Устройство для измерения периода и его производной

Устройство для измерения периода и его производной

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Советскик

Социаиистнческик

Республик

< 868690 (61) Дополнительное к авт. санд-ву— (22) Заввлено 09.01. 80 (21) 2865396/18-21 с присоединением заявки М— (23)приоритет " (5I)NE. Кл.

G 04 F 10/00

9вуаарстееиа6 иеивтет

СВАР ю двааи взвбретевв11 и етврытив (53) УДК621- 317 (088. 8) ©яубл®ковано 30.09.81. Бюллетень 34 36

Дата опубликования описания 21,1 2.81 (72) Авторь! изобретения

И. Г. Ноэдрин, И. В. Барышев, Л.А. Краснов и (71) Заявитель

Харьковский авиационный институт им. Н.Е (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА

И ЕГО ПРОИЗВОДНОЙ

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано в системах траекторных измерений для определения радиальной скорости и ускорения прн анализе движения объекта радиотехническими средствами.

Известно устройство для измерения частоты на основе анализа нуль-пересечений, содержащее последовательно соединенные счетчик чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, умножитель и сумматор, счетчик числа нуль-пересечений, вход которого соединен с первым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, генератор эталонных меток времени, соединенный выходом со вторым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нульпересечений, а также блок вычитания, ячейку памяти и делитель, при этом выход счетчика числа нуль-пересечений и первый выход памяти подключены ко входам блока вычитания, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, второй выход ячейки памяти и выход сумматора подключены ко входам делителя, поток

5 нуль-пересечений исследуемого сигнала поступает на объединенные входы счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений и счетчика числа

10 нуль-пересечений. Устройство обеспечивает измерение частоты (перпода) сигналов с неизвестной начальной фазой с точностью, близкой к потенциальной 11 1.

Недостатками известного устройства являются сравнительно большой аппаратурный объем и ограниченные функциональные воэможности — устройство ие позволяет формировать оценку производной частоты (периода) при наличии ее на интервале наблюдения.

Этот недостаток может оказаться особенно существенным.при анализе траекторных данных целей, обладающих

868690 4

1О

55 высокими динамическими характеристиками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цифрового анализа сиг. налов, содержащее последовательно соединенные блок формирования чисел, соответствующих моментам нуль"пересечений, первый блок возведения в квад рат, последовательно соединенные счетчик числа нуль-пересечений, пер-. вый блок умножения и первый сумматор выход блока формирования чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, соединен со вторым входом блока умножения, блок прореживания нуль-пересечений, последовательно соединенные блок возведения в третью степень и четвертый сумматор, блок возведения в четвертую степень и пятый сумматор, при этом выход блока прореживания нуль-пересечений подсоединен ко входам блока формирования чисел, соответствующих моментам нульпересечений,и счетчика числа нуль-пересечений, вход второго блока возведения в квадрат подключен к выходу счетчика числа нуль-пересечений, выходы второго блока умножения подключены к выходам первого блока возведения в квадрат и счетчика числ1а нуль-пересечений; входы блока возведения в тре1 ью степень и блока возведения в четвертую степень объединены и подключены к выходу блока формирования чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, а также решающее устройство, к соответствующим входам которого подключены выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, поток нульпересечений исследуемого сигнала поступает на вход блока прореживания нуль-пересечений $2).

Указанное устройство характеризуется широкими функциональными возможностями, но обладает большим аппаратурным объемом и требует значительного времени обработки, что не позволяет осуществлять процедуру измерения в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — повышение быст" родействия и уменьшение аппаратурного объема измерителя при совместной оценке периода и его производной.

Поставленная. цель достигается тем, что устройство содержащее формирователь нуль-пересечений, выход которого подключен ко входам формирователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, и счетчика числа нуль-пересечений, и решающий блок, введены накапливающий сумматор, блок сравнения, элемент ИЛИ, буферный регистр и ячейка памяти, причем выходы формиРователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, через накапливающий сумматор подключены ко входам буферного регистра, выходы которого соединены с первой группой входов решающего блока, вторая группа входов которого подключена к первой группе выходов ячейки памяти, выходы счетчика числа нуль-пересечений подключены к первой группе входов блока сравнения,ко второй группе входов которого подключена вторая группа вы-. ходов ячейки памяти, выходы блока сравнения через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом буферного регистра.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения периода и его производной.

