Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 09.0775 (21) 2153368/18-21 с присоединением заявкиГовраретвеавыЯ аоватет6 вввта Ябавеотров ИСРво делаае ааобрвтвввЯа етврытвЯ(45) Дата опубликования описания 2803,78(7) Заявитель Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ФАЗОВЫХФлюктуАций Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения Фазовых соотношений сигналовв технике связи, в навигации, в производстве и испытаниях микроэлектронных 5усилителей, фильтров, в автоматизированных системах регистрации результатов научных экспериментов,.Известен цифровой измеритель характеристик фазовых Флюктуаций, в качестве которого импольэуется цифровой фаэометр, содержащий входные формирователиопорного и Фаэосдвигающего сигналов,устройство выделении интервалов времени, соответствующих фазовому сдвигу, Ябвремя-импульсный преобразовательсчетчик результатов, счетчик масштаба,источник детерминированного потокастробирующих импульсов и блок управления 1). 3)Недостатком известного цифрового измерителя является ограниченный диапазончастот исследуемых процессов,Известен цифровой фазометр, используемый в качестве цифрового измерителя 25характеристик Фазовых Флюктуаций,имеющий входы опорного и фазосдвигающего сигналов, отдельный стробируемыйамплитудный дискриминатор для каждогоиз этих сигналов, источник стационарного стробирующего потока импульсов с ограниченным последствием, блок логической обработки сигналов (анти- совпадения), счетчик результата, счетчик масштаба и блок управления 2.Указанный цифровой фазометр позволяет измерить характеристики только достаточно больших медленных фазовых Флюктуаций, когда в течение времени одного измерения измеряемый фазовый сдвиг можно считать постоянным и когда величина фазовых флюктуаций значительно превышает величину фазового сдвига, соответствующего дискретности отсчета. Если имеют место достаточно большие Фазовые Флюктуации, сравнимые или превышающие по скорости изменения фазового сдвига время измерения, тогда результат измерения, полученный при помощи цифровых фазометров, является практически несмещенной оценкой математического ожидания разности фаз, но не содержит информации, необходимой для определения дисперсии и других высших моментов неизвестного распределения Флюктуирующей разности фаз.С целью повышения точности в предлагаемый цифровой измеритель характеристик фазовых Флюктуаций, содержащий стробируемые амплитудные дискрнминаторы опорного измеряемого сигналов, вы- .ходы которых через блок логической обработки соедннены со входом счетчика результата, счетчик масштаба, источник введены дополнительный строби руемый амплитудный дискриминатор, ге нератор псевдослучайных чисел, управляемая линия задержки, электронный ключ и оперативное запоминающее устройство) при этом выход дискриминато ра измеряемого сигнала соединен с одним из входов блока управления, другой вход блока управления через дополнительный стробируемый амплитудный дискриминатор подключен к входу 15 стробируемого амплитудного дискриминатора опорного сигнала, управляющий вход дополнительного стробируемого амплитудного дискриминатора соединен с источником стробирующего потока 20 импульсов и входом управляемой линии задержки) выход которой соединен с суммирующим входом счетчика масштаба Й через электронный ключ - с управляющими входами стробируемых амплитудных дискриминаторов опорного и измеряемого сигналов,.первый выход блока управления подключенк вторым входам счетчика результатов и счетчика масштаба, выходы последних присоединены соответственно к входам оперативного запоми- ф нающего устройства, второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами электронного ключа, оперативного запоминающего устройства и гене ратора псевдослучайных чисел, выходы которого подключены к управляющим вхо" дам управляемой линии задержки, оперативного запоминающего устройства и третьему входу счетчика результата, 40 выход оперативного запоминающего устройства подсоединен к третьему входу блока управленияНа чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. 45Цифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций содержит стробируемый амплитудный дискриминатор 1 опор" ного сигнала, стробируемый амлпитудный дискриминатор 2 измеряемого сигнала, блок 3 логической обработки сигналов, счетчик 4 результата, блок 5 управления, дополнительный стробируемый амплитудный дискриминатор б, источник 7 стробирующего потока импульсов, управляемую линию задержки 8, счетчик 9 .