Повна версія

Головна arrow Техніка arrow АКУСТООПТИЧНІ ПРОЦЕСОРИ. АЛГОРИТМИ І ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

АЛГОРИТМІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ В АТ-ПРОЦЕСОРІВ

З.1 Традиційні алгоритми

Розглянемо традиційні алгоритми вимірювання параметрів сигналів. Вони розроблені до появи акустооптичних пристроїв, стосовно багатоканальним частотомірів і пеленгатором, що використовують порогові схеми обробки сигналів. Закладені в ці вимірювачі принципи обробки сигналів на виходах порогових пристроїв засновані на простій, очевидну логіку і забезпечують невисоку точність обчислення параметрів сигналів.

Нижче показано, що залежать від рівня порога, похибки вимірювання нерівномірно розподілені в діапазоні зміни параметра; через цю нерівномірності збільшується максимальна похибка. У зв'язку з цим збільшенням, додатково погіршуються точності характеристики вимірювача параметрів сигналів. Для отримання рівномірного (оптимального) розподілу похибки необхідно підбирати оптимальний рівень порога.

Під традиційним будемо розуміти алгоритм, що використовується в багатоканальних вимірі параметрів сигналів. Його суть зводиться до наступного.

Весь діапазон зміни параметра (наприклад, частоти або пеленга) розбивається на N піддіапазонів (каналів) пристроями селекції. Як пристрої селекції, в залежності від специфіки вимірювача, використовують: смугові фільтри (багатоканальний приймач); дискретний фотоприймач з фотодіодами (АОІПС); спрямовані антени (пеленгатор).

До виходу кожного каналу підключають амплітудний детектор, підсилювач і граничний пристрій з фіксованим пороговим рівнем, зазвичай обирається на рівні чутливості вимірювача.

При надходженні сигналу на вхід вимірювача, в конкретних каналах, параметри яких найбільш близькі до значення вимірюваного параметра, виділяються (в результаті селекції) і посилюються продемон- тектірованние сигнали. Сигнали на виходах порогових пристроїв (див. Підрозд. 1.2), підключених до названих каналах, приймають значення логічних "1" або "О", в залежності від того, перевищено чи ні пороговий рівень посиленим сигналом.

Алгоритм визначення параметра зводиться до виділення групи спрацювали порогових пристроїв і відповідних їм каналів. Значення параметра ототожнюють з положенням осі симетрії групи каналів, відповідних спрацювали пороговим пристроїв за формулою (1.5). Результат вимірювання представляють у вигляді коду вимірюваного параметра за формулою аналогічною (1.6). У підрозділ. 1.2 наводиться приклад визначення рівня сигналу відповідно до традиційного алгоритмом.

Розглянемо точності характеристики вимірювача частоти на базі АОІПС, побудованого за традиційною схемою, і можливості їх оптимізації. Вважається, що в якості фотоприйомника у вимірювачі використовується лінійка фотодіодів, а частота обчислюється відповідно до традиційного алгоритмом.

При подачі на вхід АОІПС аналізованого сигналу U (t) на фотоприймачі формується світловий сигнал, відповідний миттєвого спектру потужності J (co, t) аналізованого сигналу:

де

- миттєвий спектр фрагмента сигналу тривалістю Т 0 .

Сигнал на виході j-ro фотодіода з рівномірною світлочутливістю по майданчику може бути визначений за формулою

де fj - частота, відповідна середині просторового положення j-ro фотодіода, Af - смуга частот, яка припадає на фотодіод (визначається лінійними розмірами фотодіода і масштабом розташування просторових частот в площині фотоприймача), кц коефіцієнт, що враховує перетворення світлової енергії (опромінюючої фотоприймач) в електричну (в тому числі враховує інерційність фотоприймача).

На рис. 3.1 зображена функція J (f, t), що сформувалася на фотоприйомнику при подачі на вхід АОІПС, що має апаратну функцію виду (1.11) гармонійного коливання частоти f 0 .

Мал. 3.1

На рис. 3.1 заштриховані ділянки функції J (f, t), що припадають на фотодіоди. Величиною Vj позначений рівень сигналу на виході j- го фотодіода, Af_ - смуга частот в проміжку між сусідніми фотодіодами, Un - рівень порога.

