Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциапистичесиииРеспублик 11 900212(5 )М. Кл. б 01 тс 25/00 тооудоротмииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ОТКЛОНЕНИЯФЛЮКТУАЦИЙ ФАЗЫ Изобретение относится к измеритель: ной технике и может быть использовано в фаэовой радиотехнике.Известно устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы сигналов, содержащие последо 5 вательно соединенные входное устройство, цен трирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель, преобразователь напряжение- интервал времени, временный селектор, счетчик импульсов и подключенный ко вто 10 рому входу селектора генератор счетных импульсов, а входное устройство представляет собой преобразователь разность фаэ-напряжение 11.Недостатком устройства является необ 15 ходимость дополнительного регулирования фазы опорного сигнала для выведения преобразования разность фаз-напряжение на, линейный участок характеристики, в ре 20 зультате чего данное устройство не может быть использовано для измерения среднеквадратичного отклонения (СКО) флюктуации фазы (Фф) с нестационарным сред-,е ним значением фазовых флюктуаций, изменяющимся на величину превышающуюлинейный участок характеристики преобразования разность фаэ-напряжение.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является устройство для измерения СКО ФФ, содержащеепоследовательно соединенные усилигельограничитель, формирователь импульсовноминальной длительности, схему анги-совпадений, второй вход которой подключен к выходу усилителя-ограничителя, авыход подключен к управляющему входусчетчика, к счетному входу которого подключен генератор квангующих импульсов.Недостатком данного устройства является увеличение методической погрешности измерений при измерении среднегозначения фазы в течение времени измерений в существенных пределах.За опенку СКО Фф в данном устройстве принимается величпта, равнаям,3 90021где Ь- приращение разности фаз за интервал времени, равный периодумежду отсчетами:,ф - разность фаз между исследуеЙым и опорным сигналами В-ый отсчет;Щ- количество отсчетов,Флюктуации фазы с нестационарным/средним можно представить в виде суммыбыстроменяющейся функции Х (1 ) и мед- Оленно изменяющейся функции У( ), характеризующей изменение среднего значения Фф. Видно, что изменение среднего значения ФфЫИ) =УИ,)-УИ.,), (2) 5за интервал времени между. отсчетами бу. дет вызывать смешение оценки СКО Фф, определяемой по формуле (1), что при значительном изменении среднего значе 20 ния существенно искажает результат измерений, Покажем это.,Для эргодических процессов справедливогде Ю ЬУ)Ю.плотность распределения вероятностей случайных величин АХИ,) и ЗО М (.; ) а черта означает усреднение во времени.Числовая характеристика Л сложным, образом зависит от поведения И (с) изменения среднего значения случайного у процесса в течение времени измерения.Можно показать, что при Ы 1)= АУ= =СОМвыражение (3) несложно привести к виду)(о ЬА (4)где А о - средневыпрямленное значениеЬХ(+ ) при стационарном среднем значении случайной функ- Зции, т.е. Я =0 и равноД = 2 ЬХ(;) а 1 аХ Ьд) М М) (э)ОДА= 2 ) (ЬХ (Ц)+дУДСВД(Д,)1 дд) (б)ЛЧИз формулы (6) следует, что ЬА)уО,причем 6=0 при АУ=О, и величина Ь (тем больше, чем больше йУ - изменениесреднего значения случайного процесса Иза интервал времени между выборками.11 ель изобретения - повы.шение точности определения оценки СКО фф,2 4Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, элемент антисовпадений, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а также генератор квантуюших импульсов, подключенный к счетному входу первого счетчика, введены второй элемент антисовпадений, два Р 5-тригг(- ра два элемента ИЛИ, формирователь импульсов считывания и два счетчика, причем к выходу первого элемента анти- совпадений подключены последовательно соединенные второй элемент антисовпадений, 5 -вход первого В 5 -триггера, первый элемент ИЛИ, управляющий вход второго счетчика, К-вход первого Р 5-триггера, первый элемент ИЛИ, управляющий вход второго счетчика, Й-вход первого д(5-триггера, второй элемент ИЛИ, управляющий вход третьего счетчика, К- вход второго Р 5 -триггера, вторые входы второго элемента ИЛИ и второго элемента антисовпадений, выход последнего подключен к управляющему входу первого счетчика, счетный вход которого соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, а -вход второго Й",триггера подключен к выходу формирователя импульсов считывания, входы которого соединены с соответствующими входами первого элемента антисовпадений.На чертеже приведена схема устройства для определения оценки среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы.Устройство содержит усилитель-ограничитель 1, формирователь 2 импульсов номинальной длительности элементы айти- совпадений 3 и 4, Й 5 -триггеры 5 и 6, счетчики 7-9, элементы ИЛИ 10 и 11, генератор 12 квантуюших импульсов, формирователь 13 импульсов считывания, (ричем последовательно соединены усилитель-ограничитель 1, формирователь 2 импульсов номинальной длительности, первый элемент анти"овпадений 3, второй вход которого подключен к выходу усилигеля-ограничителя 1, второй элемент ангисовпадений 4, 5 -вход 14 первого триггера 5, первый элемент ИЛИ 10, управляющий вход 20 второго счетчика 8, Р-вход 15 первого триггера 5, второй элемент ИЛИ 11, управляющий вход 22, третьего счетчика 9, й-вход 17 второго триггера 6вторые входы второго эле900212 МЙ 2 1+1) 7пит на элемент внтисовпвдений 4 после окончания импульса, формируемого элементом антисовпадений 3, а длительность импульса нв выходе элемента антисовпадений 4 равна сумме длительностей импульсов, поступающих нв его входы.Таким образом, на выходе элемента , антисовпадений формируются импульсы, длительность которых пропорциональна то разности приращений фазы в предыдущий и последующий отсчеты 1% где 0 т - длительность-го импульса,поступающего на управляющийвход счетчика 7;Т- длительность-го импуль 1са, формируемогр,на выходеэлемента антисовпадений 3.На счетныйвход. счетчика 7 поступает последовательность кввнтуюших импу.м с частотой следования , поэтому эа время измерения в, счетчике 7 записано количество импульсов, равное цЗО где От - швг квантования фазы, равный КЧ=йА/К Т,Д - количество отсчетов зв времяизмерения.Отметим, что при нулевом приращении разности фаз за интервал, выборки, т.е. в моменты совпадения отрицательных фронтов импульсов, поступающих на входы элемента внтисовпадений 3, формирователь 13 импульсов считывания также вырабатывает импульс считывания, если в предыдущий отсчет было ненулевое приращение разности фаз. При нормальном распределении статистически независимых ф; и Ф суммв величин Ф-ф,;+ -1 ф;.;,ф./также щ имеет нормальное распределение с дисперсией 0 ,. равной 4 Г, где ( Я. 2 дисперсия флюктуаций фазы исследуемого сигнала, а. сумма средневыпрямленной разности ф выражена через СКО фф как Е 1 Ф =М 0,8 ф-М (,66(.(10) Следовательно, количество импульсов,записанное в счетчике 7, служит меройоценки СКО Фф М М(рМПри этом смешение оценки СКО Фф по формуле (11) вызывает лишь разницу изменений для предыдущего и последуюшего отсчетов, а не полное изменение среднего значения фф, что при медленном изменении"среднего значения Фф значительно меньше самого изменения среднего значения фф, А при изменении среднего значения с постоянной скоростью оценка СКО Фф по формуле (11) становится незамещенной.Так приЬ 9:Соей(случай, рассмотренный ранее) выражение (9) записано какИм= (,а (ах-м+)-(О -м +) =,( мУ 1 " "4 (12).Следовательно, постоянное изменениесреднего значения не смещает оценкиСКО фф, определяемой по формуле (11),Сравнивая выражения (4) и (12) замечаем, что предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения)оценки СКО фф при нествционврном среднем значении Фф.Таким образом, введение вышеописанных узлов в известное устройство позволяет существенно уменьшить погрешностьизмерений,формула изобретения Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктувций фазы, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, элемент антисовпадений, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а также генератор квантующих импульсов, подключенный к счетному, входу первого счетчике, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены дваВ-триггера, два элемента ИЛИ, вгорой элемент антисовпадений, формирователь импульсов считывания и два счетчика, причем к выходу первого элемента внтисовпадений подключены последовательно соединенные второй элемент антисовпвдений, 5-вход первого ЙВ -триггера, пер