Результат интеллектуальной деятельности: Двухканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов

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 длительности импульсов, разработанное В.И. Симоновым, А.А. Чижовым (авторское свидетельство SU №1824597, МПК G01R 29/02), позволяющее измерять длительности импульсов аппаратурой с малым количеством элементов с высокой степенью интеграции.

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.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа измеритель временных параметров случайных импульсных потоков (авторское свидетельство SU №1575135, МПК G01R 29/02), который позволяет измерять длительность и период повторения импульсов с высокой точностью за счет согласованной работы триггеров и линий задержки.

Существенными недостатками данных устройств являются 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 двум каналам промежуточной частоты (ПЧ), 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 генератор импульсов, два формирователя импульсов, четыре счетчика и два запоминающих блока, шесть триггеров, четыре линии задержки, пять логических элементов ИЛИ, инвертор, элемент И-НЕ, два элемента И, две группы вентилей и счетчик, согласно изобретению введены аналого-цифровые преобразователи (АЦП) каналов ПЧ1 и ПЧ2, цифровые детекторы, устройства сглаживания и децимации, обнаружители, измерители частоты, коммутаторы результатов измерений и результатов селекции, первичный и вторичные измерители параметров, контроллер передачи данных, селекторы по амплитуде и длительности импульса, блок запоминающего устройства (БЗУ), при этом выходы АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2 подключены к цифровым детекторам, выходы которых подключены к устройствам сглаживания и децимации, выходы которых подключены к обнаружителям, выходы обнаружителей подключены к первичным измерителям параметров, при этом сигналы с выходов АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2 задерживаются в линиях задержки и передаются в измерители частоты, затем поступают 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: АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2, цифровых детекторов, устройств сглаживания и децимации, обнаружителей, измерителей частоты, коммутаторов, первичных и вторичного измерителей 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 двухканальное устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов 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 двум каналам 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, а также определения направления двухканальными системами.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема двухканального устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов, которая содержит: АЦП ПЧ1 - 1.1, АЦП ПЧ2 - 1.2, генератор тактовых импульсов - 2, цифровые детекторы - 3.1 и 3.2, устройства сглаживания и децимации - 4.1 и 4.2, линии задержки - 5.1 и 5.2, обнаружители - 6.1 и 6.2, измерители частоты - 7.1 и 7.2, первичные измерители параметров - 8.1 и 8.2, коммутаторы - 9.1 и 9.2, контроллер передачи данных - 10, вторичный измеритель параметров - 11, селектор по амплитуде импульса - 12.1, селектор по длительности импульса - 12.2, селектор по несущей частоте импульса - 12.3, БЗУ - 13,

на фиг. 2 - таблица сравнения аналогов по измеряемым параметрам.

В двухканальном устройстве измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов (фиг. 1) выходы АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2 подключены к цифровым детекторам, выходы которых подключены к устройствам сглаживания и децимации, выходы которых подключены к обнаружителям, выходы обнаружителей подключены к первичным измерителям параметров, при этом сигналы с выходов АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2 задерживаются в линиях задержки и передаются в измерители частоты, затем поступают 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, определения направления излучения 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.

В радиотехнике сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы обрабатываются на заранее выбранной промежуточной частоте (ПЧ). Для решения указанных задач в предлагаемом устройстве на входы устройства измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов подают сигналы на ПЧ.

Далее в АЦП ПЧ1 и АЦП ПЧ2 выполняются процедуры квантования и дискретизации радиосигнала с возможностью выбора частоты дискретизации. По результатам квантования каждый цифровой детектор формирует видеосигнал (огибающая радиоимпульса без несущей частоты): с помощью амплитудной демодуляции входного сигнала, результаты 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 блоки 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 (N - количество отсчетов АЦП импульса видеосигнала),

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.

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 3.1, 4.1, 6.1, 8.1 выполняется измерение несущей частоты/ширины спектра излучения в блоке измерения частоты 7.1 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 5.1 (аналогичные процедуры выполняются с параметрами импульсов в канале ПЧ2 в блоках 7.2 и 5.2).

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 селекции 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 сигналов. 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 двум каналам частотных и временных параметров 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 двум каналам частотных и временных параметров: к длительности и периоду повторения импульсов, измеряемых прототипом, добавлены амплитуда, время прихода, несущая частота, ширина спектра импульса.

Для реализации заявляемого устройства использованы известные элементы и схемы, выпускаемые зарубежной промышленностью. Блоки 3.1-10.2 реализованы на перепрограммируемой логической интегральной схеме XILINX KINTEX7. Блоки 1.1, 1.2, 2, 13 являются отдельными микросхемами.