Способ измерения экстремумов электрического сигнала

Скачать ZIP архив.

Текст

(51)5 0 01 В 19/04 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им, 60-летия СССР(56) Авторское свидетельство СССР К. 1432414, кл. 6 01 й 19/04, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1411677, кл. 6 01 Я 19/04, 1987.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА(57) Использование: изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть испол ьзо вано в измерител ьнои н форм а цион н ых системах. Сущность изобретения: способ измерения экстремумов электрического сигнала, заключающийся в том, что в момент равенства текущего значения с пороговым значением начинают первый цикл измерения, одновременно подсчитывая количество импульсов эталонИзобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для анализа случайных электрических сигналов на фоне помех. Известен способ измерения экстремумов электрических сигналов, основанный на дифференцировании сигнала, реализованный в устройствах. Существенный недостаток этого способа-аналога - низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что из-за дифференцирования сигнала Ж 1788475 А 1 ной последовательности и суммируя выборки мгновенных значений исследуемого сигнала через равные промежутки времени т, определяемые периодом импульсов эталонной последовательности, В момент изменения знака разности между двумя соседними отсчетами запоминают первое число п 1 подсчитанных импульсов, предпоследнее значение выборки .У,1 и накопленную первую сумму Я 1, Затем начинают второй цикл измерения, запоминая следующее значение выборки исследуемого сигнала 121, одновременно подсчитывая количество импульсов эталонной последовательности и суммируя выборки мгновенных значений, пока значение второй суммы Я 2 не станет равным значению первой суммы 51, в этот момент заканчивают измерение, запоминая 52 и п 2, Координаты экстремумов определяют по формулам, приведенным в описании изобретения, 3 з,п,флы, 3 ил.41 С ьшается отношение сигнал-шум на вхо- )СО змерителя, ф, Наиболее близким к изобретению по . инескои сущности яепяется способ оп- .ятз ления экстремумов электрического сиг, основанный на индикации измененияа разности между текущим и предмду- ) а уменде итехнреденалазнакщим кодированными значениями исследуемого сигнала, реализованный в устройстве. Этот способ рассматривается как прототип,Недостатком известного способа является невысокая точность измерения экстремумов сигнала, особенно низкая при малыхотношениях сигнэл-шум нэ входе измерителя; 3/15/1, Такие условия характерны для работы бортовой аппарэтуры воздушных и морских судов, других подвижных объектов,том, что производят выборки мгновенных значений исследуемого сигнала через равные промежутки времени г, определяемые периодом импульсов эталонной последовательности, подсчитывают количество импульсов и, эталонной последовательности нэ интервале времени от начала измерения 1 до момента экстремума, причем о достижении экстремума судят по изменению знака разности между текущим и предыдущим значениями выборок мгновенных значений исследуемого сигнала, с указанной выше целью первый цикл измерения начинают в момент равенства исследуемого сигнала У пороговому значению О, одновременно с подсчетом импульсов п 1 эталонной последовэтельности суммируют выборки мгновенных значений исследуемого сигнала, вычисляя значение первой суммы 51=У 1;, в момент то изменения знака1разности между текущим и предыдущим значениями выборок мгновенных значений исследуемого сигнала запоминают количество импульсов п 1 и первую сумму 51, а такке предпоследнее значение выборки исследуемого сигнала УП 1 = У( т, - т ), после чего начинают второй цикл измерения, для чего запоминают следующее значение выборки исследуемого сигнала У 21 = У( то+ + т). - . У(п 1+ 1) т ), подсчитывают количество импульсов п 2 эталонной последовательности и суммируют выборки исследуемого сигнала, одновременно вычисляя значениепвторой суммы Я 2 = У 21, до момента времени т 2, когда значение второй с/ммы сравняется со значением первой суммы, причем о равенстве Я 1 и 52 судят по выполнению условия 30 35 4031+ Л 3, абсолютная оминэют зна инаты экстр улам косвен Я 1- где ЛБ - ность срэвн 82, д искОм р ляют погрешчения п 2, мума опых измеаданнэ ния, за ые коо по фор еде ени(п 1+ п 2) 72 П 1 Цель изобретения - повышение точности измерения экстремумов электрического сигнала при малых отношениях сигнал/шум за счет того, что используется не дифферен цировэние, а интегрирование сигнала,Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения экстремумов электрического сигнала, заключающемся в)2/п 2 его вние Оусловию:0 О/ все измерениях пор ливают соответ прямых устэна уюая погреш вадратиче ых измеренпрямых и ульсов атал рают из ус гденост 0 - среднек ь средств прям ие сигнал-шум в Период 7 имп тельности выби1 т/Л и = 1 2 - т 1 - ирод тнох,слеии, 1 -ерениной пвияти/Ь т, (4) жительнОСть из Л 7 - интервал корреляции п бсолютную погрешность Ь Я нэчений сумм Я 1, Я 2 выбирают ехи.