Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения статистических характеристик фазы сигнала. Цель изобретения - повышение точности определения вероятностных характеристик случайного процесса - достигается путем автоматического выбора оптимальных значений вещественного параметра характеристикой функции (V<SB POS="POST">K</SB>, V<SB POS="POST">J</SB>) в зависимости от математического ожидания исследуемого случайного процесса отдельно для ветви определения действительной составляющей характеристикой функции (V<SB POS="POST">K</SB>) и ветви определения мнимой составляющей характеристикой функции (V<SB POS="POST">J</SB>). По измеренным оценкам определяют значения мнимой составляющей B (V<SB POS="POST">K</SB>) и действительной составляющей A(V<SB POS="POST">J</SB>) характеристической функции. Это позволяет снизить случайную составляющую погрешности измерения оценок характеристической функции, что, в свою очередь, дает возможность повысить точность определения вероятностных характеристик исследуемого случайного процесса. 3 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

19 A i

- (19} И1) (51)5 G 01 R 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВ ВЕНКЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4458288/24-21 (22) 11.07.88 (46) 30.03.90. Бюп. Р 12 (71) Омский политехнический институт (72) Ю.И.Вешкурцев, С.И.Новиков и О.Г.Лукиных (53) 621 ° 317.77(088.8) (56) Вешкурцев Ю.М. Статистические анализаторы флюктуаций фазы. — Омск, 1979, с. 12.

Авторское свидетельство СССР

Р 1422182, кл. G 01 К 25/00, 1987. (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЕЧНОЙ РАЗНОСТИ ФАЗЫ СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения статистических характеристик фазы сигнала.

Цель изобретения — повышение точности определения вероятностных характерисИзобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения статистичечких характеристик случайной фазы сигналов.

Цель изобретения — повышение точ: ности определения статистических характеристик фазы сигнала.

Eia фиг. 1 приведена структурная схема ститистического анализатора конечной разности фазы сигнала; на фиг. 2 — структурная схема блока за-. дания параметра (БЗП) характеристической функции, на фиг. 3 " временные диаграммы работы статистического анализатора.

2 тик случайного процесса — достигается путем автоматического выбора оптимальных значений вещественного параметра характеристической функции (v<,v ) в зависимости от математического ожидания исследуемого случайного процесса отдельно для ветви определения действительной составляющей характеристической функции (v„) и ветви определения мнимой:составляющей характеристической функции (v„). По измеренным оценкам определяют значения мнимой составляющей В(ч„) и действительной, составляющей A(v ) характеристической

1 функции. Это позволяет снизить случайную составляющую погрешности измерения оценок характеристической функ" . Е ции, что, в свою очередь, дает возмож- /р ность повысить точность определения вероятностных характеристик исследуе- С мого случайного процесса. 3 ил.

:з

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала содержит первый 1 и второй 2 аналоговые sanoминающие блоки (АЗБ), формирователь

3 опорного колебания, формирователь 4 стробирующих импульсов, первый 5 и второй 6 узлы выборки и хранения, первый 7 и второй 8 аналогоцифровые преобразователи, первый 9 Э и второй 10 накапливающие сумматоры . и первый 11 и второй 1? отсчетные блоки, блок 13 определения математического ожидания, блок 14 определения мнимой составляющей характеристической функции, блок 15 определения дейст1553919 н ттельной составляющей характеристическЬй функции, блок 16 задания пар метра, управляемый генератор 17 т ктовых импульсов.

Входом статистического анализатора конечной разности фазы сигнала служат объединенные входы аналоговых запоминающих блоков 1 и 2 и формирователя 3 о торного колебания, выход которого подключен к входу формирователя 4 с гробирующих импульсов. Выходы анал говых запоминающих блоков 1 и 2 подючены соответственно к входам перв и и второй цепей преобразования, в к ой из которых последовательно соед иены узел 5(6) выборки и хранения, а алого-цифровой преобразователь 7(8) н капливающий сумматор 9(10) и отсчет" н и» блок 11(12). Выход накапливающе-20

r сумматора 9 первой цепи преобразов ния подключен к первым входам блока определения математического ожидан я и блока 14 определения мнимой с ставляющей характеристической функ- 25 и, а выход накапливающего сумматор 10 второй цепи преобразования подючен к второму входу блока 13 опред ения математического ожидания и и рвому входу блока 15 определения 30 д йствительной составляющей характер стической функции. Выход блока 14 о ределения мнимой составляющей прис единен к первому дополнительному в оду отсчетного блока 12 второй цеп преобразования, а выхоц блока 15

