книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Логические схемы устройства первичной обработки радиолокационной информации учебное пособие
.pdfрис. 2.14, 2.15, 2.16. Импульс на выходе указанных схем будет образовываться лишь при выполнении ситуаций «нулей» и «еди ниц» на входах логической схемы, приведенных в табл. 2.2.
Как видно из табл. 2,2, ситуация № .2 является симметричной ситуации № 5 по расположению нуля относительно трех «еди ниц» подряд. Если в какой-то момент времени обнаружение про изошло при выполнении ситуации № 2, то через время, равное
периоду повторения, |
обязательно |
возникнет или ситуация № 1 |
|||
|
|
Т и б л и ц а 2.2 |
(если на входе № 1 появится |
||
|
|
«1»), или ситуация № 5 (если |
|||
|
Ns |
в х о д а |
|
||
№ |
|
на входе № 1 о(б|рав|уется «О»), |
|||
|
|
|
|
т. е. произойдет вторичная |
|
ситуации |
1 |
2 |
3 |
4 |
фиксация факта обнаружения. |
|
|
|
|
|
Это обстоятельство позволяет |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
в схемах, где логика «начала» |
2 |
1 |
1 |
1 |
0 |
отлична от логики «конца» и |
3 |
1 |
1 |
0 |
1 |
их выделение производится по |
4 |
1 |
0 |
1 |
1 |
разным каналам, не учитывать |
5 |
0 |
1 |
1 |
1 |
одну из рассмотренных (ситуа |
ций, например, ситуацию № 5 (так как обнаружение «начала» по трем импульсам уже произошло при ситуации № 2).
43 том же случае, когда логики «начала» и «конца» формаль но совпадают между собой и их выделение производится по од ному каналу, следует осуществить регистрацию всех возможных
ситуаций, |
удовлетворяю |
|
||||
щих логике обнаружения. |
Л о в и м о „ 3 1 ^ " |
|||||
Таким образам, осу |
|
|||||
ществляя |
по аути дела |
|
||||
одну и ту же логику «на |
|
|||||
чала», но изменяя логику |
|
|||||
«конца», |
|
мы |
придем к |
|
||
различным |
.структурным |
|
||||
схемам данного устройст |
|
|||||
ва. |
На |
рис. |
2.16 |
и 2.17 |
|
|
приведены схемы для од |
|
|||||
ной |
и |
той |
же |
логики |
|
|
«3/4» |
при |
минимальном |
|
|||
количестве |
|
■элементов |
|
|||
«И». |
В |
первой из |
этих |
|
||
двух |
схем |
учитываются |
Рис. 2.17 |
|||
нее ситуации, показанные в табл. 2.2, во второй — не учитывается ситуация № 2. Срав
нивая схемы, изображенные :на рис. 2.16 и 2.17, можно сказать,
что их с т р у к т у р а существенным образом |
зависит не |
только от вида логики, определения «начала» пакета |
(обе схемы |
реализуют логику вида «3/4»), но и от того, насколько полно учи тываются все ситуации обнаружения пакета импульсов.
220
15. Для других логик можно также найти варианты построе ния схем, в которых используется наименьшее количество опре деленных элементов (например, типа «И») при заданном комп лексе несовместных ситуаций «нулей» и «единиц», удовлетво ряющих логике обнаружения. В дальнейшем покажем метод на хождения структуры построения схем для .наиболее часто встре
чающихся |
логик при |
наименьшем количестве элементов типа |
«И» (при |
учете в с е х |
несовместных ситуаций «нулей» и «еди |
ниц», удовлетворяющих условию обнаружения). Отметим, что для построения устройств логической обработки в первом при ближении необходимо два основных элемента: «ИЛИ» и «И». Другие элементы мы рассматривать не будем.
Прежде чем перейти к конкретным схемам, напомним неко торые правила булевой алгебры.
В элементе, выполняющем функцию «ИЛИ», есть два (или более) входных канала и один выходной. На выходном канале появится сигнал, корда хотя бы на одном из входных каналов появляется сигнал. Если два входных сигнала обозначить через А и В, г выходной сигнал — через С, то говорят, что С равно 1, когда А или В (или оба) равны 1. Для изображения функ ции «ИЛИ» используется анак плюс, так что в булевой системе обозначений для такого элемента получим соотношение (сумму):
с= л + д .
Вэлементе, выполняющем функции «И», тоже имеется два (или более) входных канала и один выходной. Но выходной
сигнал примет значение 1 только тогда, когда в с е входные сиг налы будут иметь значение 1. Говорят, ч,то сигнал С (выходной сигнал) равен 1, когда А и В равны 1, что условно обознача ют операцией умножения:
С =■■=А-В.
Ниже перечислены некоторые важные соотношения, которые можно легко вывести из определений
А + В ™ В + А
АВ - =ВА
(A -f- В) С -= А -|- (В -(- С)
(АВ) С - А (ВС) |
{2 3) |
А+ 0-=--А
Л+ 1 = 1
Л -f- л = * л
Л-0 = о
221
Л-1
А-А = А
■ А В + А С ^ А { В - \ - С ) |
(2.3) |
А + В С = ( A -f В) ( А + С) |
|
16. Найдем, пользуясь перечисленными соотношениями, структуру построения схем (при минимальном значении элемен
тов «И» «а два входа), реализу ющих обработку .информации по логике «к/т». При этом учтем, что запоминающее устройство должно -иметь т отводов с номе рами 1, 2,..., т. На каждом из отводов .может быть зафиксиро вано одно из двух значений слу чайной характеристической вели
чины = | q , где i — .номер
отвода. Так как сигнал считается обнаруженным, если на k из т позициях, соответствующих -отво дам, .находится ,не ме'нее k «еди ниц», то для тостроения структур ной схемы необходимо, во-пер вых, найти все несовместные со
четания характеристических величин X it каждое из которых представляет собой логическое произведение не менее k харак теристических величин, и, во-вторых, произвести логическое сум мирование всех указанных произведений. Если эта сумма рав на 1, то фиксируется обнаружение сигнала.
Проиллюстрируем изложенное выше следующим примером. Пусть обработка производится по логике «2/3». В этом слу чае нас интересуют значения характеристических величин 2ч, Х 2 и Х3 и соответствующие (произведения их по два или по три эле
мента в каждом, а именно:
x tx tx a, Хг Х2, |
Х г Хц, X 2XZ. |
Поскольку логическая схема |
должна обладать способно |
стью выявить каждую ив ситуаций, удовлетворяющих условию обнаружения, то структура этой схемы должна быть .приспособ лена для анализа (для выявления величины) следующей логи
ческой суммы: |
(2.4) |
Х 1Х 2 Х 3 + Х { Х 2 + Х г Х 3 + Х 2Х 3. |
Преобразуя последнее выражение в соответствие с равенст вами (2.3), можно прийти к выражению, содержащему наимень
222
шее число логических произведений, т. е. определяющему струк турную схему с наименьшим числом элементов «И»:
х хх 2Х 3 ± Х , х 2 !Х х х г \ х г х г =
= Х 2 (Xs + 1) + х гЛ'з + |
Х 3 = Х г Х 2 + х г Х 3 + |
х г Х ъ= |
= X 1(X2 + X i) + X 2X 3, |
(2-5) |
|
Схема такой лютики 'приведена на рис. 2.18.
17.В общем случае при .реализации логики «&/яг» приходит
ся оперировать с т характеристическими величинами X t (i — 1, 2,..., т). В соответствии с этим надо преобразовать следующую логическую сумму:
*1 + |
С?г |
1^ + |
С™~2Х[ + • • • + С* Х г |
(2.6) • |
В выражении |
(2.6) |
СтХ1 |
( условно обозначено |
сочетание |
из т элементов Х ь по /. В этих сочетаниях подразумевается ло гическое умножение (функция «И»), При этом в сочетании, со держащем /элементов, необходимо произвести ( / —'1) умноже ний, если каждый элемент «И» имеет два входа.
Выражение (2.6) .после выноса общего сомножителя за скоб
ку ’ приводится к виду |
С ^ Х 1г которое |
в развернутой |
форме |
|
представляет собой следующую сумму: |
|
|
||
Х гХ 2Х 3 ■■■Хк + Х 2 Х 2Х 3 |
• ■• Х к_г Х к+1 + |
|
||
+ X tX 2X z • ■• X h^ X |
b+2+ • • • + |
Х хХ 3X z ■■■X k_, Х т+ |
||
+ Х хХ 2Х 3 --- Xk_2 X k Х1+1 + Х г ХгX , - - - X h„2 X kX k+2 + |
||||
+ - - - + X m_k. Xm_ ^ 1. . . X m |
(2.7) |
|||
Как видно из выражения (2.7), |
для |
уменьшения операций |
||
логического умножения необходимо вынести общие сомножите
ли за скобки. |
|
|
|
|
|
получим: |
|||
После выноса общих сомножителей за скобки |
|||||||||
|
|
|
■ т— (ft—1) |
т — (ft—2) |
т— (k—3) |
т — (k—k) |
|||
ъ |
х , |
- |
2 |
х - |
2 ^ |
2 |
Е |
х . , . (2.8) |
|
|
|
|
J x= l |
|
Sj = ^i + l |
= |
|
|
|
Например, |
для |
логики «4/6» выражение |
(2.8) |
записывается |
|||||
в виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ X |
s, |
i |
XS, |
S |
rY53 V |
X S l = X l {X2[X3[Xi + X i + X t) + |
|||
J,= -1 |
^ = ^ |
+ 1 |
S3= S , + 1 5 ,—5 a-!-l |
|
|
||||
+ Х к(Х6 +Х 3) + Х 6Х е] + X a [Хк (Хй+ |
Х 6)+Х. аХ й] + X t [X6 XB]} + |
|
+ ^ 2 {X3 [ X i (Xs + X c) + |
Xt] + X , |
[X6X t]} + ^ 3 {Xt [X6x t ]}. |
|
|
(2.9) |
Используя формулу (2.8), подсчитаем количество операций
логического умножения (операций «И» на 2 входа). В выраже нии (2.8) последовательно идут суммы произведений.
Внешняя |
сумма (с индексом Si) |
представляет собой сумму |
|
произведений |
от 1 до m —■( к — 1), т. е. с общим |
количеством |
|
произведений |
|
|
|
{ [ m - { k - \ ) ] ~ \ ) + \ = |
m — { k - \ ) . |
(2.10а) |
|
‘Структура таких произведений не повторяется в дальнейших суммах произведений.
Обращаясь к приведенному выше примеру (2.9), можно заме тить, что структура произведений Х\, Х2, Х3 на выражения, за ключенные в скобки вида {}, не повторяется д количество таких произведений равно яг— (k — 1) = 6 — (4— 1) = 3.
Вторая сумма (с индексом S2) выражения (2.8) представля ет собой сумму произведений с максимальными пределами от
S2 = S! -f- I — 1 -j- 1= 2 до m — (k — 2). Общее количество произведений (не повторяющихся в дальнейших суммах) равно
также |
|
|
2)] - 2 } + 1 |
— 1). |
(2.10 6) |
Опять, обращаясь к приведенному выше примеру |
(2.9), заме |
|
чаем, что структура произведений членов Х {, Х2<Х3 на выраже ния, заключенные в квадратные скобки, не повторяется и Их ко личество также равно трем.
Анализируя и дальше выражение (2.8), придем к выводу, что общее количество произведений в каждой сумме (кроме последней), определенной структуры, будет равно постоянному числу т — (к — 1).
В выражении |
(2.8) имеется всего к сумм, |
поэтому, |
,не учиты |
вая последней суммы (в которой нет произведений), |
получим |
||
выражение для |
наименьшего количества |
операций «И» на |
|
2 входа: |
|
|
|
Sn — (к — \){т — (к — 1)] = (£ — 1) (т — к + 1). |
(2.11) |
||
Примерные структурные виды схем для |
распространенных |
||
логик сведены в табл. 2.3. |
|
|
|
Для примера на рис. 2.19 приведена схема обработки по ло гике «2/4», составленная по приведенной в табл. 2.3 структуре.
После определения наименьшего числа элементов «И» мож но поставить своей задачей найти наименьшее число элементов «ИЛИ» логической схемы «k/т». Если принять, что схема «ИЛИ» может иметь два и более входов, то минимальное коли
чество элементов |
«ИЛИ» будет определяться выражением |
( ( к ~ 1 ) ( т — п) + 1 |
|
«Ъили — | |
q |
2^4
Вид логи ки
,2 /2 “ ,2 /3 “ „2/4“ ,2/5“
,2/6“
,3/3“
„3/4“
,3/5“
„3/6“
,4/4“
,4/5“
„4/6“
,5 /5 “ ,5/6“
Т а б л и |
|
С т р у к т у р н ы й |
Коли |
в и д с х е м ы |
чество |
„И* |
|
X X |
1 |
Х ( Х + Х ) |
2 |
Х ( Х + Х |
3 |
Х ( Х + Х - |
4 |
4- X (X ~ |
|
Х ( Х т Х |
|
+ Х + Х ) + Х ( Х + Х + Х ) + Х ( Х + |
|
4 -Х ) + X X |
|
( Х Х ) Х |
2 |
X Х 2(X + X ) + X X (X + Х 2) |
4 |
X Х ( Х + X 4- X ) + X Х ъ(X 4- X + X з) + |
6 |
Х ( Х + Х ) ( Х + Х ) |
|
X X (X + X + X + X ) + X з X (X + х + |
|
+ Х ь 4- X ) + X X 6 (X, + X + Х 3+ X,) + |
|
+ (Х 4- Х 2) (Хг + X ) (X + Х 6) |
|
[( Х Х ) Х 1 Х |
3 |
Хг х 2 [X, (X 4 + Х ) + X X ] + X (X, X ) (Х + |
6 |
+ Х ) . |
|
Хг (Х2 Х а) (X + X 4- X ) + X (X X ) (X + |
|
4- X + X ) + [ Х ( Х + Х ) + Х Х 1 f X X + |
|
+ Х ( Х + Х) ] |
4 |
( Х Х ) Х ( Х Х ) |
|
Хг ( X [ X X ( X + X ) + X X + X ( X X ) ] + |
8 |
+ ( X X ) ( X X )] + х 2 ( X X ) ( X X )
, 6/ 6 “ ( X X ) ( X X ) ( X X )
15. Изд. № 3839
18. Выше были рассмотрены основные принципы построения схем логической обработки сигналов. Было показано, что име ются два основных класса схем реализации логик типа «k/т», отличающихся тем, что устройства «памяти» первичной инфор мации и «памяти» результатов обработки являются совмещенны ми или несовмещенными. Но при этом не рассматривались тре бования к самим устройствам «памяти» и к структуре их пост роения.
Рассмотрим вопрос о структуре и принципах построения уст ройств «памяти» и требования к этим устройствам.
Устройство «памяти» характеризуется следующими основны ми электрическими параметрами:
— объемом памяти; —■быстродействием ввода и вывода данных;
— стабильностью основных параметров.
Минимальный объем памяти определяется требованиями од новременного хранения информации за определенное число смежных зондирований, т. е. типом выбранной логики, видом физической величины, представляющей обрабатываемые сигна
лы (временное положение импульсов, коды и т. д.), а также структурой построения схем обработки. В том случае, когда ми нимальный объем памяти запоминающих устройств не является достаточным для условий работы, возникает необходимость в создании специальных буферных устройств «памяти». Напри мер, очень часто в устройствах с совмещенной «памятью» ис пользуют принцип накопления амплитуд импульсных сигналов, находящихся на определенных сигнальных позициях, а в каче стве устройства памяти используют линию задержки. Макси мальный объем памяти такого запоминающего устройства опре деляется как полосой пропускания линии задержки, так и допу
226
сти,мым амплитудным диапазоном запоминаемых сигналов (т. е. допустимым числом уровней амплитудного квантования). В реальных условиях число уровней амплитудного квантования не может быть слишком большим (в лучшем случае оно бывает порядка 10). Поэтому при обработке.пакетов с большим числом импульсов объем «памяти» основного запоминающего устройст ва становится недостаточным и оказывается необходимым при менение дополнительного запоминающего устройства в виде ли нии задержки или иного вида запоминающих устройств.
Значительно большие возможности в смысле использования объема «памяти» имеют логические схемы обработки сигналов, которые оперируют с цифровыми кодами сигналов. Их обычно ■называют «устройствами цифровой обработки сигналов». В та ких устройствах в качестве основных логических элементов, ис пользуемых для выполнения различных операций и создания «памяти», используют элементы цифровых машин. При исполь зовании таких устройств отсутствуют принципиальные затруд нения в увеличении объема памяти. Эти затруднения в основном ограничиваются геометрическими размерами и числом элемен тарных ячеек устройства памяти.
По принципу хранения и выборки информации запоминаю щие устройства могут быть разделены на статические и дина мические. Устройства статической памяти ■характеризуются тем, что информация отдельных элементов памяти в процессе хране ния может в любой момент выбираться для анализа.
Информация может храниться достаточно долгое время «Стирание» записанной информации происходит по специаль ной команде. В этом случае появляется возможность последова тельного применения различных логик обработки одного и того же сигнала с целью выявления дополнительных признаков, ко торые могут быть использованы при вторичной обработке.
Устройства динамической памяти хранят информацию огра ниченное время, по истечению которого информация автомати чески поступает на их выход и должна быть сразу использована (например, как у линии задержки). Поэтому разрешающая спо собность и быстродействие устройств выборки и кодирования должны быть высокими.
В дискретных статических устройствах памяти выборку ин формации можно осуществить последовательно, когда все ячей ки памяти поочередно просматриваются специальным анализи рующим устройством на предмет выполнения логики обнаруже ния сигнала. Устройство управления вводом информации'обыч но используется и для управления коммутатором выборки. При этом темп выборки должен быть таким же высоким, как и темп ввода информации. Однако для повышения быстродействия вво да я вывода информации применяют иногда параллельные уст ройства. Анализирующие устройства в этом случае органически
15* |
227 |
входят в состав накопительных ячеек, а выборка происходит по общей команде.
При цифровом методе обработки сигналов кодирование сиг налов может осуществляться непосредственно на выходе прием ника. Тогда для запоминания и обработки информации исполь зуется специализированная электронная вычислительная маши на, выполняющая логические и арифметические операции данно го метода обработки.
В заключение отметим, что конкретная схема устройства па мяти и возможность применения конкретного типа запоминаю щего устройства (линия задержки, потенциалоскоп, магнитный барабан, ферритовая память и т. д.) существенным образом за висят от требований, предъявляемых к данному устройству, а также от типа принятой логики.
§ 2. КОДИРОВАНИЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ СЪЕМЕ КООРДИНАТ
1.Достаточно полное решение задач по увеличению точности
иповышению пропускной способности РЛС достигается при полностью автоматизированном съеме координат с применени ем специализированных электронных цифровых машин. При ав томатическом съеме координат посредством сравнительно про стых методов удается достаточно; точно определить временное положение импульсов, отраженных от цели. Электронные схемы
измерения временных интервалов в принципе позволяют весьма полно использовать возможности РЛС при измерении координат цели. С учетом специфики самой РЛС и запоминающих и логи ческих элементов электронных машин дискретного счета времен ные интервалы между моментом излучения зондирующих им пульсов и моментом прихода отраженных импульсов (коорди ната наклонной дальности), угол поворота вала антенны (коор дината.азимута) и угол места преобразуются тем или иным ме тодом в двоичные коды. Цена младшего разряда (масштаб из мерений) при кодировании выбирается^ исходя аз допустимых ошибок измерения, разрешающей способности, полосы пропус кания линий связи и ряда других условий.
■Ниже рассматриваются некоторые методы определения ко ординат и их кодирования.
А. Кодирование дальности
2. Наиболее распространенный метод автоматического изме рения дальности состоит в подсчете количества импульсов пе риодической последовательности (измерительной последова
тельности), |
оказавшихся |
внутри временного ‘интервала Т — |
|
= |
t \ — t o , |
где t o — момент |
посылки зондирующего импульса,, |
11 |
— момент прихода отраженного импульса. Этот метод изме |
||
228
рения обладает тем достоинством, что непрерывная величина времени задержки отраженного импульса, относительно зонди рующего, преобразуется в дискретное число, которое легко пре образовать в двоичный код.
Одна из схем реализации этого принципа приведена на рис. 2.20, а временные диаграммы — на рис. 2.21. Схема работа ет следующим образом.
*станоёки счета
Рис. 2.20
В качестве регистратора временного интервала Т служит
триггерный счетчик дальности. Генератор импульсов (ГИ) соз-
|
|
|
|
Д |
|
|
|
V,ги |
1I |
|
М |
k \к*1- |
|
0) |
|
1111 11 1И lh\.ill 1, 1И |
|
|||
|
^зал I |
|
Т |
|
|
|
5) |
1 1 |
—1 |
• |
|
i— |
|
|
Щст |
to |
-— |
**— |
i |
|
6) |
|
я |
А |
|
||
|
|
|
|
|||
Uсч,г1 |
|
------------- ------ ТГ---- |
t |
|||
|
1■LLLLLLJ |
|
I 1 |
|||
г) |
|
|
||||
! |
|
|
|
|||
|
|
|
J L i- L L a - L - lj |
|
||
Рис. 2.21
дает последовательность импульсов (рис. 2.21,а) с высокой ста бильностью частоты повторения. Эти импульсы поступают на вход счетчика через вентиль В\, который в свою очередь управ ляется триггером Т\. Импульс запуска РЛС или другой импульс,
229