бинарный квантователь с регулируемым порогом

Формула изобретения

Бинарный квантователь с регулируемым порогом, содержащий последовательно соединенные пороговый блок и делитель частоты, коммутатор, первый управляющий вход которого соединен с выходом делителя частоты, а второй управляющий вход с другим выходом порогового блока, последовательно соединенные реверсивный счетчик, входы которого соединены с соответствующими выходами коммутатора, и цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные дешифратор, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, и формирователь импульсных сигналов, выход которого соединен с входом коммутатора, а два других входа соединены с выходами двух внешних генераторов импульсов, отличающийся тем, что введены последовательно включенные усилитель, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, и второй пороговый блок, другой вход которого соединен с входом первого порогового блока и является входом квантователя, при этом входы синхронизации обоих пороговых блоков соединены с входом формирователя импульсных сигналов и соединены с выходом одного из внешних генераторов импульсов, период следования которых равен интервалу дискретизации входного сигнала, а выходом квантователя является выход второго порогового блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации и гидроакустике и касается вопросов построения обнаружителей импульсных сигналов, адаптирующихся к шуму переменной интенсивности автоматической регулировкой порога обнаружения (Раппорт. О практических методах установки порога обнаружения. ТИИЭР, 1969, N 8).

В настоящее время наиболее широкое применение находят обнаружители, в которых порог обнаружения формируют в результате сравнения с помощью бинарных ячеек частоты выбросов шума N(t) над порогом с заданной опорной частотой N_o. Однако быстродействие регулировки порога в таких устройствах, особенно при снижении интенсивности шума, оказывается недостаточным, так как определяется значение частоты следования опорных сигналов N_o, которая обычно невелика и составляет N_o= 10³...10⁶( интервал временной дискретизации входного сигнала). Такое значение N_o обеспечивает при стационарном шуме вероятность ложных тревог F_лт на выходе обнаружителя порядка 10^-6.10^-3. Воздействие нестационарной помехи, типа отражений от морской поверхности или реверберации, ведет к появлению большого числа ложных тревог или существенных потерь в обнаружении, что делает неэффективным применением такого обнаружителя в реальных помеховых условиях.

В некоторой степени повысить быстродействие регулировки порога удается применением устройства, описанного в статье А.А.Светличной. Равноточный регулятор порога обнаружения (Радиотехника 1991 г. N 2 (прототип), в котором управляющий сигнал (код) K(t), преобразуемый цифроаналоговым преобразователем в непрерывное напряжение порога, формируют также в результате сравнения с помощью бинарных ячеек частоты выбросов шума N(t) с заданной опорной частотой N_o, но при этом шаг изменения напряжения порога U не остается постоянным, а изменяют в процессе регулировки прямо пропорционально величине управляющего сигнала K(t).

U(t) = dUk(t),

где U минимальный шаг изменения напряжения порога обнаружения, определяемый минимальным уровнем шума, d < 1 коэффициент пропорциональности.

Недостатком данного устройства является его низкое быстродействие, определяемое размером минимального шага U, который берется соответственно допустимому уровню потерь в обнаружении, вносимых устройством.

Целью изобретения является повышение быстродействия регулировки порога при резких перепадах интенсивности шума без увеличения уровня вносимых устройством потерь в сигнале при обнаружении.

Поставленной цели достигают тем, что регулирование порога выполняют на более низком уровне, а требуемой величины порога достигают соответствующим усилением регулируемого.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные пороговый блок 1 и делитель частоты 2, коммутатор 5, первый вход которого соединен с выходом делителя 2, а второй с другим выходом порогового блока 1, последовательно соединенные реверсивный счетчик 3, входы которого соединены с соответствующими выходами коммутатора, и цифроаналоговый преобразователь 4, последовательно соединенные дешифратор 7, входы которого также соединены с выходами реверсивного счетчика 3, и формирователь импульсов 6, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 5, а два других входа соединены с выходами двух внешних генераторов импульсов. Дополнительно устройство содержит последовательно соединенные усилитель 8, вход которого объединен с вторым входом первого порогового блока 1 и соединен с выходом преобразователя 4, и второй пороговый блок 9, другой вход которого объединен с входом первого порогового блока 1 и является первым входом квантователя, а выход выходом квантователя. При этом входы синхронизации обоих пороговых блоков объединены с входом формирователя импульсов, соединяемым с выходом одного из внешних генераторов импульсов, следующих с периодом , равных интервалу временной дискретизации входного сигнала.

