Устройство измерения временного положения угломерного сигнала

1. Устройство измерения временного положения угломерного сигнала, содержащее синхронизатор и последовательно соединенные согласованный фильтр, амплитудный детектор и фиксатор максимума сигнала, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, при этом фиксатор максимума сигнала содержит пиковый детектор и последовательно соединенные элемент задержки, усилитель, регулируемый ограничитель и фиксатор временного положения, состоящий из последовательно соединенных первой дифференцирующей цепочки, усилителя ограничителя, второй дифференцирующей цепочки и ограничителя, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами фиксатора максимума сигнала соответственно являются соединенные между собой входы элемента задержки и первый вход пикового детектора, второй вход пикового детектора, выход фиксатора временного положения и соединенные между собой выход пикового детектора и второй вход регулируемого ограничителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения временного положения угломерного сигнала при изменяющейся помеховой обстановке, в него введены N нелинейных преобразователей, N дополнительных фиксаторов максимума сигнала, блок выбора максимального сигнала, квадратор, блок вычитания, первый, второй и третий компараторы и коммутатор, при этом выход амплитудного детектора соединен с входом каждого из N нелинейных преобразователей, выход каждого из которых соединен через одноименный из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала с одноименной парой входов блока выбора максимального сигнала, второй выход фиксатора максимума сигнала соединен с первым входом коммутатора через первый компаратор, а с вторым входом коммутатора через последовательно соединенные квадратор, блок вычитания и второй компаратор, первый выход блока выбора максимального сигнала соединен с третьим входом коммутатора через третий компаратор и вторым входом блока вычитания, первый выход фиксатора максимума сигнала соединен с четвертым входом коммутатора, пятый вход которого соединен с вторым выходом блока выбора максимального сигнала, а второй вход каждого из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала соединен с выходом синхронизатора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нелинейный преобразователь содержит первый квадратор, перемножитель и последовательно соединенные первый элемент задержки, второй элемент задержки, второй квадратор, блок сложения, блок вычитания и усилитель, при этом выход первого элемента задержки соединен через первый квадратор с вторым входом блока сложения, а через перемножитель с вторым входом блока вычитания, а выход второго элемента задержки соединен с вторым входом перемножителя.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиосистемах ближней навигации и посадки летательных аппаратов в условиях изменяющейся помеховой обстановки.
Известно устройство измерения временного положения угломерного сигнала, содержащее амплитудный детектор, пиковый детектор и элемент задержки [1]
Однако известное устройство имеет низкую точность измерения временного положения угломерного сигнала.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство измерения временного положения угломерного сигнала, содержащее синхронизатор и последовательно соединенные согласованный фильтр, амплитудный детектор и фиксатор максимума сигнала, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, при этом фиксатор максимума сигнала содержит пиковый детектор и последовательно соединенные элемент задержки, усилитель, регулируемый ограничитель и фиксатор временного положения, состоящий из последовательно соединенных первой дифференцирующей цепочки, усилителя-ограничителя, второй дифференцирующей цепочки и ограничителя, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами фиксатора максимума сигнала соответственно являются соединенные между собой входы элемента задержки и первый вход пикового детектора, второй вход пикового детектора, выход фиксатора временного положения и соединенные между собой выход пикового детектора и второй вход регулируемого ограничителя [2]
Однако известное устройство имеет низкую точность измерения временного положения угломерного сигнала при изменяющейся помеховой обстановке.
Цель изобретения увеличение точности измерения временного положения угломерного сигнала при изменяющейся помеховой обстановке.