масштаба, электронный ключ 10, оперативное зайоминающее устройство 11 и генератор 12 псевдослучайных чисел.Устройство в исходном состоянии работает следующим образом. 60В начале производится сброс счетчиков 4 и 9, сигнал с первого выхода 5 блока управления запрещает работу)этих счетчиков, электронный ключ 10 разомкнут, на выходах генератора 12,65 псевдослучайных чисел находится кодкакого-либо числа, поступающий на оперативноезапоминающее устройство 11и на управляющие входы линии задержки 8, стробимпульсы от источника 7поступают на вход стробимпульсов дискриминатора б и через линию задержки 8, имеющую время задержки, соот"ветствующее поступающему коду псевдо"случайного сигнала, на вход электронного ключа 10 и на сумжруощий входсчетчика 9 масштаба. На входы измерите"ля поступают опорный сигнал АБО и фазосдвинутый сигнал Ц ., - дополнительныйамплитудный дискриминатор б находитсяв рабочем состоянии, на его выходепоявляются пачки стробимпульсов, прошедаих через этот дискриминатор и соответствующих по времени полупериодамопорного сигнала ц", а эти пачки .стробимпульсов поступают на второйвход блока 5 управления. Амплитудныедискриминаторы 1 и 2 находятся в нерабочем состоянии, так как ключ 10 разомкнут и к ним не поступают стробимпульсы.Послезапуска измерения блок 5управления анализирует сигналы, поступающие по второму входу и ждет началонового периода опорного сигнала. Первый стробимпульс, поступивший по второму входу блока 5 управления.и соответствующий началу нового периода опор"ного сигнала, вызывает сигнал на втором выходе блока 5 управления, включающий электронный ключ 10, сигнал начеТвертом выходе этого блока переключающий следующее псевдослучайное число и сигнал на первом выходе этогоблока, разрешающий работу счетчиков 4и 9. Сразу по третьему входу происходит запись кода старшего разряда псевдослучайного числа в младшего разрядсчетчика 4 результата.,Этот же первый стробимпульс и даль"нейшие стррбимпульсы задерживаются линией задержки 8 на время СьЗадержанные стробимпульсы поступают на управляющий вход счетчика 9и через электронный ключ 10 на входыстробимнульсов дискриминаторов 1 и 2Выходные импульсы этих дискриминаторов также сдвинуты на время 7 зпо отношению к соответствующим имйульсамна выходе дискриминатора б, и черезблок 3 логической обработки сигналовпоступают на суммирующий вход счетчика 4 результатов, кроме того, выходные импульсы дискриминатора 2 поступают на первый вход блока 5 управления.Этот процесс продолжается до момента, когда по первому входу в блокуправления поступает первый импульс,соответствующий началу ближайшего ноеого олунериода фазосдвинутого сиг.=.нала. Первый импульс с второго выходаблока 5 управления выключает. электронный ключ 10, в этот момент работа амплитудных дискриминаторов 1 и 2 блока 3 логической обработки сигналов и счетчика 4 результата прекращается, но суммирование стробимпульсон счетчиком 9 продолжается. В таком режиме измеритель действует до начала следующего нового полупериода опорного сигнала. ИСледующий первый стробимпульс, поступающий через второй вход в блок 5 управления и соответствующий началу нового полупериода опорного сигнала, через второй выход блока 5 управления 15 включает повторно электронный ключ 10. Этот первый и последующие стробимпульсы с задержкой времени снова поступают на дискриминаторы 1 и 2, начинают работать зти дискриминаторы, блок 3 ло гической обработки сигналов и счетчик результата 4. Работа их продолжается до прихода первого стробимпульса, соотВетствующего началу следующего нового полупериода фазосдвинутого сигнала 28 по первому входу блока 5 управления, Импульс повторно выключает электронный ключ 10, работа дискриминаторов 1 и 2, блока 3 логической обработки сигналон и счетчика 4 результата прекращается, но суммирование стробимпульсов счетчиков 9 продолжается до прихода по второму входу блока 5 управления первого стробимпульса, соответствующего началу нового периода Опорного сигнала.В этот момент по сигналу с третьегс выхода блока 5 управления оперативное запоминающее устройство 11 производит запись поступающего кода псевдослу чайного числа и кодов чисел, накопленных н счетчиках 4 и 9, присваивает и записывает номер периоду опорного сигнала, в течение которого накапливаются эти данные. Сразу после этого блок управления 5 по первому выходу короткими импульсами осуществляет сброс счетчиков 4 и 9 и снова разрешает их работу, а по четнертому выходу включает новое значение псевдослучайного числа,.