Устройство для определения вероятностных характеристик фазы случайного сигнала

(19) (1 С 7/52 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН тель им астоты,4.84. БПотапокий орнститу второи деторого сое льсовосод мировтельнен сформи емента И, вхов является первым входом э юл. Ф 33ва и Б.Б; Никитиндена Ленина политехт им. 50-летия Великоалистической революульсциия ователя и синхрони т ва одо и ч и соц ции (53 (56 Ф 2 321. 3 (088.1. Авторск 5368, кл, САвторское 9104 кл,етельство СССР(прототип),3. Мирский Г,ределение характпроцессов. М до А паратурное ик случайных ия", 1972. ерис Знер ля ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФАЗЫ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее элемент задержки, счетчик, первый преобразователь фаза - временной интервал, информационный вход которого является первым информационным входом устройства, выход Первого преобразователя фаза - временной интервал соединен с первым входом первого временного селектора, второй преобразователь фаза - временной интервал, информационный вход которого является вторым информационным входом устройства, выход второго преобразователя фаза - временной интервал соединен с первым входом второго времен- ного селектора, выход которого соединен со счетным входом первого делитечастоты и нулевым входом триггера, единичный вход которого подключен к выходу первого делителя часто-, ты, последовательно соединенные форцелью расширения класса решаемыхзадач, в него введены первый, второйтретий и четвертый переключатели, накапливающий сумматор, умножитель частоты, блок памяти и блок регулируемой задержки, причем управляющийвход первого преобразователя фазавременной интервал объединен с вхоумножителя частоты, входом элементазадержки, первым и вторым неподвижными контактами первого переключателя, с первым и вторым неподвижнымиконтактами второго переключателя,вторым входом элемента И, информационным входом блока регулируемойзадержки, управляющим входом второгопреобразователя фаза - временной интервал и подключен к выходу формирователя импульсов, управляющие входыпервого и второго временных селекторов объединены и подключены к выходуумножителя частоты, выход первоговременного селектора соединен с третим, четвертым, пятым и шестым неподвижными контактами первого переключа еля, подвижныи контакт которого с единен со счетным входом счетчика,разрядные выходы которого соединеныс первым информационным входом накапливающего сумматора, выход старшегоразряда счетчика соединен с первымнеподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которогосоединен с вторым информационным входом накапливающего сумматора, управ ляющий вхОд которого подключен к выходу элемента И, выход накапливающего сумматора соединен с информационным входом блока памяти, выход которого соединен с входом начальной ус.тановки первого делителя частоты,с первым управляющим входом блокарегулируемой задержки и подключенк выходу элемента задержки, входзаписи блока памяти соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, первый неподвижныч контакткоторого соединен с вторым информационным входом блока регулируемойзадержки и подключен к выходу второгоделителя частоты, выход триггерасоединен с вторым управляющим входомблока регулируемой задержки, третьими четвертым неподвижными контактамивторого переключателя, пятый неподвижный контакт которого подключен квыходу первого делителя частоты, подвижный контакт второго переключателя соединен с третьим входом элемента И, шестой неподвижный контакт второго переключателя подключен к выходу блока регулируемой задержки.2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулируемой задержки содержит регистр сдвига, кольцевой счетчик и схему сравнения, первая и вторая группы входов которой соединены с соответствующими разрядными выходами регистра сдвига и кольцевого счетчика, выход схемы сравнения является выходом ,блока, счетный вход регистра сдвига ,является первым информационным вхо,дом блока, первым и вторым управляющими входами которого являются соответственно вход сдвига и вход записи регистра сдвига, вход кольцевого счетчика является вторым информационным входом блока.Изобретение относится к специализированным средствам вычислительнойтехники и может быть использовано при создании приборов для измерения вероятностных характеристик фаз квазигармонических сигналов.Известно устройство для измерения вероятностных характеристик, содержащее первый центрирующий фильтр, связанный через модульную схему с аналого-цифровым преобразователем, схемы совпадений, дискриминатор знака, реверсивный счетчик импульсов, схему сравнения, источник постоянного напряжения, второй центрирующий фильтр, соединенный с одним из двух входов схемы сравнения, узел регулируемой задержки, временной селектор, делитель частоты, триггер и кнопочный выключатель, причем второй вход схемы сравнения связан с источником постоянного напряжения, а ее выход подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя и входу временного селектора через узел регулируемой задержки, выход которого также соединен с подвижным контактом первой линии трехлинейного двухполюсного переключателя, причем один неподвижный контакт этой 10 15 20 25 30 линии связан с выходом схемы сравнения, подвижный контакт второй линии переключателя соединен с входом схемы сравнения, первый неподвижный контакт подключен к входному зажиму источника второго процесса, а второй неподвижный контакт соединен с вторым неподвижным контактом третьей линии, первый неподвижный контакт которой подключен к входному зажиму источника первого случайного процесса, а ее подвижный контакт связан через однополюсный переключатель с входами модульной схемы и дискриминатора знака, выходы дискриминатора ,присоединены через двухлинейный переключатель к входам схем совпадений 1 .