При зміні частоти сигналу на величину fj + 2-fj = Af + Af. функція J (f, t) переміститься з положення 1 в положення 2. Якщо фіксувати положення максимуму функції J (f, t) за допомогою порогових пристроїв, підключених до виходів фотодіодів, то номером j-ro спрацював порогового пристрою можна поставити у відповідність частоту fj . При спрацьовуванні двох поруч розташованих порогових пристроїв частота сигналу ототожнюється з просторовим становищем середини відстані між фотодіодами, відповідними спрацювали пороговим пристроїв.

Таким чином, крок сітки частот, який може бути зафіксований описаним способом (рис.3.2), виходить рівним:

AN = (i'j + 2-fj) / 2. Кількість спрацювали порогових пристроїв, в кінцевому підсумку, визначається вимірюваної частотою сигналу f 0 і обраним рівнем порога.

Мал. 3.2

Розглянемо випадок, коли обраний пороговий рівень Un забезпечує при зміні частоти спрацьовування не більше двох поруч розташованих порогових пристроїв. Це означає, що при зміні частоти сигналу (рис. 3.2) в межах (fj-Av < f 0 <fj + Av) має спрацьовувати одне граничний пристрій, відповідне частоті fj. При зміні ж частоти в інтервалі (fj + i - Av <f 0 <f j + l + Av) або (fj_i - Av <f 0 <fj_ t + Av) - два поруч розташованих порогових пристрої (Av = AN / 2) ; при цьому приймається рішення про те, що частота сигналу дорівнює в першому випадку fj + i, а в другому - fj_ |.

Рівень порога Un повинен бути обраний таким чином, щоб при f 0 e (fj-Av, fj + Av) поріг перевищувався б тільки сигналом на виході j-ro фотодіода, а сигнали на виходах (j-2) -ro і (j + 2) -io фотодіодів були б нижче порога. У той же час при f 0 e (fj_ | -Av, fj.i + Av) і при foe (fj + i-Av, fj + i + Av) рівень порога повинен перевищуватися сигналами на виходах (fj_ 2 , fj) і (fj, fj +2 ) фотодіодів відповідно. Таким чином, частоти fj-АV, fj + Av є граничними 1фр, оскільки при досягненні частотою сигналу значень fj-Av і fj + Av, повинні спрацьовувати вже два порогових пристрою, а не одне. Отже, граничний рівень повинен дорівнювати тому значенням сигналу (j + 2) -ro або (j-2) -ro фотодіода, яке досягається на них при f 0 рівній fj + Av або fj-Av, відповідно. Граничний рівень Un може бути обчислений за формулами:

або

Якщо пороговий рівень обраний більше величини Un (3.3), то друге граничне пристрій спрацьовує за умови, що | fj-f 0 |> Av, в іншому випадку (якщо пороговий рівень менше Un), воно спрацьовує при | fj-f u |<() |> Av; | fj + i-f 0 |> Av.

Таким чином, підтримка величини порога на рівні Un забезпечує однакову максимальну похибку вимірювання частоти Av у всьому діапазоні частот, аналізованих АОІПС. Відхилення порогового рівня від Un як в сторону великих, так і в бік менших значень, збільшує максимальну похибку вимірювання частоти в порівнянні з величиною Av. Аналогічні міркування щодо вибору та обчислення величини Un можуть бути проведені для випадків спрацювання або "п" або "п-1" порогового пристрою.

Слід зазначити, що максимальна похибка вимірювання частоти, при будь-якому рівні порога, не перевищуватиме величину 2AN для n <1 і величину AN в інших випадках.

Розрахункові сімейства нормованих залежностей Un (T 0 ), що забезпечують однакову максимальну похибку вимірювання частоти у всьому діапазоні частот, аналізованих АОІПС, для конструктивних розмірів фотоматриці ФПУ-14 і лінійки ПЗС ТН7813А наведені на рис. 3.3 і 3.4 відповідно. Графіки нормовані до величини (UfT 0 ) 2 , де Ue - рівень сигналу. Числа 1-5 на малюнках позначають кількість п спрацювали порогових пристроїв.

Мал. 3.3

Мал. 3.4

З наведених графіків випливає, що при малих значеннях Те, навіть невелика відносна нестабільність в підтримці Un може привести до великого розкиду в кількості спрацьовують порогових пристроїв. З ростом Т 0 вимоги до стабільності підтримки порога можуть бути ослаблені. Відстані між кривими при фіксованому Т 0 показують, в яких межах можна змінювати пороговий рівень, не змінюючи кількість спрацювали порогових пристроїв.

 
<<   ЗМІСТ   >>