35 о ределения действительной составляющ и — к первому дополнитепьному вход отсчетного блока 11 первой цепи п еобразования. Выход блока 13 опреде- 0

40 л ния математического ожидания присоедИнен к входу блока 16 эацания параметра, третий и четвертый выходы которого подключены к вторым входам, сОответственно, блока 14 определения мНимой составляющей и блока 15 определения денствительной составляющей характеристической функции. Первый всход блока 16 задания параметра при» соединен к первым входам управления управляемого генератора 17 тактовых импульсов и формирователя 4 стробиру. юцих импульсов, второму дополнительному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования и третьему дополнительному входу отсчетного б1тока 12 второй цепи преобразования, а второй выход присоединен к вторым взводам управления управляемого генератора 17 тактовых импульсов и фор" мирователя 4 стробирующих имттульсов, третьему дополнительному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока 12 второй цепи преобразования. Первый выход управляемого генератора 17 тактовых импульсов соединен с первыми тактовыми входами аналоговых запоминающих блоков 1 и

2 и тактовым входом формирователя 3 опорного колебаний, а второй и третий выходы присоединены к вторым тактовым входам аналоговых запоминающих блоков 1 и 2. Первый выход формирователя 4 стробирующих импульсов подключен к входам стробироваиня узла 5 выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя 7 первой цепи преобразо" вания, а второй выход - к входам стробирования узла 6 выборки и хранения и аналorо-цифровorо преобразователя 8 второй цепи преобразования.

Выходы "Конец преобразования" аналого-цифровых преобразователей 7 и 8 соединены с входами синхронизации накапливающих сумматоров 9 и 10. Входы стробирования накапливающих сумматоров 9 и 10, блока 13 определения математического ожидания, блока 14 определения мнимой составляющей блока

15 опрецеления действительной составляющей и блока 16 задания параметра объединены и подключены к цепи "Время усреднения". Тактовый вход блока

13 определения математического ожидания и вход "Сброс" блока 16 задания параметра присоединены к цепи "Время цикла" (f <) °

АЗБ 1 и 2 предназначены для умножения фазы исследуемого сигнала. Для этого в АЗБ сначала записываются дискретные значения входного напряжения за один период исследуемого сигнала, а затем происходит считывание данной информации с частотой импульсов считывания в v раэ большей частоты импульсов дискретизации.

Блок 16 задания параметра предназначен для определения значений параметра характеристической функции ч k и v. в зависимости от значения мате/ матического ожидания m для первой и второй цепей преобразования, а также для определения произведений mv

k и mv..

Блок 16 задания параметра состоит из пяти регистров 18-22, одновиб5 155391 ратора 23, счетчика 24 и постоянного запоминающего блока (ПЗБ) 25, который содержит четыре идентичных модуля которые имеют общую адресную" шину.

К старшим разрядам этой шины подсоединены выходы счетчика 24, вход которого соединен с выходом одновибратора 23, формирующего короткий отрицательный импульс по переходу из "О" в

"1". K младшим разрядам адресной шины ПЗБ 25 подсоединены выходы регистра 18, вход которого является входом блока 16 задарен:я параметра. Вход одновибратора 23 является входом стробирования. блока 16 задания параметра, а выход подключен к третьему входу

"Выборка кристалла") ПЗБ 25. Выходы первого и второго модулей ПЗБ 25, задающие коды значений v> и v,,через 20 регистры 19 и 20 соединены с первым и вторым выходами блока задания параметра. Выходы третьего и четвертого модулей, задающие коды произведений тч„и mv, через регистры 21 и 22 25

Ф соединены с третьим и четвертым выходами блока задания параметра. Сброс счетчика 24 и регистров 18-22 происходит по переднему фронту импульса на входе "Сброс" блока 16. 30

Управляемый генератор 17 тактовых импульсов формирует три последовательности импульсов: первую с частотой f ; вторую с частотой v f тре1 т тью с частотой ч .1 . Генератор состот иэ из двух идентичных частей, каждая иэ которых управляется кодом значений

v u v

В исходном состоянии отсчетные блоки 11 и 12, накапливающие сумматоры 40

9 и 10, регистры и счетчик 12 блока

16 задания параметра обнулены.

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала работает следующим образом. 45

На вход анализатора поступает исследуемый сигнал (фиг. За).

