Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для обнаружения импульсных сигналов на фоне помех, например в полуактивных головках самонаведения управляемого вооружения.

Известен способ селекции импульсов, реализованный в [1], заключающийся в том, что задается допустимое отклонение периода повторения импульсов, задается число последовательных попаданий в заданный интервал, определяемый по допустимому отклонению периода повторения от заданного. При этом первый пришедший импульс предполагается принадлежащим к искомой последовательности импульсов. Далее формируются интервалы попадания импульсов таким образом, что середина интервала отстоит от первого пришедшего импульса на время, равное заданному периоду повторения импульсов, а длительность интервала равна удвоенному допустимому отклонению периода повторения импульсов. Если в каждом из сформированных таким образом временных интервалов зафиксировано наличие входных импульсов, то последний из заданного количества импульсов считается принадлежащим к искомой последовательности и, начиная с него, осуществляется слежение, в противном случае процесс поиска начинается снова. Селектор, реализующий описанный способ [1], содержит последовательно соединенные блок выделения первого импульса, первый элемент "НЕ", первый элемент "ИЛИ", элемент задержки, первый формирователь строба, второй элемент "ИЛИ", первый и второй элементы "И", последовательно соединенные схему перезапуска, счетчик непопаданий, счетчик попаданий, второй элемент "НЕ", второй формирователь строба и третий элемент "ИЛИ", а также устройство регулируемой задержки. Выход блока выделения первого импульса соединен со вторыми входами формирователя стробов и блока перезапуска, выход первого элемента "НЕ" соединен со вторым входом второго элемента "ИЛИ", выход первого формирователя стробов соединен с третьим входом схемы перезапуска, выход второго элемента "ИЛИ" соединен со вторыми входами счетчика попаданий и устройства регулируемой задержки, выход первого элемента "И" соединен с третьими входами счетчика попаданий и схемы регулируемой задержки, первыми входами схемы перезапуска и блока выделения первого импульса и вторыми входами счетчика непопаданий и первого элемента "ИЛИ". Выход схемы перезапуска соединен с первыми входами счетчика непопаданий и блока выделения первого импульса. Выход счетчика попаданий соединен с четвертым входом схемы перезапуска, первым входом устройства регулируемой задержки и вторым входом второго элемента "И". Выход устройства регулируемой задержки соединен со вторым входом второго формирователя стробов, а выход третьего элемента "ИЛИ" - со вторым входом второго элемента "И".

