CC BY
25
логовой информации». Ульяновск: УлГТУ, 1999. Т. 2. С. 53-54.
4. Патент РФ 2143737. Линейно-квадратичный аппроксиматор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
5. Патент РФ 2143731. Гистерезисный преобразователь/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
6. Патент РФ 2144258. Амплитудный фильтр/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 10.01.2000. Бюл. № 1.
7. Патент РФ 2143732. Двухпороговый дискриминатор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
8. Патент РФ 2143739. Логическое устройство для ранговой обработки аналоговых сигналов/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
9. Патент РФ 2143734. Динамический гистерон/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
10. Патент РФ 2143733. Нелинейный преобразователь/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
11. Патент РФ 2143740. Адресный идентификатор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.
Андреев Дмитрий Васильевич, кандидат технических наук, окончил радиотехнический факультет Ульяновского политехнического института. Доцент кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Имеет статьи и патенты в области вычислительной и кибернетической техники.
УДК 621.317.33.001
А.А. ТЮКАВИН, П. А. ТЮКАВИН, С.Н. ДУГУШКИН, Т. А. ХАЗИЕВ, А.А. ТЮКАВИН
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ МОСТАМИ
Рассмотрен обеспечивающий удовлетворительную сходимость способ измерения параметров трёхэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока, снабжёнными экстремум-детектором, то есть амплитудным нуль-индикатором (АНИ).
Использованию экстремальных частотно-независимых мостов переменного тока, являющихся наиболее точными, препятствуют чрезвычайно сильные связи между контурами уравновешивания по трём регулируемым параметрам (РП) плеча сравнения, содержащего регулируемый трёхэлементный двухполюсник [1].
Известен способ измерения параметров ТД квадратурными мостами, обеспечивающий хорошую сходимость по трём РП в общем случае, то есть при любых отклонениях этих РП от их отсчитываемых значений [2]. Однако квадратурные мосты уступают по точности экстремальным из-за применения в них фазочувствительного нуль-индикатора (ФЧНИ), менее чувствительного, чем АНИ.
Разработанный на кафедре «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ на основе [2] способ измерения [3] параметров нерезонансных ТД свободен от необходимости обязательного применения ФЧНИ при уравновешивании моста по одному из трёх РП (по третьему РП) при небольших отклонениях третьего РП от его отсчитываемого значения.
Рассмотрим трансформаторный мост (рис.1), реализующий способ [3] при измерении параметров ТД по ОЯС-схеме. Мост описывается уравнением равновесия:
ег + 1 -
Ях + 1/^ W2 ^ Я+1/ушС
е- 1
(1)
где 1&&/1&& — м?1/w2; , w2 - вторичные обмотки трансформатора напряжения с тесной индуктивной связью. В дальнейшем полагаем, что первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к генератору перестраиваемой частоты с достаточно малым выходным сопротивлением. Полагаем также, что обмотки w1, w2 имеют достаточно малые активное сопротивление и индуктивность рассеяния.
Если уравнение (1) справедливо хотя бы для двух частот, мост находится в частотно-независимом состоянии равновесия по амплитуде, являющемся измерительным, и искомые параметры определяют по формулам:
Ях —(2/ w1 ) (2)
С — ЫW2 )Со, (3)
Ох — Ц/ ^ )о, (4)
где Я0, С0, О0 - отсчеты РП Я,С,О.
Измерительная процедура состоит из двух этапов. На первом этапе, как и по способу [2], используют АНИ и ФЧНИ, а на втором этапе, в отличие от [2], для повышения точности фиксации измерительного частотно-независимого состояния равновесия используют только АНИ.
В начале первого этапа определяют верхнюю границу диапазона регулирования параметра О (являющегося третьим РП, см. [4]). Для этого в диагональ аЬ включают АНИ с помощью переключателя П, переводимого в положение «А», а также замыкают ключ К. После уравновешивания ре-
гулировками С = уаг и О = уаг получают частотно-зависимое уравнение равновесия при возможно меньшем пороге чувствительности АНИ:
/■ 1 \
и (( + МС )=
ох +
Я +1/ ЭДС^
где От - верхняя граница диапазона регулирования (см. рис. 3) РП О.
