Устройство для измерения амплитуды импульсов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gI)g G 01 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4498381/21 (22) 25, 10.88 (46) 30.03,91, Бюл. Р 12 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Ю.N. Коршунов, Ю,A. Филатов и Ю.С. Бехтин (53) 621.317.326(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 11839 10, кл. G 01 R 19/04, 1983.

Куликов Е.И., Трифонов A.Н. Оценка параметров сигналов на фоне помех.

М.: Советское радио, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, акустических, гидроакустических и фотоэлектрических сигналов. Цель изобретения — повышеИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, акустических, гидроакустических и фотоэлектрических сигналов.

Бель изобретения — повышение точности измерения амплитуды импульсов за счет селекции полезного сигнала на фоне помех.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы; на фиг. 3 — схема блока ана„„SU„„1638648 А 1 ние точности измерения амплитуды импульсов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки амплитуды импульсов введены блок

3 задержки, два регистра 6 и 7, блок

8 памяти коэффициентов, который хранит коэффициенты весовых функций, учитывающих смещение импульсов относительно моментов квантования, и цифровой нерекурсивный фильтр 5, в котором происходит вычисление оценки смещения, а также коррекция оценки амплитуды при обнаружении импульса блоком 4 анализа. Использование оценки положения импульса относительно моментов квантования позволяет изме- с нить весовую функцию фильтра в соответствии с реальной ситуацией и повысить точность измерения амплитуды импульсов. Устройство содержит также аналого-цифровой нерекурсивный фильтр 2. 4 ил. лиза; на фиг. 4 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (AIIII) 1, цифровой нерекурсивный фильтр 2, блок

3 задержки, блок 4 анализа, второй цифровой нерекурсивный фильтр 5, регистры 6 и 7, блок 8 памяти коэффициентов, выход 9 устройства, блок

10 управления и вход 11 устройства.

Цифровой нерекурсивный фильтр 2 и блок 4 анализа соединены последовательно. АЦП 1 включен между входом устройства и входом цифрового

1638648 нерекурсивного фильтра 2. Последовательно соединенные блок 3 задержки, цифровой нерекурсивный фильтр

5 и регистр 7 включены между .выходом А1(П и выходом устройства. Последовательно соединенные регистр 6 и блок 8 памяти коэффициентов включены между выходом и вторым входом цифрового нерекурсивного фильтра 5.

Первый выход блока 4 анализа соединен с вторыми входами регистров 7 и 6, а второй выход - с третьим входом регистра 6.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Импульсный сигнал на интервале

t наблюдения в N периодов квантования описывается в общем случае нелинейной функцией двух случайных параметров - амплитуды U и положения относительно дискретных отсчетов

20

S U ((f) i= 1, N. (1)

Р Ф Э

В результате статистической линеаризации приводим выражение (1) к виду:

55 ключается в том, что в момент и, окончания информационного импульса выходная величина д и, (3) имеет максимальное значение, соответствующее

S;= a U+b;g, i= 1, N (2) где а Ь вЂ” коэффициенты статисти30

Э ческой линеаризации.

Такое представление импульсного сигнала позволяет испольэовать для оценки параметров U и ц) нерекурсивные цифровые фильтры, реализующие 35 операцию линейной свертки:

А

Uz= 0 ko Е„;; (3)

4уя= (ее). 2о;, (4) где Z S„+ — дискретные отсчеты входного сигнала, представляющего аддитивную смесь импульсного сигнала Sn è шума „;

К,., k<. - коэффициенты весовых функций фильтров, вычисленные, 50 например, по методу наименьних квадратов.

Особенность данных Фильтров зал оценке U амплитуды импульса, U =

= 8», = шах 0п, а текущее значение величины ()п(4) соответствует оценке положения импульса, причем вблизи момента,п величина Й мало иэменяет п ся, т,е, ф = „,-yn, (Фиг. 2). Подставляя оценку ф в (1), получаем модель, соответствующую реальной ситуации: л

S;= U ((f), i = 1, N. (На основании этой модели вычис ( ляется весовая функция фильтра Кц() л л

= (> (ф,..., Q (tP) и уточняетл ся оценка амплитуды П импульса: й-!

i -1 (q) Z n;-о

Так как АЦП устройства имеет конечную разрядность, коэффициенты л.

k>(Cp) для всех возможных значений л (1)можно рассчитать заранее и хра-! .нить в блоке памяти коэффициентов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии полезного сигнала Z „ = фильтр 2 с весовой функцией k(, формирует оценки 6 п в соответствии с (3). На инверсном о и прямом О выходах блока 4 анализа установлены уровни n0" и "1" соответственно. Эта комбинация устанавливает в регистре

6 код адреса, в соответствии с которым из блока 8 памяти коэффициентов на вторые входы соответствующих блоков умножения фильтра 5 считываются коэффициенты kate, i = 0, N 1 весочФ! вой Функции k . На выходе блока 3 задержки присутствует входной сигнал

Z>, задержанный на два такта, вследствие чего фильтр 5 вычисляет л оценку („ согласно (4). В регистре 7 находится оценка амплитуды предьдущего импульса U„,.

