Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и служит для определения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. С целью повышения точности определения статистических характеристик исследуемого шага ΔV квантования вещественного параметра случайного процесса ΔV = φ/2F<SB POS="POST">M</SB>, где F<SB POS="POST">M</SB> - максимальное отклонение флуктуаций фазы от своего среднего значения, размах 2 F<SB POS="POST">M</SB> флуктуаций фазы измеряется в течение времени анализа введенным цифровым фазовым детектором и по таблице, записанной в постоянном запоминающем блоке, определяется значение оптимального шага квантования, которое используется в течение следующего времени анализа. Использование оптимального шага квантования вещественного параметра дает возможность снизить методическую погрешность определения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала до значений (10<SP POS="POST">-4</SP> - 10<SP POS="POST">-5</SP>)%. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

143 А2

69) (ll) (51)5 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ вещественный параметр характеристической функции; знак математического ожидания;

А (ч), В (ч) оценки соответственно действительной и мнимой частей характеристической функции.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61 ) 1422182 (21 ) 4358385/24-21 (22) 04.01.88 (46) 23.01.90. Бюл. - 3 (71) Омский политехнический институт (72) Ю,М. Вешкурцев и С.М. Новиков (53) 621. 317.77 (088.8) (56) Вешкурцев Ю.N. Статистические анализаторы флуктуаций фазы. — Омск, 1979, с.12.

Авторское свидетельство СССР

У 1422182, кл. G 01 R 25/00, 1987. (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЕЧНОЙ РАЗНОСТИ ФАЗЫ СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и служит для определения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. С целью .повышения точности определения статистических характеристик исследуемоИзобретение относится к измерительной технике, может быть использо",. вано для измерения статистических характеристик случайной фазы сигнала и является усовершенствованием изобретения по авт., св. 9 1422182.

Среднее значение случайной величины е1 называется характеристичесЧх кой функцией e(v) случайной величины х, а именно

8(v)=m,1е jj =A (ч)+ В" (ч), (1) где 9(ч ) — харак теристическ ая функция; го шага дч квантования вещественного параметра случайного процесса

II hv = — —, где f — максимальное от2Г П1 клонение флуктуаций фазы от своего среднего значения, размах 2Гщ флуктуаций фазы измеряется в течение времени анализа введенным цифровым фазовым детектором и по таблице, записанной в постоянном запоминающем блоке, определяется значение оптимального шага квантования, которое используется в течение следующего времени анализа, Использование оптималь. ного шага квантования вещественного параметра дает воэможность снизить методическую погрешность определения статистических характеристик флукту— 4 аций фазы сигнала до значений 10

10 %. 2 ил., 1 табл, Известно, что измерив оценки действительной и мнимой составляющих характеристической функции при различных значениях вещественного параметра v, можно определить ту или иную

1538143 статистическую характеристику исслегде О - среднеквадратическое отклонение исследуемого случайно

ro процесса;

dv — шаг квантования веществен в 1О ного параметра ч характеристической функции;

" целое чис ло.

Цель изобретения - повышение точности определения статистических характеристик исследуемого случайного процесса..

На фиг.! приведена структурная схема статистического анализатора конечной разности фазы сигнала; на

Фиг. 2 — временные диаграммы работы статистиче ского анализ атор а. (Статистический анализатор конеч . ной разности фазы сигнала содержит

1 аналоговый запоминающий блок 1, Фор- 25 мирователь 2 опорного колебания, цифровой пиковый детектор 3, постоянный запоминающий блок 4, буферный регистр 5, сумматор 6 кодов, управляемый генератор 7 .тактовых импульсов, делитель 8 частоты, первый 9 и второй 10 элементы выборки и хранения, первый аналого-цифровой преобразова-. тель 11, второй аналого-цифровой преобразователь 12, первый накапливающий сумматор 13, второй накапливающий сумматор 14, первый отсчетньй индикатор 15, второй отсчетный индикатор 16, формирователь 17 стробирующих импульсов. 40

Входом статистического анализатора кбнечной разности фазы сигнала служат объединенные входы аналогового запоминающего блока 1, формироватепя 2 опорного колебания и первый вход циф- „ рового пикового детектора 3, второй вход которого присоединен к выходу формирователя 2 опорного колебания.