(5)
Рис. 1. Мост для измерения параметров GRC-двухполюсников
Значения От , Ст запоминают. Далее ключ К размыкают и в соответствии с [2] проводят ряд уравновешиваний моста на частоте эд регулировками первого и второго параметров С = уаг и Я = уаг при задаваемых значениях РП О в диапазоне (0, От) по знаку информативной проекции ImД Р&со2) сигнала разбаланса, появляющегося после перевода уравновешенного на первой частоте моста на вторую заданную частоту эд2 = кэд1 (полагаем к > 1).
При каждом уравновешивании моста на частоте эд переключатель П находится в положении «А» и по показаниям АНИ фиксируют равновесие моста по амплитуде. При каждом переходе на частоту эд переключатель П переводят в положение «Ф» и в диагональ аЬ включают ФЧНИ, с помощью которого выделяют информативную проекцию 1тД&&(эд2) (см. рис. 2) на
опорное напряжение &ОП = , подаваемое на опорный вход ФЧНИ. Информативная проекция 1тД&&(эд2) связана с отклонением третьего РП от его отсчитываемого значения ДО1 = О1 - О0 зависимостью (полагаем, что ФЧНИ имеет г^ ^ 0):
1шА&(ю2 )(к2 + )(к 2 + 1в2^10)
АО/ —-т 2-Г7-\, (6)
и(к - 1)к(Фи + )
где г - номер уравновешивания на частоте
tgФli —1/4ЯС , ' (7)
причем значения Яг, С/ соответствуют равновесию моста по амплитуде при выставленном значении Ог;
— 1/Ю1Я0С0 — 1ЮЯхСх , (8)
где Я0, С 0, Ях, Сх связаны соотношениями (2),(3).
Зависимость (6) является [4] точной при любых значениях РП О в диапазоне (0; От). При регулировании О по методу взвешивания новое его значение находят по формуле
Ог+1 — Ог - 81Вп[1шА&Ц)] • От/2+1. (9)
Первый этап заканчивают по достижении нулевого показания ФЧНИ, то есть при достижении неравенства
|ТшА&(ш2 )< ЕпорфШИ, (10)
где Епор ФЧНИ - порог чувствительности по току индикатора ФЧНИ. В конце первого этапа осуществляют контроль неравенства
От - О:,0 > , (11)
где ОТ 0 - значение РП О, соответствующее нулевому показанию ФЧНИ на частоте ю2 в конце первого этапа;
кТ ш1п - наименьшая на первом этапе ступень квантования параметра О при
регулировании по зависимости (9).
Если при неудачном выборе частоты вместо (11) имеет место менее сильное неравенство
О - ОТ0 > к . , (11 а)
т 1,0 Т,ш1п ' V
то проводят одну-две итерации первого этапа при большем значении частоты ю, так как при этом (см. рис. 3) конец вектора 71 (ю1 ), скользя по частотному годографу вектора 1/(( + 1/]оС1), смещается вправо. При этом разность От - ОТ,0 быстро растет и, следовательно, становится легко выполнимым неравенство (11). Второй этап в этом случае проводится также при большей частоте
Контроль неравенства (11) обусловлен также тем, что значение От определяется из частотно-зависимого уравнения (5), которое вследствие влияния высших гармоник на показания АНИ не является точным.
Второй этап процесса уравновешивания по трем РП Я, С, О по способу [3] проводят только по показаниям АНИ(переключатель П находится в по-
ложении «А» на обеих частотах, а ключ К разомкнут). Регулировку О проводят на основе зависимости (АНИ имеет г^ ^ 0):
Я ] 1т Р&эд) , 1 и&оп
иг 1
1/ (( +1/ ЭД)
О
1,0
От
Рис. 2. Векторная диаграмма моста
К1 * и 1 (От - О0 )Ь(к 2 - 1)к
Рис. 3. Частотный годограф плеча сравнения
|Д& Ц )
1
(1 -5 )к - Ь
Ь к
+ (2-5 п)
(12)
где
Д&& (эд) - модуль тока разбаланса, появляющегося при переводе на частоту эд2 = кэд1 уравновешенного на частоте эд моста при установленном на втором этапе значении Оп параметра О.
В выражении (1 2) обозначено
5л =ДОП/(От - О0), (13)
где ДО11 = Оп - О0 - отклонение на втором этапе РП О от отсчитываемого его значения О0 (истинного значения); а также обозначено
Ь = ЭДСт/(От - О0 ). (14)
На основе точной зависимости (1 2) при наличии неравенства
5п| << 1 (15)
между размером отклонения РП О и модулем тока разбаланса существует практически линейная связь
|ДОП| =
(к2 -1)
Д& (эд )|
(16)
и 1 (1 + к V Ь 2)
график которой показан на рис. 4.
