Пристрій автоматичного регулювання підсилювання

Реферат: Винахід належить до області автоматичного регулювання підсилювання (АРП) в приймальних трактах інформаційно-вимірювальних системах різного призначення. Пристрій автоматичного регулювання підсилювання (АРП) за рахунок виконання каналу АРП у вигляді фільтра каналу АРП, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), демодулятора АРП, цифрового комплексного фільтра АРП демодульованих сигналів, цифрового квадратурного детектора комплексних АРП демодульованих сигналів, блока оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів, блока формування коефіцієнтів демодуляції АРУ - Н і коефіцієнтів АРУ - K, з'єднаних послідовно, дозволяє забезпечити захист приймального каналу від перевантаження, збільшити динамічний діапазон на 15-20 дБ, підвищити точність АРП. UA 98528 C2 (12) UA 98528 C2 UA 98528 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рішення, що заявляється, належить до області автоматичного регулювання підсилювання (АРП) в приймальних трактах інформаційно-вимірювальних систем різного призначення. Відомий пристрій АРП, що містить підсилювач з керованим коефіцієнтом підсилювання, канал формування управляючого сигналу АРП, що складається з включених послідовно вимірювача рівня вихідного сигналу (у описі вимірювальна схема вироблення сигналу потужності, що приймається, на підставі потужності вихідного сигналу), порогової схеми, з'єднаного з виходом підсилювача, АЦП, розв'язуючого пристрою, що виробляє дозвіл на інтегрування за даними, вихід якого підключено до входу управляючого підсилювача з керованим коефіцієнтом підсилювання [1]. Пристрій виконано за схемою АРП - назад і захищає підсилювач від перевантаження шумовою завадою в смузі прийому. Схеми АРП із зворотним зв'язком "… не можуть дати повної постійності вихідної напруги, через те, що воно є вхідним для системи АРП і повинно містити інформацію для відповідної зміни регулюючої дії. Крім того вони не можуть забезпечити одночасно велику глибину регулювання (Uвихconst) і високу швидкодію з міркувань стійкості" [2]. Найбільш близьким щодо вирішування задачі захисту від імпульсної, шумової завади є пристрій імпульсного, шумового автоматичного регулювання підсилювання, що містить смуговий фільтр сигналу, підсилювач з виконавчим елементом регулювання, включені послідовно, канал АРП імпульсної завади, який містить фільтр смугової імпульсної завади із смугою, що не перекривається із смугою сигналу, з'єднаний входом зі входом смугового фільтру сигналу, перший детектор імпульсної завади із затримкою, підсилювач випрямленої напруги імпульсної завади поза смугою сигналу, включені послідовно, другий детектор імпульсної завади із затримкою, з'єднаний входом з виходом фільтра сигналу, підсилювач випрямленої напруги імпульсної завади в смузі сигналу, з'єднані послідовно, селектор управляючих сигналів АРП, що містить першу порогову схему, з'єднану входом з виходом підсилювача випрямленої напруги імпульсної завади поза смугою сигналу, другу порогову схему, з'єднану входом з виходом підсилювача випрямленої напруги імпульсної завади в смузі сигналу, схему збігів, з'єднану входами з виходами першої і другої порогових схем, ключ, з'єднаний сигнальним входом з виходом підсилювача випрямленої напруги імпульсної завади поза смугою сигналу, управляючим входом з виходом схеми збігів, суматор, з'єднаний своїми входами з виходом ключа і виходом порогової схеми каналу АРП безперервної завади, а виходом підключений до управляючого входу виконавчого елемента АРП [3]. Пристрій захищає підсилювач сигналу від перевантаження імпульсною, широкосмуговою, із смугою набагато більшою, ніж смуга сигналу, шумовою завадою з тривалістю, сумірною з тривалістю імпульсних корисних сигналів, формуванням управляючої дії автоматичного регулювання підсилювання АРП "вперед" за вимірюваним рівнем завади в смузі, що не перекривається із смугою сигналу. Основними характеристиками пристрою АРП є: - стабільність параметрів; - динамічний діапазон; - ефективність по відношенню до різних видів завади; - точність виконання закону регулювання. Пристрій АРП "вперед" згідно з патентом [3] має наступні недоліки: - канал АРП містить два детектори із затримкою, два підсилювачі випрямленої напруги, схильних до дії дестабілізуючих чинників в процесі експлуатації, що приводять до розладу системи АРП, вимагає періодичного підстроювання або "… розробки складного додаткового підсилювача, що має високу стабільністю параметрів і спеціальні характеристики. Нестабільність параметрів основного і додаткового підсилювачів веде до змін рівня вихідного сигналу, що не усуваються системою …" [4]; - при сильній, приблизно (50-70) дБ імпульсній шумовій заваді підсилювач каналу "АРП вперед" з коефіцієнтом підсилювання K=(50-70) дБ, не охоплений АРП через принцип