вырабатынаеМого генератором 12.50 Далее изложенный выше процесс накоп" ления и регистрации результата измерения повторяется, но уже в новом периоде опорного сигнала и т,д.В целом процесс измерения и регист рации фазовых сдвигов производится в течение заранее определенного количества периодов опорного сигнала или до заполнения информацией всего объема оперативного запоминающего устройства. 60 В первом случае блок 5 управления подсчитывает необходимое количестно пе(риодов опорного сигнала, во втором случае оперативное запоминающее устройство выдает сигнал переполнения, , 65 который поступает через третий входв блок 5 управления и прекращаетработу измерителя. В конце измеренияизмерительная часть измерителя возвращается в исходное состояние, а блок 5управления выдает сигнал о завершении измерения. Далее следует ввод накопленной информации в ЭВМ или в другой цифровой статистической анализатори освобождение оперативного запоминающего устройства, После этого измеритель готов к новому измерению.Теоретически при а-ассплотностьраспределения погрешности измеренияЧ" Е) стремится к треугольной форме с математическим ожиданием М Я= 0и дисперсией 261= -В пределеплотности распределения Ч" Ы) становится независимой от плотности распределения флюктуирующей разности фаз 79),Это свойство независимости 1(й) от91) позволяет по статистике взаимнонезависимых результатов измерения определить несмещенные оценки начальных ицентральных моментов одномерной плотности распределения Р 9) флуктуирующей разности фаз М, при этом частотавходных сигналов принимается,настолько высокостабильной, что флюктуациямнее можно пренебречь. Указанные преиму"щества достигаются без увеличения частоты следования стробимпульсов. Практически величина О. выбирается, исходяиз требуемой точности и допустимой сложности измерителя. Для приближенной оценки погрешности, вносимой отклонением1 И) от идеально треугольной формыпри небольших значениях а", можно пользоваться следующей формулой, показывающей насколько максимагьная дисперсияпогрешности ьзмерення В Ц отличаетсяот значения .Рм(А кс1 млкс4( /2 а")Если принята, напрймер, двоичная система счисления, тогда 0 = 2 и отклонения 2 Я 3от Р составляет не бомакслеепри и к 23,125,при и = 30,781,при и =50,049% и т.д.,то есть практически достаточная незанисимость распределения ЪЖ и Р(Ч)достигается уже при незначительном количестве разрядов псевдослучайногочисла, и соответственно с небольшимидополнительными затратами аппаратуры.формула изобретенияЦифровой измеритель характеристик фазовых флюктуаций, содержащий стробируемые амплитудные дискриминаторы опорного и измеряемого сигналов, выходы которых через блок логической обработки соединены с входом счетчика рева Т ственног о делам квас ф З 12ета Сове ений и о ская наб оев ССС осуд М с тентф, г. Ужгород,4 иал ППП эультата, счетчик масштаба, источникстробирующего потока импульсов и блокуправления, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повйшения точности,он снабжен дополнительным стробируемым 5амплитудным дискриминатором, генератором псевдослучайных чисел, управляемой линией задержки, электронным ключом и оперативным запоминающим устройством, причем выход дискриминатора измеряемого сигнала соединен с одним извходов блока управления, другой входблока управлениячерез дополнительныйстробируемый амплитудный дискриминаторподключен ко входу стробируемого амплитудного дискриминатора опорного сигнала, управляющий вход дополнительногостробируемого амплитудного дискриминатора соединен с источником стробирующего потока импульсов и входом управляемой линии задержкиу выход которой 20соединен с суммирующим входом счетчика масштаба и через электронный ключс управляющими входами стробируемыхамплитудных дискриминаторов опорногои измеряемого сигналов, первый выход 25 блока управления подключен ко вторым входам счетчика результата и счетчика масштаба, выходы которых присоединены соответственно ко входам оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами электронного ключа, оперативного запоминающего устройства и генератора псевдослучайных чисел, выходы которого подключены к управляющим входам уйравляемой линии задержки, опе ративного запоминающего устройства и третьему входу счетчика результата, выход оперативного запоминающего устройства подсоединен к третьему входу блока управления.С Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Смирнов П. Т. Цифровые фазометры, энергия", 1974, с. 15-26.2. Сборник материалов научно-технической конференции фазоизмерительные системы и устройства; Томск, 1974 с. 170-.174.