Выполнение неравенства (11) в конце первого этапа всегда влечет за собой выполнение (см. формулу (13)) на втором этапе неравенства (15), так как уже в начале второго этапа имеет место неравенство
|ДОП| < Л^т, (17)
а при его первом повторном проведении имеет место существенно более ВестникУлГТУ 1/2000 35
1
2
сильное неравенство
|АОП| << кт,ш1п. (18)
Кроме того, для монотонного возрастания функции (1 2) по переменной ¿>ТТ достаточно выполнения и менее сильного неравенства, то есть
< 1. (19)
Неравенство же (19) при наличии (11) выполняется с достаточным запасом (см. выражения (11), (13), (17)).
2
АОТТ + а,
Рис. 4. Связь между отклонением РПО и модулем тока разбаланса на 2 этапе
Второй этап протекает следующим образом. Устанавливают значение РП О, равное
О ТТ — О Т,0, (20)
где О10 - найденное в конце первого этапа значение РП О. Затем мост
уравновешивают по амплитуде на частоте Ю регулировками Я — уат,С — уат и переводят его на частоту ю 2 — кю 1. По показаниям АНИ
запоминают значение модуля появившегося тока разбаланса А&& (ю2 )| (см. ординату точки 1 , а также точки 2 на рис. 4) и по формуле (1 6) определяют
АО Т
. Далее дают пробное изменение а1
размер отклонения третьего РП параметру О, то есть устанавливают его значение
ОТТ — ОТТ + аТ — О Т,0 + а1, (21)
где а 1 << кТш1п, и уравновешивают мост по амплитуде регулировками
Я — уат,С — уат на частоте ю. Затем мост переводят на частоту ю По показаниям АНИ запоминают значение модуля появившегося тока разбаланса А&Т (ю2 )) (см. ординату точки 1', а также точки 2' на фиг. 4) и сравнивают его со значением А&& (ю2 )) , которое было в отсутствие пробного изменения а1.
и
Если в результате сравнения получено (см. точки 1, 1 и правую полуось абсцисс на рис. 4) неравенство
Д&& Ц )|>|Д& (с)| (22)
при а 1> 0, то имеет место положительное отклонение
ДОп > 0. (23)
Если же в результате сравнения получено (см. точки 2, 2 и левую полуось абсцисс на рис.4) неравенство
Д&& (с2 )| < |Д&л (с2 )|, (24)
то при а 1> 0 имеет место отрицательное отклонение
ДОп < 0. (25)
Определив размер |ДОп | и знак signДGII, устанавливают новое значение третьего РП
Ощ = Оп- |ДОп| • signДGII. (26)
После чего мост регулировками Я = уат,С = уат на частоте с уравновешивают по амплитуде и переводят на частоту с 2.
Если показание АНИ будет нулевым, то имеет место неравенство
Д1&\ < Iпор,АНИ , (27)
(где I пор АНИ - порог чувствительности АНИ) и на частоте с1, и на частоте с2. Второй этап в этом случае завершен и проводится отсчёт трёх РП по формулам
О0 = ОП,0 ,Я = ЯП,0 , С0 = СП,0 .
Если показание АНИ не будет нулевым на частоте с 2, то это показание запоминают и повторно проводят второй этап. Для этого дают пробное изменение а2 (причем а2 << а1) и устанавливают
Оп = °п,0 + а 2, (28)
где Оп,0 - значение РП О, полученное по формуле (26) при первом проведении второго этапа. Затем уравновешивают мост на частоте с регулировками Я = уат,С = уат. Мост переводят на частоту с . Далее (см. формулы (16), (22)^(25)) определяют размер и знак отклонения РП О . Затем по формуле (26) определяют значение О110, устанавливают его, переводят
мост на частоту с , уравновешивают и, после перевода на частоту сс , убеждаются в наличии неравенства (27), после чего отсчитывают измеряемые параметры по формулам (2) ^ (4).
