 |
Узлы обработки сигналов локаторов
|
|
|
|
При разработке электронных устройств часто приходится решать задачи определения параметров системы исходя из положения и формы импульсов сигналов. Типичными задачами из этой серии являются задачи, решаемые при работе локаторов.
Рассмотрим две основные задачи, решаемые в локационных системах, это задача определения расстояния до объекта и задача определения скорости объекта.
Определение расстояния до объекта.
В процессе своей работы локатор излучает импульсы, которые распространяются в среде и, отражаясь от объектов, возвращаются обратно. В составе аппаратуры локаторов имеется достаточно прецизионная аналоговая аппаратура, позволяющая точно фиксировать начальное время излучения импульса и время прихода отраженного сигнала
Типичная временная диаграмма работы локатора представлена на рис 4.4.1.
Сигналы
 |
 |
 | |
 |  |
P
 |
 |
 | |
 |  |
R
Время
 | |  |
 |
Tp1 Tp2 Tr1 Tr2
Рис 4.4.1. Временная диаграмма работы локатора. P – испускаемый импульс, R – отраженный.
В данной схеме испускаемый импульс P представляет собой пакет высокочастотных радиоволн, который начинает испускаться в момент времени Tp1 и заканчивается в момент времени Tp2. Отраженный сигнал представляет собой также пакет радиоволн, который возвращается к радару в момент времени Tr1 и заканчивается в момент Tr2.
Для точного определения моментов времени ухода прямого и прихода отраженного сигнала локаторы оснащаются достаточно точными электронными часами, работающими от высокочастотного тактового генератора, собственно и задающего рабочую временную сетку.
|
|
|
Зная моменты излучения импульса Tp1 и прихода отраженного сигнала Tr1 а также скорость распространения волны V можно определить расстояние S до объекта.
S=V·(Tr1-Tp1) [1]
Отметим, что прямое использование формулы [1] для определения расстояния до объекта приводит к достаточно сложным аппаратным решениям, поскольку приходится решать задачу построения не только вычитателя, но и умножителя.
Существует более простое решение задачи определения расстояния до объекта. Для построения соответствующей аппаратуры можно использовать подход, проработанный при построении схем счетчиков расхода. При таком подходе определение расстояния до объекта осуществляется c помощью подсчета числа импульсов эталонного тактового генератора, укладывающихся в интервал времени (Tp1,Tr1). Если период подачи импульсов эталонного генератора равен DT, то одну такту запаздывания прихода отраженного сигнала соответствует расстояние DS равное:
DS=V·DT [2]
При соответствующем выборе частоты эталонного тактового генератора можно добиться того, величина DS будет равна удобной единице измерения длины, например 1м. Например, в случае гидролокатора скорость звука в воде V =1500 м/сек. Если выбрать периоде DT =0.667 мсек., что соответствует частоте 1.5 кГц, получим DS= 1м.
При таком выборе частоты опорного тактового генератора задача определения расстояния решается с помощью обычного двоично-десятичного счетчика, имеющего режимы запуска счёта и остановки.
На языке AHDL описание такого узла определения расстояния до объекта может иметь вид, представленный ниже.
INCLUDE "T210.INC";
SUBDESIGN RADAR
(CLK,TP1,TR1:INPUT;
Q0[3..0],Q1[3..0],Q2[3..0],P:OUTPUT;)
Variable
T210A,T210B,T210C: T210;
TS:DFF;
BEGIN
TS.D=VCC;
TS.CLK=TP1;
|
|
|
TS.CLRN=!TR1;
T210A.CLK=CLK&TS.Q;
T210B.CLK=CLK&TS.Q;
T210C.CLK=CLK&TS.Q;
T210A.RN=VCC;
T210B.RN=VCC;
T210C.RN=VCC;
Q0[]=T210A.Q[];
Q1[]=T210B.Q[];
Q2[]=T210C.Q[];
T210A.B=VCC;
T210B.B=T210A.P;
T210C.B=T210B.P & T210A.P;
P=T210B.P;
END;
Схема определения расстояния до объекта расхода имеет следующие входные и выходные сигналы
CLC – вход эталонной частоты,
TP1 – вход выходного сигнала радара,
TR1 – вход отраженного сигнала.
Q0[3..0] - выход единиц расстояния в метрах;
Q1[3..0] - выход десятком единиц расстояния в метрах;
Q2[3..0] - выход сотен единиц расстояния в метрах;
P – контрольный сигнал переноса.
В данном блоке в качестве однотетрадного двоично-десятичного счетчика используется модуль T210, описание которого приведено ниже.
Для этого модуля предварительно подготовлен стандартный INCLUDE файл "T210.INC".
SUBDESIGN T210
(CLK, RN, B:INPUT;
P,Q[3..0]:OUTPUT;
)
Variable
RG[3..0],RP: DFF;
BEGIN
RG[].CLK=CLK&B;
RP.CLK=!CLK;
RG[].CLRN=RN;
CASE RG[].Q IS
WHEN 9 => RG[].D=0; RP.D=B"1";
WHEN OTHERS => RG[].D=RG[].Q+1; RP.D=B"0";
END CASE;
Q[] = RG[].Q;
P=RP.Q;
END;
Счетчик имеет следующие входные и выходные сигналы:
CLK – тактовый вход;
RN -вход сброса по «0»;
B -вход переноса из младшей тетрады;
P -выход переноса в старшую тетраду;
Q[3..0]- выход счетчика.
Счётчик работает по классической схеме. Когда он досчитывает до кода «9» в операторе CASE организуется обнуление счетчика на следующем такте. В том же операторе организуется появление на один такт сигнала логической единицы на выходе переноса старшего разряда, который формируется на выходе триггера переноса RP.
Временная диаграмма работы радара в режиме определения расстояния до объекта приведена на рис 4.4.2
Рис 4.4.2. Временная диаграмма работы радара
На примере, приведенном на рис 4.4.2. опорная тактовая частота гидролокатора выбрана равной 1.5 кГц, что соответствует периоду 26.66 миллисекунд.Это позволило легко рассчитывать расстояние до объекта.
В данном конкретном примере оно равно 21 метру.
|
|
|
