Анализатор импульсных последовательностей

(19) (11) 51)5 С 01 К 23/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ еский адиоЛЕДОВАаружеделея помех,.ощение ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТпО изоБРетениям и ОтнРытиямпРи Гннт сссР М АВТОРСКОМУ СИИДЬТИЛ(54) АНАЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ПОТЕЛЬНОСТЕЙ(57) Изобретение относится кэлектрорадиоиэмерений и можетиспользовано в устройствах обния импульсных сигналов и опрния частоты в условиях действЦелью изобретения является уп и расширение функциональных возможностей. Анализатор импульсных последовательностей содержит входную шину 1,бинарный кантователь 2, шину 3 порогового напряжения, блок 4 стробирования, генератор 6 стандартных импульсов, генератор 9 тактовых импульсови пороговый блок 17. Введение формирователя 5 строба анализа, формирователя 7 пробного периода, формирователя8 вычетов, накопителей 1 О, 11, формирователя 12 импульса сброса, блока 13сложения, выходных ключей 14-16 и блока 18 задания порога позволяет обнаруживать сигналы и с неизвестным периодом и оценивать их статическиесвойства по периодограмме. 1 з,п.ф-лы, 5 ил.1711089 Изобретение относится к областиэлектрорадиоизмерений и может бытьиспользовано в устройствах обнаружения периодических импульсных сигналови определения частоты в условиях действия помех.11 ель изобретения - упрощение ирасширение функциональных возможностей,На фиг, 1 и 2 приведены структурные схемы анализатора и входящего внего блока; на фиг, 3 и 4 - диаграммы, поясняющие принцип действия анализатора; на Фиг, 5 - временные диаграммы работы блоков анализатора.Анализатор импульсных последовательностей содержит (фиг, 1) входнуюшину 1, бинарный квантователь 2, шину3 порогового напряжения, блок 4 стробирования, формирователь 5 сбросаанализа, генератор Ь стандартных импульсов, формирователь 7 пробногопериода, Формирователь 8 вычетов,генератор 9 тактовых импульсов, накопители 10 и 11, Формирователь 12импульса сброса, блок 13 сложения,выходные ключи 14-16, пороговый блок17, блок 1 Я.задания йорога, а такжевыходные шины 19-22,Первый и второй входы бинарногоквантователя, 2 являются, соответственно, входной шиной 1 н шиной 3 порогового напряжения, а выход черезпоследовательно соединенные блок 4стробирования и генератор 6 подключен к третьим входам накопителей 10,11 и первому входу формирователя 8вычетов, третий вход которого объединен с выходом генератора 9 и входомформирователя 5 строба анализа. Первый и второй выходы формирователя 8вычетов через, соответственно, накопители 10 и 11.подключены к первомуи второму входам блока 13 сложения,выход которого через выходной ключ14 соединен с первым входом порогового блока 17 и выходной шиной 19.Первый и второй выходы формирователя5 соединены, соответственно, с вторымвходом блока 4 стробирования и входом Формирователя 12 импульса сброса,вторыми входами выходных ключей 1415. Вход Формирователя 7 объединенс выходом Формирователя 12, вторымивходами накопителей 10 и 11, а выходс вторым входом формирователя 8, первыми входами выходных ключей 15 и 16,выходы кпторых являются, соответст в енн о, выходными шинами 20 и 21 устройства, Выход блока 18 задания порога соединен с вторым входом порого 5вого блока 17 выход которого под 9ключен к второму входу выходного ключа 16 и выходной шине 22.Формирователь 8 вычетов (фиг.2)содержит блок 23 сравнения кодов,двоичный счетчик 24, блок 25 сравнения кодов, элемент ИЛИ 26, двоичныйсчетчик 27, блок 28 сравнения кодов,вычитатели 29 и 30, ключи 31 и 32.Первый вход Формирователя 8 объединенс вторыми входами ключей 31 и 32, авторой вход - с первыми входами блоков 23, 25 и 28 и вторыми входами вычитателей 29 и 30, Третий вход формирователя 8 объединен с первыми входами двоичных счетчиков 24 и 27, вьгходы которых через последовательносоединенные, соответственно, вычитатель 29, клич 31 и вычитатель 30,ключ 32 подключены к первому и вто 25 рому выходам формирователя 8 .