Информационные параметры сигналов
В.М. Гончаров
Изучение развития колебательных процессов в испытуемых
изделиях, путем проведения исследований одиночных импульсных сигналов
излучаемых данным изделием, требует знания их параметров. Эти параметры должны
позволять воссоздавать наиболее полную картину сигнала в частотной и временной
области. Основными такими параметрами сигнала являются: энергия сигнала,
пиковая мощность, длительность сигнала, несущая частота, количество посылок в
сигнале.
Необходимость их измерения заключается в следующем:
Энергия импульса позволяет определить критерии
стойкости измерительной аппаратуры и выяснить энергетические возможности
разрабатываемых источников.
Пиковая мощность сигнала позволяет определить процессы
развития колебаний и характеризует его способности.
Измерение длительности радиоимпульса позволяет
выяснить механизм происходящих процессов.
Количество импульсов позволяет уточнить динамику
процессов в источнике, сразу определяя параметры радиотехнических процессов,
одновременно характеризуя поведение механических процессов.
Комплексный анализ этих данных позволяет практически
выяснить сущность протекающих в одноразовых источниках процессов, уточнить
параметры физической модели, и своевременно внести коррективы в разрабатываемые
источники.
Для измерения параметров импульсного электромагнитного
излучения, группой разработчиков института Радиофизики и электроники НАН
Украины, разработан базовый блок спектрометра. Он позволяет измерять энергию
одиночного электромагнитного импульса W, максимальное
значение пиковой мощности сигнала Р, длительность входного сигнала T, и количество импульсов в сигнале N.
Принцип работы спектрометра ИПИЭИ-1
Структурная схема прибора показана на рис.1. Она
состоит из следующих узлов. Входного фильтра, детектора, каналов измерения –
энергии импульса, пиковой мощности и длительности импульса. Для управления
узлами спектрометра, обработки результатов измерений и вывода данных на
индикатор используется контролер. Прибор работает следующим образом. Сигнал с
антенны поступает на входной фильтр, и далее на детектор. С выхода детектора
огибающая исследуемого сигнала поступает на входной усилитель, обеспечивающий
необходимое усиление в полосе частот согласованных с параметрами обрабатываемых
сигналов. Выходной сигнал усилителя поступает на три канала обработки -канал
измерения энергии импульса, канал измерения пиковой мощности и канал измерения
длительности. Принцип работы этих каналов измерения энергии и пиковой мощности
основан на преобразовании измеряемого параметра в квазипостоянное напряжение.
Для этого в канале измерения энергии входной сигнал интегрируется, а затем
после усиления и дальнейшей обработки поступает на предварительный расширитель
длительности импульса. В канале измерения пиковой мощности входной сигнал
сначала проходит предварительную обработку, а затем также поступает на
расширитель входного сигнала. Измерение длительности импульса производится
путем преобразования время – амплитуда. Для этого сигнал выхода усилителя
поступает на быстродействующий амплитудный дискриминатор на формирующий на
выходе прямоугольный импульс, длительность которого определяется параметрами
входного сигнала. Далее этот импульс поступает на преобразователь время-амплитуда.
На выходе преобразователя формируется пилообразный выходной сигнал, передний
фронт которого равен длительности входного сигнала, а амплитуда напряжения
определяется длительностью входного сигнала. В случае если входной сигнал
состоит из нескольких входных импульсов, на выходе преобразователя амплитуда
выходного сигнала пропорциональна сумме длительностей импульсов. С выходов
каналов измерения энергии, пиковой мощности и длительности сигнала напряжения
пропорциональные преобразованным параметрам поступают на входы соответствующих
амплитудных детекторов. Это необходимо для уменьшения ошибки в промежутке
времени между окончанием преобразований и в период считывания и обработки
полученных результатов, а также для согласования с аналого-цифровым преобразователем
(АЦП). С выходов амплитудных детекторов напряжения пропорциональные уровням соответствующих
параметров сигналов поступают на плату контролера в и далее на АЦП. По
окончании выходного сигнала управляющий процессор выдает команду АЦП на
считывание, поступающих на его вход, сигналов. АЦП последовательно считывает
поступившие уровни напряжений, а затем процессор после считывания
соответствующих им параметров из таблиц калибровки, зашитых в соответствующие
устройства памяти, передает их для индикации на дисплей. Для подсчета
количества импульсов использован выход дискриминатора, сигнал с которого
поступает на, расположенный на плате контролера, быстродействующий счетчик.
Алгоритм работы прибора предусматривает работу прибора
в диалоговом режиме с оператором и проверку работоспособности аккумуляторных
батарей. Для уменьшения температурных погрешностей прибор калибруется в
различных температурных диапазонах, а данные результатов калибровки зашиваются
в соответствующую область памяти. Устранение погрешности связанной с
температурным прогревом элементов при включении прибора достигается за счет
введения 2-х минутного интервала после чего встроенный процессор осуществляет
внутреннее тестирование напряжений на аккумуляторах и начальных напряжений амплитудного
детектора и только при их нормальных значениях разрешается дальнейшая работа с
прибором. Наличие процессоров позволяет организовать передачу данных
результатов измерений к удаленной вычислительной машине.
Общий вид спектрометра ИПИЭИ-1 изображен на рис.2
Рис1. Блок схема спектрометра ИПИЭИ-1.
Технические характеристики спектрометра ИПИЭИ-1
1. Диапазон рабочей частоты – 9,38 ГГц, = 3 см.
2. Полоса пропускания в рабочем диапазоне = 450 МГц.
3. Эффективная площадь антенны S = 1,38 см .
4. Диапазон измеряемой энергии излучения Е дж, от 0,02
T 10 до 3,7T10.
5 Диапазон измеряемой мощности излучения P Вт, от 0,05 T 10 до 5,0 T 10.
6. Диапазон измеряемой длительности импульса излучения
сек, от 0,30 T10 до 550 T10.
7. Количество измеряемых импульсов в одном измерении не
более 100.
8. Измерительный приемник выполнен в виде моноблочной конструкции
с автономным питанием амплитудой 12 В.
9. Емкость источников питания не менее 1,2 А/ч.
10. Измерительный приемник энергии СВЧ – излучения имеет
выходные, защищённые от СВЧ – наводок, разъемы для подзарядки аккумуляторных батарей,
дисплей прибора также защищён от наводок.
11. Габариты блока не более 300х600х400мм.
12. Масса измерительного приемника не более 10кг.
Прибор прошел испытания в полевыхусловиях.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://www.laboratory.ru