Выход цифрового пикового детектора 3 подключен к последовательно соединен- 50 ным постоянному запоминающему блоку

4, буферному регистру 5, сумматору

6 кодов. Выход сумматора 6 кодов присоединен к входу управляемого генератора 7 тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму тактовым входам аналогового запоминающего блока 1, у которого первый такдуемого случайного. процесса. Например товый вход объединен с тактовым входом формирователя 2 опорного колебания. Вход стробирования сумматора

6 кодов объединен с входом делителя

8 частоты и присоединен к цепи "Время измерения". Выход делителя 8 частоты подключен к тактовому входу постоянного запоминающего блока 4, входу синхронизации цифрового пикового детектора 3 и к входам обнуления буферного регистра 5 и сумматора 6 кодов. Выход аналогового запоминающего блока 1 подключен к обьединенным входам первого и второго каналов преобразования, в каждом из которых последовательно соединены соответственно первый 9 и второй 10 элементы выборки и хранения, первый 11 и второй

12 аналого-цифровые преобразователи первый 13 и второй 14 накапливающие сумматоры, первый 15 и второй 16 отсчетные индикаторы. Входы стробирования накапливающих сумматоров 13 и 14 присоединены к цепи "Время измерения"

Объединенные входы стробирования элемента выборки и хранения и аналогоцифрового преобразования первого и второго каналов преобразования подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя 17 стробирующих.импульсов, первый вход которого объединен с входом управляемого генератора 7 тактовых импульсов, а второй вход подключен к выходу формирователя 2 опорного колебания.

Аналоговый запоминающий блок 1 предназначен для изменения вещественного параметра характеристической функции v путем умножения фазы исследуемого сигнала. Для этого в аналоговый запоминающий блок сначала записываются дискретные значения входноro напряжения за один период исследуемого сигнала, а затем происходит считывание данной информации с частотой импульсов считывания, в v раз большей частоты импульсов дискретизации. Работа аналогового запоминающего блока идентична работе такого блока в известном анализаторе °

Формирователь 2 опорного колебания служит для формирования опорного сигнала и представляет собой аналоговую

15381

dv = К/(2 К (,), (4) 30 линию задержки. Причем постоянная времени линии задержки определяет параметр исследуемой конечной разности фазы сигнала

q(t) = g y(t )= y(t) — ч (1 - ) ° (3) Цифровой пиковый детектор 3 предназначен для измерения размаха фа- 10 зовых флуктуаций. На выходе цифрового пикового детектора 3 формируется цифровой код, пропорциональный размаху фазовых флуктуаций исследуемого сигнала. 15

В постоянном запоминающем блоке 4 записана таблица соответствия удвоенного значения мкксимального отклонения от среднего случайной величины ц и оптимального шага квантования 20 йч вещественного параметра.

В таблице соответствия между размахом флуктуаций исследуемого сигнаI ла и оптимальным значением шага квантования dv параметр характеристичес- 25 кой функции получен с помощью выражения где b — среднеквадратическое значение исследуемого случайного процесса;

К вЂ” коэффициент, связывающий между собой максимальное отклонение от среднего значения флуктуаций фазы и т.е. g=К,, Ь °

Экспериментально установлено, что методическая погрешность достигает своего минимума 10 — 10 7. при так— 1- 40 ком определении значения шага квантования Qv вещественного параметра.

На вход блока 4 приходит цифровой код, соответствующий адресу ячейки памяти, в которой записан код значения шага квантования параметра характеристической функции. Считывание из памяти происходит при перепаде сигнала из единицы в нуль на тактовом входе блока.