формування управляючого сигналу схеми прямого регулювання перевантажується, що приводить у результаті до заглушування сигналу в каналі прийому; - з опису роботи пристрою АРП "вперед" по широкосмуговій, імпульсній шумовій заваді витікає, що вона не захищає підсилювач від перевантаження вузькосмуговою, прицільною завадою, що діє в смузі прийому, оскільки ключ селектора каналів АРП не пропускає сигнал управління по імпульсній заваді на вхід виконавчого елемента регулювання підсилювання, оскільки схема збігів при дії тільки на одному її вході сигналу з виходу порогової схеми підканалу вузькосмугової, діючої в смузі прийому, завади і відсутності сигналу з виходу порогової схеми підканалу позасмугової завади формує на вході управляючого ключа команду "Заборона", що від'єднує вихід каналу імпульсної завади від суматора. 1 UA 98528 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомого пристрою автоматичного регулювання підсилювання АРП "вперед" із забезпеченням покращення його функціональних характеристик. Технічний результат - покращення в порівнянні з прототипом функціональних характеристик пристрою АРП полягає у: - забезпеченні здатності захисту приймального каналу від перевантаження як широкосмуговою, так і прицільною - в його смузі - завадою, формуванням управляючих сигналів АРП в смузі прийому; - збільшенні динамічного діапазону на (15-20) дБ "поверненням" вихідного сигналу приймального каналу до сигнального входу виконачого елемента АРП у просторі квантованих відліків з динамічним діапазоном, визначуваним розрядністю арифметичного блока шляхом цифрової демодуляції вихідного сигналу від регулювання АРП; - підвищенні точності АРП - відносна помилка |КАРУ.ТЕОР. - КАРУ.РЕАЛ.|/КАРУ.ТЕОР.(1-2) % проти (10-20) % у прототипу за рахунок 12-14-ти розрядного аналого-цифрового перетворення, цифрового формування коефіцієнта АРП "вперед" по точній формулі 24-32-х розрядним арифметичним блокам і виконанням виконавчого елемента АРП на базі 14-розрядного помножуючого цифро-аналогового перетворювача; - забезпеченні стабільності параметрів АРП-виключенням аналогових елементів в каналі АРП, чутливих до зовнішньої дії і таких, що вимагають підстроювання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої автоматичного регулювання підсилювання (АРП), що містить фільтр сигналу, приймач, з'єднані послідовно і канал АРП, згідно з винаходом, АРП виконано у вигляді фільтра каналу АРП, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), демодулятора АРП, з'єднаного першим входом з виходом АЦП, цифрового комплексного фільтра АРП демодульованих сигналів, цифрового квадратурного детектора комплексних, АРП демодульованих сигналів, блока оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів, блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К, з'єднаних послідовно, при цьому вихід Н блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП підключено до другого входу демодулятора АРП, а приймач виконано у вигляді виконавчого елемента АРП на базі помножуючого аналого-цифрового перетворювача, підключеного управляючим входом до виходу К блока формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К, підсилювача з'єднаного входом з виходом виконавчого елемента АРП, а виходом з входом фільтра каналу АРП. Заявлене рішення ілюструється графічними матеріалами, де: - на Фіг. 1 представлена структура пристрою АРП; - на Фіг. 2 - таблиця характеристик пристрою АРП прототипу і пропонованого у винаході технічного рішення; - на Фіг. 3 представлені: штриховою лінією Ро=m·Р - масштабована напруга затримки, безперервною тонкою лінією uo(n)=m·u(n) - масштабований вихідний сигнал підсилювача, що демодулюється від АРП, безперервною товстою лінією Zo(n)=m·Z(n) - масштабоване, середнє за час інтегрування значення випрямленої напруги сигналу, що демодулюється від АРП, горизонтальною тонкою лінією О - нульовий рівень сигналу; - на Фіг. 4 представлені: безперервною тонкою лінією Zo(n)=m·Z(n) - масштабоване, середнє за час інтегрування значення випрямленої напруги сигналу, що демодулюється від АРП, безперервною товстою лінією K(n) - коефіцієнт АРП "вперед", сформований на безлічі J відліків вихідного сигналу підсилювача, що демодулюються від АРП, пунктирною лінією Hо(n)=m·Н(n) масштабований коефіцієнт демодуляції, горизонтальною тонкою лінією О - нульовий рівень сигналу; - на Фіг. 5 представлені: штриховою лінією Ро - масштабована напруга затримки Ро=m·Р, безперервною тонкою лінією Uo(n)=m·U(n) - масштабований вихідний сигнал підсилювача, керованого АРП "вперед", безперервною товстою лінією До(n) - коефіцієнт АРП "вперед", сформований на безлічі J відліків вихідного сигналу підсилювача, що демодулюються від АРП, горизонтальною тонкою лінією О - нульовий рівень сигналу. Масштабуючий коефіцієнт m=0,1 введений для відображення в лінійному