Пристрій автоматичного регулювання підсилювання в приймальних трактах інформаційно-вимірювальних систем

Пристрій автоматичного регулювання підсилювання (АРП) в приймальних трактах інформаційно-вимірювальних систем, що містить фільтр сигналу, приймач, з'єднані послідовно, і канал АРП, який відрізняється тим, що канал АРП виконано у вигляді фільтра каналу АРП, аналогоцифрового перетворювача (АЦП), демодулятора 3 ми 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 елементу 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 патенту [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 К = (50-70) дБ, не охоплений АРП через принцип формування управляючого сигналу схеми прямого регулювання перевантажується, що приводить у результаті до подавлювання 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, такою, що діє в смузі прийому завадою, оскільки ключ селектора каналів АРП не пропускає сигнал управління по імпульсній заваді на вхід виконавчого елементу 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», який від'єднує вихід каналу імпульсної завади від суматора. У основу корисної моделі покладено завдання удосконалення відомого пристрою автоматичного регулювання підсилювання АРП «вперед» із забезпеченням покращення його функціональних характеристик. Технічний результат - покращення в порівнянні 57426 4 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 виконавчого елементу АРП у просторі квантованих відліків з динамічним діапазоном, визначуваним розрядністю арифметичного блоку 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 елементу АРП на базі 14-ти - розрядного помножуючого цифро-аналогового перетворювача; - забезпеченні стабільності параметрів АРП виключенням аналогових елементів в каналі АРП, чутливих до зовнішньої дії і таких, що вимагають підстроювання. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої автоматичного регулювання підсилювання (АРП), що містить фільтр сигналу, приймач, з'єднані послідовно і канал АРП, згідно корисній моделі, АРП виконано у вигляді фільтру каналу АРП, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), демодулятора АРП, з'єднаного першим входом з виходом АЦП, цифрового комплексного фільтру АРП демодульованих сигналів, цифрового квадратурного детектора комплексних, АРП демодульованих сигналів, блоку оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів, блоку формування коефіцієнтів демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К, з'єднаних послідовно, при цьому вихід Н блоку формування коефіцієнтів демодуляції АРП підключено до другого входу демодулятора АРП, а приймач виконано у вигляді виконавчого елементу АРП на базі помножуючого аналого-цифрового перетворювача, підключеного управляючим входом до виходу К блоку формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП Н і коефіцієнтів АРП - К, підсилювача з'єднаного входом з виходом виконавчого елементу АРП, а виходом з входом фільтру каналу АРП. Заявлене рішення ілюструється графічними фігурами, де: - на Фіг. 1 представлена структура пристрою АРП; - Таблиця характеристик пристрою АРП прототипу і пропонованого у винаході технічного рішення; - на Фіг. 2 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 сиг 5 налу, що демодулюється від АРП, горизонтальною тонкою лінією О - нульовий рівень сигналу; - на Фіг. 3 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 К(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. 4 представлені: штриховою лінією Ро масштабована напруга затримки Ро = m • Р, безперервною тонкою лінією Uo(n)= m • U(n) - масштабований вихідний сигнал підсилювача, керованого АРУ «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 великим - 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 фільтру каналу АРП 4, аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 5, амплітудного демодулятора АРП 6, з'єднаного першим входом з виходом АЦП 5, цифрового комплексного фільтру АРП демодульованих сигналів, 7 цифрового квадратурного детектора комплексних, амплітудних демодульованих сигналів 8, блоку оцінювання середнього значення модулів АРП демодульованих сигналів 9, блоку формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП - Н і коефіцієнтів АРП - К - 10, з'єднаних послідовно, при цьому вихід Н блоку формування коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП і коефіцієнтів АРП 10 підключено до другого входу амплітудного демодулятора АРП 6, а приймач 2 виконано у вигляді виконавчого елементу АРП на базі помножуючого аналого-цифрового перетворювача 11, підключеного управляючим входом до виходу К блоку формування коефіцієнтів демодуляції АРП Н і коефіцієнтів АРП - К - 10, підсилювача 12, з'єднаного входом з виходом виконавчого елементу АРП 11, а виходом з входом фільтру каналу АРП 4. Пристрій автоматичного регулювання підсилювання функціонує таким чином. 1. Вихідний безперервний радіосигнал ut  підсилювача напруги 3 поступає 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  t ; t  Fд1;ut   un 2. Цифрові відліки un на першому вході амплітудного демодулятора 6 помножуються на коефіцієнти АРП демодуляції - Hn  1 на його друго 57426 6 му вході. (2) un  Un  Hn  1 un 3. Цифровий, нерекурсивний, комплексний фільтр 7 n -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,..n  1 (3) gv  Regv i  Imgv;i  (4) v 1 , де gv   v - й комплексний коефіцієнт імпульсної характеристики нерекурсивного фільтру 4. Виконується квадратурне детектування комплексних, АРП демодульованих сигналів zn цифровим квадратурним детектором 8. zn  zn  zn zn ; zn  2  Rezn  i  Imzn (5) При цьому, послідовність квадратурно детектованих відліків zn 2 не містить спектральних складових в смузі прийому, чим забезпечується стійкість каналу АРП. 5. Блок оцінювання середнього значення модуля АРП демодульованих сигналів zn (9) обчи слює ефективне значення процесу Zn на відрізку реалізації в N відліків  2 Zn  J1   zn  J  1 j  12; j  0,..J  1 (6) j   6. Блок формування коефіцієнтів АРП «вперед» і коефіцієнтів амплітудної демодуляції АРП10 порівнює ефективне значення процесу Zn з напругою затримки - P n  1 if Zn  P  0 0 if Zn  P  0 (7) обчислює коефіцієнти АРП «вперед» - - Kn (8) Kn  n P / Zn  1 n і коефіцієнти демодуляції АРП - Hn Hn  1/ Kn ; (9) Сформовані коефіцієнти АРП «вперед» - Kn поступають на управляючий вхід виконавчого елементу АРП 11, коефіцієнти демодуляції АРП Hn - на другий вхід амплітудного демодулятора АРУ 6. Джерела інформації: 1. Патент RU № 2163416, МПК Н03G 3/20 2. Радіоприймальні пристрої, с. 159 Москва.«Высшая школа» 1989. Під редакцією Жуковського А.П. 3. Патент RU № 2349031, МПК Н04В 1/10 G01R 29/26 G01S 7/36 (прототип.) 4 Крівіцкий Б.Х. Салтиков Є.Н. Системи автоматичного регулювання посилення, с 6. Москва. «Радіо і зв'язок», 1982] 7 57426 8 Таблиця Характеристика\Пристрій Прототип Метод формування АРП Розімкнений - „АРП вперед" Реалізація пристрою АРП Динамічний діапазон (дБ) Аналогова 40-50 Відсутній, внаслідок неперикривання смуги формування сигналу АРП та смуги прийому Необхідне періодичне підстроювання 2-х напруг детекторів затримування та 2-х коефіцієнтів підсилювання в каналі сигналу АРП Захист від імпульсної, прицільної завади в смузі прийому Необхідність підстроювання каналу АРП в процесі експлуатації Винахід Замкнено - розімкнений - формуванням „АРП вперед " з демодуляцією АРП вихідного сигналу підсилювача Цифрова 70-80 Забезпечений, внаслідок формування сигналу АРП в смузі прийому Відсутня 9 57426 10 11 57426 12 13 57426 14 15 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 57426 Підписне 16 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601