Однако устройство не позволяет измерять вероятностные характеристики фазы случайного сигнала в широком диапазоне частот.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения вероятност-. ной характеристики случайной фазы, содержащее последовательно соединенные первый временной селектор и счетчик импульсов и последовательно соединенные второй временной селектор,11123 40 45 Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения вероятностных характеристик фазы случайного сигнала, содержащее элемент задержки, счетчик, первый преобразователь фаза - временной интервал, информационный вход которого является первым информационным входом устройства, выход первого преобразователя фаза - временной интервал соеди 50 55 нен с первым входом первого временного селектора, второй преобразовас тель фаза - временной интервал, информационный вход которого является вторым информационным входом устройства, выход второго преобразователя фаза - временной интервал соединен с первым входом второго временного селектора, выход которого соединен 3первый деЛитель частоты и триггер,а также два преобразователя фаза -временной интервал (ПФВИ), формирователь импульсов, генератор импульсов, элемент задержки, регистр памяти, второй делитель частоты и элементИ, причем вход формирователя импульсов соединен с входом синхронизацииустройства, а выход - с входом генератора импульсов, одним из входов 1 Ообоих ПФВИ, установочным входом первого делителя частоты, входом второгоделителя частоты и с одним из входовэлемента И, два других входа которогоподключены к выходу триггера и выходу второго делителя частоты соответственно, выход элемента И соединенс управляющим входом регистра памяти,информационные входы которого подключены к разрядным выходам счетчикаимпульсов соответственно, другие входы ПФВИ являются входами устройства,выходы первого и второго ПФВИ подключены к первым входам первого и второго временных селекторов соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора импульсов,выход второго временного селекторасоединен с другим входом триггера,а управляющий вход счетчика импульсов через элемент задержки подключенк выходу формирователя импульсов 21,Однако известное устройство позволяет измерять только одну вероятностную характеристику фазы квазигар 35монического сигнала, т.е. условноематематическое ожидание.Целью изобретения является расширение класса решаемых задач,со счетным входом первого делителя частоты и нулевым входом триггера, единичный вход которого подключен к выходу первого делителя частоть 1, последовательно соединенные формирователь импульсов и второй делитель частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, вход формирователя импульсов является входом синхронизации устройства, введены первый, второй, третий и четвертый переключатели, накапливающий сумматор, умножитель частоты, блок памяти и блок регулируемой задержки, причем управляющий вход первого преобразователя .фаза - временной интервал объединен с входом умножителя частоты, входом элемента задержки, первым и вторым неподвижными контактами первого переключателя, с первым и вторым неподвижными контактами второго переключателя, вторым входом элемента И, информационным входом блока регулируемой задержки, управля" ющим входом второго преобразователя фаза - временной интервал и подключен к выходу формирователя импульсов, управляющие входы первого и второго временных селекторов объединены и подключены к выходу умножителя частоты, выход первого временного селектора соединен с третьим, четвертым, пятым и шестым неподвижными контактами первого переключателя, подвижный контакт которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с первым информационным входом накапливающего сумматора, выход старшего разряда счетчика соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с вторым информационным входом накап" ливающего сумматора, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И, выход накапливающего сумматора соединен с информационнымвходом блока памяти, выход которого соединен с входом начальной первого делителя частоты, с первым управляющим входом блока регулируемой задержки и подключен к выходу элемента задержки, вход записи блока памяти соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с вторым информационным входом блока регулируемой задержки и подключен квыходу второго делителя частоты, выход триггера соединен с вторым управляющим входом блока регулируемойзадержки, третьим и четвертым неподвижными контактами второго переключателя, пятый неподвижный контакткоторого подключен к выходу первогоделителя частоты, подвижный контактвторого переключателя соединен стретьим входом элемента И, шестой 10неподвижный контакт второго переключателя подключен к выходу блока регулируемой задержки,Кроме того, блок регулируемойзадержки содержит регистр сдвига, 15кольцевой счетчик и схему сравнения,первая и вторая группы входов которой соединены с соответствующимиразрядными выходами регистра сдвйгаи кольцевого счетчика, выход схемысравнения является выходом блока,счетный вход регистра сдвига является первым информационным входом блока, первым и вторым управляющими вхо.дами которого являются соответственно вход сдвига и вход записи регистрасдвига, вход кольцевого счетчикаявляется вторым информационным входомблока.