Устройство стабилизации динамического диапазона сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО 1.1 ИАЛИСТИЧЕСНИ СПУБЛ 3 С 3/20 ЕТЕНИ ИСАНИЕ У ОМУ СВИДЕТ ие,ССР980.ДИНАМИ ио -ышепостоян -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Рязанский радиотехнический институт(54) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА СИГНАЛА(57) Изобретение относится к радтехнике. Цель изобретения - повние точности при измененииной и переменной составляющного сигнала. Устройство со элемент 1 с регулируемым коэф. передачи, сумматоры 2, 6 и 9, блоки 3 и4 определения максимального и минимального уровня сигнала, вычитатели 5, 7, 13 и 17, весовой усилитель 8перемножитель 10, блоки 11, 12, 15и 16 выборки и хранения, блок 14 деления и блок 18 формирования управляющих импульсов. Цель достигаетсяпутем формирования напряжения, пропорционального смещению, которое необходимо дать сигналу, снимаемомус выхода элемента 1, для того чтобысередина динамического диапазона выходного сигнала находилась на заданном уровне 1/2, т,е. чтобы динамический диапазон выходного сигнала былзаключен в заданных пределах от 0до 1 3 ил12988Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано длястабилизации динамического диапазонаи уровня смещения входного непрерывного сигнала в радиолокации, телевидении, автоматике,Цель изобретения - повышение точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала. 0На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройствастабилизации динамического диапазонасигнала; на фиг, 2 и 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. 15Устройство стабилизации динамического диапазона сигнала содержит элемент 1 с регулируемым коэффициентомпередачи, третий, сумматор 2, блок 3определения максимального уровня сигнала, блок 4 определения минимального уровня сигнала, первый вычитатель 5, первый сумматор 6, третийвычитатель 7, весовой усилитель 8,второй сумматор 9, перемножитель 10,первый блок 11 выборки и хранения,второй блок 12 выборки и хранения,второй вычитатель 13, блок 14 деления, третий блок 15 выборки и хранения, четвертый блок 16 выборки и хра- ЗОкения, четвертый вычитатель 17,блок 18 формирования управляющих импульсов и,кроме того, второй 19 ипервый 20 одновибраторы.Устройство работает следующим образом.Управление элементомпроисходитв соответствии со следующими выражениями 2 и/Ц, (3) управляющее напряжение элемента 1 на п-м такте; коэффициент передачи элемента 1;максимальное и минимальное значения выходного сигнала на и-м такте;н.макс н.мннфсмещение сигнала на п-м такте;заданный уровень динамического диапазона стабилизации; заданный уровень стабилизации572- коэффициент у с 1;- коэффициент, учитывающийслучайные возмущения сигнала и определяющий инерционность устройства, Оз с ,На вход устройства поступает сиг"нал Х(й), показанный на фиг. 2 а. Сигнал характеризуется двумя параметрами: размахом К= Х; 1 и смещением а, = щы-: сои где Хс- Хн 2Ф н макси Х. - соответственно максимальное и минимальное значения входногосигнала Х(й) на некотором заранее заданном интервале времени пТ (на и-мпериоде наблюдения входного сигнала). Таким интервалом Т в зависимости от решаемой задачи могут быть длительность телевизионного кадра, длительность строчной развертки, периодкругового обзора радиолокационнойстанции и т,д.Для пояснения "работы зададимся следующими значениями: Ь = 1; М == Ь/2 = 1/2. В этом случае устройство решает задачу поддержания динамического диапазона выходного сигнала в пределах от О до 1.Перед началом работы устройстваво второй блок 12 записывается минимальный уровень управляющего напряжения Пнн, а четвертый блок 16 обнуляется, В результате перед поступлением на вход устройства первого периода сигнала Х элемент 1 с гиперболической зависимостью коэффициентаусиления К м 1/1 от управляющего напряжения имеет максимальный коэффициент усиления К, = К ,=1/н,(чтов условиях отсутствия априорной информации о характере сигнала Х(й) необходимо для обеспечения максимальной чувствительности), а смещение на третьем сумматоре 2 равно нулю 8 = О.