Устройство содержит формирователь

1 нуль-пересечений, формирователь

2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, счетчик 3 числа нуль-пересечений, накапливающий сумматор 4, блок 5 сравнения, элемент

ИЛИ 6, буферный регистр 7,. ячейку

8 памяти и решающий блок 9. При этом формирователь 1 нуль-пересечений соединен с формирователем 2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений и со входом счетчика 3 числа нуль-пересечений, выходы которого подключены к первдй группе входов блока 5 сравнения, вторая группа входов которого соединена с первой группой выХОдов

8 памяти, выходы блока 5 сравнения подключены ко входам элемента ИЛИ 6, выход которого соедийен с управляющим входом буферного регистра 7, вторая группа выходов ячейки 8 -памяти подключена к соответствующим входам решающего блока 9, выходы формирователя 2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, соединены со входами накапливающего сумматора 4, выходы которого соединены со входами буферного регистра 7, подключенного своими выходами ко входам решающего блока 9, поток нуль-пересечений по-. ступает на вход 10 формирователя } нуль- пересечений.

868б90

Устройство работает следующим об" разом.

При поступлении на вход устройства узкополосного сигнала (<< 1)ири достаточно большом отношении сигнал/по- 5 меха (по мощности) время выпадания

g-го "нуля" может быть достаточно точно представлено в виде

Х ХХ

8=5 х ч

Х .3 Й х л к к 0

Т0!

Т0 (4) (1) <Е где Ъ - номер нуль-пересечения; — время выпадения первого

0 фиксируемого нуля от момента начала отсчета; IS

7 — начальный период между нуль0 пересечениями;

T — производная периода нульt пересечений; — случайные флюктуации време- 2Е ни нуль-пересечений, обусловленные шумом и обладающие следующими статисти ческими характеристиками: и к1к к 11 1

Для потока нуль-пересечений выражение (1) можно записать следующим 30 образом:

Х Х

Х к Ек

Ъ ЕК ЕК

1 н

М Ск ZK где х х

Х К К

1 иск 2=к

1 й

Н ЕК К

9 у-х)(Й-х)(Й s) и И

2 < =" 0"+ " 0 - " T01 Р 1 К=1 4=1 где и — длина выборки (представляет собой целочисленный параметр). л

Поскольку в, в выражении (1) можно рассматривать как функцию трех пере1 менных 9y = S(I -p> Tp Tp )> для oTblc кания информационных параметров представляется возможным весь интервал наблюдения к 8 (1 f4) разбить на три части с целью получения алгебраически полной системы уравнений вида х х

X CYi nt.

1 1

iJKK tê и I4л

NKY. C К

1 1

X. x хХ ) 2 к

"л

, К

1„ ih 1=

Ьт

Раскрывая определители, представим

Ф i+

4% оценки 1 0 и 10 в виде (ь2 где " "- 2« . U +x 2+ 3

55 <, х(й-x)(q-х2 Г (N-ö х2

Их+х)+Ъ

, с

I к= о КТ0 К о« " )ê

Хл Х,Х

ЕЪ =к х+т тк+т Ек + к;

1К 0 01 01 л К- 0 + 2 <+T0 C < « „; (З) йл N 18

Kt = и TZK+T CK+(;

1к 0 o„0„ где случайные величины Х,Я 4 л Й Х= f>= .t„;<„=AS „, - ..1 -1 н имеют корреляционную матрицу

Решение системы уравнений (3) можно получить в матричном виде где матрица W определена как

Оценки периода и его производной при этом определяются следующим образом:

1-+ о . T « о, (5)

0 Ih то с1 + 7: ф

0 1, К т К л 4р, 0= 151K% «Р Р К«gЪ,, 11К1К1К г

868б90 8

55 х -хцй-хТ хх у(х-хКМ-х) Предлагаемый измеритель реализует последовательность вычислительных процедур, определяемых выражениями (б). Поступающая на вход формировате ля,1 нуль-пересечений последовательность нуль-пересечений прореживается с коэффициентом прореживания m, обеспечивая некоррелнрованность йсследуемой выборки нуль-пересечений.

