Устройство для измерения сигналов

Устройство для измерения сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике измерения и может быть использовано при испытаниях средств передачи сигналов.

Известно устройство для измерения параметров периодического сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, сумматор, анализатор параметров, блок памяти, фазовый детектор, фильтр, генератор, три делителя частоты и переключатель (см. авторское свидетельство СССР №1264350, кл. Н04В 3/46, 1986 г, бюл. №38).

Однако в известном устройстве анализ результатов измерения осуществляется после накопления N периодов сигнала, причем N больше 1.

Известно также устройство для оценки сигналов, содержащее генератор счетной частоты, генератор опорных сигналов, фазовращатель, два перемножителя, два интегратора, два квадратора, сумматор, стробирующий, нормирующий и пороговый блоки, преобразователь, регистр памяти, элемент И, блок регистров памяти фазовых кодов оптимальной структуры сигналов (см. авторское свидетельство СССР №1363499, кл. Н04В 17/00, 1987 г., бюл. №48).

Однако в указанном устройстве выбор наиболее помехозащищенной структуры сигнала осуществляется после сравнения всех сигналов с различными фазовыми кодами, записанными в блоке регистров памяти.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для измерения сигналов, содержащее манипулятор, блок управления, соединительную линию, блок выбора коэффициентов, состоящий из n датчиков коэффициентов, коммутатора и умножителя, сумматор, преобразователь вида сигнала и индикатор (см. авторское свидетельство СССР №687608, кл. Н04В 17/00, 1979 г., бюл. №35 (прототип)).

Однако в данном устройстве решение о результате измерения выносится после передачи по соединительной линии последовательно измеряемого и эталонного сигналов с дальнейшим их суммированием, т.е. длительность измерения равна не меньше двух периодов сигнала.

Таким образом, общим недостатком известных устройств является низкое быстродействие измерения сигналов.

Технический результат изобретения - повышение быстродействия измерения сигналов путем вычисления коэффициента взаимного различия измеряемого и эталонного сигналов в течение длительности одного элемента сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения сигналов, содержащее последовательно соединенные блок управления и манипулятор, последовательно соединенные соединительную линию и первый умножитель, сумматор и последовательно соединенные преобразователь вида сигнала и индикатор, введены испытуемый передатчик сигналов, вход которого подключен к первому выходу блока управления, последовательно соединенные первый интегратор, информационный вход которого подключен к выходу первого умножителя, и первый квадратор, выход которого подключен к первому входу сумматора, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого вместе с вторым входом первого умножителя подключен к выходу манипулятора, второй умножитель, другой вход которого подключен к выходу соединительной линии, второй интегратор и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу сумматора, и последовательно соединенные стробирующий блок, информационный вход которого подключен к выходу сумматора, и нормирующий блок, выход которого подключен к входу преобразователя вида сигнала, управляющий вход стробирующего блока подключен к второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к входам сброса первого и второго интегралов.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения сигналов.

Устройство для измерения сигналов содержит блок 1 управления, испытуемый передатчик 2 сигналов, манипулятор 3, соединительная линия 4, два умножителя 5 и 6, фазовращатель 7, два интегратора 8 и 9, два квадратора 10 и 11, сумматор 12, стробирующий блок 13, нормирующий блок 14, преобразователь 15 вида сигнала и индикатор 16.

На фиг.2 представлен один из возможных вариантов структурной электрической схемы блока 1 управления.

Блок 1 управления содержит кнопку 17 "Пуск", мультивибратор 18, дифференцирующую цепь 19 и линию 20 задержки.

Блок 1 управления предназначен для формирования стимулирующего сигнала и управления последовательностью работы элементов устройства.

Испытуемый передатчик 2 сигналов является объектом контроля и формирует измеряемый сигнал.

Соединительная линия 4 представляет собой имитатор реального канала связи, в котором измеряемый сигнал подвергается воздействию различного рода помех. При практической реализации соединительная линия 4 может быть выполнена в виде управляемого аттенюатора, коэффициент передачи которого измеряется по закону изменения помехи.

Манипулятор 3 формирует эталонный сигнал, аналогичный по структуре с изменяемым сигналом на выходе испытуемого передатчика 2, но в отличие от последнего, параметры эталонного сигнала имеют номинальные значения.

Блоки 5÷14 предназначены для вычисления коэффициента взаимного различия измеряемого и эталонного сигналов, который представляет собой нормированную величину на выходе квадратора, устройства, согласованного с вариантом эталонного сигнала, при прохождении через него измеряемого сигнала.

Устройство работает следующим образом. При нажатии кнопки 17 "Пуск" блока 1 управления запускается мультивибратор 18, с выхода которого на входы испытуемого передатчика 2 сигналов и манипулятора 3 поступает последовательность импульсов положительной и отрицательной полярности, являющаяся стимулирующим сигналом. Полярность импульса определяет вариант высокочастотных сигналов, формируемых передатчиком 2 и манипулятором 3, а длительность стимулирующего импульса определяет длительность элемента сигнала.