Входной сигнал на п-м периоде наблюдения через элемент 1 и третийсумматор 2 поступает на входы бло ков 3 и 4, на выходах которых к концу О заданного временного интервала пТформируется напряжение 2 и 2макс нмин фпропорциональное соответственно максимуму и минимуму сигнала 2(й)Х К,+ Б, на этом интервале 5 времени (фиг. 2 б, в). Индекс и показывает, что результаты измеренияотносятся к и-му периоду, К,. - коэффициент передачи элемента 1 в предшествующий период наблюдения и;3 12988 8 . - смещение на третьем сумматоре 2гв момент и. Для первого периода входного сигнала п = 1 эти значения соответствуют начальным условиям: К ,= К ; Я,= Б . На выходах первогооНовычитателя 5 и первого сумматора 6 формируются напряжения, пропорциональные соответственно величинам л Е =Е -Е иЕЕ =2 +ЕЛ макс ь мин и л макс л миНРазностный сигнал аЕ поступает О на третий вычитатель 7, на выходе которого формируется сигнал ошибки по размаху Ь=Е - 1, Этот сигнал че - рез весовой усилитель 8 с коэффициентом усиленияпоступает на цепь обратной свйэи, образованную вторым сумматором 9, перемножителем 1 О и блоками 11 и 12. По окончании интервала Т на управляющий вход тактовых импульсов устройства подается корот, кий стробирующий сигнал (фиг. За), по переднему фронту которого первый одновибратор 20 блока 18 формирует импульс (фиг. Зб), на время которого первый блок переходит в режим выборки 25 и запоминает значение сигнала Б = Ц(1+ РЕ), сформировавшееся на выходе перемножителя 1 О. Значение управляющего напряжения У,хранится во втором блоке 12 после окончания вычислений на предыдущем (и - 1)-м перио- де. По заднему фронту импульса первого одновибратора 20 второй одновибратор 19 формирует импульс (фиг. Зв), на время которого в режим выборки пе-З 5реходит второй блок 12 и запоминает значение управляющего напряжения П, вычисленное на данном периоде и хранящееся в первом блоке 11, Сигнал с выхода второго блока 12 управляет 40 коэффициентом передачи элемента 1 в соответствии с законом К = 1/П . В результате в течение (и+1)-го периода наблюдения входного сигнала Х, величина коэффициента передачи эле мента 1 будет определяться результатами измерения. максимума и минимума сигнала Е на периоде пТ.Процесс перестройки коэффициента передачи элементаприводит к уста новке такого значения К, при котором ошибка по размаху становится равной нулю= О, а размах выходного сигнала - заданной величине ьЕьСуммарный сигнал ЕЕс выхода первого сумматора 6 поступает на второй вычитатель 13, на вход вычитаемого которого поступает сигнал 8, с выхода четвертого вычитателя 17. Б результате на выходе второго вычитателя 13, коэффициент передачи которого по входу уменьшаемого равен 1/2, формируется уровень напряжения Е = ХЕ /2-Я представляющего собой полусумму максимума и минимума (т,е. величину смещения относительно нуля середины динамического диапазона) выходного сигнала без учета смещения Я вычисленного на предыдущем (и)-м такте и вносимого третьим сумматором 2 сигнала на данном такте и, Иначе говоря, эта величина представляет собой смещение относительно нуля середины динамического диапазона несмещенного сигнала на выходе элемента 1. СигналЕ поступает на вход блока 14, который осуществляет пересчет смещениясигнала, полученного на основании результатов измерения на и-м периоде при коэффициенте усиления К , на1-коэффициент усиления К , которыми будет установлен на (и+1)-м периоде;и = Е /( + РГ ). При поступлении навход тактовых импульсов устройства стробирующего сигнала в момент окончания интервала Т полученная с выхода блока 14 величина Ч, представляющая собой смещение сигнала у(й) на выходе элемента 1, пересчитанное на новый коэффициент передачи К, записывается в третий блок 15. По сигналу с первого одновибратора 20 этавегичина записывается также в четвертый блок 1 б и на четвертом вычитателе 7 сравнивается с заданной величиной смещения середины динамическогодиапазона.