Одноканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием
Владельцы патента RU 2620881:
Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений. Целью изобретения является качественное расширение номенклатуры измеряемых импульсных параметров за счет измерения по одному каналу промежуточной частоты (ПЧ) с цифровым детектированием огибающей (Видео сигнала), а также увеличение чувствительности и помехозащищенности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации, селекторов по амплитуде, длительности и несущей частоте. Новым является введение цифрового детектора 3, устройства сглаживания и децимации 4, обнаружителя 6, измерителя частоты 7, первичного измерителя параметров 8, коммутатора результатов измерений 9.1, коммутатора результатов селекции 9.2, контроллера передачи данных 10, вторичного измерителя параметров И, селекторов по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса 12.1, 12.2 и 12.3 соответственно, блока запоминающего устройства 13, при этом выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) промежуточной частоты (ПЧ) подключен к цифровому детектору, выход которого подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП ПЧ задерживается в линии задержки 5 и передается в измеритель частоты 7, затем поступает на вход коммутатора результатов измерений 9.1, выход которого подключен к контроллеру передачи данных 10, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров 11, выход которого подключен к селектору по амплитуде импульса 12.1, к селектору по длительности импульса 12.2, к селектору по несущей частоте импульса 12.3, выходы селекторов подключены к коммутатору результатов селекции 9.2, выходные данные хранятся в блоке запоминающего устройства 13. Технический результат заключается в качественном расширении перечня измеряемых импульсных параметров за счет измерения частотных и временных параметров по одному каналу ПЧ с цифровым детектированием огибающей и увеличении чувствительности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации. 2 ил.
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений.
Известно устройство измерения периода повторения импульсов, разработанное В.И. Симоновым, А.А. Чижовым (патент RU №2020496, МПК G01R 29/02), позволяющее измерять период повторения импульсов аппаратурой с высокой точностью.
Известен способ определения обобщенных параметров импульсов, разработанный Л.И. Вулло (авторское свидетельство SU №1709243, МПК G01R 29/02), позволяющее измерять обобщенные амплитуду и длительность импульсов или периодической импульсной последовательности за счет измерения вольт-секундной площади.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство измерения длительности импульса (авторское свидетельство SU №1824597, МПК G01R 29/02), которое позволяет измерять длительность импульсов аппаратурой с малым количеством элементов с высокой степенью интеграции.
Существенными недостатками данных устройств является устаревшая элементная база и громоздкость конструктивной реализации при ограничении измерения только временных параметров импульсов (длительности/периода повторения), что не позволяет обеспечить необходимую полноту и качество описания принятых импульсов.
Целью изобретения является качественное расширение перечня измеряемых импульсных параметров за счет измерения по одному каналу промежуточной частоты (ПЧ) без предварительного детектирования импульсов, а также увеличение чувствительности и помехозащищенности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации, селекторов по амплитуде, длительности и несущей частоте импульсов.
Цель достигается тем, что в известную систему (устройство), содержащую, фильтры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), схемы сравнения, коммутаторы, регистры, счетчики, генератор тактовых импульсов (ГТИ), вычитатели, формирователи, блок регистрации времени, согласно изобретению введены цифровой детектор, устройство сглаживания и децимации, обнаружитель, измеритель частоты, первичный и вторичный измерители параметров, контроллер передачи данных, селекторы по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, блок запоминающего устройства (БЗУ), при этом выход цифрового детектора подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП ПЧ задерживается в линии задержки и передается в измеритель частоты, затем поступает на вход коммутатора результатов измерений, выход которого подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров, выход которого подключен к селекторам по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, выходы селекторов подключены к коммутатору результатов селекции, выходные данные хранятся в БЗУ.
Сопоставительный анализ технического решения с устройством, выбранным в качестве прототипа, показывает, что новизна технического решения заключается в интеграции в заявленное устройство новых схемных элементов: цифрового детектора, устройства сглаживания и децимации, обнаружителя, измерителя частоты, коммутатора, первичного и вторичного измерителя параметров, контроллера передачи данных, селекторов по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, БЗУ.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введенные функциональные узлы известны. Однако введение их в одноканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием с указанными связями придает этому устройству новые свойства. Введенные функциональные узлы взаимодействуют таким образом, что позволяют качественно расширить перечень измеряемых импульсных параметров за счет измерения по одному каналу ПЧ и цифрового детектирования огибающей (видеосигнала), а также увеличить чувствительность и помехозащищенность системы за счет применения устройства сглаживания и децимации, селекторов по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса.
Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках, а также в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений для обнаружения, измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с целью последующей селекции и классификации сигналов из потока импульсных параметров по одному каналу ПЧ.
Таким образом, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".
На фиг. 1 представлена структурная блок-схема одноканального устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием, которое содержит:
1 - АЦП ПЧ;
2 - ГТИ;
3 - цифровой детектор;
4 - устройство сглаживания и децимации;
5 - линия задержки;
6 - обнаружитель;
7 - измеритель частоты;
8 - первичный измеритель параметров;
9.1 - коммутатор результатов измерения;
9.2 - коммутатор результатов селекции;
10 - контроллер передачи данных;
11 - вторичный измеритель параметров;
12.1 - селектор по амплитуде импульса;
12.2 - селектор по длительности импульса;
12.3 - селектор по несущей частоте импульса;
13 - БЗУ.
На фиг. 2 - таблица сравнения аналогов по измеряемым параметрам.
В одноканальном устройстве измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием (фиг. 1) выход АЦП ПЧ подключен к цифровому детектору, выход которого подключен к устройству сглаживания и децимации, выход которого подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП ПЧ задерживается в линиях задержки и передается в измеритель частоты, затем поступает на вход коммутатора результатов измерений, выход которого подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера подключен к вторичному измерителю параметров, выход которого подключен к селекторам по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, выходы селекторов подключены к коммутатору результатов селекции, выходные данные хранятся в БЗУ.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В ходе мониторинга в радиотехнике существует необходимость классификации, распознавания и идентификации, принимаемых импульсных сигналов в автоматическом/автоматизированном режиме работы аппаратуры. Для этого необходимо качественно и количественно описать принятые импульсы с помощью специальных устройств в виде потока параметров импульсов, удобном для дальнейшей обработки в специальном устройстве или электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Следовательно, требуется специальное устройство измерения параметров импульсных сигналов.
Для решения указанных задач в предлагаемом устройстве сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы преобразуют и подают на входы устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов на ПЧ.
Далее в АЦП ПЧ выполняется процедуры квантования и дискретизации радиосигнала с возможностью выбора частоты дискретизации. По результатам квантования цифровой детектор формирует видеосигнал (огибающая радиоимпульса без несущей частоты): с помощью амплитудной демодуляции входного сигнала, результаты его АЦП - {Asj} преобразуются в массив {|Asj|}, который потом сглаживается цифровым фильтром нижних частот, реализованным в виде динамической оконной функции, использующей принципы некогерентного накопления.
После этого амплитудно-временные отсчеты поступают в блок сглаживания и децимации, где исключаются выбросы и грубые ошибки измерения по амплитуде и времени прихода импульсов, а также выполняется процедура сглаживания, построенная на основе автокорреляционной функции с изменяемым размером окна по формуле для каждого импульса:
,
где Ai - i-я амплитуда импульса,
Ai+k - i+k-я амплитуда импульса,
i=1…N (TST-количество отсчетов АЦП импульса по каналу Видео)
k - программно изменяемая величина окна автокорреляционной функции (от 16 до 256 точек).
Далее данные поступают в обнаружитель, который выполняет процедуру обнаружения импульсов и передает результаты обнаружения первичному измерителю параметров. Обнаружитель построен на основе критерия превышения видеосигналом порога, устанавливаемого программно с помощью специальной команды.
Первичный измеритель параметров управляет работой обнаружителя, осуществляет предварительный расчет временных параметров сигналов и управляет процессом записи информативных данных в БЗУ путем формирования признака обнаружения.
