ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УРОВНЯ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА
DIGITAL DEVICE FOR AUTOMATIC SIGNAL AMPLITUDE CONTROL

Предлагаемое устройство цифровой автоматической регулировки усиления относится к области радиолокационной техники и может быть использовано в радиотехнических установках, в частности моноимпульсных суммарно-разностных приемниках радиопеленгаторов.
Известны устройства автоматической регулировки усиления (АРУ), используемые в радиотехнических установках и работающие с преимущественным откликом на сигналы, имеющие априорно определенные характеристики.
Известно устройство АРУ, используемое в приемнике РЛС (пат. США №3772702 кл. Н04к 3/00), содержащее последовательно включенные предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), детектор импульсной последовательности, выход которого соединен с двумя параллельно включенными каналами АРУ, состоящими из запоминающих интеграторов выборки, фильтров АРУ, электронных переключателей. Выходы электронных переключателей обоих каналов соединены с одним входом усилителя АРУ, на выходе которого устанавливается напряжение регулировки усиления ПУПЧ и УПЧ. Параллельно основному УПЧ к выходу ПУПЧ подключен приемник канала подавления помехи, выход которого заканчивается генератором строба подавления (ГСП). С выхода ГСП строб поступает в цепи управления запоминающих интеграторов выборки и электронных переключателей. При помощи этого строба осуществляется переключение основного канала АРУ на канал АРУ, работающий по помехе. Порог срабатывания ГСП выбирается выше порога регулировки основного канала АРУ и, следовательно, переключение каналов АРУ будет производиться только в моменты, когда мощность помехи превысит, предварительно зафиксированную в основном канале АРУ, мощность полезного сигнала. В схеме АРУ такого типа преимущественный отклик достигается за счет определения энергетических различий между полезным сигналом и помехой. В то же время при работе с импульсными сигналами в ней отсутствует защита от помехи, сравнимой по мощности с полезным сигналом, но во времени не совпадающей с его периодом повторения.
Известно также устройство цифровой автоматической регулировки уровня (ЦАРУ), используемое в радиотехнических установках и обеспечивающее регулировку уровня амплитуды импульсов, поступающих на вход приемника с заранее известным периодом следования (пат. США №3887875, кл. H03в 3/02; H03к 5/02). Это устройство является наиболее близким по технической сущности и потому выбрано прототипом настоящего изобретения. Оно содержит приемник с антенной, к выходу которого последовательно подключены полоснопропускной фильтр и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), имеющий несколько выходов соединенных со входами сдвиговых регистров (CP). Выходы CP через дешифратор соединены со входами пересчетного устройства, а выходы пересчетного устройства подключены к цепям управления дискретного аттенюатора, который включен между выходом приемника и входом потребителя принимаемой информации. В состав устройства ЦАРУ входит генератор синхронизации, выход которого соединен с тактирующими входами СР.
Амплитуда импульсов, поступающих на вход АЦП, преобразуется в многоразрядный параллельный код. Выход каждого из разрядов соединен с соответствующим ему CP, где код этого разряда задерживается на время, равное периоду повторения принимаемых сигналов. Задержанные коды разрядов через дешифратор поступают в пересчетное устройство, предназначенное для формирования Кода управления дискретным аттенюатором. Соответственно коду управления, в аттенюаторе устанавливается такое ослабление, чтобы на входе потребителя информации уровень сигнала, приходящего с известным периодом повторения, оставался неизменным.
В отличие от устройства АРУ, выбранного в качестве аналога, описываемое устройство цифровой автоматической регулировки уровня обеспечивает преимущественно регулировку уровня амплитуды сигналов, приходящих с известным периодом повторения.
Однако недостатком такого устройства является относительно малый диапазон регулировки, который снизу определяется уровнем шумов на выходе приемника, а сверху - ограничением амплитудной характеристики приемника. Этот факт исключает возможность его применения в линейных широкополосных приемниках сигналов, имеющих относительно большой диапазон изменения мощности.
Целью настоящего изобретения является расширение рабочего диапазона регулировки уровня амплитуды сигналов, принимаемых с известным периодом повторения.