Т -Т- 1

50 s (V >t;+V + +V <(t + )l ) e

1с 2v 4 2ч где Т вЂ” период исследуемого сигнала;

t. — начало i-ro стробирующего

I импульса, Т/2v — длительность стробирующего

k импульса.

Так как начало стробирующих импульсов УВХ задержано относительно

Цикл измерения начинается с появления переднего фронта импульса в цепи "Время цикла" (фиг. Зб). Вещественный параметр характеристической функции ч „ v для первои и второи . 55

3 ветвей преобразования задается с помощью АЗБ 1 и 2 соответственно, управляемого генератора 17 тактовых импульсов и блока 16 задания параметра.

U(t) = U„sin(It++(t)$.

9 6

Дискретные значения исследуемого сигнала записываются в АЗБ 1 и 2 в течение периода входного сигнала с частотой f, а эатем считываются с частотой v f иэ АЗБ 1 и с частотой

v f иэ АЗБ 2. Все три частоты задаются управляемым генератором 17 так-, товых импульсов. Таким образом, на вы" ходах АЗБ 1и 2 получаются отрезки исследуемого сигнала с умноженной в v I

1 Ф или v . раз частотой и фазой (фиг. Зг, J е) U„-.,(t)=U sin(v gt+v< (ц;

Ц (с)-П„,ззпtv 4lt+V y(t)) и с длительностями, разными периоду входного сигнала, деленному на v1, или v..

Формирователь 3 опорного колебаJ ния представляет собой аналоговую линию задержки, которая задерживает исследуемый сигнал на время . Формирователь 4 стробирующих импульсов формирует из опорного колебания две последовательности стробирующнх импульсов, частоты следования которых равны частотам сигHRJIQB на выходе

АЗБ 1 (фиг. Зд) и АЗБ 2 (т.е. Vtf, и ч f соответственно). При этой пот следовательность стробирующих импульсов с частотой ч.f сдвинута на т четверть периода относительно колебания с выхода ЛЗБ 2 (фиг. Зж).

Узел 5 интегрирует поступающий на его сигHBJIbHblA вход исследуемый сигнал с умноженной. в ч раз часто1с той и фазой за время действия стробимпульса на входе стробирования. В результате интегрирования на выходе узла 5 получают сигнал

4 !+т/1ч, УВх5 ) I м т

= ---Icos(v

7 l5539i9 8 момента перехода исследуемого сигнала иэ области отрицательных значений в область положительных значений на время С, то

v" (t - )+ч p(t. -)=О. с

Поскольку устройство работает с уЗкополосными сигналами, то справедливо соотношение: ()=v(t, +- — ) Т

2 v>

Учитывая что = (, IIOJI BloT юТ

ll что сигнал на выходе УВХ. 5 прямо пропфрционален значению

VA(vt„ t) =coskvk9(t)+vt,m), 1 -(и где m M, Qt)=gt)—

- - С) — конечная разность фазы сигнала.

Так как стробирующие импульсы на входе стробирования УВХ б сдвинуты на четверть периода, то на выходе УВХ

6 получают сигнал

< + ц ч;

МВх 6 Ф а Ig+V; " прямо пропорциональный значению

25 30

Ц

Й (ч )= 7 cns$v q(t )+ч,ш);

N <-o н

В (ч ) Е sintv. q(t„)+v;m) °

j N 5

V*(v,t)=sin Pv. cg(t)+v - ш).

5 1 3

Напряжения с выходов узлов 5 и. 6 борки и хранения поступают на входы 35

П 7 и 8. При этом запуск АЦП 7 и 8 оизводится по окончании действия робиру1ощего импульса, т..е. к моменокончания интегрирования в УВХ 5 и

6 После завершения аналого-цифровогФ преобразования на выходе "Конец преобразования" АЦП формируется импульс, который, поступая на вход синх1 онизации соответствующего накапливающего сумматора, вызывает прибавленйе кода, сформированного на выходе

АЯП, к числу, записанному к настоящему моменту в накапливающем сумматоре.

Таким образом, если за время усреднения реализовано 20 периодов входного

50 с1лгнала; в накапливающих сумматорах

9 и 10 получают цифровые коды чисел соответственно:

cos (q(t.,) + ш),"

;=0

X sin(+(t„.) + m), 10

А*(ч =1)=

5*(v.. =1) =

) которые подаются на адресную шину

ПЗБ блока 13 определения математического ожидания, блоков 14 и 15 onС целью уменьшения случайной погрешности определения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции в анализаторе на первом этапе производится определение мате- . матического ожидания ш сформированной конечной разности фазы сигнала (в данном случае m =и С ) в соответствии с выражением m=1/v arctg (B*(v) /А*(ч) ) и в зависимости от величины m формирование кодов, соответствующих значениям параметра характеристической функции.vt, и v и управляющих рабо1 той первой и второй ветвей преобразования. Для этого на нулевом этапе работы анализатора по перепаду из "0" в "1" в цепи "Время цикла" (фиг. Эб) регистры и счетчик 24 обнуляются. По первому (за время цикла) переходу иэ и и и и lt . 0 в 1 в цепи Время усреднения" (фиг . Зв) обнуляются накапливающие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока 16 устанавливаются, значения v = ч = 1, записанные в ячейках с нулевым адресом, а на выходе третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 устанавливаются нулевые коды, соответствуницие произведениям mv и mv„.. Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 4 эаписы" ваются в регистры 19 и 20 блока .16.

Коды с выходов третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 записываются в регистры 21 и 22. Таким образом, по первому переходу иэ "0" в "1" в цепи "Время усреднения" вещественный параметр характеристической функции для первой и второй ветвей преобразования устанавливается равным единице, на первые и вторые входы блока 14 определения мнимой составляющей.и блока 15 определения действительной составляющей подаются нулевые коды. При этом отсчетные блоки 11 и 12 показывают нулевые значения.

По первому переходу из "1" в "0" в цепи "Время усреднения" на выходах накапливаняцих сумматоров получают цифровые коды, соответствующие значения

1553919 ределения мнимой и действительной составляющих. Происходит считывание кода из ячейки ПЗБ блока 13 определения математического ожидания, адрес которой соответствует коду на адресной шине, и запись этого кода в регистр 18 блока 16 задания параметра.

Управление считыванием из ПЗБ блока

13 определения математического ожидания и записью в регистр 18 осуществляется D-триггером и одновибратором

23, работа которых организована так, что одновибратор 23 формирует короткий отрицательный импульс один раз эа время цикла по первому переходу из

"1" в "0" в цепи "Время усреднения", Происходит считывание кодов из ячеек

ПЗБ блоков 14 и 15 определения мнимой и действительной составляющих по адресам, соответствующим кодам на адресных шинах укаэанных ПЗБ. Записывается единица в счетчике 24 блока 16 задания параметра. Запись таблицы соответствия в ПЗБ блока 15 определения дей- 25 ствительной составляющей осуществляется так, что при mv = 0 из указанного

ПЗБ блока 15 считывается нулевой, код. На этом нулевой этап работы анализатора заканчивается, Отсчетные блоки 11 и 12 индицируют

А*(1) В*(1) v = v = 1.

Ф j

Таким образом, по окончании нулевого этапа работы анализатора в регистре 18 блока 16 задания параметра записан код, соответствующий математическому ожиданию ш конечной разносTH фазы сигнала сформированной В 40 анализаторе.

Первый этап работы анализатора начинается со второго перехода из "0" в "1" в цепи "Время усреднения". По этому переходу обнуляются накапливаю- 4 щие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока

16 задания параметра устанавливаются значения v. u v соответственно, а

1 Э на выходах третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 устанавливаются значения тпч. и mv соответственно запи1 „1

1 санные в ячейках с адресом, соответствующим ходу на адресной .шине ПЗБ 25, определяемому значениями m и кода на выходе счетчика 24; Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 25 записываются в регистр 19 и регистр

20. Коды с выходов третьего и четвер1 и — - . cos(v.ц (. )+v.,m);

1=0 и

-п.- 7. sin(v q(t-,)+v. m), Л*(ч )=

B*(v. ) =

3 которые подаются на адренсую шину

ПЗБ блоков 15 и 14 определения действительной и мнимой составляющих. Происходит считывание кода из ПЗБ блока

14 определения мнимой составляющей, соответствующего значению B+(v „)=

=А"(ч1,) 8(тпч ), и считывание кода иэ

ПЗБ блока 15 определения действительной составляющей, соответствующе" го значению A*(v )=Я*(т )ctg(mv.).

1 1

В счетчике 24 записывается код, соответствующий двойке.

На отсчетном -блоке 11 в соответствующих полях индицируются, значения

v< A*(v ) и v>, A*(v .), а на отсчет) Э ном блоке 12 — значения v., 5*(v.) и v> В*(ч„).

