Способ измерения функции распределения случайного сигнала

Способ измерения функции распределения случайного сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Совхоз Советскни

Соцналисткческик

Республик

И С А Н И Е ()765756

И ЗОБевЕТЕ Н Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.05.78 (21) 2627660/18-21 с присоединением заявки J%— (23) Приоритет— (51)М. Кл.

G 01 R 29/00

Госудерствеииый комитет

СССР во делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень .% 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (53) УДК 621.317. .757 (088.8) (72) Автор изобретения

В. В. 1цербаков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО.

СИГНАЛА

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для радиотехнических измерений.

Известен способ анализа распределения вероятностей стационарных случайных сигналов, обладаS юших эргодическим свойством, основанный на измерении относительного времени пребывания мгновенного значения выше уровня анализа (1).

Согласно этому способу общее суммарное время пребывания сигнала выше уровня анализа, отнесенное ко всему интервалу наблюдения, представляет собой искомую оценку функции распределения, Недостатком этого способа являетоя невозможность осуществления при его технической реализации "чистой" амплитудной селекции сигнала в области СВЧ. Отселектированный по амплитуде СВЧ сигнал неизбежно оказывается частично или полностью усредненным из-за инерционности селектора, обусловленной наличием конструктивных и паразитных емкостей, Получается наложение операций селектирования и усреднения, что недопустимо.

С целью расширения частотного диапазона измерений в предлагаемом способе измерения .функций распределения случайного сигнала, основанном на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, функционную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектирования п-кратно дифференцируют и результат используют для оценки функции распределения.

Способ поясняется фиг. 1, где приведена схема измерения зависимости i = i(U11) и обозначено:

Д вЂ” детекторный диод; R> Яз — резисторы детекторной цепи; С вЂ” усредняющий конденсатор; о А — микроампермвтр; Ч вЂ” вольтметр; PB — регулируемый выпрямитель.

Работа измерительной схемы заключается в том, что при подаче на ее вход исследуемого сигнала, он детектируется и регистрируется с помощью микроамперметра.

При этом, изменяя регистрируемое вольтметром напряжение регулируемого выпрямителя, которое запирает диод, т.е. изменяя порог детектирования, можно снять зависимость средсигнал которого пропорционален производной от входного сигнала по времени (при этом и-каскадов выполняют и-кратное дифференцирование. 4 — генератор линейной пилообразной развертки, осуществляющий одновременно изменение порога детектирования (уровня анализа) и развертку иэображения на регистраторе.

5 — двухкоординатный регистратор, например, осциллографический или самопишущий, со шкалами по каждой координате, обеспечивающий определение формы и значений функции распределения и уровней анализа.

Работа устройства основана на замене в функциональной зависимости i = i(Un) независимой переменной U„временем t. При линейной развертке напряжение порога детектирования в течение рабочего хода развертки определяется выражением

Un = Upt ч 1.1 +

0Π— амплитуда пилообразного напряжения развертки;

Ug — начальное смещение характеристики детектора; — время, отсчитываемое от начала хода развертки. (2)

Постоянная величина Ug обычно мала и к тому же может быть легко скомпенсирована.

Переменная величина сигнала iR, может быть выбрана достаточно малой по соображениям допустимой погрешности измерений, поскольку ее малость компенсируется дальнейшим усилением сигнала дифференциальным усилителем.

Таким образом, приближенно может быть выполнено условие Оп = Upt. при котором в течение хода развертки средний ток детектора является функцией времени, а дифференцирование его по порогу детектирования является цо существу дифференцированием по времени.

Работает устройство следующим образом.

Исследуемый сигнал подается на вход детектора 1. Генератор развертки 4 вырабатывает линейное пилообразное напряжение, которое в качестве запирающего подается на детектор 1, где осуществляется линейное изменение порога детектирования. В результате на сопротивлении R детекторной нагрузки в течение хода развертки выдается сигнал iR<, представляющий собой зависимость среднего тока от порога детектирования. Этот сигнал усиливается до необходимой величины дифференциальным усилителем 2 и подается на дифференцирующие каскады 3, выполняющие и-кратное дифференцирование упомянутой выше зависимости. В результате этого сиг. нал, поступающий с выхода дифференцирующих каскадов 3 на сигнальный вход регистратора 5 и каждый момент хода развертки представляет собой значение функции распределения однозначно соответствующее напряжению порога детектирования (анализа), которое в качестве развер3 765756 4 него тока продетектированного сигнала от порога детектирования.

Количественные соотношения в этой схеме определяются следующим образом.