вычетов, Выходы блоков 23 и 25 сравнениякодов соединены, соответственно, свторыми входами двоичного счетчика24 и элемента ИЛИ 26, выход которогоподключен к второму входу двоичногосчетчика 27, при этом выход блока28 соединен с первым входом элемента ИЛИ 26,В основу принципа действия устройства положено модульное преобразование моментов времени С; появления импульсов в анализируемой реализации потока импульсов, формируемогогенератором 6 стандартных импульсов40 из бинарно квантованного напряжения.Поток импульсов, поступающих на входформирователя 8 вычетов, характеризуется длительностью реализации Тд(. = 1,2,3,) отсчитанными от начала реализации,Иодульное преобразование состоит впредставлении значенийпо модулюнекоторого заранее выбранного (илизаданного) пробного периода Т1 ос Т = ; - еда( - ), (1)т фгде , - результат преобразования,являющийся по сути вычетомпо модулю теп(ф) - целая часть выражения вскобках.Если анализируемая реализация содержит периодическую последовательность импульсов И1), характеризуемую периодом То повторения импульсов и временным положением Спервого импульса последовательности относительно начала реализации, то(4) (5) (6)- ,Иод Т.Ь 1При То( = Тоо(о+(-1)Т 511 одт = от,евсе вычеты такой последовательности имеют одинаковые значенияпринадлежащие интервалу возможныхзначений (О, Т )На Аиг. 3 приведены временная диаграмма ОС) и характеристика преобразования (1), являющаяся модульнымпреобразованием текущего времени ;,частными значениями которого являютсямоменты появления импульсов в анализируемой реализации,ИодиФицируем преобразование25Ъ(с)1 Ф У )Характеристики преобразований (2)и (3) изображены на Фиг. 4 и получены смещением характеристики преобразования (1) вниз на 0,5 Т (центрирова 1ние значений вычетов) и смещением(с)и " будем называть син)разным иЧ 1)квадратурным вычетами, что отмечаетсяверхними индексами, взятыми в скоб(я (с)ки, Теперь значения Я и й; принадлежаг интервалу (-0,5 Т +0.,5 Т ),Образуем суммыо оо- (э) Юе, =Е;цф(с)где суммирование вычетов осуществляется в пределах интервала Тт При(1 МН (Нгде епТ(Т /Т ) - число импульсов пеориодической последовательности 00 й) сТ = Т на интервалеТо. Значения 9 и 9, зависят от значе (с)= щах (фиг, 4) и выполняется соотношение9, =)61(+Я 11) -0,5 т ооо(тот;)Ю (с)при любых значениях йо(н и. ., таккак все вычеты й= С(с о ф ф(,)Ст)(Таким образом, при выполнении операций (2)-(6) над моментами появления импульсов С; в периодической последовательности П(1) при Т = Т3наблюдается накопление значения 9которое к концу реализации, длительностью Та, принимает значение (7).Если у периодической последователь"ности импульсов Бр(С) начальное положение рц и период повторения Тр Ф Т,то преобразования (2) и (3) дадутФРсинАазные и квадратурные вычеты ,и (;(с), значения которых будут "рассыпаны на интервале (-0,5 Т+0,5 Т ), в результате чего йри образовании сумм (4) и (5) положительныеи отрицательные значения вычетов взначительной мере скомпенсируют другдруга. Математическое ожидание суммы(6) при этом будет значительно меньше, чем (7) и различие это будет тембольшим, чем больше (То/Т ).Если подвергнуть преобразования(2)-(6) хаотическую последовательность импульсов, то математическоеожидание суммы (6) будет равно нулю.Характеристика зависимости 9 отзначения Т = Т + (Т, которое в общем случае не равно Т но в частносУти при оТ = 0 может совпадать с ТЭописывается равенствомо; (то) = д о(5 +1-1)т)иодт, -- 0,5 т 1 )К(О + 0,5 т+ и) тДмод т,-о,5 -.)1, (о)или в зависимости от расстройкиТотносительно Т - равенствомо(М 1 от )=)у ф о(-1)йт Мод т,- - 0,5 т)+( + о,5 т(т 1) о Т) 11 ой Т - 0 9 Т 11, (9) ветствующих накопит9 При 3 Т = 0 значения выражений (7), (8) и (9) тождественно равны, В выражениях (8) и (9) пр = ейт (То/Тр) , есть число импульсов последовательности Пр с периодом следования Тсодержащееся в реализации деятель, ности Т10Анализатор импульсных последовательностей работает следующим образом.Входной сигнал, поступающий на входную шину 1 от внешнего источника напряжения (фиг. 5.1), сравнивается в бинарном квантователе 2 с порогом квантования, подаваемым на шину 3 в виде напряжения от внешнего устройства. На выходе бинарного квантователя 2 Формируются перепады напряжения в уровнях логических "0" и "1", соответствующие моментам превышения входным напряжением порогового уровня и ухода его ниже порога (фиг.5.2). Блок 4 стробирования пропускает на 25 выход реализацию такого квантованного напряжения на интервале времени, временное положение и длительность которого Т определяются соответствующимиопараметрами строба (фиг. 5.3), посту лающего на второй вход блока 4 стробирования с первого выхода формирователя 5 строба анализа. Генератор 6стандартных импульсов формирует насвоем выходе короткие импульсы, положение которых на оси времени совпадает с моментами перехода квантованного напряжения от уровня логического "0" к уровню "1" .(фиг. 5.4). Эти импульсы образуют в пределах интервала. 40То реализацию потока импульсов, подвергаемую дальнейшей обработке в соответствии с описанными операциями(2)- (6) .Импульсы с выхода генератора 6стандартных импульсов поступают напервый вход Формирователя 8 вычетов,на второй вход которого подаетсядвоичный код пробного периода Т,(модуля преобразования) от Формирователя 7 пробного периода (Фиг.5.6),По каждому входному импульсу на первом входе блока 8 на его первом и .втором выходах формируются параллельные двоичные коды, численно равные,соответственно, синфазному и квадра-,турному вычетам момента С появления входного импульса (Фиг. 5.7 и5.8). Эти вычеты суммируются в соотелях 10 и 11, приэтом моментом выполнения операциисуммирования управляет сам импульс,подаваемый на третьи входы накопителей 10 и 11 с выхода генератора 6стандартных импульсов, На выходах накопителей 10 и 11 Формируются абсолютные значения накопленных сумм синФазных и квадратурных вычетов (фиг,5,9и 5.10). Эти абсолютные значения получаются путем подачи с выходов накопителей 10 и 11 на блок 13 сложениякодов накопленных сумм без знаковогоразряда. Эти суммы поступают в видедвоичных чисел на соответствующиепервый и второй входы блока 13 сложения, гпе образуют на выходе блока 13сложения текущее значения выходногокода величины 11 (6), достигающейсвоего окончательного значения к моменту окончания анализируемой реализации (фиг. 5.11). В этот момент навтором выходе Формирователя 5 стробаанализа формируется импульс (фиг.5. 12)отпирающий выходные ключи 14 и 15,В результате этого на выходной шине19 появится код числа Р, а на выходной шине 20 - код пробного периодасоответствующего полученному значению О,Если значение 9, поступая напервый вход порогового блока 17, превысит значение порога, задаваемого отблока 18 задания порога на второйвход порогового блока 17, то на еговыходе и выходной шине 22 появитсяперепад напряжения (например, от "0"до "1"), который, поступая на второйвход выходного ключа 16, отопрет егои на выходной шине 21 появится кодпробного периода Тсоответствующее 1 9го значению 9, превысившему порог.Таким образом, выходные шины 19 и 20обеспечивают получение периодограммы9(Т ) анализируемого потока (приварьйровании Т ), а выходные шины21 и 22 - получение информации обобнаружении периодической последовательности (шина 22) и соответствующем значении периода обнаруженной последовательности Т( = Т (шина 21).