Устройство для измерения временных интервалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1983645(22 Заявлено 22.06.81 (21) 3305465/18-21с присоединением заявки Нов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть использовано в радиолокационных и радионавигационных устройствах.По основному авт. св. Р 530313 известно устройство для измерения временных интервалов, содержащее приемник, блок грубого и блок точного отсчета, блок устранения многозначности, блок вычитания, вычислитель п 9 правки и Сглаживающий фильтр (1,Цедостатком его является наличие ошибок в измерении временных интервалов, вызванных разбалансом ампли-. туд принимаемых сигналов на входе приемника, который обусловлен различными удалениями от объекта до каждой иэ станций радионавигационной системы.Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее приемник, выход которого подключен к вхо- ду блока точного отсчета и через блок грубого отсчета к первому входу блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а выход - к первым входам блока устранения многозначности и вычислителя поправки, выход которого соединен с входом сглажива- ющего Фильтра, введен блок .компенсации ошибок, первый вход которого подключен к выходу блока точного отсчета, второй вход соединен с шиной исходных данных, а выход - с вторыми входами вычислителя поправки и бло 1 р ка устранения многозначности, а,кроме того, блок компенсации ошибок содержит последовательно соединенные блок сравнения и блок постоянной па"мяти, а также два арифметическихблока и блок оперативной памяти, причем первый и второй выходы блока постоянной памяти соединены .соответст" венно с первым и вторым входами пер" вого арифметического блока, третий вход которого соединен с одним иэ входов блока сравнения и вторым входом блока компенсации ошибок, а выход - с входом блока оперативной камяти, первый и второй выходы которого подключены соответственно к 25 первому и второму входам второгоарифметического блока, третий вход которого является первым входом блока.компенсации ошибок, а выход - выходом блока компенсации ошиНа фиг, 1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг., 2 - структурная схема блока компенсации оши-,бок.Устройство для измерения временных интервалов содержит приемник 1,блок 2 грубого отсчета, блок 3 точного отсчета, блок 4 устранения многозначности, блок 5 вычитания, вычислитель 6 поправки, сглаживающийфильтр 7, блок 8 компенсации ошибок,Блок 8 компенсации ошибок содержит блок 9 сравнения, блок 10 постоянной памяти коэффициентов а, а,Ь, Ь, арифметические блоки 11 и 12,блок 13 оперативной памяти величинАд б ЧВНа фиг. 3 показаны графики зависимости дР от дальности измеряемыхобъектов (Р); на фиг. 4 - графикизависимости задержек входных сигна-.лов (дт.) от разбаланса их амплитуд Кдля различных приемников.Приемник 1 обеспечивает селекциюпо частоте и усиление радиоимпульсовпередающих станций радиоимпульсов,передающих станций радионавигационной системы.В блоке 2 грубого отсчета производится измерение временного интервала между отсчетными точками огибающих радиоимпульсов, а результат Ь р 30измерения (грубый отсчет) поступаетна вход блока 5 вычитания. В блоке 3точного отсчета измеряется разностьФаз Ч 4 высокочастотных заполненийрадиоимпульсов ведущей (А) и ведомых З 5(Б, В) станций, которые затем передаются в блок 8 компенсации ошибок. На второй вход блока 8 компенсацииошибок поступают расчетные значениядальностей до станции излу"-ения Радионавигационной системы Рд, РБ, РВ.В блоке 8 компенсации ошибок выполняются следующие операции.По значениям вводимых в блок дальностей Р рассчитываются поправки дЧ:л 1;=453 +Ь е ли ф)поР1( ус1=4,Б,Ь (4)Й 1 Йеслипор где а, а, Ъ, Ь- коэффициенты наклона прямых, показанных на фиг. 3. 50Эти коэффициенты определяются по экспериментальным зависимостям (фиг, 4), характеризующим величины задержек сигналов от разбаланса ихамплитуд, 55Вычисляются поправки 4 Ч, к измеренным в блоке 3 разностям фаз А:дЧ =дЧ -дУ, = б,в, (2) где д, дЧ, дЧ из выражения (1); цВычисляются (точные - индекс Т) э нач ения раз н остей Фаз, п ередаваемые далее на выход блока 8: б 5 Блок 9 реализует операцию сравнения Р; ф Р,о, где Рп = сопя, и выработку бинарной команды (О или 1) в зависимости от результата сравнения,Блок 10 обеспечивает хранение коэфФициентов а а Ь 1, Ь и выдачу на свой выход либо коэффициентов а, Ь, либо коэффициентов а, Ь, в зависимости от кода (О или 1) бинарной команды из блока 9. Блок 11 (фиг. 2) реализует операцию (1) либо с коэфФициентами а, Ь, либо с коэффициентами а, ЬдЗначения,а Чд, д ЧБ, дЧ 8, вычисленные в блоке 11, запоминаются в блоке 13 оперативной памяти. В блоке 12(фиг,2)реализуются операции (2) и (3) с величинами дЧ, дЧб,дЧв,постУпающими из блока 12, и величинами Убд, Чбд, поступающими из блока 3. Выход блока 12 (величины 8 4 Т,Чб) является выходом блока 8.