равнез услоия.( , , (5)От июстрэция осноспользуемых вго измерения книмум определиллюстрация бэемого для помэния моментлэ У(т) (звездочрдинат экстремя схема устрой Нэ фиг, 1 дана илл параметров способа, и мулах (1), (2) косвенно динат максимума (ми аналогично), на фиг. 2 -сэ моментов, использу устойчивого оценив экстремума У т сигнэ обозначены оценки коо нэ фиг, 3 - структурна реализующего спос фундаменталь получения формулных оряют лэн- ехоФ Э 1, дми умэ),об.ное соотношение для КОСВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ одом баланса моментов 1) = Б 2/П 2 ьвгде среднее значение сигнала у 1 О = 31/п 1 нэ интервале т 1, тп 1) и среднее значение сигнала у 2 О = Я 2/п 2 на интервале ь, с ) игрэ 1 О 1 роль сил, а длины временных интервалов т, - с 1 и 12 - сп 1 роль Длин рычдгов (см, фиг. 2). Момент с 1 = О, момент 12 определяют из условия равенства сумм Я 1, 32, э момен 1 экстремума ъ из уравнения (б). Момент 7, окончания первого суммирования и величина УП 1 определяются как и в прототипе по изменению знака разности УЛ 1- У 11,Количество импульсов п 1 и п 2 определя- ЕТСЯ ДЛИНОЙ ИНтЕРВаЛОВ ЪП 1 - т 1, и - Ь И длительностью 2 периодэ генераторэ калиброванной последовательности импульсов. Оценка У гп значения Угп экстремумаопределяется как средневзвешенное значение выборок Уп 1 и У 21:т 2 - тгп 5М 2 У 1+ У 2 = У 2 +12+ 1 п/12 (Уп 1 - У 21). (7)Из (7) после простейших преобразованийследует (2).Математическое ожидание и дисперсия 10оценки (7) определяются соотношениямимУ=а м 1 1-а м 21,0 Уф ) = а 0 У,1+(1 - а ) 0 У 21, (8)где параметр а = п 1/(п 1+ п 2),Если измерительный сигнал 15У(т) = Х(1) + ф (т), (9)где Х(1) - полезный сигнал (см, пунктир нафиг. 1).(1) - стационарный гауссов шум с нулевым математическим ожиданием и дисперсией О ф (1) = о , тогдаМУ гп ) = а МХп 1) + (1 - а ) МХ 211, (10)(п 1 + п 2) г 25Изобретение осуществляется с помощью устройства, представленного нафиг. 3,Устройство, реализующее способ, содержит источник измерительного сигнала 1. 30блок выборки и хранения 2, источник пороговых значений сигнала 3, блок формирования меток времени 4, блок счетчиков 5, блоксумматоров 6, микропроцессорные контроллеры (МПК) 7, 8, которые совместно управляют работой всех функциональныхблоков и осуществляют обработку результатовв косвенных измерений по формулам (1),(2),Устройство работает следующим образом, МПК 7 дает команду начала измеренияна ИС 1 и на ИП 3. По этой команде на БФМ4 поступают измерительный сигнал У(с) исигнал О. На первом выходе БФМ 4 в момЕнт 11 пЕрвсгО СОвпадЕния тЕкущЕгО ЗначЕния У(11) с порогом О, когда У(с 1) = О,формируется импульс запуска ГКПИ БВХ 2и начинается взятие отсчетов У сигнала У(с)в моменты времени т 1, 11+ 7,11+ 2 711+7, Импульсы счета с БВХ 2 поступают 50на БСЧ 5, в первом счетчике которого формируется число п 1, параллельно отсчеты Усигнала поступают на БСМ 6, где на первомсумматоре накапливаются в виде суммы 51== 2; У, Одновременно отсчеты У поступаютна БФМ 4, где из них формируется разность ЬУ = У+ 1 - У определяется знакэтой разности эд ЛУь При смене знакаразности в момент Ф, знакоразличительБФМ 4 дает команду первому счетчику БСЧ 5 прекратить счет и число п 1 записать в первый регистр памяти МП К 7, Одновременно этой же командой заканчивается суммирование отсчетов в первом сумматоре БС б. сумма Я 1 и последний отсчет в ней Уп 1 записываются во второй и третий регистры памяти МПК 7, На следующем такте, когда 1= 7+ 7 О, включается второй счетчик БСЧ 5, где начинает формироваться число п 2 и в БС б с отсчета У 21, который с начала записывается в четвертый регистр памяти МПК 7, начинается второе суммирование на втором сумматоре БС 6. Текущее значение суммы 52 поступает в ОЗУ МПК 7 и сравнивается потактно со значением суммы 31. Когда на определенном п 2 такте Я 2 = 51+ Я, знакоразличитель МПК 7 дает команду БФМ 4 выработать метку т 2 конца счета и завершения цикла формируются все исходные данные косвенных измерений, то есть РЕЗУЛЬтатЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ: Уп 1, У 21, П 1, п 2, 51, 52. МПК 7 и МПК 8 переходят в режим согласованной обработки результатов измерений по