Для этого в устройство измерения временного положения угломерного сигнала, содержащее синхронизатор и последовательно соединенные согласованный фильтр, амплитудный детектор и фиксатор максимума сигнала, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, при этом фиксатор максимума сигнала содержит пиковый детектор и последовательно соединенные элемент задержки, усилитель, регулируемый ограничитель и фиксатор временного положения, состоящий из последовательно соединенных первой дифференцирующей цепочки, усилителя-ограничителя, второй дифференцирующей цепочки и ограничителя, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами фиксатора максимума сигнала соответственно являются соединенные между собой входы элемента задержки и первый вход пикового детектора, второй вход пикового детектора, выход фиксатора временного положения и соединенные между собой выход пикового детектора и второй вход регулируемого ограничителя, введены N нелинейных преобразователей, N дополнительных фиксаторов максимума сигнала, блок выбора максимального сигнала, квадратор, блок вычитания, первый, второй и третий компараторы и коммутатор, при этом выход амплитудного детектора соединен с входом каждого из N нелинейных преобразователей, выход каждого из которых соединен через одноименный из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала с одноименной парой входов блока выбора максимального сигнала, второй выход фиксатора максимума сигнала соединен с первым входом коммутатора через первый компаратор, а с вторым входом коммутатора через последовательно соединенные квадратор, блок вычитания и второй компаратор, первый выход блока выбора максимального сигнала соединен с третьим входом коммутатора через третий компаратор и с вторым входом блока вычитания, первый выход фиксатора максимума сигнала соединен с четвертым входом коммутатора, пятый вход которого соединен с вторым выходом блока выбора максимального сигнала, а второй вход каждого из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала соединен с выходом синхронизатора. Нелинейный преобразователь содержит первый квадратор, перемножитель и последовательно соединенные первый элемент задержки, второй элемент задержки, второй квадратор, блок сложения, блок вычитания и усилитель, при этом выход первого элемента задержки соединен через первый квадратор с вторым входом блока сложения, а через перемножитель с вторым входом блока вычитания, а выход второго элемента задержки соединен с вторым входом перемножителя.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг.2 структурная электрическая схема фиксатора и N дополнительных фиксаторов максимума сигнала; на фиг.3 структурная электрическая схема нелинейного преобразователя; на фиг.4 пример выполнения блока выбора максимального сигнала (N=4); на фиг.5 пример выполнения коммутатора; на фиг.6 эпюры, поясняющие работу фиксатора и N дополнительных фиксаторов максимума сигнала; на фиг.7, 8 результаты сравнительного анализа известного и предложенного устройства.
Устройство измерения временного положения угломерного сигнала содержит согласованный фильтр 1, амплитудный детектор 2, синхронизатор 3, N нелинейных преобразователей 4, фиксатор 5 максимума сигнала, N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала, блок 7 выбора максимума сигнала, первый, второй и третий компараторы 8, 9, 10, коммутатор 11, квадратор 12 и блок 13 вычитания. Фиксатор 5 и дополнительные фиксаторы 6 максимума сигнала содержат пиковый детектор 14, элемент 15 задержки, усилитель 16, регулируемый ограничитель 17 и фиксатор 18 временного положения, содержащий первую и вторую дифференцирующие цепочки 19, 20, усилитель-ограничитель 21 и ограничитель 22. Нелинейные преобразователи 4 содержат первый и второй элементы 23, 24 задержки, первый и второй квадраторы 25, 26, перемножитель 27, блок 28 вычитания, усилитель 29 и блок 30 сложения. Блок 7 выбора максимального сигнала содержит группу компараторов 31, группу инверторов 32, первую группу элементов И 33, ключи 34, вторую группу элементов И 35, первый и второй элемент ИЛИ 36, 37. Коммутатор 11 содержит первый, второй и третий инверторы 38, 39, 40, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И 41-46 и элемент ИЛИ 47.
Устройство измерения временного положения угломерного сигнала работает следующим образом.
Входной процесс поступает на вход согласованного фильтра 1 с сигналом S(t). Амплитудным детектором выделяется огибающая Z(t), которая поступает на первый вход фиксатора 5 максимума сигнала. Фиксатор максимума сигнала осуществляет измерение максимума Z_max сигнала Z(t), формирует импульс t_c1, соответствующий этому максимуму.
Огибающая Z(t) с выхода амплитудного детектора 2 поступает также на входы N нелинейных преобразователей 4, на выходе i-го из которых образуется сигнал

где i номер нелинейного преобразователя;
N четное;
R( _i) коэффициент, равный значению нормированной корреляционной функции R(t) сигнала S(t) при t= _i;
E энергия сигнала S(t).
Сигналы с выходов нелинейных преобразователей 4 поступают на первые входы N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала, которые осуществляют измерение максимумов сигналов f_i(t) и формируют импульсы, соответствующие их временным положениям t_ci. С второго выхода фиксатора 5 и дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала снимаются соответственно значения Z_max и максимума сигнала, а с первого выхода оценки временного положения этого максимума.
Величины с выходов N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала поступают на соответствующие входы блока 7 выбора максимального сигнала, где производится выбор максимального значения из значений и величины , равной временному положению .