С выхода блока 8 исправленные значения разностей фаз передаются в блок 4 устранения многозначности и вычислитель б поправки грубого от 1 счета. Соединенные в кольцо блоки 5 вычитания, вычислитель б поправки исглаживающий фильтр 7 образуют следя-щую систему, которая предназначена для измерения медленноменяющейся составляющей /с(,/разности оошибок грубого и точного отсчетов и для вычитания ее из грубого отсчетаперед устранением многозначности точного отсчета. Исправленный в блоке 5 вычитания грубый отсчет 1 р,передается затем в блок 4 устранения многозначности и вычислитель б поправки, В блоке 4 устранения многозначности по грубому и точному отсчетам вычисляются целое число периодов и временной интервал между сигналами ведущих и ведомой станций,Получение коэффициентов а 1, а Ь, Ь 2,Рпор,используемых при реализации выражения (1) в блоке 8, делается предварительно путем снятия экспериментальных данных. Устройство работает следующим образом.Сигналы станций (А, Б, В) радиона вигационной системы поступают на вход приемника 1. После селекции по частоте и усиления в нем указанные сигналы передаются в блок 2 грубого и блок 3 точного отсчетов. В блоке.2 грубо измеряется временной интервал между сигналами ведомых (Б, В) и ведущей (А) станций, например, пу тем измерения временных интервалов между характерными точками огибающих радиоимпульсов; в блоке 3 измеряются разности фаз высокочастотны. заполнений этих же импульсов (вели чины Мб 4, У 84). Последние поступают далее йа вход блока 8. После посту983645 Во 2-ом цикле на вход блока 8 поступают ненулевые (в отличие от 1-ого цикла) дальности Рд, РВ, Р 8(результат 1-ого цикла, описанного выше)а 65 грй. = )д то 1 т лениЯ пеРвых замеРов Чбл,Чад на входблока 8 они не корректируются,т.е.Чбд==ЯМАЛ = Оу Ч дт= Чу.4; 3 = Б В(Выражение (3), Фйг. 2) и устройство работает после получения первых замеров, без коррекции ошибок, точногоотсЧета Чбд, Чбд, вызванных Разбалансом входнйх сйгналов. Соответственно,временные интервалы на выходе устройства имеют ошибку, вызванную разбалансом входных сигналов, что вызывает соответствующую неточность и вопределении координат местоположения объекта.Устройство для измерения временного интервала входит составной частью в приемоиндикатор радионавигационной системы, по которому определяют координаты объекта. При этоммогут быть два способа преобразования измеренных временных интерваловв координаты объекта. В самом простейшем случае координаты объекта определяют по специальным картам, накоторые нанесена сетка линии положений, соответствующий измереннымвременным интервалам 1 дб, 1 дВ. В другом случае для преобразования координат используют специальное устрой- .ство - преобразователь координат (ПК)Таким образом, и в том и в другомслучае, после первого измерения временных интервалов будут известны координаты объекта, по .которым вручнуюили автоматически (в ПК) определяются дальности Рд, РБ, РВ от объектадо передающих станций. При отсутствии ПК дальности будут сняты с техже карт, тем более, что не требуется высокой степени точности в их определении. Если ПК входит в составприемоиндикатора, то дальности допередающих станций считаются тамболее точно, причем операция вычисления дальностей всегда выполняетсякак промежуточный результат при пересчете измеренных временных интервалов в координаты объекта.Полученные по первому определениюкоординат дальности (т.е. соответствующие нескорректированным значениямЧб дЧвдс ВыхОдОВ блОкОВ 3 и 8) ВВОдятся в блок 8В силу нескорректированности величин.:Мбд,Ч соответствующие им и введенные в блок 8 дальности Рд, Рб, Р 8 также Имеют погРешности (правда, они малы по сравнению с величинами самих дальностей исоставляют величины порядка десятков метров). На этом заканчивается1-ый цикл итерационного уточнениявременных интервалов и координатобъекта,также новые результаты измеренийвеличин Чбд, ЧВдс выхода блока 3. Приэтом, как следует из выражений (1)- .(3), блок 8 корректирует величиныЧбд, Чбдследующим ОбразОм.