Пусть однополупериодная характеристика де5 текторпой цепи имеет вид: Т = aU npu U О, n = t, 2, 3..., (2 = 0 лриUQ0) (1)

1 U — ток и напряжение детектора; а— коэффициент пропорциональности; n — целое положительное число.

При подаче на вход схемы стационарного . случайного сигнала, усредненное (невыпрямлен ное) значение которого равно нулю (что наиболее распространено на практике), средний ток детектора для области отрицательных значений исследуемого сигнала запишется в виде: .

Un

Iu-u„l lulau, -Ю где U — мгновенное значение сигнала;

p(U) — плотность распределения вероятности.

Из формулы (2) после и-кратного дифференЦиРованиЯ по поРогУ ДетектиРованиЯ 0п полУ- 25 чается следующее выражение

0п р (1 ДЦ= 1",,1„, 1 (3)

-со которое и определяет взаимосвязь интегральной 30 функции распределения, записанной в левой части равенства, с зависимостью i = i(Un ).

При этом функция распределения с точностью до известных постоянных величин определяется производной порядка п зависимости = i(Utt), З5 гго и является. основой предлагаемого способа измерений, Согласно этому способу для определения функции распределения исследуемый сигнал детектируют (обладающим целочисленной (n) .степенной зависимостью тока от напряжения)40 детектором с переменным порогом; в результате чего, получают зависимость среднего тока от напряжения порога детектирования i = i(Ug.

Эту зависимость и-кратно дифференцируют и получают с точностью до известных постоянных величин. искомую функцию распределения.

Этот способ может быть реализован в устройстве автоматической индикации и измерения функции распределения, блок-схема которого приведена на фиг. 2, где обозначено:

1 — детектор с целочисленной (и) степенной зависимостью тока от напряжения, выполняющий детектирование сигнала с переменным порогом и содержащий в себе диод Д, конденсатор С и резисторы нагрузочной цепи R> и R>. . 2 — линейный дифференциальный усилитель, обеспечивающий . усиление продетектированного сигнала; 3 — дифференцирующий каскад, например, на решающих усилителях, выходной

5 76575 тывающего подается на второй вход регистратора.

Таким образом, в течение хода развертки изображение на регистраторе является функцией распределения исследуемого сигнала, значения которой и уровни анализа могут быть отсчитаны при помощи соответствующих шкал регистратора.

Физический смысл необходимости операции дифференцирования в предлагаемом способе 1о можно пояснить следующим образом, Пусть для простоты рассуждений детектор линеен (n = 1). Средний ток детектора при пороге детектирования Un пропорционален как длительности так и амплитуде импульсов, находящихся выше порога детектирования (уров ня анализа). Если бы ток был пропорционален только длительности импульсов, то его значение представляло бы собой суммарное время превышения сигнала над уровнем анализа и определяло бы функцию распределения. Однако зависимость тока еще и от амплитуды сигнала скрадывает эту взаимосвязь и не позволяет непосредственно использовать значение тока для определения функции распределения. Чтобы избавиться от этого "мешающего" влияния рассмотрим разность токов i и iz при порогах детектирования Un и U>2, как это показано на фиг. 3.

Эта разность пропорциональна заштрихованной

30 пл щади и определяется уже. только суммарным временем пребывания сигнала выше уровня анализа Оп hi = Л01Е Ьт1,так как амплитуда всех импульсов, создающйх разностный ток

Di = iq — i> постоянна и равна 4Uп = Uп—

Й п2 35

0п„. Суммарное время пребывания, опреде6 6 ляющее функцию распределения, выражается как отношение, стремящееся к производной от среднего тока по порогу детектирования. д а

;,.д1 + — - — при д0 - О ьо„du

Это рассмотрение и особенно фиг. 3 наглядно показывают, что роль операции дифференциро- вания эквивалентна формированию последова- . тельности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой ЬОП, как это делается в прототипе. Однако в отличие от прототипа для такого формирования" в действительности не требуется никаких реальных формирующих устройств и именно поэтому становится вОзмож-.. ным анализ сверхкратковременных" импульсов, таких, на, которые реальные формирующие устройства не в состоянии отреагировать. Эта особенность позволяет расширить частотный диапазон исследуемых сигналов на СВЧ.

Формула изобретения

Способ измерения функции распределения, случайного сигнала, основанный на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, функциональную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектирования и-кратно дифференцируют и результат используют для оценки функции распределения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мирский Г. Я. "Радиоэлектронные измерения", M., 1975, с. 477 — 491.

765756

Ф(/

Un<

4tg

Фиаd

Составитель Л. Сорокина

Редактор И. Бахметьева Техред- M. Рейвес Корректор С. Шекмар

Заказ 6502//43 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4