Импульсы нулей с выхода формирователя I нуль-пересечений поступают на вход формирователя 2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, который вырабатывает двоичные числа, поступающие на входы накапливающего сумматора 4. По мере обработки выборки (в двоичном коде) накапливающий сумматор л

4 формирует сумма вида С К .ОдноК«1

l временно с этим счетчик 3 числа нульпересечений накапливает число, соответствующее текущему количеству зарегистрированных нуль-пересечений.

Это число постоянно сравнивается в блоке 5 сравнения с числами. Х Y и

И, предварительно записанными в ячейке 8 памяти. В момент, когда в счетчике 3 числа нуль-пересечений накопится число, равное Х, на первом выходе блока сравнения появляется импульс, который через элемент ИЛИ.

6 поступает на управляющий вход буферного реги тра 7, и тогда частичу, ная сумма 3 1 может быть при к„ х помощи буферного регистра 7 переписана в решающий блок 9. Одновременно с этим из ячейки 8 памяти в решающий блок 9 поступают числовые коэффи" циенты с, Я,которые при известных

Х У и Н могут быть предварительно рассчитаны и записаны в ячейке 8 памяти. Аналогичным образом происходит формирование и перенос в решающий ! л ,блрк, 9 и остальных статистик Е 1х

М „

Ф и коэффициентов ñ, ф и с

Таким образом, решающий блок 9, используя указанные выше статистики и коэффициенты, формирует совместную оценку периода и производной периода

5 !

О

30 исследуемого сигнала. Очевидно, что эти оценки могут быть сформированы только после прихода на вход устройства поойеднего И"го нуль-пересечения из заданной выборки, т.е. оценки относятся к концу интервала наблюдения.,Однако ввиду того, что решающий блок 9 производит только операцию умножения статистик на известные коэффициенты, а затем суммирует полученные результаты, время приня-ия решения оказывается существенно малым по сравнению с длиной выборки нуль-пересечений, и поэтому можно считать возможной работу измерителя в реальном масштабе времени.

Разбиение интервала наблюдения иа три части g,,y и и должно производиться по определенной методике разбиения в соответствии с условием минимума объема эллипсоида рассеяния ошибок результирующих оценок, так как ошибка измерения зависит от длин интервалов усреднения X и (, Это условие может быть описано соотношением п 0 Ф "() 3- и . (т)

Г 4 -, ав и (ж

Проведенные расчеты показывают, что при использовании этого критерия, оптимальными интервалами разбиения являются интервалы х+М 7 уорен 7 (Ь) Поскольку имеется явное выражение для интервалов, на которые необходимо разбивать интервал наблюдения, коэф" фициенты и ф можно определить с точностью до постоянного коэффициента и ввести в ячейку 8 памяти предварительно, т.е. настроить измеритель на выборку нуль-пересечений заданной длины. При необходимости изменения длины выборки коэффициенты пересчитываются и изменяются.

Проведенный сопоставительньИ анализ точностных характеристик предлагаемого устройства с устройс вами, реализующими оптимальные процедуры измерения, показывает, что онн имеют дисперсии ошибок измерения одного порядка и предлагаемый измеритель лишь незначительно уступает им в точности.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения периода и его производной существенно превосходит известное устройство по быстродействию, обладает аппаратурным объ уступает в точно ных параметров.

Формула изобретения

Устройство для измерения периода и его производной, содержащее формирователь нуль-пересечений, выход которого подключен ко входам формирователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, и счетчика числа нуль-пересечений, и решакхций блок, отличающееся тем,,.что, с целью повышения быстродействия и уменьшения аппаратурного объема измерителя, в него введены накапливающий сумматор, блок сравнения, элемент ИЛИ, буферный регистр и ячейка памяти, причем выходы формирователя чисел, соответствующих

9 868690 10 значительно меньшим моментам нуль-пересечений, через на. емом и практически не капливающий сумматор подключены ко сти измерения указан- входам буферного регистра, выходы которого соединены с первой группой входов решающего блока, вторая группа входов которого подключена к первой группе выходов ячейки памяти, выходы счетчика числа нуль-пересечений подключены к первой группе входов блока сравнения, ко второй группе входов которого подключена вторая группа выходов ячейки памяти, выходы блока сравнения через элемент

ИЛИ соединены управляющим входом буферного регистра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2594953, кл. G Ol К 23/00, га

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2573317,кл. G 04 F 10/00, 1978 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 11450 Тираж 460 Подписное

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