Выходной сигнал испытуемого передатчика 2, пройдя через соединительную линию 4, в качестве измеряемого сигнала Z_u(t) поступает на первые входы перемножителей 5 и 6. На вторые входы данных перемножителей (первого перемножителя 5 - непосредственно, второго перемножителя 6 - через фазовращатель 7) поступает эталонный сигнал Z_э(t) с выхода манипулятора 3. Сигналы с выходов перемножителей 5 и 6 поступают на входы соответствующих интеграторов 8 и 9, где накапливаются в течение длительности элемента эталонного сигнала. Результаты интегрирования сигналов с выходов блоков 8 и 9 через квадраторы 10 и 11 подаются на соответствующие входы сумматора 12.

С выхода сумматора 12 сигнал подается на информационный вход стробирующего блока 13, на управляющий вход которого подается строби-рующий импульс с первого выхода линии 20 задержки (второго выхода блока 1 управления), подключенной через дифференцирующую цепь 19 к выходу мультивибратора 18. Со второго выхода линии 20 задержки (третьего выхода блока 1 управления) поступает импульс сброса на входы (входы сброса) интеграторов 8 и 9.

Результат отсчета с выхода стробирующего блока 13 подается на нормирующий блок 14, с выхода которого измеренное значение коэффициента взаимного различия g поступает на преобразователь 15 вида сигнала и далее на индикатор 16.

Коэффициент взаимного различия измеряемого и эталонного сигналов может быть представлен в следующей аналитической форме:

где z_u(t), z_э(t) - функции времени, определяющие структуры соответственно измеряемого и эталонного сигналов;

Т - длительность элемента эталонного сигнала;

k_н - коэффициент нормировки, зависящий от мощности сигналов (предварительно вводимый в нормирующий блок 14).

Существует однозначная зависимость между вероятностью ошибочного приема р_ош, характеризующей как канал связи, так и испытуемый передатчики, и коэффициентом взаимного различия измеряемого и эталонного сигналов g. Так, например, для оптимального в гауссовском шуме некогерентного поэлементного приема вероятность ошибки определяется выражением:

где h² - отношение энергии измеряемого сигнала к спектральной плотности флуктуационного шума; ,

где Q - функция Маркума;

I₀ - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.

В случае, когда все параметры измеряемого сигнала имеют номинальные значения, то есть измеряемый сигнал полностью соответствует эталонному, то g=1 и из выражения (2) следует известная формула для вероятности ошибки при оптимальном в гауссовском шуме некогерентном приеме:

Таким образом, коэффициент взаимного различия измеряемого и эталонного сигналов в силу относительной простоты его измерения и однозначной связи с Р_ош пригоден для оценки качества измеряемых сигналов как комплексный показатель качества.

Предлагаемое устройство измеряет сигнал в течение длительности его одного элемента, что в два раза быстрее по сравнению с прототипом.

Кроме того, зная мощность измеряемого сигнала и закон его распределения (гауссовский, релеевский, райсовский и т.д.), можно по результату измерения коэффициента взаимного различия легко определить вероятность ошибочного приема Р_ош. А так как в настоящее время непосредственное определение вероятности ошибок Р_ош требует обработки большого числа единичных элементов измеряемого сигнала и, как следствие, занимает весьма длительное время, то предлагаемое устройство позволит в десятки-сотни раз (в зависимости от требуемой точности измерения) повысить быстродействие испытаний средств передачи сигналов.

Устройство для измерения сигналов передатчика, содержащее испытуемый передатчик, последовательно соединенные первый перемножитель, первый интегратор, первый квадратор, сумматор, стробирующий блок и нормирующий блок, последовательно соединенные второй перемножитель, второй интегратор и второй квадратор, выход которого подключен к другому входу сумматора, фазовращатель, выход которого подключен к второму входу второго перемножителя, и индикатор, отличающееся тем, что введено средство, которое формирует эталонный сигнал, аналогичный по структуре с изменяемым сигналом на выходе испытуемого передатчика, но в виде элемента длительностью Т, блок управления, который содержит кнопку «пуск», мультивибратор и линию задержки, подключенную через дифференцирующую цепь к выходу мультивибратора, преобразователь нормированных сигналов в измеряемый сигнал, при этом выход испытуемого передатчика через соединительную линию подключен к первым входам первого и второго перемножителей, выход мультивибратора подключен к входу испытуемого передатчика и входу упомянутого средства, которое формирует эталонный сигнал, выход которого подключен к входу фазовращателя и второму входу первого перемножителя, управляющий вход стробирующего блока подключен к выходу линии задержки, с второго выхода которой поступает импульс сброса на другие входы первого и второго интеграторов, выход нормирующего блока подключен к входу преобразователя нормированных сигналов в измеряемый сигнал, выход которого подключен к входу индикатора, при этом мультивибратор запускается при нажатии кнопки «пуск».