Цель достигается тем, что в устройство цифровой автоматической регулировки уровня амплитуды сигналов, содержащее приемник с антенной, к выходу которого последовательно подключены полоснопропускной фильтр и аналого-цифровой преобразователь, сдвиговый регистр, тактирующим входом соединенный с выходом генератора синхронизации, и пересчетное устройство, выходами подключенное к цепям управления дискретного аттенюатора - введены основной и дополнительный пороговые сумматоры, максимизатор, датчик состояния сдвигового регистра и ряд логических схем И, НЕ, ИЛИ, включенные следующим образом: ко всей длине сдвигового регистра подключен датчик его состояния, имеющий три выхода, характеризующие состояния начала CP, конца CP и общее состояние CP, входы основного и дополнительного пороговых сумматоров подключены к выходу АЦП, а выход дополнительного порогового сумматора соединен со входом CP через схему И, второй вход которой через последовательно включенные схемы НЕ-И-НЕ подключен к выходу датчика состояния, характеризующему состояние начала CP, второй вход второй схемы и через последовательно включенные схемы И-НЕ подключен к выходу датчика состояния, характеризующему состояние конца CP, в свою очередь второй вход последней из указанных схем И подсоединен к выходу датчика состояния, характеризующему общее состояние CP, этот же выход датчика состояния через схему НЕ соединен с одним из входов схемы ИЛИ, другой вход которой подключен к выходу CP, а ее выход - ко входам ряда схем И, которые включены между максимизатором и пересчетным устройством так, что выходы этих схем И соединены со входами пересчетного устройства, а вторые входы подключены к выходам максимизатора, который своими входами подключен к выходам основного порогового сумматора, дискретный аттенюатор включен между антенной и приемником, а выход приемника соединен со входом потребителя и информации, входы синхронизации пересчетного устройства, максимизатора и аналого-цифрового преобразователя соединены с выходами генератора синхронизации.
1
n
2
2
Такое включение элементов ЦАРУ обеспечивает преобразование амплитуды сигнала в многоразрядный параллельный код с периодом Т преобразования, равным или меньшим длительности принимаемого сигнала, сравнение этого кода с двумя пороговыми кодами, один из которых соответствует пороговому уровню начала регулировки, а второй - пороговому уровню обнаружения сигнала, формирование с заданным периодом окон стробирования работы ЦАРУ, шириной τ=nT, (n=1, 2…), где Т - период управления дискретным аттенюатором, управление ослаблением дискретного аттенюатора, что в конечном итоге приводит к реализации устройства ЦАРУ с расширенным диапазоном регулировки уровня амплитуды сигналов, принимаемых с известным периодом повторения.
На фиг.1 представлена блок схема предлагаемого устройства.
Устройство ЦАРУ содержит приемник (1), к выходу которого последовательно подключены полоснопропускной фильтр (2) и АЦП (3) с параллельной выдачей многоразрядного кода. Выходы каждого разряда АЦП соединены со входами основного (4) и дополнительного (5) пороговых сумматоров. Между основным пороговым сумматором и пересчетным устройством (6) включен максимизатор (7). К пересчетному устройству (6) максимизатор (7) подключен через схемы И (8). Выходы пересчетного устройства (6) соединены с цепями управления дискретного аттенюатора (9), который включен между антенной (10) и приемником (1), а выход приемника (1) соединен со входами потребителя принимаемой информации (11). Последовательно включенные полоснопропускной фильтр (2), АЦП (3), основной пороговый сумматор (4), максимизатор (7) схемы И (8) и пересчетное устройство (6) образуют основную цепь обратной связи ЦАРУ. Вторая цепь содержит дополнительный пороговый сумматор (5), CP (12) с датчиком (13) состояния и ряд логических схем И, ИЛИ, НЕ. Последовательность включения элементов во второй цепи следующая: выход дополнительного порогового сумматора (5) через схему И (14) соединен со входом CP (12), второй вход этой схемы И (14) через последовательно соединенные схемы НЕ (15)-И (16)-НЕ (17) соединен с выходом датчика (13) состояния, характеризующим состояния начала СР (12), второй вход схемы И (16) через последовательно включенные схемы НЕ (18)-И (19) соединен с выходом датчика (13) состояния, характеризующим состояние конца СР (12), второй вход схемы И (19) соединен выходом датчика (13) состояния, характеризующим общее состояние СР (12), этот же выход датчика (13) состояния через схему НЕ (20) соединен с одним из входов схемы ИЛИ (21), второй вход схемы ИЛИ (21) соединен с выходом СР (12), а ее выход подключен ко входам схем И (8), находящихся между максимизатором и пересчетным устройством. Имеются также цепи, соединяющие генератор (22) синхронизации с тактирующим входом СР (12), входом обнуления максимизатора (7) и входами синхронизации пересчетного устройства (6) и АЦП (3).