При наличии во входном сигнале информационного импульса, т.е. Z„ =

Sn + „, фильтры 2 и 5 продолжают. вычислять оценки U иф„ . Величина

0 поступает на вход блока 4 аналиИ за, который осуществляет операции обнаружения импульсов и обнаружение максимума текущей оценки. Операция обнаружения импульса заключается в л сравнении величины U с некоторым порогом m, т.е. в проверке неравенства: (6) Если неравенство (6) не выполняется, состояние выходов о и о блока

4 не меняется и работа нсего устройства соответствует исходному положению.

При выполнении неравенства (6) фиксируется факт наличия полезного сигнала, т.е. обнаружение импульса.

Устройство начинает поиск максимальл л ной оценки U = maxU> среди тех оцеи, нок, которые поступают на вход блока анализа при выполнении условия (6), Блок 4 анализа тактируется сигналом У2 и работает таким образом, что, если максимум текущей оценки

Ф амплитуды U приходится на п-ю выборку Yl, на выходах о и о появляется импульс обнаружения максимума длительностью один такт в момент (п+1)-й выборки — 72. В момент (n+2) и выборки — Y2 состояние выходов О и соответствует исходному положению. При действии (n+1)-й выборки - Yl фильтр 5 формирует оценку величины Ц1, задержанную на

Я два такта, т.е. Ц „,. Полученная л оценка („, записывается в регистр

6 передним фронтом импульса обнаружения максимума с выхода о блока 4 в момент (п+1)-й выборки — Y2.

На выходе 3 регистра 6 устанавливается таким образом код адреса, в соответствии с которым из блока 8 памяти коэффициентов считываются кол эффициенты весовой функции k> ((() < -" k„(q„) и подаются на соответствующие блоки умножения фильтра 5. Блок памяти коэффициентов собран, например, на программируемых постоянных запоминающих устройствах (ППЗУ) и работает в режиме считывания. При (n+2)-й выборке — Yl фильтр 5 имеет перестроенную весовую функцию согласно (5) и содержит набор дискретных отсчетов входного сигнала

Z,...,Z, i = О, N 1; который соответствует положению информационного импульса. Результат линейной свертки (5) в фильтре 5 — скорректированная оценка амплитуды 1 — передним фронтом импульса пб выходу блока 4 анализа н момент (п+2)-й выборки — У2 записывается н регистр

7 и подается на выход 9 устройства.

Этим же фронтом происходит установка в регистре 6 (по установочному вхо638648 ду) кода адреса для считывания коэффициентов весовой функции 1, из блока 8.

Таким образом, к моменту (и+3)-й выборки - 71 устройство находится в исходном состоянии. Устройство работает совместно с блоком управления, вырабатывающим управляющие сигналы

У1 и У2.

Работа блока 4 анализа закл|. ается в обнаружении импульса и обнаружении максимальной оценки амплитуды при наличии полезного сигнала.

Операция обнаружения импульса сводится к проверке неравенства (6) на каждом такте. Операция поиска максимума текущей оценки амплитуды при выполнении условия (6) заключается в

2О сравнении кодов двух последовательных отсчетов л л

V„„>U„, . (7) При нарушении условия (7) предыдущая оценка Un объявляется максимальной и формируется импульс обнаружения максимума на (п+1)-м такте.

Операции (6) и (7) обычно реализуются на сравнивающих устройствах, которые представляют собой комбинационные схемы сравнения кодов двух чисел (отсчетов). Выходной сигнал 6 таких устройств определяется следующим образом:

35 1 при выполнении (6) или (7), 8-О в противном случае.

Блок 4 анализа (фиг.3) состоит из тактового входа 12, последовательно соединенных первого элемента И 13, регистра 14, первого сравнивающего блока 15, одновибратора 16 и триггера 17, включенных между входом и выходами устройства.. Вход устройства

45 подключен к входу второго сравнивающего блока 18, выход которого соединен с вторым входом регистра и вторым входом первого элемента И 13. Выход элемента И 13 подключен к второму входу первого сравнивающего блока 15, выход которого подключен к входу второго элемента И 19, выходом соединенного с третьим входом регистра 14. Второй вход второго элемента

И 19 и второй вход триггера 17 объединены и являются входом 12 блока 4 анализа.

