышаются быстродействие у@ и точность стабилизации за счет повышения чувствительности, быстроты и точности отработки цепи регулирования порога, а также за счет снижения потерь в этой цепи на ам- 25 плитудное квантование.

1. Устройство для стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем, содержащее аналого-цифровой преобразователь и амплитудно-временной квантователь, первые входы которых объединены и являются информационным входом устройства, выход амплитудно-времен-, ного квантователя соединен с входом дискриминатора частоты следования импульсов, а также сумматор и пре образователь кода s напряжение, выход которого подключен к второму входу анало -о-цифрового преобразователя непосредственно, а к второму входу амплитудно-временного квантователя через делитель напряжения, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности стабилизации, между выходом сумматора и входом преобразователя кода в напряжение включен цифровой накопитель, а между выходом дискриминатора частоты следования импульсов и первым входом сумматора включены последовательно сглаживающий фильтр, блок опорного числа, вычитающее устройство и запоминающее устройство, при этом другой вход вычитающего устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а .выход - к другому входу сумматора.

2. Устройство no n.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок опорного числа содержит последователь. но включенные регистр сдвига, накапливающий сумматор и регистр числа, при этом выход накапливающего сумматора соединен с его вторым входом через буферный регистр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР и 320067, кл. Н 04 В 1/10, 1970.

2. Патент США И 3737790, кл. 328-165, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2731356, кл. Н 04 В 1/1О, 1979 (прототип).

902269!

t

t

I !

Составитель T. АФанасьева

Редактор А. Мотыль Техред M.Tenep

Корректор М. Демчик

Подписное

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

Заказ 12428/71 Тираж 684

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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