N нелинейных преобразователей 4, N дополнительных фиксаторов 6 максимума и блок 7 выбора максимального сигнала осуществляют измерение временного положения полезного сигнала, оптимальное при действии мешающего сигнала и шума.
В первом компараторе 8 производится сравнение значения Z_max с пороговым напряжением С₂₁. При Z_max> С₂₁ на выходе первого компаратора вырабатывается сигнал U₁ 1, в противном случае сигнал U₁ 0. Во втором компараторе 9 производится сравнение значения разности образуемой с помощью квадратора 12 и блока 13 вычитания, с пороговым напряжением С₃₂. При на выходе второго компаратора вырабатывается сигнал U₂ 1, в противном случае сигнал U₂ 0. В третьем компараторе 10 производится сравнение значения с пороговым напряжением С₃₁. При вырабатывается сигнал U₃ 1, в противном случае - сигнал U₃ 0.
Сигналы U₁, U₂, U₃ и оценки t_c1, t_c2 поступают на соответствующие входы коммутатора 11, в котором в зависимости от значений U₁, U₂, U₃ принимается одно из решений H_j (j 1, 2, 3) по следующему правилу:
принимается решение Н₁ (отсутствие полезного и мешающего сигналов), если U₁ 0 и U₃ 0;
принимается решение Н₂ (наличие полезного и отсутствие мешающего сигналов), если U₁ 1 и U₂ 0;
принимается решение H₃ (наличие полезного и мешающего сигналов), если U₂ 1, U₃ 1.
При решении Н₁ на выходе предложенного устройства измерения отсутствует импульс, соответствующий временному положению сигнала. В этом случае в последующем устройстве вторичной обработки информации (на фиг.1 не показано), используется оценка, полученная в предыдущем интервале наблюдения (экстраполированная оценка). При решении Н₂ выходным сигналом является импульс с временным положением t_c1, при решении H₃ импульс с временным положением t_c2.
Таким образом, предложенное устройство адаптируется к помеховой ситуации и использует в качестве выходного сигнала импульс того из фиксаторов 5, 6 максимума сигнала, который настроен на помеховую ситуацию полезный сигнал + шум или полезный сигнал + мешающий сигнал + шум.
Фиксатор 5 и N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала (фиг.2) работают следующим образом.
Пиковым детектором 14 запоминается максимальное напряжение сигнала Z_max, по значению которого в регулируемом ограничителе 17 устанавливается уровень Z_max(0< <1).. Сигнал Z(t) задерживается элементом 15 задержки на время Т, большее длительности сигнала (для фиксатора 5 максимума сигнала), или на время Т/2 (для N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала) и проходит через усилитель 16, компенсирующий потери в элементе 15 задержки, на первый вход регулируемого ограничителя 17, где ограничивается снизу на уровне Z_max. Далее сигнал поступает на фиксатор 18 временного положения, где формируется импульс отсчета, соответствующий оценке (для фиксатора 5 максимума сигнала) или оценке (для N дополнительных фиксаторов 6 максимума сигнала). На фиг.6 приведены эпюры напряжений соответственно на входе пикового детектора 14 (фиг.6а), на выходе пикового детектора (фиг.6б), на выходе регулируемого ограничителя 17 (фиг.6в), на выходе первой дифференцирующей цепочки 19 (фиг.6г), на выходе усилителя-ограничителя 21 (фиг.6д), на выходе второй дифференцирующей цепочки 20 (фиг. 6е) и на выходе ограничителя 22 (фиг.6ж). Нелинейные преобразователи 6 (фиг.3) работают следующим образом.
Второй сигнал задерживается на время T/2 в первом элементе 23 задержки и на время _i во втором элементе 24 задержки. Выходные сигналы первого и второго элементов 23, 24 задержки возводятся в квадрат с помощью первого и второго квадраторов 25, 26, что позволяет определить дисперсию этих сигналов, и перемножаются с помощью перемножителя 27, что позволяет определить ковариационную функцию этих сигналов. Из суммы дисперсий этих сигналов, получаемой с помощью блока 30 сложения, вычитается с помощью блока 28 вычитания отсчет ковариационной функции этих сигналов, полученная разность нормируется в усилителе 29 с коэффициентом передачи E/[1-R²( _i)].