Недостатком рассмотренного способа и устройства, его реализующего, является то, что первый принятый импульс может не принадлежать к искомой последовательности. При этом ни один из полезных импульсов не попадает в заданный интервал и процесс поиска повторяется. Вероятность появления первым импульса из искомой последовательности резко уменьшается при наличии во входном сигнале, кроме помех, последовательностей импульсов, периоды повторения которых близки к заданному. Так, при наличии в спектре входного сигнала N последовательностей вероятность прихода первым импульса из искомой последовательности Р=1/N невелика, что может привести к недопустимо большой длительности процесса поиска последовательности импульсов с заданным периодом повторения.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени поиска последовательности импульсов с заданным периодом повторения в условиях воздействия помех.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе селекции импульсов, следующих с заданным периодом повторения, заключающемся в том, что задают предельно-допустимое отклонение периода повторения входных импульсов относительно заданного, задают число попаданий в заданный интервал, определяемый с учетом предельно-допустимых отклонений от заданного периода повторения, и фиксируют наличие импульса в заданном интервале, дополнительно осуществляют накопление сумм времен появления очередного импульса относительно каждого из предыдущих, для каждой суммы ставят в соответствие, равное нулю, число попаданий в заданный интервал, каждую из этих сумм сравнивают с заданным периодом повторения, если превышение одной из сумм меньше или равно предельно допустимой величины отклонения периода повторения от заданного, из нее вычитают заданный период повторения импульсов и число попаданий в заданный временной интервал увеличивают на единицу, а если больше, эту сумму устанавливают равной времени появления очередного импульса относительно предыдущего и число попаданий для этой суммы устанавливают равной нулю, в случае равенства числа попаданий в заданный интервал для одной из этих сумм заданному, последний из пришедших импульсов считают принадлежащим к искомой последовательности. Описанный способ реализуется в предлагаемом селекторе импульсов, включающем в себя логическую схему совпадения, вход которой является входом устройства, а ее выход - выходом устройства. Новым в устройстве является то, что в него введен однокристальный микроконтроллер, вход которого соединен с выходом схемы совпадения, а выход соединен со вторым ее входом. Наличие в составе однокристального микроконтроллера оперативного запоминающего устройства позволяет с помощью программных средств этого микроконтроллера организовать счетчики для накопления сумм времен появления очередного импульса относительно каждого из предыдущих и счетчики числа попаданий в заданный интервал для каждой накапливаемой суммы. Это в свою очередь позволяет осуществлять поиск последовательности импульсов с заданным периодом повторения в предположении, что каждый из пришедших импульсов может являться первым импульсом этой последовательности, что резко сокращает время поиска. Структурная схема селектора импульсов, используемого, например, в полуактивной головке самонаведения, приведена на чертеже, где 1 - схема совпадения, 2 - однокристальный микроконтроллер. Однокристальный микроконтроллер (например Н1830ВЕ51) [2] содержит генератор, центральный процессор (ЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), счетчик импульсов (таймер), логику прерываний, а также выходной регистр (порт). Вход прерываний микропроцессора является входом устройства, а его выходом - один из битов регистра выходного порта. Работает предлагаемый селектор импульсов следующим образом.

При подаче импульса на вход сброса (RST) ЦП происходит его инициализация и начинается выборка и исполнение команд, записанных в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). При этом обнуляют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в нем выделяют массив накапливаемых сумм и массив счетчиков попаданий, причем каждому элементу массива накапливаемых сумм ставят в соответствие элемент массива счетчиков попаданий, разрешают прерывания ЦП, а на выходе устройства, в качестве которого используется один из битов регистра выходного порта микроконтроллера 2, формируют Логическую 1, разрешающую прохождение входных импульсов через схему совпадения 1 на вход прерываний (INT) микроконтроллера 2. Далее ЦП анализирует уровень логического сигнала на входе прерываний. При поступлении первого входного импульса на вход прерываний микроконтроллера 2 производят запись в счетчик импульсов дополнительного кода верхней границы допуска периода повторения входных импульсов Nmax и его запуск. Счетчик импульсов считает импульсы с генератора. ЦП анализирует состояние сигнала на входе прерываний. При отсутствии входного импульса в течение заданного периода повторения входных импульсов счетчик импульсов переполняется. При этом возникает внутреннее прерывание, при наличии которого осуществляется сброс и повторная инициализация микроконтроллера 2. Если второй входной импульс появляется раньше переполнения счетчика импульсов, ЦП считывает содержимое счетчика импульсов. Из принятых данных вычитают код, записанный в счетчик импульсов во время прихода предыдущего импульса. Полученный код S₁, пропорциональный временному интервалу между приходами очередного и предшествующего импульсов, заносят в ОЗУ в качестве первого элемента массива накопленных сумм. Если полученный код больше кода Nmin, соответствующего минимальному заданному периоду повторения входных импульсов, в ОЗУ в качестве первого элемента массива счетчиков попаданий заносят единицу, а содержимое первого элемента массива накопленных сумм уменьшают на величину заданного периода повторения импульсов. Восстанавливают код Nmax в счетчике импульсов, осуществляют его запуск, а ЦП анализирует уровень сигнала на входе прерываний. После появления третьего входного импульса и вычисления кода интервала между приходами импульсов полученный код 82 записываются во второй элемент массива накопленных сумм и суммируют с содержимым первого элемента массива накопленных сумм. При этом проверяют отклонение содержимого первого и второго элементов массива накопленных сумм от кода, соответствующего заданному периоду повторения. Если оно не превышает допустимого отклонения от заданного периода повторения, соответствующий элемент массива накопленных сумм уменьшают на величину, соответствующую заданному периоду повторения, а соответствующий элемент массива счетчиков попаданий увеличивают на единицу. После появления очередного импульса процесс повторяют, и в ОЗУ формируют значения накопленных сумм и числа попаданий, причем в первом элементе массива накопленных сумм накапливают код суммы временных интервалов между появлением первого и последнего импульса (S₁+S₂+...+S_n), во втором - между появлениями второго и последнего импульсов (S₂+...+S_n), в третьем - между третьим и последним (S₃+...+Sn) и т. д. При появлении в каком-то элементе массива кода, превышающего код Nmax допустимой величины периода повторения входных импульсов в него записывают код, соответствующий интервалу между последним и предшествующим импульсом, а в соответствующий элемент массива счетчиков попаданий устанавливается равным нулю. Величины Nmax и Nmin определяются в зависимости от содержимого соответствующего элемента массива счетчиков попаданий:

Nmax=No+(n-1)·Δ,

Nmin=No-(n-1)·Δ,

где No - заданный период повторения входных импульсов

Δ - заданное допустимое отклонение периода входных импульсов,

n - содержимое элемента массива счетчиков попаданий.

При одновременном обнулении нескольких элементов массива счетчиков попаданий, код соответствующий интервалу между очередным и предшествующим импульсом заносят только в первый из них, а остальные считаются свободными. При появлении в каком-то элементе массива счетчиков попаданий кода, соответствующего допустимой величине периода повторения входных импульсов, содержимое его уменьшают на величину, соответствующую заданному периоду повторения, а соответствующий элемент массива счетчиков попаданий увеличивают на единицу. Если при этом в нем появляется код, соответствующий требуемому числу попаданий, последний пришедший импульс считают принадлежащим к искомой последовательности и устройство переходит в режим слежения. При этом на выходе устройства устанавливают Логический 0, в счетчик записывают код, соответствующий текущей величине периода повторения входных импульсов, уменьшенный на величину соответствующую половине длительности строба и времени, затраченного на вычисления. При переполнении счетчика импульсов на выходе устройства устанавливают Логическую 1, тем самым формируют начало строба. Программным путем формируют временной интервал, соответствующий длительности строба (определяется, в основном, кратковременной нестабильностью тактовых генераторов передатчика и приемника и устанавливают существенно меньше длительности строба, устанавливаемой при поиске), после чего на выходе устройства устанавливают Логический 0. Тем самым формируют строб-импульсы в прогнозируемые времена прихода входных импульсов. Если во время формирования строб-импульса появляется входной импульс, то в определенную ячейку ОЗУ переписывают содержимое счетчика импульсов, соответствующее интервалу между началом строб-импульса и временем прихода очередного входного импульса. По окончании строба проверяют, был ли импульс во время стробируемого интервала, а в счетчик импульсов записывают дополнительным код значения периода повторения входных импульсов, скорректированным на величину разности между интервалом времени появления импульса относительно середины стробирующего импульса. Величина этой коррекции ограничивают величиной суммарной кратковременной нестабильностью периода входной частоты и тактового генератора микропроцессора с тем, чтобы избежать срыва слежения при возникновении случайной помехи. При случайном пропадании входного импульса при возможном отказе канала связи величина коррекции содержимого счетчика импульсов соответствует половине строба. При появления входных импульсов после восстановления работоспособности канала связи процесс слежения возобновляют.

Проведенные испытания предложенных способа селекции импульсов и селектора импульсов, реализованных в лазерной полуактивной головке самонаведения, показали, что при воздействии на входной зрачок смеси из 32 литерных частот, время селекции установленной частоты не превышает 0,25 с.

Источники информации

1. Патент №2073953 кл. Н03 К 5/26 от 04.11.93 г.

2. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. - М., Радио и связь, с.173-203.