На втором и последующем этапах работа анализатора аналогична работе на первом этапе, т.е. соответственно значению математического ожидания m и номеру этапа работы анализатора, фиксируемому в счетчике 24, блок 16 задания параметра устанавливает зна чения v> и ч., управляющие работой первой и второй ветвей преобразования и значения mv и нч с помощью которых .и с помощью блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 определения действительной составляющей определяют значение В*(ч,) и *(v )

J по значениям A*(v ) и 5*(v ) соответственно. Наличие оценок характериститого модулей ПЗБ 25 записываются в регистр 21 и регистр 22. Выбор и установка значений v> и v> из ряда

=2,3,4,5,... производится в соответствии со значением m. Если значение mv находится в зоне 180 1 45, где k= ...,-3,-2,-1,0, 1,2,3,..., то первая ветвь преобразования работает с параметром v = ч и в ней измеряется

A*(v>). Если же mv находится в зоне

180 k+45 +90, то работает вторая ветвь преобразования с параметром v.=

=ч и в ней измеряется B*(v-).

J фналогично производится выбор и установка значений тч. и mv . По второму переходу из "1" в "0" в цепи "Время усреднения" на выходах накапливающих сумматоров присутствуют цифровые коды, соответствующие значениям:

155391 ческои функции, измеренных при различных значениях вещественного параметра v, позволяет в аналитическом виде установить статистические характе5 ристики конечной разности фазы сигнала, сформированной в анализаторе.

Таким образом, введение аналогового запоминающего блока 2, блоков определения математического ожидания

13, мнимой и действительной составляющих 14 и 15 и блока 16 задания параметра позволяет повысить точность измерения статистических характеристик конечной разности фазы сигнала.

Формула изобретения

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала, содержа- 20 ,щий две цепи преобразования, каждая

:из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий сумматор и отсчетный 25 блок, а также соединенные последовательно формирователь опорного колебания и формирователь стробирующих импульсов, первьпt выход которого подключен к входам стробирования узла вы- 30 борки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи преобразования, а второй выход — к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя

35 второй цепи преобразования, управляемый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу формирователя опорного колебания и первому тактовому входу пер- 40 ого аналогового запоминающего блока, второй тактовый вход которого соединен с вторым выходом управляемого геНератора тактовых импульсов, выход

Подключен к входу узла выборки и хра- 45

Меняя первой цепи преобразования, а

Вход объединен с входом формирователя опорного колебания и является входом анализатора, причем входы стробироваиия накапливаюцих сумматоров подключены к цепи "Время усреднения", о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности определения статистических характеристик фазы сигнала, в него введены второй аналоговый запоминающий блок, блок задания параметра, блок определения мнимой составляющей, блок определения действительной составляющей и блок

12 определения математического ожидания

1 первый вход которого объединен с первым входом блока определения мнимой составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора первой цепи преобразования, второй вход объединен с первым еходом блока определения действительной составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора второй цепи преобразования, а выход присоединен к входу блока задания параметра, первый выход которого присоединен к первому входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и второму входу формирователя стробируюших импульсов, к второму дополнительному входу отсчетного блока первой цели преобразования и к третьему дополнительному входу отсчет. ного блока второй цепи преобразования, второй выход — к второму входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и третьему входу формирователя стробирующих импульсов, третьему дополнительному входу отсчетного блока первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, а третий и четвертый выходысоответственно к вторым входам блока определения мнимой составляющей и блока определения действительной составляющей, причем выход блока определения мнимой составляющей присоединен к первому дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, а выход блока определения действительной составляющей — к первому дополнительному входу отсчетного блока первой цепи преобразования, кроме того, первый и второй тактовые входы второго аналогового запоминающего блока присоединены соответственно к первому и третьему выходам управляемого генератора тактовых импульсов, а вход и выход подключены соответственно к входам анализатора и узла выборки и хранения второй цепи преобразования, цепь "Время усреднения" соединена с входами стробирования блока задания параметра, блока определения математического ожидания, блока определения мнимой соста.вляющей и блока определения действительной составляющей, тактовый вход блока определения математического ожидания и вход сброса блока задания параметра соединены с входом цепи "Время цикла".

1553919

Фиг 1

874 Е75 щиг, 2

1553919

Фучаж твВ

ntpAui

Ф

Составитель Ю.Макаревич

Редактор Л.Пчолинская Техред Л, Сердюкова Корректор Н.Ревская

I»

Закаэ 454 Тирак 545 Подпис щзе

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

»» » »»

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101