Повна версія

Головна arrow Техніка arrow АКУСТООПТИЧНІ ПРОЦЕСОРИ. АЛГОРИТМИ І ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

AO-ВИМІРЮВАЧ ПАРАЛЕЛЬНОГО ТИПУ

Оптична частина даного пристрою аналогічна типовий, наведеної на рис. 1.1. ФПУ є N-елементну лінійку 1, або матрицю (з об'єднаними рядками) фотодіодів з окремими виходами (рис. 1.2).

Виходить дискретний по частоті фотоприймач з паралельним зчитуванням. До виходу кожного фотодіода під'єднують видеоусилитель 2 і граничний пристрій (ПУ) або аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 3. Виходи пристроїв 3 підключають до формувачу кодів частоти і рівня 4.

Мал. 1.2

Якщо відеоусілітелі навантажені на порогові пристрої, то рівень порога вибирають таким, щоб він перевищувався основним пелюсткою РІСС (1.1). Сигнали на виходах порогових пристроїв приймають значення логічних "1" або "О", в залежності від того, перевищено чи ні пороговий рівень посиленим сигналом.

Найпростіший алгоритм визначення миттєвої частоти зводиться до виділення групи спрацювали порогових пристроїв і відповідних їм фотодіодів. Значення миттєвої частоти ототожнюють з просторовим положенням осі симетрії групи фотодіодів, відповідних спрацювали пороговим пристроїв. Результат вимірювання представляють у вигляді коду миттєвої частоти.

N сигналів рівнів логічних "О" і "1" з виходів порогових пристроїв надходять в формувач коду осі симетрії РІСС, де вони трактуються як N-розрядний двійковий код, що складається з "0" і "1". У цьому коді серед лог. "0" буде присутній група лог. "1"

(Яка не містить "0" всередині групи), положення яких в коді відповідає номерам порогових пристроїв, на яких мало місце перевищення сигналом порогового рівня.

Код осі симетрії, відповідний миттєвої частоті сигналу тривалістю Т 0 , обчислюється за формулою

де ml і m2 - порядкові номери молодшої і старшої "1" в групі.

Код Kf використовується для обчислення частоти fв радіосигналу відповідно до вираження

де Fn - нижня межа діапазону аналізованих частот; Af - крок сітки частот (дискретність вимірювання частоти); Kn - код частоти, відповідний радіосигналу з частотою F N .

Можна показати, що максимально можлива кількість кодів Qmax миттєвої частоти (кодів осі симетрії), формально що обчислюються за формулою (1.5) для N-елементного фотоприймача, так само Qmax = (2N-1). На практиці кількість таких кодів Q завжди менше Qmax- Воно визначається рівнем сигналу (який може змінюватися в межах динамічного діапазону АОІПС), рівнем обраного порога і кількістю L порогових пристроїв, що спрацьовують в межах основної пелюстки РІСС (вважається, що РІСС потрапляє на фотоприймач повністю) .

Теоретично мінімально можливу кількість спрацьовують порогових пристроїв L M in може варіюватися в межах 1 <L M in <2 (при роботі з сигналами на рівні чутливості АОІПС). Цієї ситуації відповідає максимально можливу кількість кодів Q = Qmax- Але оскільки вибір L M in = 1 небажаний з міркувань завадостійкості, то прийнятним стає співвідношення 2 <L M in <3.

Якщо основний пелюстка РІСС потрапляє на фотоприймач в повному обсязі, то кількість спрацювали порогових пристроїв буде менше L. Така ситуація може, наприклад, мати місце, якщо частота аналізованого радіосигналу відповідає частоті просторового розташування (частоті настройки) крайнього (зліва чи справа) фотодіода фотоприймача. В цьому випадку, половина основного пелюстки РІСС буде висвітлювати L / 2 фотодіодів фотоприймача, а інша половина пелюстки висвітлювати фотоприймач не буде, оскільки буде перебувати нижче нижньої (або вище верхньої) частотної кордону фотоприймача. Внаслідок цього кількість спрацювали порогових пристроїв буде одно не L, a L / 2.