По заднему Фронту импульса с второго выхода Формирователя 5 стробаанализа, поступающего на вход Формирователя 12 импульса сброса, на еговыходе генерируется импульс сброса(фиг. 5. 13), сбрасывающий в нуль содержимое накопителей 10 и 11 и при 1711089водящий анализатор в состояние готовности к обработке следующей реализации потока импульсов. Одновременноэтим импульсом, поступающим на входФормирователя 7 пробного периода,изменяется значение пробного периодана его выходе (фиг. 5.6) (напримерТ увеличивается на некоторый дис.1крет ЬТ). Затем описанный цикл рабо 10ты анализатора в течение нового интервала времени Т повторяется с новым значением пробного периода.Изменение пробного периода Т вформирователе 7 может осуществлятьсяпо определенному, наперед заданномузакону, например линейному, начинаяТфн и до Т 1 Тфос, с дискретом изменения, равным Ь Т,Принцип и особенности формированиясинфазного и квадратурного вычетовопределяются взаимодействием блоковструктурной схемы формирователя 8 вычетов (фиг. 2);Двоичные счетчики 24 и 27 вместе 25с соответствующими блоками 23 и 28сравнения кодов на первые входы которых подается код пробного периодаТ (модуля преобразования); образуясчетчики с переменным коэффициентомпересчета, равным Т, работающие врежиме непрерывного счета эталонныхинтервалов времени длительностью Тимпульсной последовательности от генератора 9 тактовых импульсов, поступающих на первые входы двоичных счет 35чиков 24 и 27. Как только содержимоекаждого из них достигает значенияравного Т, на выходе соответствующихблоков сравнения кодов появляетсяимпульс, который сбрасывает содержимое двоичных счетчиков в нулевое вначение. Затем цикл счета повторяется.Таким образом, на выходах двоичныхсчетчиков 24 и 27 формируются двоичные числа, циклически линейно возрастающие с циклом Т. Эти числа являются по сути текущим временем, представ-ленным дискретно с дискретом Тпо модулю Т.Для сдвига чисел, получаемых на50выходе двоичного счетчика 27, относительно выходных чисел двоичногосчетчика 24 на величину 0,5 Т 1 (получение квадратурной компоненты) используется синхронизация, котораяосуществляется путем установки нулевого содержания двоичного счетчика21 импульсом, формируемым на выходе блока 25 сравнения кодов и появляющимся в момент, когда на выходе двоичного счетчика 24 установится число,равное 0,5 Т . Для этого на первый вход блока 25 сравнения кодов подается значение 0,5 Т с второй входной шины блока 8 формирования вычетов. Импульс с выхода блока 25 сравнения кодов через элемент ИЛИ 26 устанавливает нулевое значение содержимого двоичного счетчика 27, Эта синхронизация необходима только для начальной установки и автоматического устранения случайно возникающего рассогласования в работе двоичных счетчиков 24 и 27 при сбоях.После начальной синхронизации двоичный счетчик 27, работая с циклом счета, равным Т; устанавливается в нулевое состояние импульсом, поступающим с выхода блока 28 сравнения кодов через элемент ИЛИ 26. При нормальной, синхронизированной со сдвигом на 0,5 Т, работе двоичных счетчиков 24 и 27 импульсы установки счетчика 27 на первый и второй входы элемента ИЛИ 26 возникают одновременно, дублируя один другой. Двоичные коды чисел с выходов двоичных счетчиков 24 и 27 поступают на первые входы соответствующих вычитателей 29 и 30, на вторые входы которых подается код числа 0,5 Т от второй входной шины формирователя 8 вычетов. Этот код является вычитаемым. Таким образом, в вычитателях 29 и 30 осуществляется центрирование выходных двоичных чисел двоичных счетчиков 24 и 27,. Эти центрированные двоичные числа являются синфазным и квадратурным .