Результат интеллектуальной деятельности: Одноканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов с цифровым детектированием

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 - {As_j} преобразуются в массив {|As_j|}, 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 A_i - i-я амплитуда импульса,

A_i+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:

P_min<P_i<P_max,

где P_min, P_max - минимальное и максимальное значение параметра импульса,

P_i - 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.