Буферный регистр 5 служит для хранения кода шага квантования параметра характеристической функции nv в течение всего времени анализа (фиг.2)

Сброс регистра происходит по перепаду из единицы в нуль на входе обнуления. Сумматор 6 кодов служит для вадания параметра характеристической

43 6 функции r, Он состоит из сумматора, одновибратора, формирующего короткий отрицательньи1 импульс при перепаде уровня сигнала на входе стробирования из нуля в единицу, и регистра памяти, запись в который производится при перепаде иэ. единицы в нуль на выходе одновибратора. Сброс содержимогоо ре ги с тр а и амя ти о суще с твля е тся при перепаде уровня сигнала на входе обнуления из единицы в нуль.

Управляемый генератор 7 тактовых импульсов формирует две последователь ности тактовых импульсов, одна — с частотой Г,, другая — с частотой

v ".д Генератор управляется цифровым кодом и может быть реализован из последовательно соединенных генераторов импульсов и управляемого кодом умножителя частоты, Делитель 8 частоты формирует сигнал "Время анализа" и представляет собой счетчик с заданным коэффициентом пересчета и одновибратор, формирующий короткий отрицательный импульс при перепаде уровня сигнала на выходе счетчика из единицы в нуль.

Формирователь 17 стробирующих импульсов формирует на своих выходах две сдвинутые относительно одна другой на четверть периода последовательности импульсов, длительность которых равна половине периода сигнала на выходе аналогового запоминающего блока. Работа формирователя основа:на на принципе умножения частоты в системе ФАПЧ и последующем формировании сдвига фаз на 90, для чего коэффициент умножения выбирается равным 4 ч.

Элементы 9 и 10 выборки и хранения интегрирующего типа предназначены для интегрирования поступающего на их вход напряжения за время, равное длительности импульса, поступающего на вход стробирования. Элементы выборки и хранения представляют из себя аналогвые интеграторы со сбро-, сом. Сброс интеграторов происходит по по переднему фронту стробирующих им- пульсов.

Аналого-цифровые преобраз ователи (АЦП) 11 и 12 любого типа дополнены одновибратором, формирующим начало цикла преобразования по заднему фронту импульса на выходе стробирования АЦП. По окончании цикла прсобразования АЦП 11 и 12 формирун т l 538143 своем выходе синхронизации импульс конца преобразования.

Каждьп из накапливающих сумматоров 13 и 14 состоит из сумматоров, 5 регистра памяти, запись в который происходит при появлении импульса на входе синхронизации накапливающего сумматора и при наличии логической единицы на входе стробирования, и одновибратора, формирующего сброс содержимого регистра памяти при появлении переднего фронта импульса на входе стробирования.

Отсчетные индикаторы 15 и 16 обеспечивают цифровую индикацию отсчетов характеристической функции A+(v) и

В (ч) и состоят из дешифратора и циф%- l рового индикатора.

В исходном состоянии отсчетные индикаторы 5 и 16, накапливающие сумматоры 13 и 14, буферный регистр

5 и сумматор 6 кодов обнулены, на выходе цифрового пикового детектора

3 находится нулевой код,а на выходе, 25 делителя 8 частоты — потенциал логического нуля. Нулевой код с выхода сумматора 6 кодов запрещает работу управляемого генератора 7 тактовых импульсов, который, в свою очередь, 30 запрещает работу аналогового запоминающего блока 1. Данное положение сохраня ется до появления логиче ской единицы в любом разряде кода на выходе цифрового пикового детектора 3.

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала работает слЕдующим образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход анализатора и дальше следует 40 на вход формирователя 2 опорного колебания и на первый вход цифрового пикового детектора 3. Задержанный во времени сигнал с выхода формирователя

2 опорного колебания поступает на 45 второй вход цифрового пикового детек тора 3, который в течение времени анализа (фиг.2в) измеряет 2q,„- размах флуктуаций конечной разности 1-го порядка фазы сигнала. В конце времени анализа (фиг.2в), после измерения на выходе цифрового пикового детектора 3 появляется цифровой код,, соответствующий значению 2, к примеру равного 360

Измерение, уже непосредственно отсчетов характеристической функции начинается с появления переднего фронта второго импульса "Время анализа" (фиг.2в) на выходе делителя 8 частоты. При этом происходит считывание в буферный регистр 5 информации из ячейки памяти, адресом которой является цифровой код на выходе. цифрового пикового детектора 3, Таблица соответствия размаха флуктуаций фазы и оптимального значения шага квантования

gv вещественного параметра характеристической функции записана в блоке

4. Таким образом, в буферном регистре 5 находится в течение всего времени анализа (фиг.2в) цифровой код оптимального значения шага квантова.— ния dv вещественного параметра, в данном примере йч = 0,5.