Принцип действия предлагаемого устройства аналогичен принципу действия известного устройства, т.е. здесь также управляющий сигнал формируют путем сравнения с помощью бинарных ячеек в реверсивном счетчике 3 частоты выбросов шума N(t) с заданной частотой N_o. В случае превышения порога в блоке 1 на вход суммирования реверсивного счетчика поступает число единиц DK, прямо пропоциональное текущему значению кода управляющего сигнала K(t), т.е. K = ck(t) где С < 1 коэффициент пропорциональности. Аналогично в случае заданного числа непревышений порога, т.е. числа, определяемого заданной вероятностью превышения регулируемого порога, указанное число единиц K поступает уже на вход вычитания реверсивного счетчика 3.

Управляющий код K(t) преобразуется в напряжение порога с помощью преобразователя 4. Формирование требуемого числа единиц K достигают применением дешифратора 7 и формирователя импульсов 6. Переключение сигналов, формируемых блоком 6, на входы суммирования и вычитания реверсивного счетчика 3 выполняется коммутатором 5, на один вход которого поступают сигналы с соответствующего выхода (p) первого порогового блока 1, на другой поделенные делителем 2 сигналы непревышения первого порогового блока 1. Выходной сигнал квантователя формируется на выходе второго порогового блока 9, на который подают усиленный усилителем 8 в раз порог , сформированный на выходе преобразователя 4, ( > 1). Сигналы U и U, поступающие на второй и третий дополнительные входы устройства, синхронизируют работу формирователя 6. Коэффициент a задается оператором.

Блок-схема порогового блока 1 представлена на фиг. 2, согласно которой он состоит из порогового элемента 1-1 и схемы И 1-2.

Основным входом блока 1 является вход порогового элемента 1-1, управляющий вход которого (U_пор) соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 4. Второй вход порогового элемента 1-1 объединен с первым входом схемы И 1-2 и является вторым входом порогового блока 1, соединенным с выходом внешнего генератора U (вход 2). Второй инвертирующий вход схемы И 1-2 соединен с выходом порогового элемента 1-1, являющегося также первым выходом блока 1 (p). Выход схемы И 1-2 является вторым выходом блока 1 (). Входные сигналы, превысившие порог в пороговом элементе 1-1, нормализуются в нем по амплитуде и длительности и поступают на второй инвертирующий вход схемы И 1-2, на первый вход которой одновременно поступают импульсные сигналы U. Так как наличие инверсий на входах схем совпадений преобразует ее в схему запрета, то на выходе схемы И 1-2 сигнал появится только при отсутствии превышений входным сигналом порога в элементе 1-1. Предлагаемый вариант реализации формирователя 6 представлен на фиг. 3 и состоит из двоично-десятичного счетчика 6-1, входы которого являются вторым (U) и третьим (U) входами квантователя, схем И, каждая из которых имеет по два входа, причем первый вход каждой схемы И соединен с выходом одного из разрядов счетчика 6-1, а второй инвертирующий вход соединен с соответствующим выходом дешифратора 7. Выходы всех схем И (6-5, 6-6, 6-m + 4) соединены через схему ИЛИ 6-2 со счетным входом триггера 6-8, вход обнуления которого также соединен с входом U формирователя 6, выход нулевого плеча соединен с инвертирующим входом еще одной схемы И 6-4, другой вход которой соединен с входом U. Выходом формирователя 6 является выход схемы И 6-4. Дешифратор 7 в предлагаемом устройстве может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 4. Такой дешифратор содержит преобразователь двоичного кода в десятичный 7-1 и m схем ИЛИ. При этом входы каждой схемы ИЛИ соединены с выходами соответствующих разрядов преобразователя, а выходы являются выходами дешифратора. Входами дешифратора являются соответствующие входы преобразователя 7-1. Число входов каждой схемы ИЛИ определяется значениями десятичного кода, при котором число импульсов, поступающих на вход реверсивного счетчика 3, не изменяется. Коммутатор 5 может быть построен на двух схемах И согласно блок-схеме, представленной на фиг. 5. При этом одни входы обеих схем И соединены параллельно с выходом формирователя 6, а другие входы соединены с выходами порогового блока 1 (p) и выходом делителя 2 . Выходы обеих схем И являются выходами коммутатора, соединяемыми с соответствующими входами реверсивного счетчика 3.