Вначале работают блоки 9-11 только для одной из станцйй, напримердля станции А, реализуя выражение(1) для 3. = А следующим образом. Взависимости от величины Рд (резуль О тат 1-ого цикла) на выходе блока 9вырабатывается команда О или 1, обеспечивающая выборку из постоянной памяти блока 10 коэффициенты а,Ъ илиа,Ь соответственно; указанные ко эффициенты поступают на входы блока11, где, согласно выражению (1), вычисляется величина л ЧЛ. Эта величина с выхода блока 11 запоминается вблоке 1320 Аналогичные циклы работы блоков9-11 выполняются далее для станцииБ, а затем - для станции В. Соответственно, значения ЬЧб,йЧВпоследовательно во времени передаются в блок13, где также запоминаются в егооперативной памяти. После запоминания в блоке 13 величин дЧл,дЧБ,ВЧв начинаетсЯ Работаблока 12. Вначале он работает для З 0"линии положения АБ: из памяти блока13 выбиРаютсЯ величины аЧб,лЧВ, вычисляется, согласно выражению (2),величина аЧбд, которая, в соответствии с выражением (3), вычитается даЗ 5,лее из величины Чбд, результат Ч Лт (3)поступает с выхода блока 12 на выходблока 8. Затем в блоке 12 выполняетсяаналогичный цикл работы для линииположения.АВ, в, результате чего нй 40 выход блока 8 поступает величина Чцдт. Уточненные во 2-ом цикле значенмГЧ Ч поступают с выхода блока 8 в6 АТ ВЛтвычислитель б поправки, который 45 совместно с блоком 5 и Фильтром 7образует следящую систему. Эта следящая система обеспечивает сглаживание медленно меняющейся составляющей (2) разности Ы ошибок грубого 50 (1) и тоог (Чбл , Чб)полученных во 2-ом цикле. уточнениявременных интервалов, На выходе блока 5 вычитания Формируется величинаучитывающая поправку Д ТВ, по стуйающую из Фильтра 7 (здесь и ниже Т о - величина периода высокочастотного заполнения радиоимпульсов).Величина ТР 1 передается в блок 4устранения многозначности и вычисли тель б поправки. Блок 4 обеспечива"ет вычисление целого числа периодови временного интервала между сигналами станций.: (й А+Чд) Т;=б,Но, так как на него поступают скорректированные (на ошибки иэ-эа разбаланса входных сигналов) величины Ф 7; 3 = Б, В, тов отличие от известного устройства, он формирует на выходе более точные значения величины временных интервалов 1 , 3=Б,В, По ним, как описано выше, определяются (или вычисляются в ПК приемоиндикатора) значения дальностей О 4,Об,О 8, более точные, чем это было в 1-ом цикле работы предлагаемого устройст ва и в известном. Укаэанные значения вновь подаются на вход блока 8, На этом заканчивается 2-ой цикл итерационного уточненияизмеренных временных интервалов и, следовательно, 20 координат объекта.Далее итерационный цикл продолжается, причем с каждым циклом происходит дальнейщее уточнение величин Од, Об, О 8 поступающих на вход бло ка 8; соответственно уточняются пот М д на вйходе блока 8 и, следовательвдтно, результаты изменения временных интеРвалов 1 бд, эд на выхоце бло ка 4. Это, в свою очередь, приводит к уточнению координат объекта. Такое итерационное уточнение особенно эффективно при неподвижном объекте, т.е. при постоянных во времени ис тинных интервалах С,5, 1 Вд, фазах ЧбА,ЧВА. Ошибка уточнения в этом случае ограничена сверху практически только инструментальными погрешностями аппаратуры, 40Данное устройство позволяет прогнозировать ошибку, вызванную разбалансом амплитуд с точностью не хуже 0,003 мкс двумя кусочно-линейными функциями, аргументами которых явля ются дальности.от объекта до передающих станций. Таким образом, использование изобретения позволяет улучшить, по сравнению с известным устройством, точность измерения временных интервалов в различных точках рабочей зоны радионавигационных систем за счет компенсации ошибок, вызванных разбалансом сигналов.Формула изобретения1. Устройство для измерения временных интервалов по авт. св. 9530313,отличающеесятем,что, сцелью повышения точности измерений,в него введен блок компенсации ошибок, первый вход которого подключенк выходу блока точного отсчета, второй вход соединен с шиной исходныхданных, а выход - с вторыми входамивычислителя поправки и блока устранения многозначности.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, сцельюпсвыщения точности измерений, блоккомпенсации ошибок содержит последовательно соединенные блок сравненияи блок постоянной памяти, а такжедва арифметических блока и блок оперативной памяти, причем первый ивторой. выходы блока постоянной памяти соединены соответственно с первым и вторым входами первого арифметического блока, третий вход которого соединен с одним иэ входов блока. сравнения и вторымвходом блокакомпенсации ошибок, а выход - с входом блока оперативной памяти, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам второго арифметическогоблока, третий вход которого являетсяпервым входом блока компенсации ошибок, а выход - выходом блока компенсации ошибок,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 530313, кл. 6 04 Р 10/04, 1975.983645 7 ф ставитель Л. Плетневахред М.Коштура Корректо озори дактор Тираж 427 По ИИПИ Государственного комитета но делам изобретений и открытий Москва, Ж-Э 5, Раушскаянаб д. Заказ 9919/5 ис СР 1303 лиал ППП Патентфф, г. ужгород, ул. Проектная, 4