Параллельно с работой блоков 3, 4, 6, 8 выполняется измерение несущей частоты/ширины спектра излучения в блоке измерения частоты 7 с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье по 1024 точкам. При этом параметры радиосигнала задерживаются на время, достаточное для обнаружения импульса по данным от цифрового детектора и первичного измерения параметров, с помощью линии задержки 5.
Обнаруженный сигнал после прореживания данных (по критерию минимально допустимой длительности импульса) подается в первичный измеритель, который производит определение амплитуды, длительности и времени прихода импульсов.
Коммутатор результатов измерений 9.1 обеспечивает запись данных обнаруженного сигнала в БЗУ только при наличии признака обнаружения, а при калибровке измерителя переключает потоки данных амплитудно-временных и частотных параметров импульсов.
После коммутатора поток данных поступает в контроллер передачи данных буферной памяти 10 и через него в БЗУ. Контроллер выполняет коммутацию банков на запись и чтение.
Вторичный измеритель параметров 11 производит считывание параметров импульсов из БЗУ 13. Данные последовательно передаются между модулями измерения амплитуды, длительности, корректором времени прихода. Выходные данные передаются в селекторы по амплитуде 12.1, длительности 12.2 и несущей частоте импульса 12.3, которые осуществляют процедуру селекции по уточненным параметрам сигналов. Селекторы работают по принципу полосовых фильтров по величине параметра импульса (длительности, амплитуде и несущей частоты) в соответствии с критерием:
Pmin<Pi<Pmax,
где Pmin, Pmax - минимальное и максимальное значение параметра импульса,
Pi - i-e значение параметра импульса.
Измеренные параметры с помощью коммутатора результатов селекции 9.2 записываются в БЗУ 13 вместе с оцифрованными сигналами с предысторией и постисторией. Длина предыстории и постистории выбирается программно и составляет максимально порядка 250 не каждая. По команде данные из БЗУ переписываются в ЭВМ для дальнейшей обработки.
Устройство формирует слово состояния, в котором содержится информация о состоянии системы (запущена или остановлена), признаках остановки, количестве принятых импульсов, объеме БЗУ.
Таким образом, достигнут положительный эффект, заключающийся в качественном расширении перечня измеряемых импульсных параметров за счет измерения по одному каналу частотных и временных параметров с цифровым детектированием и увеличении чувствительности системы за счет применения устройства сглаживания и децимации. Применение предложенного устройства в современных и перспективных комплексах радиотехнического контроля позволяет в одних и тех же условиях расширить перечень измеряемых импульсных параметров за счет измерения по одному каналу частотных и временных параметров: к длительности, измеряемой прототипом, добавлены амплитуда, время прихода, период повторения, несущая частота, ширина спектра импульса.
Для реализации заявляемого устройства использованы известные элементы и схемы, выпускаемые зарубежной промышленностью. Блоки 3-12 реализованы на перепрограммируемой логической интегральной схеме XILINX KINTEX7. Блоки 1, 2, 13 являются отдельными микросхемами.
Одноканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) по каналу промежуточной частоты (ПЧ) - АЦП ПЧ, генератор тактовых импульсов (ГТИ), линию задержки, коммутаторы результатов измерений и результатов селекции, отличающееся тем, что в него введены цифровой детектор, устройство сглаживания и децимации, обнаружитель, измеритель частоты, первичный и вторичный измерители параметров, контроллер передачи данных, селекторы по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, блок запоминающего устройства (БЗУ), при этом выход ГТИ подключен к АЦП ПЧ, выход АЦП ПЧ подключен к цифровому детектору, выход цифрового детектора подключен к устройству сглаживания и децимации, выход устройства сглаживания и децимации подключен к обнаружителю, выход обнаружителя подключен к первичному измерителю параметров, при этом сигнал с выхода АЦП ПЧ параллельно задерживается в линии задержки и передается в измеритель частоты и синхронно с сигналом от первичного измерителя поступает на вход коммутатора результатов измерения, выход которого подключен к контроллеру передачи данных, выход контроллера передачи данных подключен к вторичному измерителю параметров, выход которого подключен к селекторам по амплитуде, длительности и несущей частоте импульса, выходы селекторов подключены к коммутатору результатов селекции, выход коммутатора результатов селекции подключен к БЗУ.