Иа фиг. 4 обозначены: a — вход блока анализа; о, g — прямой и ин

1638648 версный выходы блока; И вЂ” выход сравнивающего блока 18, К вЂ” выход регистра; A — выход сравнивающего блока 15, М вЂ” выход одновибратора 16.

Блок анализа работает следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии полезного сигнала, 2 „ = (n, на выходах сравнивающего блока 18, реализующего операцию (6), и на выходе элемента И 13 присутствует "0".

В регистре 14 хранится нулевой код, а на выходе сравнивающего блока 15, реализующего операцию (7), присутствует "0". На выходе одновибратора 16 установлена "1". Сигнал У2 не проходит через элемент И 19 на вход управления записью в регистр 14 и устанавливает каждый раз триггер 17 в состояние "1". Это соответствует присутствию на прямом о и инверсном выходах триггера 17 "1" и "0" соот-ветственно.

В случае, если в регистре 14 находится код, отличный от нулевого (например, в начальный момент работы блока), блок 4 возвращается в исходное состояние. Действительно, выход не изменяет своего состояния, так как неравенство (7) не выполняется в .этом случае, а уровнем "0" по выходу И сравнивающего блока 18 происходит сброс (установка в "0") регистра.

При наличии во входном сигнале информационного импульса, т.е. Z>

S + п, при превышании текущей оценкой U величины порога m на выходе.ц сравнивающего блока 18 появляется "1". Дискретные отсчеты оценки амплитуды U> проходят через элемент И 13 и записываются в регистр по переднему фронту импульсов У2, так как выполняется условие (7) и состояние выхода л соответствует "1". Пусть максимальная л и оценка U< = U приходит в момент

1 п-й выборки — У1. Тогда в момент (и+1) -й выборки — Y1 условие (7) на50 рушается. На выходе h сравнивающего блока 15 образуется перепад из

"1" в "0", по которому одновибратор 16 вырабатывает импульс длительностью,равной периоду следования импульсов У1 (или Y2). "0" по выходу

g запрещает прохождение тактовых импульсов У2 через элемент И 19 в регистр 14. Таким образом, в момент (n+1)-ro импульса У2 состояние регистра 14 не меняется и максимальная оценка амплитуды хранится в регистре 14 все остальное время действия строба одновибратора 16, определяемого условием (6).

В момент (n+1)-ro импульса У2 триггер 17 опрокидывается. К моменту (и+2)-ro импульса У2 одновибратор 16 возвращается в исходное состояние, следовательно, в этот момент состояние триггера 17 меняется на противоположное, соответствующее исходному состоянию.

Таким образом, на выходах блока анализа в момент (n+1)-ro импульса

У2 формируется импульс обнаружения максимума длительностью один такт управляющего сигнала У2.

Когда информационный импульс "прошел" через блок 4 анализа, условие (6) не выполняется и состояние выхода сравнивающего блока 18 переходит в "0". Происходит обнуление регистра 14, и блок 4 анализа возвращается в исходное состояние.

Работой АЦП управляет один тактовый сигнал УЗ, который является дизъюнкцией управляюших сигналов У1 и

У2. Преобразование происходит после прохождения заднего фронта тактового импульса, а результат, полученный в процессе преобразования, передается в выходной регистр АЦП одновременно с передним фронтом очередного тактового импульса УЗ. Когда на выходе АЦП получается результат п-й выборки У3, на входе производится (n+2)-я выборка, а результат (и+1)-й выборки хранится в промежуточном буфере АЦП. Таким образом, АЦП работает с задержкой на один такт У1, которая не учитывается при анализе работы цифровой части устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитуды импульсов, содержащее последовательно соединенные первый лерекурсивный фильтр и блок анализа, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды импульсов, оно дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, включенный между входом устройства и входом первого нерекурсивного фильтра, последовательно соединенные блок задержки, второй нере1638648

1О

У!

О

У2

t

m

О б о

Фиг.2 курсивный фильтр и регистр, включенные между выходом аналого-цифрового преобразователя и выходом устройства, последовательно соединенные второй регистр и блок памяти коэффициентов, включенные между выходом и вторым входом второго нерекурсивного фильтра, причем первый выход блока анализа соединен с вторыми входами первого и второго регистров, а втод е (Выход

О рой выход — с третьим входом второго регистра, блок управления, первый выход которого соединен с вторыми

5 входами аналого-цифрового преобразователя, первого нерекурсиного фильтра и блока задержки и третьим входом второго нерекурсивного фильтра, а второй выход — с третьим вхо м аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока анализа.

1638648

©Mc. 5

72 (Ч2) а

Л б

Составитель A. Рафиков

Техред С.Г1игунова Корректор "

Редактор А.Лежнина

Заказ 925 Тираж 419 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