УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКОВ
DEVICE TO MONITOR PULSE FLOWS

Объектом изобретения является устройство мониторинга импульсных потоков. Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и связи и ориентировано на использовании в пакетных радиосетях, системах радиолокации и радионавигации.
Известно устройство контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению [1]. Его недостатком является то, что оно не позволяет решать задачу совместного обнаружения скачка интенсивности потока импульсных сигналов и оценивания его знака, величины и момента времени возникновения.
Известно также устройство обнаружения и оценивания ступенчатых вариаций интенсивности потока импульсов [2], содержащее счетчик импульсов потока, первый и второй триггеры, первый (опорный) и второй генераторы тактовых импульсов, первый (опорный) и третий счетчики, линию задержки, первый, второй и третий ключи, выбранное как наиболее близкое по техническому решению в качестве прототипа.
Данное устройство позволяет обнаруживать скачки интенсивности импульсных потоков и оценивать моменты времени их возникновения, однако оно не дает возможности определять величины и знаки таких скачков.
0
0
x
Кроме того, это устройство может оказаться неработоспособным, если знак ступенчатой вариации интенсивности априорно не определен. Например, если первый генератор тактовых импульсов обеспечивает частоту опорной последовательности импульсов f, частота входного потока импульсов до скачка равна ν<f, а после скачка ν-Δ<f, где Δ>0 (отрицательный скачок).
Заявленное устройство отличается от известного более широкими функциональными возможностями. Устройство не требует априорного задания информации о знаке скачка интенсивности и позволяет помимо обнаружения факта его появления и оценки времени возникновения проводить определение величины этого скачка и его знака.
Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1.
Она включает:
1
n
- блоки формирования кода 1, …, 1;
- опорный генератор 2;
- счетчик 3;
- первый триггер 4;
- управляющий ключ 5;
- второй триггер 6;
- первый сумматор 7;
- счетчик оценки 8;
- вторую линию задержки 9;
- второй сумматор 10;
- детектор 11;
- триггер фиксации момента скачка 12;
- ключ остановки счета 13;
- генератор формирования оценки 14;
- триггер 15;
- ключ запуска интегратора 16;
- интегратор 17;
- входной ключ 18;
- счетчик импульсов потока 19;
- первую линию задержки 20;
- элемент ИЛИ 21.
1
2
1
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
2
n
1
2
n
2
1
2
1
2
2
2
n
2
1
1
n
1
n
1
n
2
1
1
1
2
2
1
a
Устройство состоит из входного ключа 18, счетчика импульсов потока 19, первой линии задержки 20, генератора формирования оценки 14, ключа остановки счета 13, счетчика оценки 8, первого блока формирования кода 1, включающего опорный генератор 2, счетчик 3, первый 4 и второй 6 триггеры, управляющий ключ 5, причем информационный вход 18 ключа 18 является входом устройства (вход ), управляющий вход 18 ключа 18, соединенный со входом генератора 14 и генератора 2 блока 1, является пусковым входом устройства, выход ключа 18 связан со входом счетчика 19, выход которого соединен со входом сброса 3 счетчика 3 блока 1, информационным входом 5 ключа 5 блока 1 и входом линии задержки 20, выход генератора 2 блока 1 связан со входом счета 3 счетчика 3 блока 1, выход которого подключен к единичным входам 4 и 6 соответственно триггеров 4 и 6 блока 1, инверсный выход триггера 4 блока 1 соединен с управляющим входом 5 ключа 5 блока 1, выход которого связан с нулевым входом 6 триггера 6 блока 1, выход генератора 14 соединен с информационным входом 13 ключа 13, выход которого связан со входом счетчика 8, выход которого является вторым выходом устройства (выход c), в отличие от прототипа, заявляемое устройство дополнительно содержит 2, …, n-й блоки формирования кода 1, …, 1, первый 7 и второй 10 сумматоры, вторую линию задержки 9, детектор 11, триггер фиксации момента скачка 12, триггер 15, ключ запуска интегратора 16, интегратор 17, элемент ИЛИ 21, причем вход 18 ключа 18 соединен со входами генераторов 2 блоков 1, …, 1, обнуляющим входом 17 интегратора 17, единичным входом 12 триггера 12, нулевым входом 15 триггера 15, первым входом 21 элемента ИЛИ 21, выход счетчика 19 подключен к входам 3 счетчиков 3 и входам 5 ключей 5 блоков 1, …, 1, выход линии задержки 20 соединен со вторым входом 21 элемента ИЛИ 21 и единичным входом 15 триггера 15, выход элемента ИЛИ 21 связан с нулевыми входами 42 триггеров 4 блоков 1, …, 1, прямые выходы триггеров 6 блоков 1, …, 1 соединены со входами 7, …, 7 сумматора 7, выход которого связан со входом линии задержки 9 и инверсным входом 10 сумматора 10, чей прямой вход 10 соединен с выходом линии задержки 9, выход сумматора 10 соединен с информационным входом 16 ключа 16, выход которого подключен к информационному входу 17 интегратора 17 и входу детектора 11, управляющий вход 16 ключа 16 связан с прямым выходом триггера 15, выход детектора 11 соединен с нулевым входом 12 триггера 12, прямой выход которого связан с управляющим входом 13 счетчика 13, а инверсный выход образует первый выход устройства (выход b), выход интегратора 17 является третьим выходом устройства (выход d).
