Адаптивный измеритель параметров сигнала

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 11970251(22) Заявлено 09.04, 81(21) 3270928/18-21с присоединением заявки М 9(23) Приоритет- Опубликовано 301082. Бюллетень 8940 Дата опубликования описания 3010 ф 2 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72 Авторы изобретени Харьковский ордена Ленина авиационный инстим. Н.Е. Жуковского.1 ) Заявитель 54) АДАПТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТ СИГНАЛА я к радиоможет бытьгидролокациных измерений, аметров двиов в условиях информации о пользуетсяпараметрами 10 фазой, частоные 2 30 Изобретение относитсизмерительной техни ке ииспользовано в радио- ионных системах траекторгде для определения паржения излучающих объектограниченной априорнойдинамике их движения иссвязь этих параметров спринимаемого сигнала -той и др.Известно устройство для измерения частоты (периода) сигналов, содержащее последовательно соединен счетчик чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, умножитель и сумматор, счетчик числа нуль-пересечений, вход которого соединен с первым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечен генератор эталонных меток времени,соединенный выходом с вторым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, блок вычитания., ячейку памяти и делитель,при этом выход счетчика числа нуль-пере сечений и первый выход ячейки памя ти подсоединен к входам блока вычи тания, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, второй выход ячейки памяти и выход сумматора подсоединен к входам делителя, поток нудь-пересечений исследуемого сигнала поступает на объеди.ненные входы счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений и счетчик числа нуль-пересечений 1 Д.Однако, при несоответствии динамики движения излучающего объекта принятой модели, точность измерения ухудшается - появляется неизвестная систематическая ошибка, которая по величине может значительно превосходить уровень флюктуационной составляющей ошибки измерения . Следовательно, применение данного устройства в практике траекторных измерений ограничено, так как точность измерения периода сигнала, определяющего относительный доплеровский сдвиг, а следовательно и скорость движения объекта, в значительной мере зависит от динамики движения объекта.Известно также устройство для измерения периода сигналов и их производных, содержащее последовательно соединенные блок прореживания нуль- пересечений и формирователь чисел, соответствующих моментам нуль-пере970251 сечений, счетчик числа нуль-пересечений, вход которого соединен с выходом блока прореживания нуль-пересечений, решающий блок, накапливающий сумматор, блок сравнения, элемент ИЛИ, буферный регистр и ячейку 5 памяти, при этом входы накапливающего сумматора подсоединены к выходам Формирователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, выхо" ды накапливающего сумматора подсое динены к входам буферного регистра,. выходы которого соединены с входами решающего блока, выходы счетчика числа нуль-пересечений соединены с первой группой входов блока сравне-, ния, к второй группе входов которого подсоединена первая группа выхо- . дов ячейки памяти, вторая группа вы- ходов ячейки памяти соединена с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к управляющему входу буферного регистра, поток нуль-пересечений поступает на вход блока прореживания нуль- пересечений.Это устройство обладает большими функциональными возможностями по сравнению с первым, так как позволяет устранить смещения оценки периода, и начальной случайной фазы сигналов, обусловленные ускорениями объекта на 30 .интервале наблюдения, и измерить производную периода 2.Существеннным недостатком такого устройства является низкая точность в условиях ограниченной априорной 35 информации о динамике движения объекта по сравнению с точностью, когда степень полинома выбрана по методу наименьших квадратов из условия минимума суммарной ошибки флюктуаци онной и динамической). Этот недостаток может быть преодолен в адаптивном устройстве, которое по принятому, сигналу в сложившейся помеховой обстановке, выбирает необходимую степень полинома.Цель изобретения - повышение точности измерений параметров сигнала,излучаемого движущимся объектом,приограниченной априорной информации о динамике движения объекта.Поставленная цель достигается тем,что в известное устройство, содержа-щде последовательно соединенные блок прореживания нуль-пересечений ирмирователь чисел, соответствующихментам нуль-пересечений, счетчик. числа нуль-пересечений, вход которого соединен с выходом блока прореживания нуль-пересечений, первый блок сравнения, блок памяти, блок управ ления и решающий блок, причем выходысчетчика числа нуль-пересечений подсоединены к первой группе входов блока сравнения и к адресным входам блока памяти, вторая группа. входов 65 4блока сравнения соединена с выходами блока памяти, а ее выход подсоединен к входу блока управления, дополнительно введены последовательно соединенные формирователь статистик (статистических сумм), блок матричного умножения, формирователь отношения сигнал-шум и второй блок сравнения, выходы которого подсоединены к входам решающего блока, входы Формирователя статистик соединены с выходами формирователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, выходы блока матричного умножения также подсоединены к соответствующим входам второго блока сравнения а вторая группа выходов формирователя статистик соединена с второй группой входов формирователя отношения сигнал-шум, выходы блока памяти подсоединены к соответствующим эходам формирователя статистик, блока матричного умножения, формирователя отношения сигнал-шум и решающего блока, управляющие входы которых соединены с выходами блока управле,.ния, поток исследуемых нуль-пересечений фазового сигнала поступает на вход блока прореживания нуль- пересечений.На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого адаптивного измерителя параметров сигнала на фиг.2-5 даны варианты выполнения с помощью элементов цифровой вьчислительной техники- схем формирователя статнстикблока матричного умножения, формирователя отношения сигнал-шум и блока сравнения соответственно.Измеритель содержит последовательно соединенные блок 1 прореживания нуль-пересечений и формирователь 2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, счетчик 3 числа нуль-пересечений, вход которого соединен с выходом блока 1 прореживания.нуль-пересечений, формирователь 4 статистик, первый блок 5 сравнения, блок 6 матричного умножения,блок 7 памяти, формирователь 8 отношения сигнал-шум, блок 9 управления,блок 10 сравнения и решающий блок 11. Поток исследуемых нуль-пересечений сигнала поступает на вход 12 блока 1 прореживания нуль-пересечений, выходы счетчика 3 числа нуль-пересечений подсоединены к первой группе входов первого блока 5 сравнения и кадресным входам блока 7 памяти, вторая группа выходов первого блока 5 сравнения соединена с выходами блока7 памяти, а ее выход подсоединен квходу блока 9 управления, выходы которого также подсоединены к управляющим входам блока 7 памяти и решающего блока 11, выходы Фоомиоователя2 чисел, соответствующих моментамнуль-пересечений, соединены с входами 13 Формирователя 4 статистик, к вторым входам 14 которого подсоединены соответствующие выходы блока 7 памяти, а к управляющим, входам 15 соответствующие выходы блока 9 управления, первая группа выходов 16 Формирователя 4 статистик подсоединена к входам блока б матричного умножения, вторая группа выходов 17 Формирователя 4 статистик соединена с входами 18 формирователя 8 отношения сигнал-шум, вторая группа входов 19 блока б матричного умножения подсоединена к соответствующим выходам блока 7 памяти, управляющие входы 15 20 блока б матричного умножения соединены с соответствующими выходами блока 9 управления, выходы 21 блока б матричного умножения соединены с входами 22 Формирователя 8 отноше О ния сигнал-шум, управляющие входы 23 которого подсоединены к выходам блока 9 управления, а вторые входы 24 к соответствующим выходам блока 7 памяти, две группы выходов 25 и 26 Формирователя 8 отношения сигналшум подсоединены к входам вторичного блока 10 сравнения, входы 27 которого соединены с выходами 21 блока б матричного умножения, выходы 28 вто-, ЗО рого блока 10 сравнения подсоединены к входам решающего блока 11, к соответствующим входам которого. также подсоединены выходы блока 7 памяти.Измеритель содержит множители 29,34 и 41 для двух чисел, квадраторы 31 и 38, накапливающие суммаТоры 30,32,35 и 39, оперативные запоминающие устройства 33,36 и 42, коммутатор 37; ячейку 40 вычитания, ячейку 43 сравнения двух чисел, многоразрядный ключ 44.Предлагаемый адаптивный измерительпараметров сигнала работает следующим образом.Принимаемая от движущегося иэлу чающего объекта смесь сигнала с амплитудой Б,) , частотой Ео и полной Фазой (г) и шума п(г) имеет вид(1) причем основную информационную нагрузку в сигнале несет полная фаза)ф частоты, пропорциональная 6 Оускорению наблюдаемогообъекта;г - начальный момент времени.Из принимаемой смеси сигнала и )шума после узкополосной фильтрации 65где к - случайная нормальная величикна с нулевым средним и дисперсией Г, .КоэфФициенты полинома (3) непосредственно связаны с интересующими. нас параметрами сигнала известными соотношениями.Частота сигнала лЕ(,ф,) = ттт(4) Период Производная частоты Е (г ) = -дт(гк)/т (г) (6)-Лгде ТН к=к+ фк=Фф(2 к+в)Я(Ък+Ък+(7)+11, Ф"фаза сигнала в заданный моментвремение): кк,н-с,) ) - Н-,)+1 Ио)где г = с(о В известных устройствах Формирование оптимальной оценки значений коэффициентов К =Ос(с), с(с(, упри выбраннОй степени полинома производится методом наименьших квадратов.Для получения наивысшей точности необходимо, подбирать степень аппроксимирующего полинома, что связано с определением коэффициентов поЯинома по ходу вычислений и значительным усложнением вычислителя и уменьшением его быстродействия.Для упрощения технической реализации лучше аппроксимировать вре- менную последовательность нуль-пересеченийгг г ),+с помощью полиномов ЧебышеваЬк=.1 1(к), где ф 1(кТ; к (101 формируется временная последователь= ность нуль-пересечений, которая является входным сигналом для адаптивного измерителя. Так как соседние по времени значения последовательности нуль-пересечений могут быть коррелированными, то в блоке 1 прореживания нуль-пересечений формируется поток статистически независимых нулей процесса делением входной импульсной последовательности в р. раэ. Отсчеты времени, соответствующие моментам выпадения некоррелированных нуль-пересечений, формируются в блоке 2. Дальнейшая обработка входного сигнала производится в предположении, что моменты нуль-пересечений аппроксимируются номиналом степени в.к . В конце выборки на выходе первого блока сравнения появляется импулвс, задающий длительность интервала наблюдения. Указанный импульс поступает на вход блока 9 управления и вырабатывает команду на запрещение поступления чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, в блок Формирования статистик и команду на запись поюжченных статистик в оперативное запоминающее устройство 33 в блоке 4 формйрования статистик. Затем по команде блока 9 управления из блока 7 памяти элементы матрицы у; последовательно посту 15 пают в блок 1 матричного умножения, где в соответствии с выражением (17) умножаются на вызванные из оперативного запоминающего устройства 33"е" 20 элементы вектора статистик ХК 1.-М Нолученные 1 в накапливающем сумматоре 35 в соответствии с (14) суммы представляют собой элементы вектора оцелнок полиномов Чебышева р , которые 5 по команде блока 9 управленияпереписываются в оперативное запоминающее устройство 36. Далее по команде блока управления указанные коэффициентыиз оперативного запоминаю-З 0 щего устройства 36 блока 6 матричного умножения последовательно поступают в Формирователь 8 отношения сигнал-шум, где через коммутатор 37 поочередно подаются на квадратор 38 З 5 на выходе которого последовательно формируются квадраты оценок коэффицило.ентов разложенияи переписываются в оперативное запоминающее устройство 42. По команде блока управления данные числа , также суммируются в накапливающем сумматоре 39, с выходаф а.которого число Х . подается на пер 1=0вые входы блока 49 вычитания, а на вторые входы его вызывается число Мс выходов 17 оперативного эа- ц Кпоминающего устройства 33 Формирователя 4 статистик, На выходе блока 40 вычитания формируется разностьн дт щ ляг7+1 .2.1. Разность умножает-ы -.ося в блоке 41 умножения на число(2 И+1-в) " Х р (1), поступающее из блока 7 памяти, и переписываетсяв оперативное запоминающее устройство 42. С выхода 25 формирователя8 отношения сигнал-шум число (7 Хр (1)подается на первые входы второго блока 10 сравнения в качестве опор ной величины, с которой в нем сравниваются оценки коэффициентов разложения, поступающие на вторую группу входов второго блока сравнения с выходов 26 формирователя 8 65 отношения сигнал-шум. При выполнении неравенства (18) второй блок сравнения чисел вырабатывает управляющий единичный потенциал, открывающий многоразрядный ключ 44, который пропусл .кает числана входы решающего блока 11. Если неравенство не выпол- няется, второй блок сравнения чисел вырабатывает нулевой управляющий потенциал, запирающий многоразрядный ключ 44, запрещая прохождение числав решающий блок 11. Таким образом, путем сравнения во втором блоке 10 сравнения флюктуационной и динамической составляющих ошибки измерения принимается решение о характере динамики движения наблюдаемого объекта и о степени полинома разложения. В решающем блоке 11 в соответствии с правилом (12) осуществляется переход от коэффициентов разложения по полиномам Чебышева и коэффициентам разложения алгебраического аппроксимирующего полинома (5), для чего по команде блока управления подаются числа, соответствующие элементам преобразующей матрицы (12), на выходе решающего блока 11 Формируется вектор оценок параметров сиги-фт л ллнала с. = Ыо к ССгсьи ОФормула изобретенияАдаптивный измеритель параметров сигнала, содержащий последовательно соединенные блок прореживания нуль- пересечений и формирователь чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, счетчик числа нуль-пересечений, вход которого соединен с выходом блока прореживания нуль-гере- сечений, первый блок сравнения, блок памяти, блок управления и решающий блок, причем выходы счетчика числа нуль-пересечений подсоединены к первой группе входов блока сравнения и к адресным входам блока памяти, вторая группа входов блока сравнения соединена с выходами блока памяти, а ее выход подключен к входу блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров сигнала, излучаемого движущимся объектом, при ограниченной априорной информации о динамике движения объекта, дополнительно введены последовательно соединенные Формирователь статистик, блок матричного умножения, формирователь отношения сигнал-шум и второй блок сравнения,выходы которого подсоединены к входам решающего блока, входы формирователя статистик соединены с выходами Формирователя чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, выходы блока матричного умножения также подсоединены к соответст-Увувщим входам второго блока сравнения, а вторая группа выходов формирователя статистик соединена с второй группой входов формирователя отношения сигнал-шум, выходы блока памяти подсоединены к соответствующим входам формирователя статистик, блока матричного умножения, формирователя отношения сигнал-шум и решающего блока, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления, поток исследуемых нуль-пересечений сигнала поступает на вход блока прореживания нуль-пересечений.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Р 700842, кл.б 01 К 23/00, 1979.2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2865396/18-21 Ц 80.