По переднему фронту импульса на входе Вр емя из мер ения" происходит обнуление накапливающих сумматоров

13 и 14 и прибавление содержимого буферного регистра 5 к содержимому регистра сумматора 6 кодов. Сумматор

6 кодов работает в накапливающем режи ме. Таким образом, на выходе сумматора 6 кодов находится код текущего значения вещественного параметра ч =

dv где i — номер этапа (фиг.2б) или номер импульса на входе "Время измерения" в течение времени анализа (фиг. 2в) . Смысл коэффициента i совпадает с его обозначением в формуле (2) и i изменяется от 1 до и, где

n — необходимое количество отсчетов характеристической функции и коэффициент деленения делителя 8 частоты.

Например, п = 10.

Рассмотрим, например, измерение отсчетов характеристической функции на третьем этапе (=3) при оптимальном шаге квантования dv = 0,5. В этом случае с выхода сумматора 6 кодов на вход управляемого генератора

7 тактовых импульсов поступает цифровдй код числа v = av.i = 1,5.

На выходе управляемого генератора 7 тактовых импульсов формируется две последовательности импульсов: одна с частотой f>, другая с частотой

vfy = 1,5f . Обе эти последовательности импульсов поступают на тактовые входы аналогового запоминающего блока l.

Исследуемый сигнал (фиг.2а) поступает на вход анализатора. Период исследуемого сигнала записывается в .аналоговый запоминающий блок 1 с частотой дискретизации, равной частоте

f> сигнала, поступающего на первый

38143 10

Измерение i-х (трех) отсчетов характеристической функции з аканчивается по завершении действия i-го (третьего ) импульса "Время измерения" в данном цикле анализа (фиг,2б,в).

Таким образом, в накапливающих сум маторах 13 и 14 будут получены цифровые коды чисел, пропорциональных

1р действительной r> .мнимой составляющим характеристической функции:

9 15 тактовый вход с первого выхода управляемого генератора 7 тактовых импульсов, а считывается с частотой сигнала, поступающего с второго выхода управляемого генератора 7 тактовых импульсов (v r, = 1,5m ). Таким образом,на выходе блока 1 формируется кусочно-импульсйЫй сигнал с фазой и частотой, умноженными в v (1,5) раз (фиг.2г). Иэ сигнала, поступающего с выхода формирователя 2 опорного колебания, формирователь 17 стробирующих импульсов формирует две сдвинутые одна относительно другой о на 90 последовательности импульсов, управляющих работой элементов 9 и 10 выборки и хранения ° Причем длительность импульсов равна половине периода сигнала, считываемого с аналогового запоминающего блока (фиг.2г,д,е).

Элементы 9 и 10 выборки и хранения интегрируют поступающий с аналогового запоминающего блока 1 сигнал за время действия импульсов, поступаю-, щих на входы стробирования с формирователя 17 стробирующих импульсов, В результате интегрирования на выходах элементов 9 и 10 выборки и хранения получают две оценки, пропорциональные значениям (7) (8) 15 где N — количество кодов, просуммированных накапливающим сумматором за время действия импульса Время из2р мерения" на входе стробирования.

Для рассматриваемого примера

25 1

 (0,5 3) = —, 7 1 (0,5 3;t) .

11 е.о

Результаты измерения, находящиеся в регистрах памяти накапливающих сумматоров 13 и 14, индицируются в отсчетных индикаторах 15 и 16., По заднему фронту импульса "Время анализа" (фиг„2в) происходит обнуление буферного регистра 5 и сумматора 6 кодов. Таким образом, статистический анализатор конечной разности фазы сигнала готов к новым измерениям.