Работу предлагаемого устройства можно пояснить с помощью диаграмм, представленных на фиг. 6.

В исходном состоянии в реверсивном счетчике записано какое-то исходное значение кода управляющего сигнала, например К(t) K_o, что соответствует текущему значению порога обнаружения в первом пороговом блоке и во втором пороговом блоке . Заметим, что на выход коммутатора 5 поступают импульсные сигналы U, число которых определится значением кода K_i. Достигается это тем, что на счетный вход счетчика 6-1 формирователя 6 поступают нормированные сигналы U, период следования которых меньше периода следования импульсных сигналов U по крайней мере в m раз. Схемы И1, И1, Иm открываются сигналами дешифратора 7. При этом на вход схемы ИЛИ 6-2 будут поступать поделенные сигналы U,, причем коэффициент деления определится кодом управляющего сигнала, переписанным из реверсивного счетчика 3 в дешифратор 7. Счетчик 6-1 обнуляется с периодом . Обнуление счетчика 6-1 позволяет избежать его переполнения и обеспечивает универсальность выполнения формирователя 6. Сигнал с выхода схемы ИЛИ 6-2 U₆ поступит на счетный вход триггера 6-3, также возвращаемый в исходное состояние сигналом U. Таким образом сигнал U₆ опрокинет триггер 6-3 и закроет схему И 6-4, благодаря чему на выходе формирователя U₃ будут присутствовать сигналы U, число которых соответствует K(t).

В нашем примере текущему коду K(t) соответствует присутствие сигнала на 3-ем выходе дешифратора 7, следовательно, каждый третий сигнал U после обнуления счетчика 6-1 будет поступать на вход схемы ИЛИ через открытую схему И3 и опрокидывать триггер 6-3 (U₆), который сигналом U₇ закроет схему И 6-4 и прекратит поступление сигналов на вход формирователя (U₃). Таким образом, с учетом конечного быстродействия элементов схемы на выходе формирователя 6 будут формироваться три импульсных сигнала. Пусть на вход квантователя поступает сигнал U_вх, который превысит в момент t₁. В результате такого превышения на выходе порогового блока 1 (p) будет сформирован нормированный импульсный сигнал U₁, который поступит на соответствующий вход коммутатора 5 и откроет схемы И 5-1 на интервал времени, равный .. При этом на другой вход схемы И 5-1 будут поступать сигналы с выхода коммутатора 5 (U₃). Сигналы U₃ поступят через открытую схему И 5-1 на вход суммирования реверсивного счетчика 3 и увеличат записанный в нем код управляющего сигнала K(t) сразу на три единицы, что приведет к соответствующему увеличению порога , а в итоге и

Пусть на следующем интервале превышения порога не наблюдается и на этот момент имеется заданное число непревышений порога N_o, что приведет к формированию сигнала U₂ на выходе делителя частоты 2. Так как вследствие увеличения кода K(t), записанного в реверсивном счетчике 3 будет формироваться сигнал на 4-ом выходе дешифратора, то на соответствующий вход коммутатора 5 будут поступать уже четыре нормированных импульсных сигнала U₃, которые через открытую схему И 5-2 коммутатора поступят на вход вычитания реверсивного счетчика 3 и приведут к соответствующему снижению порогов

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность отслеживания нестационарностей шума во времени, что позволяет в 4-6 раз повысить быстродействие регулировки при том же уровне потерь, что и в прототипе.