Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ. АЛГОРИТМЫ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Посмотреть оригинал

АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ В АО-ПРОЦЕССОРАХ

З.1 Традиционные алгоритмы

Рассмотрим традиционные алгоритмы измерения параметров сигналов. Они разработаны до появления акустооптических устройств, применительно к многоканальным частотомерам и пеленгаторам, использующим пороговые схемы обработки сигналов. Заложенные в эти измерители принципы обработки сигналов на выходах пороговых устройств основаны на простой, очевидной логике и обеспечивают невысокую точность вычисления параметров сигналов.

Ниже показано, что зависящие от уровня порога, погрешности измерения неравномерно распределены в диапазоне изменения параметра; из-за этой неравномерности увеличивается максимальная погрешность. В связи с этим увеличением, дополнительно ухудшаются точностные характеристики измерителя параметров сигналов. Для получения равномерного (оптимального) распределения погрешности необходимо подбирать оптимальный уровень порога.

Под традиционным будем понимать алгоритм, использующийся в многоканальных измерителях параметров сигналов. Его суть сводится к следующему.

Весь диапазон изменения параметра (например, частоты или пеленга) разбивается на N поддиапазонов (каналов) устройствами селекции. В качестве устройств селекции, в зависимости от специфики измерителя, используют: полосовые фильтры (многоканальный приёмник); дискретный фотоприёмник с фотодиодами (АОИПС); направленные антенны (пеленгатор).

К выходу каждого канала подключают амплитудный детектор, усилитель и пороговое устройство с фиксированным пороговым уровнем, обычно выбираемым на уровне чувствительности измерителя.

При поступлении сигнала на вход измерителя, в конкретных каналах, параметры которых наиболее близки к значению измеряемого параметра, выделяются (в результате селекции) и усиливаются проде- тектированные сигналы. Сигналы на выходах пороговых устройств (см. подразд. 1.2), подключённых к названным каналам, принимают значения логических "1" или "О", в зависимости от того, превышен или нет пороговый уровень усиленным сигналом.

Алгоритм определения параметра сводится к выделению группы сработавших пороговых устройств и соответствующих им каналов. Значение параметра отождествляют с положением оси симметрии группы каналов, соответствующих сработавшим пороговым устройствам по формуле (1.5). Результат измерения представляют в виде кода измеряемого параметра по формуле аналогичной (1.6). В подразд. 1.2 приводится пример определения уровня сигнала в соответствии с традиционным алгоритмом.

Рассмотрим точностные характеристики измерителя частоты на базе АОИПС, построенного по традиционной схеме, и возможности их оптимизации. Считается, что в качестве фогоириёмника в измерителе используется линейка фотодиодов, а частота вычисляется в соответствии с традиционным алгоритмом.

При подаче на вход АОИПС анализируемого сигнала U(t) на фотоприёмнике формируется световой сигнал, соответствующий мгновенному спектру мощности J(co,t) анализируемого сигнала:

где

- мгновенный спектр фрагмента сигнала длительностью Т0.

Сигнал на выходе j-ro фотодиода с равномерной светочувствительностью по площадке может быть определён по формуле

где fj - частота, соответствующая середине пространственного положения j-ro фотодиода, Af - полоса частот, приходящаяся на фотодиод (определяется линейными размерами фотодиода и масштабом расположения пространственных частот в плоскости фотоприёмника), кц коэффициент, учитывающий преобразование световой энергии (облучающей фотоприёмник) в электрическую (в том числе учитывающий инерционность фотоприемника).

На рис. 3.1 изображена функция J(f,t), сформировавшаяся на фо- топриёмнике при подаче на вход АОИПС, имеющего аппаратную функцию вида (1.11) гармонического колебания частоты f0.

Рис. 3.1

На рис. 3.1 заштрихованы участки функции J(f,t), приходящиеся на фотодиоды. Величиной Vj обозначен уровень сигнала на выходе j- го фотодиода, Af_ - полоса частот в промежутке между соседними фотодиодами, Un - уровень порога.

