CC BY
49
О.М. Булгаков,
доктор технических наук, профессор
И.В. Лазарев,
кандидат технических наук, доцент
ПОВЫШЕНИЕ ПОMЕХОУСТОИЧИBОСТИ
КВАЗИОПТИМАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
INCREASE OF NOISE STABILITY QUASI-OPTIMAL MEASURING INSTRUMENT OF DURATION OF THE IMPULSE OF THE DIFFICULT FORM
Предложен квазиоптимальный измеритель длительности сигнала сложной формы и с использованием программной среды схемотехнического моделирования исследована его помехоустойчивость при различной интенсивности помех. Рассмотрены несколько вариантов практической реализации подобного измерителя и определены условия их функционирования.
Quasi-optimal measuring instrument of duration of a signal of the difficult form is offered with use of program environment of scheme-technic modelling its noise stability is investigated at various intensity of hindrances. Some variants of practical realisation of a such measuring instrument are considered and conditions of theirfunctioning are defined.
При проектировании устройств классификации пространственно-распределённых воздушных объектов в РЛС с широкополосными зондирующими сигналами носителем информации выступает дальностный радиолокационный портрет (ДРЛП), представляющий собой видеоимпульсы сложной формы, отражающие распределение амплитуд отражённого сигнала по разрешаемым элементам цели и имеющие тесную связь с геометрией воздушного объекта. Извлечение информации о геометрической структуре воздушного объекта из отражённого радиолокационного сигнала связано с необходимостью определения значений нескольких параметров (информативных признаков), характеризующих структуру объекта, в частности длительности ДРЛП (тп) [1—3] .
Данная задача связана с измерением длительности видеоимпульсов сложной формы. Для этой цели используют различные способы измерения временных параметров, реализуемые в том числе с помощью квазиоптимальных измерителей. При измерении временных интервалов в цифровых устройствах используется преимущественно классический метод последовательного счета (метод счетных импульсов), который предполагает выбор порогового уровня измерения, определение интервала существования сигнала (фиксацию начала и конца измеряемого интервала) и его заполнение счетными импульсами. Интервал существования сигнала может быть определён с использованием как метода «фронта», так и метода «максимума». При использовании данных методов длительность сигнала определяется временным отрезком, который заключён либо между фронтом первой и срезом последней «блестящих» точек ДРЛП, либо между максимумами первой и последней «блестящих» точек ДРЛП, используемых при оценке информативных признаков. Квазиоптимальный измеритель длительности ДРЛП (рис. 1), реализующий метод максимума, обладает наивысшей эффективностью и в своём составе содержит активный формирователь экстремумов (АФЭ) (рис. 2).
Рис. 1. Структурная схема квазиоптимального измерителя длительности ДРЛП
Рис. 2. Структурная схема АФЭ
Принцип работы измерителя длительности ДРЛП иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на рис. 3.
Формирователь порогового уровня измерения ФПУИ в течение временного интервала, определяемого сигналом с шины «строб А», вырабатывает напряжение Цщ,, соответствующее выбранному пороговому уровню измерения (рис. 3, а). Дифференцирующая цепь ДЦ АФЭ обеспечивает преобразование сигнала ДРЛП на интервале времени, определяемого сигналом с шины «строб В» (рис. 3, б). Первый компаратор формирует сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов, длительности которых определяются моментами пересечения ДРЛП заданного порога (рис. 3, в). Импульсы поступают на информационный вход второго компаратора, который при поступлении сигнала с выхода дифференцирующей цепи формирует на своём выходе сигналы (рис. 3, г), по срезу которых формирователь Ф вырабатывает короткие импульсы (рис. 3, д), соответствующие максимумам ДРЛП.
Цф
д)
Рис. 3. Временные диаграммы
С выхода формирователя Ф сигналы поступают на формирователь интервала существования сигнала, который вырабатывает импульс с длительностью, определяемой интервалом между максимумами, соответствующим моментам времени г1 и г3 (рис. 3, а). Затем данный интервал в преобразователе «время-код» заполняется счётными импульсами.
Из принципа работы квазиоптимального измерителя длительности следует, что структура АФЭ является определяющим фактором его помехоустойчивости. Для проведения схемотехнического моделирования АФЭ воспользуемся следующей моделью ДРЛП:
1 1Т - т,-'2
и&н (т) = Г и^ехр^
(т - ЧР2
1=1 [ 2а2
Здесь иэ[ — напряжение / -го экстремума; Х^ё =а!2 — длительность элементарного импульса, соответствующего «блестящей» точке; гэ/ — временная задержка, соответствующая пространственному разбросу «блестящих» точек вдоль линии визирования; м — число «блестящих» точек. В качестве примера огибающей элементарной состав-
ляющей i -ой «блестящей» точки выбирается импульс колокольной формы Ui(t) = exp
t2
t2
В соответствии со структурной схемой АФЭ (рис. 2) была разработана и построена его принципиальная схема в среде схемотехнического моделирования MicroCap 9 (рис. 4). Дифференцирующая цепочка ДЦ реализована на резисторе и конденсаторе. Компаратор 1 (рис. 2) реализован на операционном усилителе серии АД8564, компаратор 2 — на операционном усилителе серии MAX969_MX. Формирователь Ф по заднему фронту выполнен с использованием RS-триггера (155ТМ2), линии задержки на 1 мкс, двух элементов И-НЕ (155 ЛА3) и одного элемента И-НЕ (155 ЛА4) . На вход схемы подавалась аддитивная смесь сигнала, соответствующего ДРЛП цели (рис. 3, а), и гауссовского шума с дисперсией о2. Границы работоспособности схемы определяются уровнем входного шума. Результаты моделирования показывают, что работоспособность схемы сохраняется до величины о = 0,02 В.
Повышение эффективности АФЭ возможно путем простого усовершенствования его схемы (рис. 5). Здесь дополнительно относительно схемы рис. 4 добавлен фильтр нижних частот, подключенный к выходу дифференцирующей цепи. В результате получается полосовой фильтр с АЧХ, приведенной на рис. 6. На рис. 7 приведен амплитудный спектр входного сигнала (ДРЛП), из которого следует, что полосовой фильтр настроен на экстремум спектра этого сигнала. Такой фильтр приводит к ослаблению шума. Временные эпюры сигналов в некоторых точках усовершенствованной схемы АФЭ (рис. 5) приведены на рис. 8 при величине О = 0,08 В. Вид аддитивной смеси приведен
на рис. 8 (точка v1). Пороговый уровень выбирался равным 0,3 U2M , где U2M — амплитуда ДРЛП, принятая равной 1 В. На рис. 8 (точка v20) изображён сигнал на выходе всего устройства. Вид сигнала свидетельствует о работоспособности схемы, т.к. на выходе появляются короткие импульсы с единичной амплитудой в точках, соответствующих максимумам ДРЛП: в рассматриваемом случае в ДРЛП имеются 3 максимума и, следовательно, в выходном сигнале также наблюдаются 3 коротких импульса. В результате АФЭ, приведенный на рис. 8, оказывается работоспособным вплоть до величины О = 0,1 В, т.е. его эффективность увеличивается фактически на порядок.
Рис. 4. Принципиальная схема АФЭ
Рис. 5. Усовершенствованная принципиальная схема АФЭ
Рис. 7. Амплитудный спектр входного сигнала (ДРЛП)
Рис. 8. Временные эпюры Результаты схемотехнического моделирования (рис. 5, 8), свидетельствуют о том, что предложенная структура АФЭ может быть использована в квазиоптимальных
измерителях информативных параметров ДРЛП, в которых интервал существования сигнала заключен между экстремумами (максимумами) «блестящих» точек.
ЛИТЕРАТУРА
1. Селекция и распознавание на основе локационной информации / А.Л. Горелик, Ю.Л. Барабаш, О.В. Кривошеев, С.С. Эпштейн; под ред. А. Л. Горелика. — М.: Радио и связь, 1990.
2. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория: справочник / Я.Д. Ширман [и др.]; под ред. Я.Д. Ширмана— М.: ЗАО «Маквис», 2007.
3. Митрофанов Д.Г., Сафонов А.В., Прохоркин А.Г. Моделирование задачи распознавания целей по их радиолокационным изображениям нейросетевым способом // Радиотехника. — 2007.— № 2.— С. 3 — 9.
4. Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro - CAP 9. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009.