В результате на выходе четвертого вычитателя 17 формируется напряжение Я= 1/2 - Ч , пропорциональное смещению, которое необходимо дать сигналу, снимаемому с выхода элемента 1 для того, чтобы середина динамического диапазона выходного сигнала находилась на заданном уровне 1/2 (т.е. чтобы динамический диапазон выходного сигнала был заключен в заданных пределах от 0 до 1). Это смещение подается на второй вход третьего сумматора 2Инерционность обратной связи (обратной связи по коэффициенту передачи К и обратной связи по смещениюБ) определяется коэффициентом передачи весового усилителя 8, При единичном коэффициенте передачи= 15 12988 сигнал ошибкина вход цепи обратной связи проходит полностью и обратные связи в это время являются безынерционными. При изменении коэффициента передачи на вход цепи обратной связи поступает лишь часть ошибки Р (сигнал ошибки поступает с весом, меньшим единицы), за счет чего инерционность обратных связей возрастает, снижается при этом быстро действие и возрастает помехозащищенность устройства. Поэтому выбор величины коэффициента передачи производится с учетом требования по быстродействию и помехозащищенности рабо ты устройства. Формула изобретенияУстройство стабилизации динамического диапазона сигнала, содержащее 20 элемент с регулируемым коэффициентом передачи, вход которого является входом устройства, первый и второй вычитатели, соединенные по входам блок определения минимального уровня сигнала и блок определения максимального уровня сигнала, выходы которых соединены соответственно с входом вычитаемого и уменьшаемого первого вычитателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при изменении постоянной и переменной составляющих входного сигнала, в него введены блок формирования управляющих импульсов, вход которого является 35 входом тактовых импульсов устройства, и соединен с управляющими входами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, первый сум матор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, а выход со единен с входом уменьшаемого второго вычитателя, соединенные последовательно третий вычитатель, вход уменьшаемого которого соединен с выходомпервого вычитателя, а вход вычитаемого явгяется входом сигнала заданиядинамического диапазона стабилизации,весовой усилитель, второй сумматор,другой вход которого является входомсигнала единичного уровня, перемножитель, первый блок выборки и хранения,управляющий вход которого соединен спервым выходом блока Формирования управляющих импульсов, и второй блоквыборки и хранения, управляющий входкоторого соединен с вторым выходомблока Формирования управляющих импульсов, а выход соединен с управляющим входом элемента с регулируемымкоэффициентом передачи и другим входом умножителя, соединенные последовательно блок деления, входы делимого и делителя которого соединены соответственно с выходами второго вычитателя и второго сумматора, третийблок выборки и хранения, управляющийвход которого соединен с первым выходом блока формирования управляющихимпульсов, и четвертый блок выборкии хранения, управляющий вход которогосоединен с вторым выходом блока формирования управляющих импульсов, соединенные последовательно четвертыйвычитатель, вход вычитаемого которогосоединен с выходом четвертого блокавыборки и хранения, вход уменьшаемогоявляется входом сигнала задания уровня стабилизации, а выход соединен свыходом вычитаемого второго вычитателя, и третий сумматор, другой входкоторого соединен с выходом элементас регулируемым коэффициентом передачи,а выход является выходом устройстваи соединен с входами блока определения минимального уровня сигнала и блока определения максимального уровнясигнала,1298857 Составитель Н. МельниковРедактор В. Петращ Техред А.Кравчук Обр ррек аказ 896/57 Подписно ВНИИПИ Тираж 902Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д,п 13035