Работа устройства поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.2-4.
Рассмотрим работу устройства до момента возникновения скачка интенсивности импульсного потока (фиг.2).
1
n
1
2
n
1
n
n
1
2
1
n
1
n
Пусковой импульс запускает генераторы 2 блоков 1, …, 1, которые формируют импульсные последовательности, соответствующие сетке частот f>f>…>f с шагом Δf. Полагается, что частоты f, …, f выбраны так, чтобы для интенсивности ν исследуемого импульсного потока выполнялось условие f<ν<f. Этот же импульс открывает ключ 18, обеспечивая прохождение исследуемого импульсного потока на вход счетчика 19, через элемент ИЛИ 21 проходит на нулевые входы 4 триггеров 4 блоков 1, …, 1, запускает генератор формирования оценки 14, обнуляет интегратор 17 и переводит триггер 15 в нулевое состояние, тем самым запрещая прохождение каких-либо сигналов через ключ 16. Это необходимо для исключения влияния переходных процессов в схеме на формирование сигнала на выходе d устройства. Кроме того, пусковой импульс переводит триггер 12 в единичное состояние, обеспечивая нулевой потенциал на выходе b устройства и открытое состояние ключа 13. Счетчики 3 блоков 1, …, 1 параллельно со счетчиком 19 начинают подсчет импульсов.
Предположим, что интенсивность ν исследуемого импульсного потока удовлетворяет условию
1
2
1
n
3
n
тогда импульс переполнения вначале появится на выходе счетчика 3 блока 1, затем на выходе счетчика 3 блока 1 и лишь затем на выходе счетчика 19. Импульс переполнения с выхода счетчика 19 поступает на входы сброса счетчиков 3 всех блоков 1, …, 1 и переводит их в нулевое состояние, таким образом, импульсов переполнения на выходах счетчиков 3 блоков 1, …, 1 не появится.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Импульсы переполнения счетчиков 3 блоков 1, 1 переведут триггеры 4 и 6 этих блоков в единичное состояние. В результате ключи 5 блоков 1, 1 будут закрыты. Импульс переполнения счетчика 19 через эти ключи не сможет пройти на нулевые входы триггеров 6 блоков 1 и 1 и на их прямых выходах зафиксируется единичный потенциал. Задержанный в линии задержки 20 импульс переполнения счетчика 19 после прохождения элемента ИЛИ 21 переведет триггеры 4 блоков 1, 1 в нулевое состояние и ключи 5 этих блоков окажутся открытыми до поступления следующих импульсов переполнения с выходов счетчиков 3 блоков 1, 1.
1
2
Параметры линии задержки 20 подбираются так, чтобы не допустить перекрытия по времени прямого и задержанного импульсов и обеспечить переход триггеров 4 блоков 1, 1 в нулевое состояние и открытие ключей 5 лишь после завершения прямого импульса переполнения с выхода счетчика 19.
3
n
3
n
1
Для блоков 1, …, 1 импульсов переполнения на выходах счетчиков 3 не формируется. Поэтому триггеры 4 этих блоков, переведенные в нулевое состояние пусковым импульсом, продолжают в нем находиться. Ключи 5 блоков 1, …, 1 открыты единичными потенциалами инверсных выходов триггеров 4 и импульс переполнения с выхода счетчика 19 проходит на нулевые входы триггеров 6 указанных блоков. В результате на их прямых выходах формируются нулевые потенциалы.
1
n
1
n
Таким образом, на выходах блоков формирования кода 1, …, 1 и соответственно на входах 7…7 сумматора 7 формируется код , соответствующий условию (1).
На выходе сумматора 7 после переходных процессов образуется потенциал, соответствующий двум единицам. Переходные процессы в силу закрытого состояния ключа 16 никак не сказываются на сигналах выходов b, c, d устройства.
Рассмотрим работу устройства после момента возникновения скачка (фиг.3).
1
Предположим, что произошел положительный скачок ν=ν+Δ, где Δ>0. При этом новое значение интенсивности оказалось таким, что
2
2
2
В результате импульс переполнения на выходе счетчика 3 блока 1 пропадает. Триггер 4 блока 1 этим импульсом в единичное состояние не переводится, его ключ 5 остается в открытом состоянии. В результате очередной импульс переполнения счетчика 19 проходит на нулевой вход триггера 6 блока 1, на прямом выходе которого формируется нулевой потенциал.
1
3
n
Последовательность прохождения сигналов в блоках 1, 1, …, 1 не меняется. В результате на выходах блоков формирования кода появляется код , а на выходе сумматора 7 потенциал меняется с двойного на единичный.
Линия задержки 9 ступеньку, возникающую в результате такого изменения, смещает на время задержки и после вычитания на выходе сумматора 10 появляется положительный импульс, высота которого соответствует единичному потенциалу, а длительность - длительности задержки, обеспечиваемой линией задержки 9.
Рассмотрим последовательность формирования сигналов на выходах b, c, d устройства (фиг.4).
Прямоугольный импульс с выхода сумматора 10 через открытый ключ 16 поступает на детектор 11. Детектор предназначен для изменения полярности сигнала в случае, если импульс на выходе сумматора 10 является отрицательным, что соответствует скачкообразному уменьшению интенсивности исследуемого импульсного потока.
Сигнал с выхода детектора 11 переводит триггер 12 в нулевое состояние, в результате чего на его инверсном выходе и соответственно на выходе b возникает единичный потенциал.
Появление напряжения на выходе b является индикацией факта обнаружения скачка интенсивности импульсного потока.
Переход триггера 12 в нулевое состояние влечет, кроме того, закрытие ключа 13 и прекращение счета импульсов счетчиком 8. Код, зафиксированный в нем, дает оценку момента времени наступления скачка интенсивности и может быть снят с выхода с устройства.
Прямоугольный импульс с выхода сумматора 10 через открытый ключ 16, кроме того, поступает на вход интегратора 17, переведенного пусковым импульсом в состояние, соответствующее нулевым начальным условиям. Напряжение на выходе интегратора 16 (выходе d устройства) по окончании прямоугольного импульса оказывается пропорциональным величине скачка, а полярность - его знаку
лз9
где q - разница напряжений на выходе сумматора 7 до и после скачка, равная величине скачка интенсивности (в условиях пример q=1); τ - известное время задержки, на которое настроена линия задержки 9.
Отметим, что при отрицательных скачках интенсивности работа элементов устройства аналогична с той лишь разницей, что импульс на выходе сумматора 10 после такого скачка будет иметь отрицательную полярность. Соответственно отрицательную полярность будет иметь выходной сигнал интегратора 17.
После обнаружения скачка интенсивности импульсного потока, оценки его величины, знака и времени наступления работа устройства завершается.
Технический результат заключается в том, что помимо обнаружения скачка интенсивности и оценки момента времени его наступления устройство обеспечивает:
- оценку величины скачка интенсивности с точностью, определяемой Δf;
- определение знака такого скачка;
- работоспособность в условиях априорной неопределенности относительно знака ступенчатой вариации интенсивности.
Источники информации
1. Патент RU 2338211, приоритет 11.08.2006.
2. Патент RU 2384849, приоритет 09.02.2009.