формулам (1) и (2), Кодированные значения 7 и У гп снимают с шины данных МЛК 7 и МПК 8,Для оценки положительного эффекта от применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом используется следующий индексный показатель увеличения точности измерения (в разах)Испытания показали, что даже при высоких уровнях зашумленности гармоничецского сигнала п,73 = -обеспечиваетсяоотносительная устойчивость измеренных значений и уменьшение погрешности измерения по сравнению с прототипом в 1,21 - 1,8 раза. Результаты испытаний в различных условиях показывают, что предлагаемый способ полезен как из-за повышения точности измерения в условиях помех, тэк и из-за устранения систематической погрешности которая характерна для прототипа. Полоки-. тельный эффект достигается по существу фильтрацией отсчетов измерительного сигнала на интервалах 11, 1 гп), Тгп Т 2) Для Случайных полезных сигналов положительный эффект растет по мере роста ширины полосы спектра помехи относительно полосы спектра сигнала, а также по мере увеличения номера периода измерений. Так, например, относительная погрешность= У 2 лив ш ность нои вия ло гд (Т 2 1 М (.( 0Ьб измерения нулей и экстремумов гармонического колебания на фоне гауссовой помехи при Ь = 3 на первом периоде измерений составляет (-8,49 , 10,8);ь, а на шестом (-0,983 , 1,06) %,Формула изобретения 1, Способ измерения экстремумов электрического сигнала, заключающийся в том, что производят выборки мгновенных значений исследуемого сигнала через равные промежутки времени т, Определяемые периодом импульсов эталонной последовательности, подсчитывают количество импульсов п 1 эталонной последовательности на интервале времени от начала измерения т 1 до момента экстремума, причем о достижении экстремума судят по измерению знака разности между текущим и предыдущим значениями выборок мгновенных значений исследуемого сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений координат экстремума исследуемого сигнала при малых отношениях сигнал-шум, первый цикл измерения начинают в момент равенства исследуемого сигнала У(т) пороговому значению О, одновременно с подсчетом импульсов п 1 эталонной последовательности суммируют выборки мгновенных значений исследуемого сигнала, вычисляя значение первой суммы Я 1 =п 1 в момент т, изменения зна разности между текущим и предыдущим значениями выборок мгновенных значений исследуемого сигнала запоминают количество импульсов п 1 и первую сумму Я 1, а также предпоследнее значение выборки исследуемого сигнала Уп 1= У (т, - т ), после чего начинают второй цикл измерения, для чего запоминают следующее значение выборки исследуемого сигнала: У 21 = =У( т + 7 ) = Уп+ 1) 7), подсчитывают количество импульсов эталонной последовательности п 2 и суммируют выборки исследуемого сигнала, одновременно вычисляя 5 значение второй суммы Я 2 = 2 У 2;, до момента времени 12, когда значение второй суммы сравняется со значением первой суммы, причем о равенстве Я 1 и Я 2 судят по выполнениюусловия Я 1-ЛЯЯ 2 Я 1+ ЛЯ, 10 где ЬЯ - заданная абсолютная погрешность сравнения, запоминают значения п 2, Я 2, а искомые координаты экстремума сигнала определяют по формулам Я lп) 2 2 5%ЗБт .Я 2/п 2 П 3Уп 1+ Я 2/п 2Г 7 - ЮГ "2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ тем, что пороговое значение О устан ют соответствующим условию0 О/стг 1/2, гдето - среднеквадратическая погре средств измерения; П - отношение сигнал-шум, 3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а й с я тем, что период У импульсовпоследовательности выбирают- 11);Ьт - интервал корреляции помехи,4, Способ по пп. 1 - 3, о т л и ч а ю щ и йя тем, что абсолютная погрешность сравения значений первой Я 1 и второй Я 2 уммы выбирают из условия: ,/вигоставитель А.Белецкийехред М.Моргентал Корректор В,Петрашедактоказ 71 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Смотреть

Заявка

4817862, 23.04.1990

КИЕВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИМ. 60-ЛЕТИЯ СССР

БЕЛЕЦКИЙ АНАТОЛИЙ ЯКОВЛЕВИЧ, БЕЛЯЕВСКИЙ ЛЕОНИД СТЕПАНОВИЧ, ИГНАТОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ, БОГОЛЮБОВ НИКОЛАЙ ВИКТОРОВИЧ, РЯБЦЕВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ, ХРИСАНОВ СЕРГЕЙ МАРКСОВИЧ, АЛЕКСЕЕВ ЮРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01R 19/04

Метки: электрического, экстремумов, сигнала

Опубликовано: 15.01.1993

Код ссылки

<a href="http://patents.su/5-1788475-sposob-izmereniya-ehkstremumov-ehlektricheskogo-signala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ измерения экстремумов электрического сигнала</a>

Похожие патенты