При изменении частоты сигнала на величину fj+2-fj = Af+Af. функция J(f,t) переместится из положения 1 в положение 2. Если фиксировать положение максимума функции J(f,t) с помощью пороговых устройств, подключённых к выходам фотодиодов, то номеру j-ro сработавшего порогового устройства можно поставить в соответствие частоту fj. При срабатывании двух рядом расположенных пороговых устройств частота сигнала отождествляется с пространственным положением середины расстояния между фотодиодами, соответствующими сработавшим пороговым устройствам.

Таким образом, шаг сетки частот, который может быть зафиксирован описанным способом (рис.3.2), получается равным:

AN=(i'j+2-fj)/2. Количество сработавших пороговых устройств, в конечном итоге, определяется измеряемой частотой сигнала f0 и выбранным уровнем порога.

Рис. 3.2

Рассмотрим случай, когда выбранный пороговый уровень Un обеспечивает при изменении частоты срабатывание не более двух рядом расположенных пороговых устройств. Это означает, что при изменении частоты сигнала (рис. 3.2) в пределах (fj-Av < f0< fj+Av) должно срабатывать одно пороговое устройство, соответствующее частоте fj. При изменении же частоты в интервале (fj+i - Av < f0< fj+l+Av) или (fj_i - Av < f0< fj_t+Av) - два рядом расположенных пороговых устройства (Av = AN/2); при этом принимается решение о том, что частота сигнала равна в первом случае fj+i, а во втором - fj_|.

Уровень порога Un должен быть выбран таким образом, чтобы при f0e(fj-Av, fj+Av) порог превышался бы только сигналом на выходе j-ro фотодиода, а сигналы на выходах (j-2)-ro и (j+2)-io фотодиодов были бы ниже порога. В то же время при f0e(fj_|-Av, fj.i+Av) и при foe(fj+i-Av, fj+i+Av) уровень порога должен превышаться сигналами на выходах (fj_2, fj) и (fj, fj+2) фотодиодов соответственно. Таким образом, частоты fj—АV, fj+Av являются граничными 1фр, поскольку при достижении частотой сигнала значений fj-Av и fj+Av, должны срабатывать уже два пороговых устройства, а не одно. Следовательно, пороговый уровень должен равняться тому значению сигнала (j+2)-ro или (j-2)-ro фотодиода, которое достигается на них при f0 равной fj+Av или fj-Av, соответственно. Пороговый уровень Un может быть вычислен по формулам:

или

Если пороговый уровень выбран больше величины Un (3.3), то второе пороговое устройство срабатывает при условии, что |fj—f0|>Av, в противном случае (если пороговый уровень меньше Un), оно срабатывает при |fj-fu|()|>Av; |fj+i-f0|>Av.

Таким образом, поддержание величины порога на уровне Un обеспечивает одинаковую максимальную погрешность измерения частоты Av во всём диапазоне частот, анализируемых АОИПС. Отклонение порогового уровня от Un как в сторону больших, так и в сторону меньших значений, увеличивает максимальную погрешность измерения частоты по сравнению с величиной Av. Аналогичные рассуждения по выбору и вычислению величины Un могут быть проведены для случаев срабатывания либо “п” либо “п-1” порогового устройства.

Следует отметить, что максимальная погрешность измерения частоты, при любом уровне порога, не будет превышать величину 2AN для n < 1 и величину AN в остальных случаях.

Расчётные семейства нормированных зависимостей Un(T0), обеспечивающих одинаковую максимальную погрешность измерения частоты во всём диапазоне частот, анализируемых АОИПС, для конструктивных размеров фотоматрицы ФПУ-14 и линейки ПЗС ТН7813А приведены на рис. 3.3 и 3.4 соответственно. Графики нормированы к величине (UfT0)2, где Ue - уровень сигнала. Числа 1-5 на рисунках обозначают количество п сработавших пороговых устройств.

Рис. 3.3

Рис. 3.4

Из приведенных графиков следует, что при малых значениях То, даже небольшая относительная нестабильность в поддержании Un может привести к большому разбросу в количестве срабатывающих пороговых устройств. С ростом Т0 требования к стабильности поддержания порога могут быть ослаблены. Расстояния между кривыми при фиксированном Т0 показывают, в каких пределах можно изменять пороговый уровень, не изменяя количество сработавших пороговых устройств.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы