Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХСПУБЛИН 143 А 2 1 ) 5 Б 25/00 ГОсудАРстВенный НОмитеПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР В,3 э;.) 0ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ го шага дч квантования вещественного параметра случайного процесса где т" ксимально клонение среднего аций Лазы мени анал зовым дет тист Фазы ннои в о с- времалього ного шага квантования, которое и пользуется в течение следующего мени анализа, Использование опти ного шага квантования вещественн параметра дает воэможность снизи методическую погрешность определ статистических характеристик флу аций Фазы сигнала до значений 1 10 %, 2 ил 1 табл,ь ия ктуч - веще ств енныи пар аме меритносится бретение й техник характеристическоФункции; испол ьз о. ескихможет быт ния статист лучайиой фа усовершенст авт. св, У. т но для измеррактеристик и являетс- знак математическ ожидания; зы сиги вование 1422182 А(чВ ( изобретения по н ценки соответстдействительной и ни е случаинои величи- характеристичесслучайной величиреднее значени называетс Функцией Е(ч) а именно ч)=гп,1 е 1 =АСны екой мой частеи характери ункции. ичес Изв е херив оценкоставля их стно, что изой и мнимой с . ющ стической функции при р чениях вещественного па ожно определить ту или,)В" (ч), (1 х ви тел е лич- аметрак тер ных зн еска харак терисфункция; е(71) Омский политехнический институт(56) Вешкурцев Ю.М. Ста ическиеанализаторы флуктуаций . - Омск,1979, с.12,Авторское свидетельство СССРУ 1422182, кл. 0 01 Н 25/00, 1987.(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЕЧНОИ РАЗНОСТИ ФАЗЫ СИГНАЛА(57) Изобретение относится к радиоиз"мерительной технике и служит для определения статистических характеристик Флуктуаций Фазы сигнала. С цельюповышения точности определения статистических характеристик исследуемо" луктуаций Фазы от своего начения, размах 2 Гщ флуктуиэмеряется в течение вреза введенным цифровым фактором и по таблице, запиостоянном запоминающем блоеляется значение оптимальаспосхосло.я - повышение точстатистических хауемого случайного ое чи Цел ости акте из преете ения сти есса а Фиг ена структу ого анализа зы сигнала; диаграммы р ализ атор а,риве ичес ко ма стати 20оты ечнои разности фФиг. 2 - временные атистического а нан обр щий ру статистическую характеристику иссле 6 - среднеквадратичес нение исследуемог го процесса;дч - шаг квантования ного параметра тической функции; Статистический анализатор конечой разности фазы сигнала содержиталоговый запоминающий блок 1, Формирователь 2 опорного колебания, цифровой пиковый детектор 3, постоянный запоминающий блок 4, буферный регистр 5, сумматор 6 кодов, управляемый генератор 7,тактовых импульсов, делитель 8 частоты, первый 9 и второй 10 элементы выборки и хранения, первый аналого-цифровой преобразова-. тель 11, второй аналого-цифровой преазователь 12, первый накапливаюсумматор 13, второй накапливаюсумматор 14, первый отсчетньй индикатор 15, второй отсчетный индикатор 16, формирователь 17 сдроби ющих импульсов.Входом статистического анализатора конечной разности Фазы сигнала служат объединенные входы аналогового запоминающего блока 1, формирователя 2 опорного колебания и первый вход цифрового пикового детектора 3, второй вход которого присоединен к выходу. Формирователя 2 опорного колебания. Выход цифрового пикового детектора 3 подключен к последовательно соединенным постоянному запоминающему блоку 4, буФерному регистру 5, сумматору 6 кодов. Выход сумматора 6 кодов присоединен к входу управляемого генератора 7 тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму так. товым входам аналогового запоминающего блока 1, у которогопервый такдуемого случайного, процесса, Например товый вход объединен с тактовым входом Формирователя 2 опорного колебания, Вход стробирования сумматора 6 кодов объединен с входом делителя 8 частоты и присоединен к цепи "Время измерения". Выход делителя 8 ч тоты подключен к тактовому входу тоянного запоминающего блока 4, в ду синхронизации цифрового пикового детектора 3 и к входам обнуления буферного регистра 5 и сумматора 6 кодов, Выход аналогового запоминающего блока 1 подключен к обьединенным входам первого и второго каналов преобра зования, в каждом из которых последовательно соединены соответственно первый 9 и второй 1 О элементы выборки и хранения, первый 11 и второй 12 аналого-циФровые преобразователи первый 13 и второй 14 накапливающие сумматоры, первый 15 и второй 16 отсчетные индикаторы. Входы стробирования накапливающих сумматоров 13 и 14 присоединены к цепи "Время измерения" Объединенные входы стробирования элемента выборки и хранения и аналого цифрового преобразования первого и второго каналов преобразования подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя 17 стробирующих.импульсов, первый вход которого объединен с входом управляемого генератора 7 тактовых импульсов, а второй вход подключен к выходу Формирователя 2 опорного колебания.Аналоговый запоминающий блок 1 предназначен для изменения вещественного параметра характеристической Функции ч путем умножения Фазы исследуемого сигнала. Для этого в аналоговый запоминающий блок сначала записываются дискретные значения входного напряжения за один период исследуемого сигнала, а затем происходит считывание данной информации с частотой импульсов считывания, в ч раз большей частоты импульсов дискретизации. Работа аналогового запоминающего блока идентична работе такого блока в известном анализатореФормирователь 2 опорного колебания служит для формирования опорного сигнала и представляет собой аналоговую1538 Ьч = У/(2 К 6),(4) ЗО линию задержки. Причем постояннаявремени линии задержки определяет параметр исследуемой конечной разностифазы сигнала Ч(1) = дч(С)= У(1) - м(1 -)(3) Цифровой пиковый детектор 3 предназначен для измерения размаха фа зовых флуктуаций. На выходе цифрового пикового детектора 3 формируется цифровой код, пропорциональный размаху фазовых Флуктуаций исследуемого сигнала. 15В постоянном запоминающем блоке 4 записана таблица соответствия удвоенного значения мкксимального отклонения от среднего случайной величины ц и оптимального шага квантования 20 йч вещественного параметра.В таблице соответствия между размахом флуктуаций исследуемого сигнала и оптимальным значением шага квантования ач параметр характеристичес кой Функции получен с помощью выраже- ния где 6 - среднеквадратическое значение исследуемого случайногопроцесса;К- коэффициент, связывающиймежду собой максимальноеотклонение от среднего значения Флуктуаций ФазыиЬ, т.е. я= К ЬЭкспериментально установлено, чтометодическая погрешность ростигаетсвоего минимума 10 - 10 7. при так - 1. 40ком определении значения шага квантования дч вещественного параметра,На вход блока 4 приходит цифровойкод, соответствующий адресу ячейкипамяти, в которой записан код значения шага квантования параметра харак"теристической функции. Считывание изпамяти происходит при перепаде сигнала из единицы в нуль на тактовом входе блока,БуФерный регистр 5 служит для хранения кода шага квантования параметра характеристической функции дч втечение всего времени анализа (Фиг,2)Сброс регистра происходит по перепаду из единицы в нуль на входе обнуления. Сумматор 6 кодов служит длявадания параметра характеристической 43 6Функции т, 0 н состоит из сумматора,одновибратора, Формирующего короткп 1отрицательньи 1 импульс при перепадеуровня сигнала на входе стробированияиз нуля в единицу, и регистра памяти, запись в который производитсяпри перепаде иэ. единицы в нуль на выходе одновибратора, Сброс содержимого регистра памяти осуществляетсяпри перепаде уровня сигнала на входеобнуления из единицы в нуль,управляемый генератор 7 тактовыхимпульсов Формирует две последовательности тактовых импульсов, одна - счастотой Г, другая - с частотойч ".а. Генератор управляется цифровым кодом и может быть реализованиз последовательно соединенных генераторов импульсов и управляемогокодом умножителя частоты,Делитель 8 частоты формирует сигнал "Время анализа" и представляетсобой счетчик с заданным коэффициентом пересчета и одновибратор, формирующий короткий отрицательный импульс при перепаде уровня сигналана выходе счетчика из единицы в нуль.Формирователь 17 стробирующих импульсов Формирует на своих выходахдве сдвинутые относительно одна другой на четверть периода последовательности импульсов, длительность которых равна половине периода сигналана выходе аналогового запоминающегоблока. Работа Формирователя основа:на на принципе умножения частоты всистеме ФАПЧ и последующем Формировании сдвига Фаз на 90, для чего коэффициент умножения выбирается равным 4 ч.Элементы 9 и 10 выборки и храненияинтегрирующего типа предназначеныдля интегрирования поступающего наих вход напряжения за время, равноедлительности импульса, поступающегона вход стробирования, Элементы выборки и хранения представляют изсебя аналогвые интеграторы со сбро-,сом, Сброс интеграторов происходит попо переднему фронту стробирующих им-пульсов.Аналого-цифровые преобразователи(АЦП) 11 и 12 любого типа дополнены одновибратором, Формирующим начало цикла преобразования по заднемуФронту импульса на выходе стробирования АЦП, По окончании цикла прсобразования АЦП 11 и 12 Формируют и 1своем выходе синхронизации импульсконца преобразования,Каждьп из накапливающих сумматоров 13 и 14 состоит из сумматоров,5регистра памяти, запись в которыйпроисходит при появлении импульсана входе синхронизации накапливающего сумматора и при наличии логической единицы на входе стробирования,и одновибратора, формирующего сброссодержимого регистра памяти при появлении переднего фронта импульса навходе стробирования.Отсчетные индикаторы 15 и 16 обеспечивают цифровую индикацию отсчетовхарактеристической функции А+(ч) иВ (ч) и состоят из дешифратора и циф%. lрового индикатора,В исходном состоянии отсчетныеиндикаторы 5 и 16, накапливающиесумматоры 13 и 14, буферный регистр5 и сумматор 6 кодов обнулены, навыходе цифрового пикового детектора3 находится нулевой код,а на выходе, 25делителя 8 частоты - потенциал логического нуля. Нулевой код с .выходасумматора 6 кодов запрещает работууправляемого генератора 7 тактовыхимпульсов, который, в свою очередь, 30запрещает работу аналогового запоминающего блока 1, Данное положениесохраняется до появления логическойединицы в любом разряде кода на выходе цифрового пикового детектора 3.Статистический анализатор конечной разности Фазы сигнала работаетслЕдующим образом.Исследуемый сигнал поступает навход анализатора и дальше следует 40на вход формирователя 2 опорного колебания и на первый вход цифровогопикового детектора 3. Задержанный вовремени сигнал с выхода формирователя2 опорного колебания поступает на 45второй вход цифрового пикового детектора 3, который в течение временианализа (Фиг.2 в) измеряет 2 ц,- размахФлуктуаций конечной разности 1-гопорядка фазы сигнала. В конце времени анализа (Фиг.2 в), после измеренияна выходе цифрового пикового детектора 3 появляется цифровой код соответствующий значению 2, к примеруравного 36055Измерение, уже непосредственноотсчетов характеристической функцииначинается с появления переднего фронта второго импульса "Время анализа"(фиг,2 в) на выходе делителя 8 частоты. При этом происходит считывание в буферный регистр 5 информации из ячейки памяти, адресом которой является цифровой код на выходе. цифрового пикового детектора 3, Таблица соответствия размаха флуктуаций фазы и оптимального значения шага квантования дч вещественного параметра характеристической функции записана в блоке 4. Таким образом, в буферном регистре 5 находится в течение всего времени анализа (Фиг.2 в) цифровой код оптимального значения шага квантова. -ния ач вещественного параметра, вданном примере йч = 0,5.По переднему Фронту импульса навходе Время измерения" происходитобнуление накапливающих сумматоров13 и 14 и прибавление содержимогобуферного регистра 5 к содержимомурегистра сумматора 6 кодов. Сумматор6 кодов работает в накапливающем режиме. Таким образом, на выходе сумматора 6 кодов находится код текущегозначения вещественного параметра ч =дч, где . - номер этапа (фиг,2 б)или номер импульса на входе "Времяизмерения" в течение времени анализа(2) иизменяется от 1 до и, гдеи - необходимое количество отсчетовхарактеристической функции и коэффициент деленения делителя 8 частоты,Например, и = 10,Рассмотрим, например, измерениеотсчетов характеристической функциина третьем этапе (=3) при оптимальном шаге квантования ач = 0,5, Вэтом случае с выхода сумматора 6 кодов на вход управляемого генератора7 тактовых импульсов поступаетцифровдй код числа ч = ач 1 = 1,5.На выходе управляемого генератора 7тактовых импульсов формируется двепоследовательности импульсов: однас частотой 1, другая с частотойчГ = 1,51. Обе эти последовательности импульсов поступают на тактовые входы аналогового запоминающегоблока 1.Исследуемый сигнал (фиг.2 а) поступает на вход анализатора. Период исследуемого сигнала записывается ваналоговый запоминающий блок 1 с частотой дискретизации, равной частотеГ сигнала, поступающего на первый38143 10Измерение -х (трех) отсчетовхарактеристической функции з аканчивается по завершении действия х-го( тр етье го ) импульса "Время измерения"в данном цикле анализа (фиг,2 б,в).Таким образом, в накапливающих сумматорах 13 и 14 будут получены цифровые коды чисел, пропорциональныхдействительной и .мнимой составляющим характеристической функции: 9 15 тактовый вход с первого выхода управляемого генератора 7 тактовых импульсов, а считывается с частотой сигнала, поступающего с второго выхода управляемого генератора 7 тактовых импульсов (ч Г = 1,5 Г). Таким образом,на выходе блока 1 формируется кусочно-импульсйЫй сигнал с фазой и частотой, умноженными в ч (1,5) раз (фиг.2 г). Иэ сигнала, поступающего с выхода формирователя 2 опорного колебания, формирователь 17 стробирующих импульсов формирует две сдвинутые одна относительно другойона 90 последовательности импульсов, управляющих работой элементов 9 и 1 О выборки и храненияПричем длительность импульсов равна половине периода сигнала, считываемого с аналогового запоминающего блока (фиг.2 г,д,е).Элементы 9 и 10 выборки и хранения интегрируютпоступающий с аналогового запоминающего блока 1 сигнал за время действия импульсов, поступаю-, щих на входы стробирования с формирователя 17 стробирующих импульсов,В результате интегрирования на выходах элементов 9 и 10 выборки и хранения получают две оценки, пропорциональные значениям(8) 15где И - количествокодов, просуммированных накапливающим сумматором за время действия импульсаВремя из мерения" на входе стробирования,Для рассматриваемого примера 25 1В(0,5 3) = - , 7 1 (0,5 3;С) .11 еоРезультаты измерения, находящиеся в регистрах памяти накапливающихсумматоров 13 и 14, индицируются вотсчетных индикаторах 15 и 16., Позаднему Фронту импульса "Время анализа" (Фиг 2 в) происходит обнулениебуферного регистра 5 и сумматора 6кодов. Таким образом, статистическийанализатор конечной разности фазысигнала готов к новым измерениям.Наличие оценок характеристической Функции, измеренных при различных значениях вещественного парамет О ра ч, позволяет в аналитическом виде установить необходимые статистические характеристики конечной разности Фазы сигнала,Выбор оптимального шага квантования ач веществен ного параметра позволяет уменьшитьметодическую погрешность анализатораи нормировать при этом количество необходимых отсчетов характеристической функции, что приводит к выигрышу либо в быстродействии, либо встатистической точности измеренияотсчетов характеристической функции.Таким образом, введение цифровогопикового детектора, постоянного запоминающего блока, буферного регистра, сумматора кодов и делителя частоты позволяет повысить точность опредеделения статистических характеристикисследуемого сигнала,7 ( а ч 3.,С) =сов (дч(С), (5) 7 (ач ,С)=э 3 п(ач.1 у(С, (6)Дпя данного случая7 (0,5 З,С) = сов(0,5 3 Ч(С,7 (0,5 З,С) = зп(0,5 3 ц(С. Проинтегрированные значения напря жений с выходов элементов 9 и 10 выборки и хранения поступают на входы АЦП 11 и 12, Запуск АЦП 11 и 12 производится по заднему фронту импульсов, поступающих на вход стробирования с Формирователя 17 стробирующих импульсов, т. е. сразу после окончания интегрирования. После окончания аиалого-цифрового преобразования АЦПи 12 формируют импульс на выходе "Конец преобразования". Данный импульс поступает на вход синхронизации соответствующего накапливающего сумматора 13 или 14, что вызывает прибавление кода, сформированного на выходе АЦП, к коду, записанному в регистре памяти накапливающего сумматора 13 или 14. А (дч ) = - с. Ч (дч .,С),1В, (а ) = - 2: Ч", (Ь ,С),н Аз(0153) = Х ср (015 ЗвС)11 1538Формула изобретения 143 12 Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала по авт. св.В 1422182, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения точности определения статистических характе" ристик Фазы сигнала, в него введены последовательно соединенные цифро вой пиковый детектор, постоянный запоминающий блок, буферный регистр и сумматор кодов, а также делитель частоты с подключенной к его входу цепью Время измерения , первый вход цифро 24,5 7 2 цщ, дч . 2 ш, ач 2(ш, атьград град град 2 ущ, вград 2 п, град 2 240,5 0,7 12 2 о оо 27,5 7 28 б ое 110 110а о2 275 0.,7 1,5 275,5 .0,6 11 10 10 10 9а О,б ао о32,5 6 33 5о ое а40 5 40,5 4о0000,5 0,50,55 0,50,5 5 0,50,5 15 19,51414 2113 21,51312 24 о е51 451,5 3ае72 3о о0,9 358 0,8 359359 0,8 360 е о98 2020,5 еее 240е8 О 0 7,5О 5 360 81 180 8,51,5 120 92 90 9,52,5 72 1 О3 60 10,53,5 50 114 45 11,54,5 40 125 Зб 12,55,5 32 136 30 13,56,5 27 147 25 14,5 24 1522 15,21 1620 16, 19 1718 17 ь17 1816 18,вого пикового детектора соединен свходом, а второй вход - с выходомФормирователя опорного колебания, выход делителя частоты соединен с входом синхронизации цифрового пиковогодетектора, тактовым входом постоянного запоминающего блока и с входамиобнуления буферного регистра и сумматора кодов, выход последнего соединенс входом управляемого генератора тактовых импульсов, а вход стробирования сумматора кодов - с входом делителя частоты и входами обнуления накапливающих сумматоров,1538143 Составитель Ю. МакаревичТехред М.Ходанич Редак Корректор 1 ф, 1 ароюи Тупиц 3 Подписи Ти Заказ и ГКНТ СС венного комитета. по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 осудар изводственно-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород, ул. Гагари