Устройство для определения параметров двухтональных сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскиСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Н 04 9 1/45 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийДата опубликования описания 070133(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХТОНАЛЬНЬ 1 Х СИГНАЛОВ Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в приемниках многочастотного кода для определения параметров двухтональных сигналов, неизвестных наприемной сторонеИзвестно устройство для определенияпараметров двухтональных сигналов, содержащее блок управления (формирователь интервала), блок стробирования, вычислитель, переключающийэлемент (для подачи строб-импульсовв цифровой форме на вычислитель),детектор уровня и индикатор частот;причем вычислитель состоит иэ измерителя интервалов,;,анализатораполярности, анализатора частот сигнала, компаратора 1 1,Основньм недостатком известногоустройства является низкое качествооценки параметров двухтональных сигналов, неизвестных на приемной стОроне.Это объясняется тем, что при неравенстве амплитуд тональных сигналов, оценка частот двухтональныхсигналов в известном устройстве осуществляется с ошибкой, зависящейот соотношения амплитуд тональныхсигналов, поскольку суммарная частотная составляющая модулирована пофазе и является функцией разностнойчастоты и соотношения амплитуд тональных сигналов. Кроме того, в известном устройстве отсутствует возможность оценки амплитуд тональныхсигналов, что значительно снижаеткачество оценки параметров двух то нальных сигналов, неизвестных на. приемной стороне.Цель изобретения - повышение точности оценки при повышении быстродействия процесса .оценки.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащееблок управления, блок стробироваиияи вычислитель, введены Формировательвторой производной, четыре блока:памяти и четыре электронных ключа,первые входы которых подключены со"ответственно к четырем выходам вычислителя, первый, второй, третий и.четвертый входы которого соединенысоответственно с выходами первого, 25 второго, третьего и четвертого блоков памяти, причем вход устройствасоединен с первьи. входом блока стробирования, с первьзки входами первого и второго блоков памяти, выходы З 0 которых подключены соответственно987858 40 При этом блок стробирования со- блока 1 стробирования.держит последовательно соединенные Осуществляется это следующим первый дифференциальный усилитель, образом. При Пна выходе пе первый пороговый блок и первый эле- вого дифференциального усилителя 2 мент И, последовательно соединенные формируется положительное напряжевторой дифференциальный усилитель, ние, при превышении которым порого второй пороговый блок и второй эле- го значения на выходе первого поро мент И, а также последовательно сое- гового блока 3 формируется положидиненные ограничитель и определи- тельный потенциал.тель моментов экстремумов, выход Аналогично при П(т) с П на выкоторого подключен к вторым входам 50 ходе второго, дифференциального уси первого и второго элементов И, выхо- лителя 5 устанавливается положител ды которых являются соответственно ное напряжение, при превышении кот первым и вторым выходами блока стро- рым порогового значения на выходе бирования, первый вход которого сое- второго порогового блока 6 Формидинен с .входом ограничителя, с пер руется положительный потенциал, вым входом первого дифференциального Ограничитель 8 представляет соб усилителя, и с вторым входом второго одну из известных схем ограничения дифференциального усилителя, причем снизу, выходное напряжение которой второй и третий входы блока строби- равнорования являются соответственно вторым входом первого дифференциальногоусилителя и первым входом второгодифференциального усилителя.На Фиг.1 приведена структурнаясхема устройства для определения 65 импульсы в моменты экстремумов его)О при П(т)0Ъых 0 при (г.)0Определитель 9 моментов экстремумов формирует на своем выходе стробк второму и третьему входам блокастробирования, и с входом формирователя второй производной, выход которого подключен к первым входамтретьего и четвертого блоков памяти,при этом вторые входы первого и 5третьего блоков памяти соединены с,первым выходом блока стробирования,второй выход которого подключен квторья входам второго и четвертогоблоков памяти а третьи входы четырех блоков памяти подключены к первому выходу блока управления, второЙвыход которого соединен с вторымивходами электронных ключей, причемвычислитель содержит два сумматора,вычитателя два делителядва блока извлечения квадратного кор"ня, причем первый и второй вхОдывычислителя соединены соответственно с первым и вторыми входами первого сумматора и первого вычитателя 20выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами.вычислителя, третий вход которогочерез последовательно включенныевторой сумматор, первый делитель 25и первый блок извлечения квадратногокорня подключен к третьему выходувычислителя, а через последовательновключенные второй вычитатель, второй делитель и второй блок извлечения 30квадратного корня подключен к четвертому выходу вычислителя, четвертый вход которого соединен с вторыми входами второго сумматора и второго вычитателя, при этом выходыпервого сумматора и первого вычитателя подключены соответственно квторым входам первого и второго де"чителей,4параметров двухтональных сигналов; на фиг,2 - диаграмма напряжений.Устройство для определения параметров двухтональных сигналов содержит блок 1 стробирования, первый дифференциальный усилитель 2, первый пороговый блок 3,первый элемент И 4, второй дифференциальный усилитель 5, второй пороговый блок 6, второй элемент И 7, ограничитель 8, определитель 9 моментов экстремумов, формирователь 10 второй производной; первый,11, второй 12, третий 13, четвертый 14 блоки памяти, вычислитель 15, первый сумматор 16, первый вычитатель 17, второй сумматор 18, второй вычитатель 19, первый делитель 20, второй делитель 21, первый 22 и второй 23 элементы извлечения квадратного корня, первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 электронные ключи, блок 28 управления.Устройство работает следующим образом. При описании работы устройства предполагается, что постоянная составляющая входного сигнала равна нулю.Блок 1 стробирования формирует строб-импульсы на своем первом входе только в те моменты времени , при которых (х) 1 П 1, а на своем втором входе - только в те моменты времени х при которых П(х) сгде х - моменты положительных экстремумов напряжения на первом входе блока 1 стробирования;- значения напряжения П в моменты времени х,и 2 - значения напряжений на втором и третьем входахр- во- ь- о- ойвходного напряжения одним из известных способов.Импульсы с выхода определителя 9 моментов экстремумов проходят на первый выход блока 1 стробированияпри наличии положительного потенциала на первом входе первого элемента И 4, т,е, при 0(х) ) 0 а при наличии положительного потенциала на первом входе второго элемента И 7, т.е. при 0(г,х). ( 0, проходят на второй выход блока 1 стробирования,Формирователь 10 второй произ- водной формирует на своем выходе напряжение, равное второй производной его входного сигнала, одним из известных способов, например путем двойного дифференцирования входного сигнала и усиления в 1/разl где Т - время дифференцирования. В качестве первого, второго,третьего и четвертого блоков 11 - 14памяти используются схемы ВЫБОРКАЗАПОМИНАНИЕ, на выходах каждой изкоторых устанавливается и хранитсянапряжение, равное напряжению на еепервом входе в момент наличия импульса на ее втором входе. При поступлении нулевого потенциала на третьи входы первого, третьего и четвертогоблоков 11, 13 и 14 памяти на их выходах устанавливается нулевое напряжение, а при поступлении нулевого потенциала на третий вход второго блока 12 памяти на ее выходе устанав"ливается положительный потенциал, близкий к напряжению питания,Выходные напряжения первого,второго и третьего и четвертого блоков 11 - 14 памяти поступают соответственно на первый, второй, третий ичетвертый входы вычислителя 15, осуществляющего операции сложения, вычитания и деления напряжений, а также операцию извлечения квадратного корня, при этом входящие в состав вычислителя 15 первый и второй сумматоры 1 б и 18, а также первый и второй вычитатели 17 и 19 представляют собой известные схемы суммато" ра и вычитателя с той лишь разницей,что на их входах сигналы делятся в 2 раза, например, с помощью резис" торов, а на их выходах Формируются.напряжения, равные полусумме и соответственно полуразности их входныхнапряжений,Выходные сигналы вычислителя 15проходят на выходы устройства приналичии положительных потенциаловна вторых входах первого, второго,третьего и четвертого электронныхключей 24 - 27, формируемых блоком28 управления,Оценка частот и амплитуд тональных сигналов осуществляется цикли 25 . 0 Щ=Д 5 РфО (+Ч+Я 5(П Ю 1+ Ч )где А,щи Ч - амплитуда, круговаячастота и начальная 30 фаза первого тональ-.