- представлениями центрированного текущего времени по модулю Т. В моменты появления импульсов йа первом входе формирователя 8 вычетов они, поступая на вторые входы ключей 31 и 32,открывают их и на выходах ключей 31 и 32 появляются двоичные числа, равные, соответственно, синфазному (ю (с фТи квадратурному ; вычетам (4), (5) . Таким образом, анализатор, обладаясвойствами селективного накопленияинформации о периодически следующихимпульсах, проще в аппаратурнойреализации тзвестного устройства,но при этом позволяет обнаруживатьсигналы с неизвестным периодом иоценивать их статические свойства попериодограмме.Формула изобретения1. Анализатор импульсных последовательностей, содержащий последова тельно соединенные бинарный квантоВатель, блок стробирования и генера О тор стандартных импульсов, а также генератор тактовых импульсов и пороговый блок, при этом первый и второй входы бинарного квантователя являются соответственно входной шиной и 15 шиной порогового напряжения устрой,ства, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены Формирователь вычетов, первый и второй накопители, формирователь строба анализа, блок сложения, Формирователь пробного периода, первый, второй и третий выходные ключи, формирователь импульса 25 сброса и блок задания порога, при этом первый вход Формирователя вычетов соединен с выходом генератора стандартных импулЬсов, а первый и второй выходы через соответственно пер- О вый и второй накопители подключены к первому и второму входам блока сложения, выход которого через первый выходной ключ объединен с входом порогового блока и первой йыходной шиной устройства, выход генератора тактовых импульсов объединен с третьим входом формирователя вычетов и входом Формирователя строба анализа, первый выход которого подключен к 4 О второму входу блока стробирования, а второй выход объединен с входом Формирователя импульса сброса и вторыми входами первого и второго выходных ключей, третьи входы первого и второго накопителей соединены с первым входом Формирователя вычетов, а вторые входы объединены с выходом Формирователя импульса сброса и входом формирователя пробного периода, выход которого объединен с вторым входом формирователя вычетов ипервыми входами второго и третьеговыходных ключей, выход блока задания порога соединен с вторым входомпорогового блока, выход которого под"ключен к второму входу третьего вьгходного ключа и четвертой выходнойшине устройства, выходы второго итретьего выходных ключей являютсясоответственно второй и третьей выходными шинами устройства,2. Анализатор по п. 1, о т л и - ч а,ю щ и й с я тем, что формирователь вычетов содержит последовательно соединенные первый двоичный счетчик, первый вычитатель и первый ключ, выход которого является первым выходом формирователя вычетов,.последовательно соединенные второй двоичный счетчик, второй вычитатель и второй ключ, выход которого является вторым ныходой формирователя вычетов, а также первый, второй и третий блоки сравнения кодов и элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам третьего и второго блока сравнения кодов, а выход - к второму входу второго двоичного счетчика, причем первый вход формирователя вычетов соединен с вторыми входами первого и второго ключей. а третий вход Формирователя вычетов соединен с первыми входами первого и нторого двоичных счетчиков, второй вход формирователя вычетов объединен с первыми входами первого, второго, третьего блоков сравнения кодов и вторыми входами первого и второго нычитателей, выход первого двоичного счетчика объединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения кодов, а выход второго двоичного счетчика подключен к второму входу третьего блока сравнения кодов.1711089 оставитель Н. Федоровехред М,Иоргентал Корректор Редактор В, Даик о КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина,Заказ 337. Тираж ВНИИПИ Государственного комит 1130357 Москв