Продолжительность второго этапа существенно меньше, чем первого, совпадающего со способом [2], т.к. при наличии зависимости (16) достаточно провести 2 ^ 4 уравновешивания моста на частоте с1 при значениях РП О, задаваемых по формуле (26), регулировками параметров Я, С в их
младших разрядах. Как следует из рис.4 и зависимости (1 6), для отклонения третьего РП автоматизация второго этапа не вызывает затруднений. Согласно зависимости (6) первый этап также просто автоматизируется [4] при предельном числе тактов уравновешивания по трём РП, не превосходящем суммы двоичных разрядов этих трёх РП.
Таким образом, показана возможность измерения параметров ТД частотно-независимыми экстремальными мостами (в комплекте с квадратурными) при достаточно малой его продолжительности и простоте автоматизации. На основе способа [3] могут быть построены универсальные высокоточные цифровые экстремальные мосты переменного тока (в том числе и многоплечие) с достаточным быстродействием для измерения параметров нерезонансных ТД по всем возможным схемам замещения при широких соотношениях между их параметрами, т.е. строить мосты с новыми функциональными возможностями по сравнению с известными [5, 6] мостами переменного тока для измерения по двухэлементной схеме при сохранении метрологических характеристик этих известных мостов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. М.:Энергоатомиздат. 1986. 144 с.
2. А.с. 849100(СССР). МКИ3 G01R 27/02. Способ раздельного измерения параметров трёхэлементных пассивных двухполюсников/ А.А.Тюкавин, А.А.Кольцов// Открытия. Изобретения. 1981. N27.
3. Пат. 2144196 РФ. МКИ7 G01R 17/10, 27/02. Способ измерения параметров трёхэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока /А.А.Тюкавин, П.А.Тюкавин, А.А.Тюкавин// Открытия. Изобретения. 2000. №1.
4. Тюкавин А. А. Теория уравновешивания и методы синтеза мостов переменного тока для измерения параметров многоэлементных двухполюсников. Ульяновск: Ул-ГТУ. 1998. 187 с.
5. Новик А.И. Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока. Киев: Наук. думка, 1983. 224 с.
6. Гриневич Ф.Б., Сурду М.Н. Высокоточные вариационные системы переменного тока. Киев: Наук. думка, 1989. 192 с.
Тюкавин Александр Александрович. Инженер. Окончил факультет физической и квантовой электроники Московского физико-технического института.
Тюкавин Павел Александрович, аспирант УлГТУ. Окончил механико-математический факультет Ульяновского государственного университета.
Дугушкин Сергей Николаевич, аспирант УлГТУ. Окончил механико-математический факультет Ульяновского государственного университета.
Хазиев Тимур Анисович, аспирант УлГТУ. Окончил механико-математический факультет Ульяновского государственного университета;
Тюкавин Александр Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Окончил факультет автоматизации Уфимского нефтяного института. Имеет монографии, статьи, изобретения по вопросам техники измерений на переменном токе параметров сложных двухполюсников.
УДК 621.317 В. А. ГУЛЬШИН
УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТОЙ ПОВТОРЕНИЯ ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ В СИСТЕМАХ СОПРОВОЖДЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ.
Проведен анализ систем СДЦ, предложен метод управления частотой повторения зондирующих импульсов для оптимизации системы СДЦ и его применение при узкополосной фильтрации сигнала.
В современных РЛС обнаружения и сопровождения воздушных целей применяются специальные методы для отделения движущихся целей от неподвижных. Сигналы от неподвижных или малоподвижных целей являются пассивными помехами, возникающими из-за отражения зондирующих сигналов РЛС от местных предметов, гидрометеоров или от облака дипольных отражателей при постановке организованных пассивных помех, и затрудняют работу оператора.
Известны и широко применяются два метода селекции движущихся целей: компенсационный и фильтровой.
В настоящее время для селекции движущихся целей наибольшее применение находит фильтровая система СДЦ. При использовании фильтровой системы СДЦ отраженный сигнал на промежуточной частоте подается на фазовый детектор с последующим выделением частоты огибающей детектором и фильтрацией сигнала через фильтр Допплера. Недостатки такого построения системы СДЦ общеизвестны: это наличие слепых скоростей на частотах Допплера, кратных частоте повторения зондирующих импульсов, и наличие полуслепых скоростей в канале угловой автоматики при частотах Допплера, равных Еповт/2+Бск и Еповт/2-Бск (при использовании метода конического сканирования для определения угловых координат воздушной цели), где Бск - частота сканирования диаграммы направленности. Для предотвращения эффекта слепых и полуслепых скоростей в современных радиолокационных станциях используется режим вобуляции