ного сигнала;А,оЭ и М - амплитуда, круговаячастота и начальчаяФаза второго тональ ного сигнала;00(с,х)0 так как 02= +Еп ,0=0при этом в момент времени х строб"импульс с выхода определителя 9 моментов экстремумов проходит на пер вый и второй выходы блока 1 стробирования и поступает на вторые входыблоков 11-14 памятиПри этом на выходах первого ивторого блоков 11 и 12 памяти уста навливаются напряжения соответственно 0 = 0 = 0(г,х,Л) а на выходахтретьего и четвертого блоков 13 и 14устанавливаются напряжения 0= 04 == 0 ф(с), равные второй производной 50 входного сигнала в момент времениХВ момент времени 1; максимального положительного экстремума вход"ного сигнала 0(х,)0 и строб-импульса появляется на первом выходеблока 1 стробирования, при этом навыходах первого и третьего блоков 11и 13 памяти устанавливаются напряжения 01 0( х 1) и 03 хл )ветственно. В момент вРемени 1 хкми" бО нимального положительного экстремума входного. сигнала 0(хх)0, истробимпульс появляется на второмвыходе блока 1 стробирования, приэтом на выходах второго и четвертогоблоков 12 и 14 памяти формируются б 5 чески в интервалах времени То(фиг,2,цкаждый из которых состоит из интервалов Т:, Т и Т з, где Т - интервал установки устройства в начальиоесостояние; Т " интервал оценки;5 Т " интервал считывания результатаоценки.Импульсы установки устройства вначальное состояние (Фиг.2,В) исчитывания результатов оценки 10 (фиг.2,2) формируются соответственнона первом и втором выходах блока 28управления,В течение интервала Т на выходах блоков 11, 13 и 14 памяти уста) навливается нулевое напряжение, а на.выходе второго блока 12 памяти - положительное напряжение, близкое,к напряжению питания, при этомна втором и третьем входах блока 1стробирования устанавливаются напря.жения соответственно 01 = 002 =+ ЕпитВ момент времени СХ, первогоэкстремума входного сигнала987858 напряжения 02 = у (1 ) и 04 - О (1 хц ) соответственно.Следовательно, в течение интерва" ла времени Т 2 оценки на выходах первого и второго блоков 11 и 12 памяти устанавливаются напряжения 01 и 0, равные соответственно значениям входного сигнала в моменты времении с т.е. в моменты максимального и минимального положительных экстремумов входного сигнала, а на выходах третьего и четвертого блоков 13 и 14 памяти устанавливаются напряжения, равные второй производной входного сигнала соответственно в моменты времени ; и(фиг,2,а) .Максимальное экстремальное значение входного сигнала имеет место при Тц +Ц мю ц .Ь+(2 22 2. П 5 2 ф (16 " А252П 6 - - А,м,09 ш10 1Ц 11 - ) 2ПгСледовательно, независимо от соотношений амплитуд тональных сигналов на выходах первого и третьегоЗО электронных ключей 24 и 26 устанавливаются напряжения, соответствующие амплитуде и частоте тональногосигнала с большей амплитудой, а навыходах второго и четвертого элект 35 ронных ключей 25 и 27 - соответствующие амплитуде и частоте тонального сигнала с меньшей амплитудой(фиг.2,д).При Равенстве амплитуд тональных4 О сигналов напряжения на выходах первого и второго электронных ключей24 и 25 равны, так как П 2 = О иБ 5 = Б Ь = 1/2 У.Следовательно, предлагаемое уст 45 ройство определяет частоты и амплитуды тональных сигналов, неизвестныена приемной стороне, так как осуществляет оценку параметров тональных сигналов при отсутствии эталоновчастот входных сигналов, причем частоты и амплитуды тональных сигналовопределяются независимо друг от друга,а результаты оценки частот сигналовне зависят от соотношения их амплитуд.При использовании предлагаемогоустройства в составе приемника многочастотного кода представляетсявозможность применения только двухканалов с автоматической настройкойна тональные частоты сигнала, параметры которого неизвестны на приемной стороне. При этом результатыоценки частот могут использоваться:для автоматйческой настройки кана 65 лов на частоты сигналов, а результапри этом П(первый сигнал) м А+ Аь,Если предположить, что А(А 2, то минимальное положительное экстремальное значение входного сигнала имеет место при Ш 1+ Чй 34, Ш 1 + Чг.Р/2 при этом Б 2 (второй сигнал)А- А 2Значение второй производнойвходного сигнала в моменты его максимального и минимального положитель" ного экстремумов соответственно равны2(третий сигнал) Аы + А 2 ы 2У 4 (четвертый сигнал): Ао - А 2 оз 22 2В вычислителе 15 первый й второй сумматоры 16 и 18 формируют на своих выходах сигналы, равные полусуммам их входных сигналов, а первый и второй вычитатели 17 и 19 формируют на своих выходах сигналы, равные полуразйостям сигналов на их входах. Достигается это использованием известных схем суммирования и вычитания, входные сигналы которых делятся на 2, например, на резисторах.