Наличие оценок характеристической функции, измеренных при различных значениях вещественного парамет4О ра ч, позволяет в аналитическом виде установить необходимые статистические характеристики конечной разности фазы сигнала. Выбор оптимального шага квантования ач веществен4r ного параметра позволяет уменьшить методическую погрешность анализатора и нормировать при этом количество необходимых отсчетов характеристической функции, что приводит к выигрышу либо в быстродействии, либо в статистической точности измерения отсчетов характеристической функции.

Таким образом, введение цифрового пикового детектора, постоянного запоминающего блока, буферного регистра, сумматора кодов и делителя частоты позволяет повысить точность опредеделения статистических характеристик исследуемого сигнала, с(av 1,t)=cos(zv i- Ч(т), . (5) з (РГ . 1, 1 )= Я1п (Йч . 1 - () ), (6 ) !

Дпя данного случая

V (0,5.3,t) = cos(0,5-3.9(t)), Ч (0,5.3,t) = sin(0,5.3. g(t) ) .

Проинтегрированные значения напря жений с выходов элементов 9 и 10 выборки и хранения поступают на входы

АЦП 11 и 12. Запуск АЦП 11 и 12 производится по заднему фронту импульсов, поступающих на вход стробирования с формирователя 17 стробирующих импульсов, т. е. сразу после окончания интегрирования. После окончания аналого-цифрового преобразования АЦП

11 и 12 формируют импульс на выходе

"Конец преобразования". Данный импульс поступает на вход синхронизации соответствующего накапливающего сумматора 13 или 14, что вызывает прибавление кода, сформированного на выходе АЦП, к коду, записанному в регистре памяти накапливающего сумматора 13 или 14.

Аз(0,5. 3) = —; V (0,5 3,1 ) ll i 5381 изобретения

12

Ф ор мул а

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала по авт. св.

В 1422182, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности определения статистических характе" ристик фазы сигнала, в него введены последовательно соединенные цифро- ip вой пиковый детектор, постоянный запоминающий блок, буферный регистр и сумматор кодов, а также делитель частоты с подключенной к его входу цепью Время измерения", первый вход цифро- )б

2, йч гр ад

2gm, град

2уп, дч град

2(gm, rp ад

2цт, дч град

24577252240507 о о °

27,5

° ° ° ° ° о

1532006

5 1 320,5 0,5

321 0 5

1 321,5 0,5

5 0 9 322 0 5

° ° ° °

6 150

5 150, о о о

32,5

° о о

40,5

5 200

4 200, ° ° °

5 0 5

0 5

5 0,5

0,5 о O °

51

51,5

° °

220, ° о о о °

0,9 358, 5 0 8 359

359, 0,8 360

° ° °

4 о о °

8 о о

240

° о °

72 о ° °

° ° о

o ° о

О 0

0,5 360

1 180

1,5 120

2 90

2,5 72

3 60

3,5 50

4 45

4,5 40

5 Зб

5,5 32

6 30

6,5 27

7 25

7,5 24

8 22

8,5 21

9 20

9,5 19

10 18

l0,5 17

11 16

11,5 16

12 15

12,5 14

13 14

13,5 13

14 13

14,5 12

15,5

16

16,5

17

17,5

18

18,5

19

19,5

° o o

21

21,5

12

l2

11

11

11

9 вого пикового детектора соединен с входом, а второй вход — с выходом формирователя опорного колебания, выход делителя частоты соединен с входом синхронизации цифрового пикового детектора, тактовым входом постоянного запоминающего блока и -c входами обнуления буферного регистра и сумматора кодов, выход последнего соединен с входом управляемого генератора тактовых импульсов, а вход стробирования сумматора кодов — с входом делителя частоты и входами обнуления накапливающих сумматоров, I

О О о о ° e ° ° ° ° ° о о ° °

7 110 2 275 0.,7 б 110,5 1,5 275,5 .0,6

1538143

Составитель Ю. Макаревич

Редактор Н. Тупица Техред М.Ходанич Корректор Y. 1 !аропги

Подписное

Тираж 533

Заказ 168

ВНИИПИ Государственного комитета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101