Зупинимося на специфіці вибору коду K N , що входить в (1.6). Цей код, очевидно, повинен відповідати положенням осі симетрії РІСС на фотоприймачі для радіосигналу з частотою F N . Якщо на частоту F n налаштувати крайній фотодіод, тобто фотодіод з порядковим номером ml = 0, то через нього буде проходити вісь симетрії РІСС і, отже, код До х має дорівнювати ml, Г.Є. дорівнює "0". Але, як було показано в попередньому абзаці, для описаної ситуації кількість спрацювали порогових пристроїв дорівнюватиме L / 2. І відповідно до цього, порядкові номери ml і m2, що входять в (1.5) вийдуть рівними: ml = 0; m2 = L / 2-l, а код K, = L / 2-l. При підстановці цього коду Kf в (1.6) отримаємо обчислену частоту радіосигналу НЕ Fn, а Fn + Af (L / 2-l); таким чином, похибка обчислення частоти складе Af (L / 2-1).

Очевидно, що ця похибка буде змінюватися в динамічному діапазоні, оскільки величина L / 2, що входить в формулу похибки, залежить від рівня сигналу.

Щоб позбутися від зазначеної похибки, на частоту Fn слід налаштувати фотодіод з порядковим номером m N = (L M ax / 2- 1), де Lmax ~ кількість спрацьовують порогових пристроїв при роботі з максимальним сигналом, тобто сигналом, відповідним верхній межі динамічного діапазону (якщо L MAX непарне, то його слід збільшити на "1"). Можна показати, що при такій настройці код K N вийде рівним К х = 2m N = L MAX - 2.

Аналогічну настройку (керуючись наведеною мотивацією) слід виконати і в верхній частині частотного діапазону, для верхньої граничної частоти F v . На частоту F v слід налаштувати фотодіод з порядковим номером m v = NL MAX / 2-2.

В результаті таких налаштувань (L MAX -2) фотодіодів будуть винесені за смугу аналізу. (L MAX / 2-l) фотодіодів виявиться нижче частоти Fn і стільки ж фотодіодів виявиться вище частоти Fv. В результаті частоти фотодіодів, розміщених поза смуги аналізу, не входитимуть до сітку частот АОІПС, але будуть брати участь у формуванні коду осі симетрії на краях частотного діапазону.

Оскільки (Lmax-2) фотодіодів N-елементного фотоприймача будуть розміщені поза смуги аналізу, a (N-Lmax-2) фотодіодів - в смузі, то частотний інтервал між фотодіодами (дискретність їх розміщення) Afj) буде дорівнює

де AF - смуга частот, аналізованих АОІПС.

При цьому крок сітки частот (дискретність вимірювання частоти) Af виявиться рівним

Похибка вимірювання частоти, пов'язану з дискретністю Af, називають похибкою квантування. Її середньоквадратичне значення Of для рівномірного розподілу вимірюваних частот в смузі AF становить Of ~ 0,289Af.

Оскільки дискретність Af і похибка квантування, при фіксованому відношенні сигнал / шум (ЗСШ), визначається числом фотодіодів (числом частотних каналів), то, нарощуючи число фотодіодів і відповідних їм частотних каналів, масогабаритні характеристики і енергоспоживання, можна зменшити цей вид похибки.

Однак слід підкреслити, що якщо похибки вимірювання частоти, пов'язані з неідентичність каналів, нерівномірністю АЧХ, неідеальної вимірювача, наявністю шумів і заважають сигналів, виявляться істотно більше похибки квантування, то подальше збільшення числа фотодіодів і частотних каналів стає безглуздим і веде до невиправданого ускладнення і схемних , і конструкторсько-технологічних рішень. Крім того, налагодження та регулювання вимірника в цьому випадку не призведе до бажаного результату - зменшення похибки вимірювання частоти. Таким чином, у виборі кількості фотодіодів повинен дотримуватися розумний оптимум.

Алгоритм вимірювання рівня сигналу в АОІПС (і паралельного, і послідовного типу) зводиться до знаходження і виміру максимуму РІСС (1.1). Цей максимум ототожнюється з шуканим рівнем сигналу. Оскільки на лінійці фотодіодів (дискретно по частоті фотоприймачі) РІСС представлено дискретними (по частоті) відліками, то вимірювання рівня сигналу зводиться до знаходження фотодіода з максимальним сигналом і виміру його рівня. Похибка такого виміру (вона завжди позитивна) пов'язана з тим, що частота сигналу може не збігатися з частотою настройки фотодіода і, отже, вісь симетрії РІСС, на якій розташований максимум сигналу, може не проходити через центр фотодіода. Через це розбіжності рівень сигналу на фотодіоді буде не більше шуканого рівня сигналу.

 
<<   ЗМІСТ   >>