измеритель скорости линейного изменения частоты внутри импульса

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ИМПУЛЬСА , содеpжащий блок фоpмиpования, инфоpмационный вход котоpого соединен с шиной входных сигналов, два счетчика и блок вычитания, отличающийся тем, что с целью повышения точности, в него введены блок упpавления и синхpонизации, две цифpовые линии задеpжки, N + 1 элементов И и блок ждущего мультивибpатоpа, пpичем счетчики выполнены в виде pевеpсивных, выход блока фоpмиpования подключен к суммиpующему входу пеpвого pевеpсивного счетчика и входу пеpвой цифpовой линии задеpжки, выход котоpой соединен с вычитающим входом пеpвого счетчика, суммиpующим входом втоpого pевеpсивного счетчика и входом втоpой цифpовой линии задеpжки, выход котоpой подключен к вычитающему входу втоpого pевеpсивного счетчика и пеpвому входу (N + 1)-го элемента И, выход котоpого чеpез блок ждущего мультивибpатоpа соединен с втоpыми входами элементов И с пеpвого по N-й, выходы пеpвого и втоpого pевеpсивных счетчиков соединены соответственно с пеpвой и втоpой гpуппами входов блока вычитания, выходы котоpого с пеpвого по N-й соединены с пеpвыми входами соответствующих элементов И, выходы котоpых подключены к выходам измеpителя, пеpвый выход блока упpавления и синхpонизации соединен с упpавляющим входом блока фоpмиpования, а втоpой выход - с синхpонизиpующими входами пеpвой и втоpой цифpовых линий задеpжки и втоpым входом (N + 1)-го элемента И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения скорости изменения частоты внутри импульса.

Известно устройство (Лихарев В. А. Цифровые методы и устройства в радиолокации. - М. : Сов. радио, 1973, с 108, рис. 2.12 и с. 100, рис. 2.8), которое содержит квантизатор на два уровня, соединенный входом с шиной входных сигналов, а выходом через формирователь с входом цифровой линии задержки и с суммирующим входом реверсивного счетчика, причем выход цифровой линии задержки подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, а синхронизирующий вход соединен с выходом блока управления и синхронизации, выходы реверсивного счетчика подключены через сравнивающее устройство к выходным шинам.

Данное устройство позволяет оценить текущее значение частоты заполнения сигнала с внутриимпульсной частотой модуляцией (ЛЧМ-сигнала), однако его недостатком является низкая точность измерения.

Известно устройство (авт. св. СССР 1503023, кл. G 01 R 23/00, 23.08.89), cодержащее электронно-счетный частотомер, состоящий из блока делителей частоты, двух счетчиков реверсивного типа, регистра памяти, индикатора, формирователя импульсов перезаписи, формирователя импульсов сброса, коммутатора, двух формирователей импульсов коммутации и двух формирователей импульсов управления.

Однако недостатком данного устройства является низкая точность измерения скорости изменения частоты ЛЧМ-сигнала.

Известно устройство, являющееся прототипом (авт. св. СССР 1449924, кл. G 01 R 23/00, 07.01.89), содержащее входной формирователь, выход которого соединен со счетными входами первого и второго счетных каналов, содержащих каждый последовательно соединенные селектор, счетчик и буферный регистр, причем селектирующие входы обоих каналов подключены к соответствующим выходам формирователя времени счета, содержащего последовательно соединенные опорный генератор, декадный делитель частоты и формирователь стробов, выходы которого являются соответственно первый вторым выходами формирователя времени счета, одновибратор переписи кода, вход которого подключен к второму выходу формирователя времени счета, а выход соединен с управляющим входом буферного регистра второго канала, одновибратор импульса сброса, выход которого соединен с обнуляющим входом счетчика второго канала, блок вычитания, выход которого соединен с индикатором, а также второй одновибратор переписи кода, второй одновибратор импульса сброса, триггер, два коммутатора, причем вход второго одновибратора переписи кода соединен с первым выходом формирователя времени счета, а выход подключен к входу второго одновибратора импульса сброса, к R-входу триггера и к управляющему входу буферного регистра первого счетного канала, выход второго одновибратора импульса сброса подключен к обнуляющему входу счетчика первого счетного канала, выход первого одновибратора переписи кода соединен с входом первого одновибратора импульса сброса и с S-входом триггера, прямой выход триггера соединен с управляющим входом первого коммутатора, первый информационный вход которого соединен с прямым выходом первого буферного регистра, а второй - с инверсным выходом второго буферного регистра, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом второго коммутатора, первый информационный вход которого соединен с прямым выходом второго буферного регистра, второй информационный вход - с инверсным выходом первого буферного регистра, выходы коммутаторов подключены соответственно к первому и второму выходам блока вычитания.

Однако данное устройство имеет низкую точность измерения скорости изменения частоты ЛЧМ-сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения величины скорости линейного изменения частоты внутри импульса.

Цель достигается тем, что в измеритель скорости линейного изменения частоты внутри импульса, содержащий блок формирования, информационный вход которого соединен с шиной входных сигналов, два счетчика и блок вычитания, введены блок управления и синхронизации, две цифровые линии задержки, N+1 элементов И и блок ждущего мультивибратора, при этом счетчики выполнены реверсивными, выход блока формирования подключен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика и входу первой цифровой линии задержки, выход которой соединен с вычитающим входом первого счетчика, суммирующим входом реверсивного счетчика и входом второй цифровой линии задержки, выход которой подключен к вычитающему входу второго реверсивного счетчика и первому входу (N+1)-го элемента И, выход которого через блок ждущего мультивибратора соединен с вторыми входами элементов И с первого по N-й, выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно с первой и второй группами входов блока вычитания, выходы которого с первого по N-й соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выходы которых подключены к выходам измерителя, первый выход блока управления и синхронизации соединен с управляющим входом блока формирования, а второй выход - с синхронизирующими входами первой и второй цифровых линий задержки и вторым входом (N+1)-го элемента И.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и аналогами позволяет сделать вывод, что оно соответствует критерию новизны и обладает существенными отличиями. Положительный эффект достигается за счет введения указанных дополнительных узлов, что позволяет повысить точность измерения величины скорости линейного изменения частоты внутри импульса.

На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя скорости линейного изменения частоты внутри импульса; на фиг. 2 изображены временные диаграммы его работы.

Измеритель скорости линейного изменения частоты внутри импульса, содержит блок 1 квантования и формирования, соединенный информационным входом с шиной входных сигналов, управляющим входом с соответствующим выходом блока 2 управления и синхронизации, а выходом с входом цифровой линии 3 задержки и суммирующим входом реверсивного счетчика 4. Выход цифровой линии 3 задержки соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 4, с входом цифровой линии 5 задержки и суммирующим входом реверсивного счетчика 6, синхронизирующий вход цифровой линии 3 задержки соединен с соответствующим выходом блока 2 управления и синхронизации, а выход цифровой линии 5 задержки соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 6 и с первым входом схемы И 7. Выходы реверсивных счетчиков 4 и 6 соединены с соответствующими входами блока 8 вычитания, каждый из N выходов которого подключен к первым входам каждой из N схем И 9. Выходы последних являются N выходами измерителя, а их вторые входы объединены и подключены через блок 10 ждущего мультивибратора к выходу схемы И 7, второй вход которой соединен с синхронизирующим входом второй цифро- вой линии 5 задержки и с соответствующим выходом блока 2 управления и синхронизации.

Работает измеритель следующим образом.

Положим, что все цифровые узлы установлены в нулевое состояние, а во всех цифровых линиях задержки записаны нули.

Пусть в момент времени t_o на вход измерителя (фиг. 2а) поступает ЛЧМ-сигнал с неизвестной центральной частотой f_х, расположенный в диапазоне f_мин-f_макс, и неизвестной скоростью ее изменения М_х за время длительности сигнала Т_и, который может быть записан в виде

U(t)=

Этот сигнал по входной шине поступает на вход блока 1 квантования и формирования, на выходе которого появляются сигналы в виде последовательности нулей и единиц. Положим, что единицам соответствуют положительные значения действительной части экспоненты, а нулям - отрицательные. При этом в блоке 1 происходит формирование сигналов, моменты появления которых во времени на выходе блока 1 синхронизированы с моментами времени синхроимпульсов, поступающими из блока 2 на управляющие входы цифровой линии 3 задержки с частотой, выбираемой из условия выполнения теоремы Котельникова, т. е. с частотой не менее 2f_макс. При этом согласовывается асинхронный режим поступления входных импульсов с синхронным режимом работы цифровых узлов так, чтобы на каждые полпериода несущей частоты входного ЛЧМ-сигнала вырабатывался один импульс, который записывается одновременно по сигналу синхроимпульса из блока 2 в линию 3 задержки и реверсивный счетчик 4, как показано на фиг. 2б. Максимальное время задержки в линиях 3 и 5 t< 0,5T_и. Поступающие на вход линий 3 задержки сигналы продвигаются вдоль нее под действием синхросигналов, поступающих с выхода блока 2.

Одновременно эти сигналы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 4, который начинает подсчитывать количество периодов входного колебания. В каждый текущий момент времени t, где t_o t t_o+ t, в счетчике 4 находится код, пропорциональный целому числу периодов высокачастотного заполнения. В момент времени t= t_o+ t на выходе линии 3 находится сигнал, задержанный на время t (фиг. 2в), который поступает на вторую линию 5 задержки, на вычитающий вход счетчика 4 и суммирующий вход счетчика 6. У линии 5 время задержки также равно t. На ее суммирующий вход поступают с той же тактовой частотой синхронизирующие импульсы с выхода блока 2, которые сдвигают сигнальные импульсы вдоль этой линии задержки. В моменты времени t_o+ t< t<t+ + 2 t на выходах счетчика 6 находится код, пропорциональный числу периодов высокочастотного заполнения.

Одновременно в счетчике 4 находится код, равный разности частот сигналов на его входах, т. е. код, пропорциональный величине

{ 2f_x(t₀+t+t)+0.5M_x(t₀+t+t)²} - { 2f_x(t₀+t)+0.5M_x(t₀+t)²} =

= 2f_xt+M_xt₀t+0.5M_xt²+M_xt₀t. величина которого нарастает с ростом времени t. Очевидно, что максимальное значение кода, которое может быть записано в счетчике 4, зависит от значений величины f_макс и Т_и и определяет требования к его разрядности.

В момент времени t= t_o+ 2t (фиг. 2г) сигнальный импульс достигнет конца линии 5 задержки и поступает на вычитающий вход счетчика 6 и на вход схемы И 7. В этот момент времени на выходах счетчика 6 появляется код, пропорциональный разности частот сигналов на его входах, т. е. код, пропорциональный величине

{ 2f_x(t₀+t)+0.5M_x(t₀+t)²} - { 2f_xt₀+0.5M_x(t²₀} =

= 2f_x+M_xt₀t+0.5M_xt².

Одновременно в счетчике 4 находится код, равный разности частот сигналов на его входах, т. е. код, пропорциональный величине

{ 2f_x(t₀+2t)+0.5M_x(t₀+2t)²} - { 2f_x(t₀+t)+0.5M_x(t₀+t)²} =

= 2f_xt+M_x(t₀+t)t+0.5M_xt²= 2f_xt+M_xt₀t+1.5M_xt².

Полученные значения с выходов счетчиков 4 и 6 в виде параллельных цифровых кодов поступают на входы блока 8 вычитания. На выходах этого блока образуется код, величина которого пропорциональна разности кодов чисел, поступивших с выходов счетчиков 4 и 6, и которая равна

{ 2f_xt+M_xt₀t+1.5M_xt²} - { 2f_xt+M_xt₀t+0.5M_xt²} = M_xt².

Одновременно в момент времени t= t_o+ 2 t сигнальный импульс совпадает с импульсом с выхода блока 2 на входах схемы И 7, и на ее выходе появляется сигнал (фиг. 2д), который поступает на вход блока 10 ждущего мультивибратора, на выходе которого через время Т, равное времени вычисления в блоке 8 вычитания кода разности, появляется разрешающий сигнал (фиг. 2е). Этот сигнал поступает на соединенные вместе входы схем И 9, на вторых входах которых находится результат вычисления кода разности с выходов блока 8 вычитания, который появляется на выходах измерителя (фиг. 2ж).

Длительность сигнала с выхода блока 10 ждущего мультивибратора, который определяет продолжительность наличия кода на выходе измерителя, может быть выбрана меньше или равной величине Т_и-2 t- T. По окончании сигнала на выходе блока 10 ждущего мультивибратора этот блок готов к работе через интервал времени 4 t.

Поскольку величина времени задержки t в линиях 3 и 5 является заранее заданной величиной и постоянной ( t= const), то можно записать, что неизвестная величина М_х определена с масштабным коэффициентом С= t². В случае t= 1 код на выходе схем И 9 прямо пропорционален неизвестной величине М_х. Поскольку в приведенных выражениях используется алгебраическая сумма в показателе комплексной экспоненты, то в том случае, когда величина М_х имеет противоположный знак, работа измерителя аналогична описанной ранее, за исключением того, что имеется на выходе схемы И 9, определяющей знак. При изменении наклона ЛЧМ-сигнала в процессе измерения (V-образный ЛЧМ-сигнал) изменятся знак на выходе этой схемы И 9.

В момент времени t = t_o+ T_и, т. е. когда заканчивается ЛЧМ-сигнал, на суммирующий вход счетчика 4 перестают поступать сигналы и значение кода в нем начинает уменьшаться. Одновременно с выхода блока 10 ждущего мультивибратора перестает поступать разрешающий сигнал на схемы И 9. Этот сигнал может закончиться раньше, чем закончится анализируемый сигнал. Блок 10 ждущего мультивибратора может управляться от блока 2 управления и синхронизации.

В момент времени t= t_o+T_и+ t счетчик 4 возвращается в исходное состояние, а в счетчике 6 начинает уменьшаться значение кода. В момент времени t= t_o+T_и+ 2 t счетчик 6 возвращается в исходное состояние, в линиях 3 и 5 задержки записываются нули, схема И 7 перестает пропускать импульсы от блока 2 управления и синхронизации и измеритель готов принять на обработку следующий ЛЧМ-сигнал.

Технико-экономическая эффективность может быть оценена путем сравнения с прототипом. Поскольку в прототипе отсутствуют узлы, позволяющие измерять скорость изменения частоты ЛЧМ-сигнала, моменты прихода которого не определены, то в тех случаях, когда анализируемый сигнал не попадает во временные ворота, вырабатываемые формирователем времени счета, возникает ошибка в определении величины М_х. В предлагаемом измерителе, который предназначен для анализа М_х одиночных или редко повторяющихся сигналов, данного эффекта нет. Следовательно, он позволяет проводить измерения с более высокой точностью в широком диапазоне частот и определять по виду изменения параметра вид частотной модуляции, что свидетельствует о высокой технико-экономической эффективности предлагаемого измерителя. (56) Авторское свидетельство СССР N 1503023, кл. G 01 R 23/00, 1989.

Авторское свидетельство СССР 1449924, кл. G 01 R 23/00, 1989.