Способ дискретного дифференцирования электрических сигналов и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 65507 О Союз Советских Социалистических Ресеублик(51) М. ЗК 5/ м заявкис присоедин (23) Приоритет (43) Опубликова (45) Дата опубл сударстееииыи комитет СССР о делам изабретеиий и открытий, Бинев Заявител Всесоюзный научно-исследовательский институт методик и техники разведки(54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ДИФФЕРЕНЦИРОВАН ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯДанный способ и реалройство обладают низкойностью к импульсным пвызывают значительные ив моменты стробированиобходимость малоискаженала к моменту первой вобходимым расширениения импульсной инфортельной системы, что приее помехоустойчивости. изующее его помехозащи омехам, кот скажения си я. Кроме того иной передачи ырезки делае полосы прап мационно-из водит к снижуст- щенорые гнала , не- сигт не- уска- мери- ению Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при вторичной обработке принимаемых сигналов с помощью вычислительных устройств, а также в информационноо-измерительных системах различного назначения.При вторичной обработке получаемой информации возникает задача дискретного дифференцирования электрических сигналов, которая заключается в измерении и регистрации разностей их мгновенных значений в граничных точках временных интервалов М.Известен способ дискретного дифференцирования электрических сигналов, используемый в цифровых дифференциальных анализаторах, который заключается в образовании кратковременных вырезок сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала Ы, преобразовании амплитуд этих вырезок в цифровую форму, запоминании амплитуды первой вырезки, их вычитании и регистрации полученной величины 11.Зтот способ обладает низкой помехозащищенностью по отношению к импульсным помехам, а также малым быстродействием и низкой точностью аналого-цифрового преобразования,Известен также способ измерения разности мгновенных значений сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала М, который включает образование кратковременных вырезок принимаемого сигнала в начальный и конечный моменты временного интервала Л 1, запоминание амплитуды первой вырезки, инвертирование второй вырезки, их суммирование и регист рацию полученной в результате суммирования величины. Способ реализуется устройством, содержащим фазоинвертор и стробирующий каскад, выход которого подключен к входу регистратора, а также синхронизатор, первый выход которого соединен с первым входом стробирующего каскада 2.где весовая функция у(О =А алсосл=1 и л) б 5 С целью повышения помехозащищенности информационно-измерительных систем с дискретным дифференцированием принимаемых сигналов по предлагаемому способу во временном интервале Ь 1 генерируют 5 вспомогательный сигнал видаул (2 п - 1) -,.А, созл=1где А - амплитуда;1 - время;а - ряд натуральных чисел от 1 до т,перемножают его с входным сигналом и интегрируют результирующий сигнал. При этом число косинусоидальных колебаний т, 15 образующих вспомогательный сигнал, выбирают, исходя из обеспечения наибольшей точности измерения разности мгновенных значений принимаемого сигнала в условиях помех. 20Такой способ может быть осуществлен предлагаемым устройством, в которое введены генератор вспомогательного сигнала, перемножитель, два интегратора и коммутатор, выход которого подключен к второ му входу стробирующего каскада, а входы коммутатора соответственно подключены к выходам интеграторов и к второму выходу синхронизатора, вход которого соединен с первым выходом генератора вспомогатель- З 0 ного сигнала, второй выход которого подключен к входу перемножителя, выход перемножителя соединен с входом первого интегратора через фазоинвертор, а с входом второго интегратора непосредственно. З 5На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для реализации способа дискретного дифференцирования электрических сигналов.Предлагаемый способ осуществляется 40 следующим образом.Во временном интервале М генерируют вспомогательный сигнал вида. сл (2 л - 1) осА соз45л:1 перемножают его с принимаемым сигналом и интегрируют произведение обоих сигналов. В момент окончания временного интервала Л 1 образуют кратковременную вы резку проинтегрированного произведения и регистрируют ее амплитуду, Амплитуда вырезки является оценкой разности мгновенных значений принимаемого сигнала в граничных точках временного интервала М. 55Изобретение основано на том, что разность значений аналитической функции х(1), принимаемых ею в граничных точках 1=0 и 1=Ы временного интервала Ы, может быть определена путем весового инте- б 0 грирования этой функции по формулеы 00 х(0) - х(Ы) = х(ОсооХо л=1 представляет собой тригонометрическое разложение периодической последовательности знакопеременных стробирующих функций Дирака, Из формулы следует, что измерение разности мгновенных значений принимаемого сигнала может быть осуществлено путем его перемножения с вспомогательным сигналом Величина интеграла будет представлять собой оценку измеряемого параметра сигнала х(0) - х(Л 1). При этом с увеличением числа слагаемых т точность измерения возрастает, и при неограниченно большом т результат измерения оказывается точным.Однако наличие шума, действующего на вход системы, приводит к тому, что с ростом т падает помехоустойчивость приемного тракта и, следовательно, точность измерения информационного параметра сигнала. Это подтверждается выражением Ь-у,С)ос=2)/и, о где Уш - среднее квадратическое напряжение шума на выходе линейной системы;Жо - спектральная плотность мощности белого шума, действующего на ее вход;сл сумма первых т членов весовой функции.