В этом случае напряжения У 5 - П 2 на выходах узлов вычислителя 15 соответственно равны П 5 (2 (П 1 2) " Ф6 - "2 ) 1 2) - 2П,= 1 й(П,+П 4) =-А"0 = 1/2(П - (1 ) -А ы 2фгде 05, 06, О и Бэ - напряжения навыходах первого сумматора, первоговычитателя, второго сумматора ч второго вычитателяУц = 0/0 м-ь2П 19,118 ПЬ - 2О= П"о 1,1 1 рГд 8 0р 0 у 13 и У. - напряжения на.о ф чвходах первого и второго делителейЫ и 21, и первого и второго элементов 22 и 23 извлечения квадратного корняапрЯжениЯ П ЦЬП 1 и Пд В инЬ "итервалы Т проходят йа выходй устройства через электронные кхпочи 24 5 27, открытые импульсами со второговыхода блока 28 управления.При этом на выходы первого и второго электронных ключей 24 и 25проходят напряжения, соответствующие 1 О амплитудам первого (с большей амплитудой) и второго (с меньшей амплитудой) тональных сигналов, на выходытретьего и четвертого электронныхключей 26 и 27 проходят напряжения,соответствующие частотам первого ивторого тональных сигналов.В случае, если А 2А 1 минимальноеположительное экстремальное значение входного .сигнала имеет место 20 р+:-Т/г, ы 21Ч .". Р/2при2 "при этом ПА 1 +ты оценки амплитуд тональных сигналов - для регулировки усиления и установки пороговых уровней в каналах,Кроме того, результаты оценки частот и амплитуд тональных сигналов могут использоваться для контроля качества сигналов в каналах и их соответствия допустимым значениям.Устройство может быть выполнено на базе цифровой техники, причем в качестве вычислителя может использоваться микро-ЭВМ с ограниченными . возможностями.Формула изобретения1. Устройство для определения параметров двухтональных сигналов, содержащее блок управления, блок стробирования и вычислитель, о т л ич а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки при повышении быстродействия процесса оценки, в него введены формирователь второй производной, четыре блока памяти и четыре электронных ключа, первые, входы которых подключены соответственно к четырем выходам вычислителя, .первый, второй, третий я четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого блоков памяти, причем вход устройства соединен с . первым входом блока стробирования, с первыми входами первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам блока стробярования, и с входом формирователя второй производной, выход которого подключен к первым входам третьего.и четвертого блоков памяти, при этом вторые входы первого и третьего блоков . памяти соединены с первым выходом. блока стробирования, второй выход которого подключен к вторым входам второго и четвертого блоков памяти, а третьи входы четырех блоков памяти подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с вторыми входами электронных ключей, причем вычислитель со 50 принятые во внимание при экспертизе1.Патент США Р 3976843,кл.179-15 В, 1978 (прототип). держит два сумматора, два вычитателя, два делителя и два блока извлечения квадратного корня, причем пер"вый и второй входы вычислителя соединены соответственно с первыми и 5 вторыми входами первбго сумматора ипервого вычитателя, выходы которыхсоединены соответственно с первым ивторым выходами вычислителя, третийвход которого через последовательно 10 включенные второй сумматор, первыйделитель и первый блок извлеченияквадратного корня подключен к третьему выходу вычислителя, а через пос"ледовательно включенные второй вычи татель, второй делитель и второйблок извлечения квадратного корняподключен к четвертому выходу вычис.лителя, четвертый вход которого соединен с вторыми входами второго сум матора и второго вычитателя, при этомвыходы первого сумматора и первоговычитателя подключены соответственно к вторым входам первого и второго делителей.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок стробирования содержит последовательносоединенные первый дифференциальныйусилитель, первый пороговый блок ипервый элемент И, последовательносоединенные второй дифференциальныйусилитель, второй порогоВый блок ивторой элемент И, а также последо-,вательно соединенные ограничитель иопределитель моментов экстремумов,выход которого подключен к вторымвходам первого и второго элементов,И, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блокастробирования, первый вход которого 40 соединен с входом ограничителя, спервым входом первого дифференциаль. ного усилителя и с вторым входомвторого дифференциального усилителя,причем второй и третий входы блока 45 стробирования являются соответственно вторым входом:первого дифференциального усилителя и первым входомраж 675арственного комитизобретений и откЖ, Раушская на ИПИ Госупо деламМосква ПодписСССРий д. 4/5