1
2
2
1
1
2
2
2
2
Устройство ЦАРУ работает следующим образом: видеосигнал с выхода приемника (1) через полоснопропускной фильтр (2) поступает в АЦП (3) и преобразуется в многоразрядный параллельный код с периодом Т выборки равным или меньшим длительности принимаемого сигнала. Алгебраическая разница кода сигнала и кода основного порогового уровня, получающаяся на выходе основного порогового сумматора (4) подается в максимизатор (7), где происходит фиксация максимального значения разницы за период Т, равный периоду управления дискретными аттенюаторами (9). Максимальное значение разницы кодов с выходов максимизатора через схемы И (8) поступает в пересчетное устройство (6). Перезапись кода в пересчетное устройство (6) одновременно является обнулением максимизатора (7). Структура и функции пересчетного устройства (6) определяются конкретно решаемыми задачами при приеме сигнала и в общем виде оно содержит устройство обработки и хранения кода управления дискретным аттенюатором. Значение кода управления может изменяться с периодом T>T. Во второй цепи ЦАРУ при помощи дополнительного порогового сумматора (5) устанавливается пороговый уровень ниже, чем в основной цепи. Если код принимаемого сигнала превысит код порогового уровня во второй цепи, то на выходе дополнительного порогового сумматора (5) появится логическая "1", которая через схему И (12) будет записана в CP (12). Длительность T сигнала, соответствующего логической "1" с выхода дополнительного порогового сумматора (5), меньше длительности Т сигнала, соответствующего логической "1" в СР (12), поэтому несколько единиц, появившихся на выходе дополнительного порогового сумматора (5) в течение периода Т будут записаны в CP (12) как одна единица. Если длительность принимаемого сигнала больше периода Т, то запись единиц в CP (12) будет происходить до первого появления на входе CP (12) логического "0". Достигается это путем подачи на второй вход схемы И (12) логического "0" с выхода схемы НЕ (15), которая инвертирует выход схемы И (14). В свою очередь на выходе схемы И (14) появится "1" в случае, когда на оба ее входа придут "1" со схем НЕ (13) и И (17). Схема НЕ (13) является инвертором состояния начала CP (12), а схема И (17) схемой совпадения сигналов с выхода датчика (13) состояния, характеризующего общее состояние CP (12) и с выхода схемы НЕ (16), являющейся инвертором состояния конца CP (12). Таким образом запись "1" в CP (12) будет происходить в следующих случаях: если в течение каждого из следующих друг за другом периодов Тна выходе дополнительного порогового сумматора (5) появляется хотя бы одна "1", если состояние конца CP (12) соответствует записанной в нем "1", если в CP (12) не записано ни одной единицы. Записанная в CP (12) "1", или несколько "1" подряд, по истечении периода Т, соответствующего длине CP (12), через схему ИЛИ (21) поступает на входы схем И (8). В этот момент осуществляется подключение выхода максимизатора (7) ко входу пересчетного устройства (6) и происходит перезапись параллельного кода из максимизатора (7) в пересчетное устройство (6), на выходе которого формируется код управления дискретным аттенюатором (9).
Такое включение элементов устройства и введение новых элементов - основного и дополнительного пороговых сумматоров максимизатора, датчика состояния CP и ряда логических элементов И, НЕ, ИЛИ позволило реализовать ЦАРУ, в котором дискретный аттенюатор и приемник оказываются охваченными обратной цепью регулировки, что привело к расширению рабочего диапазона устройства, а также к уменьшению влияния нестабильностей характеристик дискретного аттенюатора и приемника на работу всего устройства в целом.
Эти преимущества расширяют возможности использования в радиотехнических установках цифровой автоматической регулировки уровня сигналов, принимаемых с известным периодом повторения.