Таким образом, имеет место свойственное всем информационным системам противоречие между малоискаженным воспроизведением информационного параметра сигнала и помехоустойчивостью системы, которое заключается в том, что при малом числе слагаемых т велики искажения сигнала, но высока помехоустойчивость системы, а при большом т искажения сигнала уменьшаются, но падает помехоустойчивость. И то, и другое ведет к уменьшению точности измерения, Поэтому оптимальное число слагаемых т выбирают, исходя из априорных сведений о сигнале и мощности шума, действующего на вход системы, руководствуясь формулой В,/х (О) - х (Е) / - ) -х (К)сов Х4Ы,о л=1где 6 - ошибка измерения информационного параметра сигнала;х(1) - функция, аппроксимирующая сигнал в интервале М.Устройство, реализующее способ, имеет две характерные особенности, которые вытекают из необходимости дискретного дифференцирования сигнала на смежных временных интервалах М. Во-первых, интегрирование перемноженных сигналов должно производиться при нулевых начальных условиях, что приводит к необходимости освобождения интегратора от запаса энергии предыдущего измерительного цикла. В связи с этим возникает необходимость использования двух попеременно работающих интеграторов.Во-вторых, генерирование вспомогательного сигнала, имеющего одинаковую форму на каждом временном интервале Ы, имеет технические трудности, обусловленные скачкообразным изменением его мгновенных значений на границах интервалов, Поэтому вспомогательный сигнал целесообразно генерировать в виде суммы гармонических колебаний, а возникающую на смежных временных интервалах смену полярности вспомогательного сигнала компенсировать путем инвертирования фазы преобразованного сигнала на входе (или выходе) одного из интеграторов,В связи с изложенным устройство для осуществления способа дискретного дифференцирования электрических сигналов состоит из генератора 1 вспомогательного сигнала, перемножителя 2, фазоинвертора 3, интеграторов 4 и 5, коммутатора б, стробирующего каскада 7, регистратора 8 и синхронизатора 9.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 вырабатывает сигнал, представляющий сумму непрерывных гармонических колебаний. Входной и вспомогательный сигналы поступают на входы перемножителя 2, произведение входного и вспомогательного сигналов поступает с выхода перемножителя 2 на входы двух интеграторов 4 и 5, причем на вход интегратора 5 - непосредственно, а на вход интегратора 4 - через фазоинвертор 3. Интеграторы работают попеременно. В течение одного временного интервала работает интегратор 5. При этом интегратор 4 освобождается от запасов энергии предыдущего цикла. Обесточивание неработающего интегратора и подключение работающего интегратора к входу стробирующего каскада производится коммутатором б, управляемым синхронизатором 9. В моменты окончания последовательных временных интервалов стробирующий каскад 7, управляемый синхро 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 65 нпзатором 9, производит короткие вырезки напряжечпй, развивающихся на выходах интеграторов 4 и 5. Амплитуды этих вырезок, пропорциональные разностям мгновенных значений принимаемого сигнала в граничных точках последовательных временных интервалов Л 1, регистрируются регистратором 8, в качестве которого может быть использован аналого-цифровой преобразователь. Синхронизатор 9 вырабатывает из поступающего на его вход вспомогательного сигнала импульсы напряжения, которые управляют коммутатором б и стробирующим каскадом 7.Техническая эффективность способа и реализующего его устройства заключается в повышении помехоустойчивости информационно-измерительных систем по отношению к импульсным помехам. Если в известном способе появившаяся в момент стробирования импульсная помеха вносит существенную ошибку в результат измерения, то в предлагаемом способе влияние импульсных помех оказывается ослабленным благодаря интегрированию сигнала во временном интервале большой длительности. Отпадает необходимость в измерении мгновенного значения принимаемого сигнала в начальной точке временного интервала М. Уменьшению ошибки измерений способствует также устранение операции запоминания амплитуды первой вырезки. Формула изобретения 1. Способ дискретного дифференцирования электрических сигналов, заключающийся в кратковременной вырезке сигнала в момент окончания временного интервала Ж и регистрации амплитуды сигнала в этой вырезке, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, во временном интервале Л 1 генерируют вспомогательный сигнал вида где А - амплитуда;1 - текущее время;и - ряд натуральных чисел от 1 до т,перемножают его с входным сигналом и интегрируют результирующий сигнал.2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее фазоинвертор и стробирующий каскад, выход которого подключен к входу регистратора, а также синхронизатор, первый выход которого соединен с первым входом стробирующего каскада, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены генератор вспомогательного сигнала, перемножитель, два интегратора и коммутатор, выход которого подключен к второму входу стробирующего каскада, а655070 Составитель Р, МатвееваТехред А. Камышникова Корректоры: Л. Брахнина и И. Позняковская Редактор Е. Караулова Заказ 195/5 Изд. Юз 250 Тираж 1059 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 входы коммутатора соответственно подключены к выходам интеграторов и к второму выходу синхронизатора, вход которого соединен с первым выходом генератора вспомогательного сигнала, второй выход которого подключен к входу перемножителя, выход перемножителя соединен с входом первого интегратора через фазоинвертор, а с входом второго интегратора непосредственно. 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах5 и системах. Под ред. Г. М, Петрова. ММашиностроение, 1973, с. 266 - 274.2, Великин А. Д. и др. Индуктивнаяэлектроразведка методом переходных процессов с совмещенными источником и при 10 емником поля, Л Недра, 1967, с. 22 - 25.