Точность измерения временного положения сигнала предложенным устройством характеризуется условными средними квадратами ошибок D_j выходной оценки (при условии, что имеет место ситуация H_j).
Они выражаются формулами
D₁ D_Э.О.; D₂ D₂₁; D₃ P₃₁D₃₁ + P₃₂D₃₂
где D_Э.О. средний квадрат ошибки экстраполированной оценки устройства вторичной обработки (на фиг.1 не показано)
D_jk средний квадрат ошибки оценки (K=1,2) при условии, что имеет место ситуация Н_j;
Р_зк вероятность принятия решения о выборе в качестве выходной оценки когда имеет место ситуация Н₃.
Оценим эффективность предложенного устройства. На фиг.7 приведены зависимости вероятностей Р₃₁ и Р₃₂ от временного сдвига между полезным и мешающим сигналами вида
S(t)=sin(2 t/ _u)/(2 t/ _u),
где _u длительность основного лепестка сигнала по нулям при значениях отношения амплитуд мешающего и полезного сигналов Р 0,5, отношения мощностей полезного сигнала и флюктуационного шума q 10³ и двух значениях пороговых напряжений С₃₂. На фиг.8 приведены зависимости от средних квадратов ошибок измерения временного положения D для известного (кривые 1 и 2) и предложенного устройств (кривые 3 и 4). Кривые 1 и 3 соответствуют ситуации Н₂, кривые 2 и 4 ситуации Н₃. Все зависимости построены для вероятностей Р₃₁ и Р₃₂, приведенных на фиг.7. На фиг.8 приведен также допустимый уровень ошибок, вызванных отражениями от местных предметов для 1 категории систем посадки самолетов (кривая 5).
Из приведенных зависимостей следует, что при наличии только полезного сигнала предложенное устройство обеспечивает ту же точность измерения временного положения, что и известное.
При наличии полезного и мешающего сигналов использование предложенного устройства позволяет уменьшить по t область внутрилучевых ошибок для 1 категории посадки в 2,4 раза. Для II и III категорий посадки, характеризующихся заданными уровнями ошибок порядка область внутрилучевых ошибок уменьшается в 5,5 раз.
1. Устройство измерения временного положения угломерного сигнала, содержащее синхронизатор и последовательно соединенные согласованный фильтр, амплитудный детектор и фиксатор максимум сигнала, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, при этом фиксатор максимума сигнала содержит пиковый детектор и последовательно соединенные элемент задержки, усилитель, регулируемый ограничитель и фиксатор временного положения, состоящий из последовательно соединенных первой дифференцирующей цепочки, усилителя - ограничителя, второй дифференцирующей цепочки и ограничителя, при этом первым и вторым входами и первым и вторым выходами фиксатора максимума сигнала соответственно являются соединенные между собой входы элемента задержки и первый вход пикового детектора, второй вход пикового детектора, выход фиксатора временного положения и соединенные между собой выход пикового детектора и второй вход регулируемого ограничителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения временного положения угломерного сигнала при изменяющейся помеховой обстановке, в него введены N нелинейных преобразователей, N дополнительных фиксаторов максимума сигнала, блок выбора максимального сигнала, квадратор, блок вычитания, первый, второй и третий компараторы и коммутатор, при этом выход амплитудного детектора соединен с входом каждого из N нелинейных преобразователей, выход каждого из которых соединен через одноименный из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала с одноименной парой входов блока выбора максимального сигнала, второй выход фиксатора максимума сигнала соединен с первым входом коммутатора через первый компаратор, а с вторым входом коммутатора - через последовательно соединенные квадратор, блок вычитания и второй компаратор, первый выход блока выбора максимального сигнала соединен с третьим входом коммутатора через третий компаратор и вторым входом блока вычитания, первый выход фиксатора максимума сигнала соединен с четвертым входом коммутатора, пятый вход которого соединен с вторым выходом блока выбора максимального сигнала, а второй вход каждого из N дополнительных фиксаторов максимума сигнала соединен с выходом синхронизатора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нелинейный преобразователь содержит первый квадратор, перемножитель и последовательно соединенные первый элемент задержки, второй элемент задержки, второй квадратор, блок сложения, блок вычитания и усилитель, при этом выход первого элемента задержки соединен через первый квадратор с вторым входом блока сложения, а через перемножитель - с вторым входом блока вычитания, а выход второго элемента задержки соединен с вторым входом перемножителя.