масштабі величин з великою - 30 разів - відмінністю діапазонів зміни. Пристрій автоматичного регулювання підсилювання (АРП) містить фільтр сигналу 1, приймач 2, з'єднані послідовно і канал АРП 3, при цьому канал АРП 3 виконано у вигляді фільтра каналу АРП 4, аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 5, амплітудного демодулятора АРП 6, з'єднаного першим входом з виходом АЦП 5, цифрового комплексного фільтра АРП демодульованих сигналів, 7 цифрового квадратурного детектора комплексних, амплітудних демодульованих сигналів 8, блока оцінювання середнього значення модулів АРП 2 UA 98528 C2 5 10 15 демодульованих сигналів 9, блока формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К-10, з'єднаних послідовно, при цьому вихід Н блока формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП і коефіцієнтів АРП - 10 підключено до другого входу амплітудного демодулятора АРП 6, а приймач 2 виконаний у вигляді виконавчого елемента АРП на базі помножуючого аналого-цифрового перетворювача 11, підключеного управляючим входом до виходу К блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К10, підсилювача 12, з'єднаного входом з виходом виконавчого елемента АРП 11, а виходом з входом фільтра каналу АРП 4. Пристрій автоматичного регулювання підсилювання функціонує таким чином. 1. Вихідний безперервний радіосигнал u(t) підсилювача напруги 3 надходить через фільтр каналу АРП 4 на вхід АЦП 5, дискретизується і квантується за рівнем з частотою дискретизації Fд≥2,5fв, де: fв - верхня гранична частота в спектрі радіосигнал u(t) -1 t→n·Δt; t=Fд ; u(t)→u(n) (1) 2. Цифрові відліки u(n) на першому вході амплітудного демодулятора 6 помножуються на коефіцієнти АРП демодуляції - H(n-1) на його другому вході. u(n)→U(n)=Н(n-1)·u(n) (2) 3. Цифровий, нерекурсивний, комплексний фільтр 7 Δn-го порядку формує на своєму виході послідовність комплексних, амплітудно АРП демодульованих відліків z(n) zn  Rezn  i  Imzn   gv   un  n  1  v  ; v=0 … Δn-1 (3) v 20 g(v)=Re[g(v)]+і·Im[g(v)]; i=√-1, (4) де - g(v) - v-й комплексний коефіцієнт імпульсної характеристики нерекурсивного фільтра. 4. Виконується квадратурне детектування комплексних, АРП демодульованих сигналів z(n) цифровим квадратурним детектором 8. 2 z(n)→|z(n)| =z(n)·[z(n)]*; [z(n)]*=Re[z(n)]-і·Im[z(n)]. (5) 2 При цьому, послідовність квадратурно-детектованих відліків |z(n)| не містить спектральних складових в смузі прийому, чим забезпечується стійкість каналу АРП. 5. Блок оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів z(n) (9) обчислює ефективне значення процесу Z(n) на відрізку реалізації в ΔN відліків 1   2 1  zn  J  1  j 2  ; j=0 … J-1. Zn  J    j   25 (6) 6. Блок формування коефіцієнтів АРП "вперед" і коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП10 порівнює ефективне значення процесу Z(n) з напругою затримки – Р | 1 if Zn  P  0  n  | | 0 if Zn  P  0 30 35 (7) обчислює коефіцієнти АРП « вперед » - - К(n) К(n)=(n)·P/Z(n)+[1-(n)] (8) і коефіцієнти демодуляції АРП - H(n) Н(n)=1/К(n); (9) Сформовані коефіцієнти АРП "вперед" - К(n) надходять на управляючий вхід виконавчого елемента АРП 11, коефіцієнти демодуляції АРП - H(n) - на другий вхід амплітудного демодулятора АРП 6. Джерела інформації: 1. Патент RU № 2163416, МПК H03G 3/20. 2. Радиоприемные устройства /Под редакцией Жуковского А.П. - М.: Высшая школа, 1989. с. 159. 3. Патент RU № 2349031, МПК Н04В 1/10, G01R 29/26, G01S 7/36 (прототип.) 4 Кривицкий Б.Х. Салтыков Е.Н. Системы автоматического регулировання усиления. М.:Радио и связь, 1982. - с. 6]. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Пристрій автоматичного регулювання підсилювання (АРП), який містить фільтр сигналу, приймач, що з'єднані послідовно, і канал АРП, який відрізняється тим, що канал АРП виконано у вигляді фільтра каналу АРП, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), демодулятора АРП, з'єднаного першим входом з виходом АЦП, цифрового комплексного фільтра АРП 3 UA 98528 C2 5 демодульованих сигналів, цифрового квадратурного детектора комплексних АРП демодульованих сигналів, блока оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів, блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП - H і коефіцієнтів АРП - K, з'єднаних послідовно, при цьому вихід Н блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП підключено до другого входу демодулятора АРП, а приймач виконаний у вигляді виконавчого елемента АРП на базі помножуючого цифро-аналогового перетворювача, підключеного управляючим входом до виходу K блока формування коефіцієнтів демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - K, підсилювача з'єднаного входом з виходом виконавчого елемента АРП, а виходом з входом фільтра каналу АРП. 4 UA 98528 C2 5 UA 98528 C2 6 UA 98528 C2 7 UA 98528 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8