На чертеже приведена блок-схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит формирователь1 импульсов, умнбжитель 2 частоты,элемент 3 задержки, первый переключатель 4, первый делитель 5 частоты,элемент И 6, второй делитель 7 частоты, вход 8 регистра сдвига, блок 9регулируемой задержки, второй переключатель 10, два преобразователяфаза - временной интервал 1 1 и 12, 4 Одва временных селектора 13 и 14,счетчик 15, накапливающий сумматор16, третий переключатель 17, блок 18памяти, четвертый переключатель 19,триггер 20, регистр 21 сдвига блока 9 45регулируемой задержки, схему 22 сравнения блока 9 и кольцевой счетчик 23блока 9. Вход формирователя 1 импульсов50 является входом синхронизации устройства. Выход формирователя 1 импульсов соединен с входом умножителя 2 частоты, входом элемента 3 задержки, первым и вторйм неподвижными контактами первого переключателя 4, с вхо 55 дом первого делителя 7 частоты и вторым входом элемента И 6. Установочный вход делителя 7 частоты соединен с соответствующим управляющим входомблока 9 регулируемой задержки, первый информационный вход которого соединен с первым и вторым неподвижными контактами второго переключателя 10, а также управляющими входамиПФВИ 11 и 12, информационные входыкоторых являются соответствующимиинформационными входами устройства,Выходы ПфВИ 11 и 12 соединены соответственно с информационными входамивременных селекторов 13 и 14, управляющие входы которых соединены с выходом умножителя 2 частоты. Выходселектора 13 соединен с третьим,четвертым, пятым и шестым неподвижными контактами первого переключателя 4, подвижный контакт которогосоединен с входом счетчика 15, Разрядные выходы счетчика 15 соединеныс первым информационным входом накапливающего сумматора 16, причемстарший разряд счетчика 15 соединенс первым неподвижным контактом третьего переключателя 17. Подвижный контакт третьего переключателя 17 соединен с вторым информационным входомнакапливающего сумматора 16. Выходнакапливающего сумматора 16 соединенс входами блока 18 памяти, выход которого соединен с установочным входом счетчика 15, Вход записи блока 18памяти соединен с подвижным контактом четвертого направления переключателя 19, первый неподвижный контакткоторого соединен с выходом делителя 7 частоты и входом кольцевогосчетчика 23 блока 9 регулируемой задержки. Вход считывания блока 18 памяти соединен с выходом элемента 3задержки и информационным входом блока 9 регулируемой задержки, соответствующий управляющий вход которогосоединен с выходом триггера 20,третьим и четвертым неподвижными контактами второго перекЛючателя 10,пятый неподвижный контакт которогосоединен с выходом первого, делителя5 частоты. Блок 9 регулируемой задержки может быть выполнен различным образом 31. В предлагаемом устройствеон содержит последовательно соединенные регистр 21 сдвига, схему 22 сравнения и кольцевой счетчик 23, причемвыход схемы 22 сравнения являетсявыходом блока 9 регулируемой задержки, а обе группы входов схемы 22сравнения соединены соответственно1112377 10 При измерении безусловного среднего значения переключатели ставятся 25 30 35 Г йК = - = 360 10 , (Г - частота опорно-. м рго сигнала; Г - частота следования импульсов с выхода умножителя 2 час тоти), К = 360 /Кц.Импульсы с выхода временного селектора .13 поступают на вход счетчика 15, на вход начальной установки которого поступает код с выхода бло ка 18 памяти (в этом режиме работы- нуль).Таким образом, счетчик 15 подсчитывает количество импульсов Кп в течение каждого периода опорного сигнала (одного такта измерения). В конце каждого такого периода осуществляется перезапись кода числа Кпх из счетчика 15 в накапливающий сумматор 16 по команде, поступающей . 55 с элемента И 6. В результате отношение числа В импульсов, накопленных с разрядными выходами кольцевогосчетчика 23, вход которого являетсясоответствующим информационным входом блока 9 регулируемой задержки,и разрядными выходами регистра 21 сдвига, вход которого является другим информационным входом блока 9 регулируемой задержки, а вход записи ивход сдвига регистра 21 сдвига явля"ются соответствующими управляющимивходами блока 9 регулируемой задержки. Выполнить предлагаемое устройство можно, например, на стандартных интегральных схемах серии 140 и 155. в положение "1", Сигнал с исследуемой случайной фазой поступает на преобразователь ПФВИ 11. Сигнал опорнойчастоты поступает на формирователь 1 импульсов, который формирует корот. кие импульсы в момент, например, положительных переходов опорного сигнала через нулевое значение. Выходнойсигнал ПФВИ 11 открывает. временнойселектор 13 на время 4 . Интервалллвремени о, заполняется квантующимиФ импульсами, поступающими от умножителя 2 частоты. Количество импульсовв пачках и;, формируемых на выходевременного селектора 13 в выбранноммасштабе, определяет значение фазыв момент времени где К - масштабный коэффициент. Здесь в накапливающем сумматоре 16 за интервал измерения.Тц, к числу выборокявляется оценкой математическогоожидания случайной фазы сигналайп (=В/й=,Е 1 о,/И,5Общее число выборок М задаетсяделителем 7 частоты, С появлениемна выходе делителя 5 частоты сигналапереполнения на входе элемента И 6появляется запрещающий потенциал.На этом цикле измерения заканчивается, и значение оценки математического ожидания поступает в блок 18 памяти.Величины среднеквадратических от"клонений измеряются в положении "2"переключателей. При этом импульсы,образующиеся на выходе временногоселектора 13, поступают в счетчик 15,20 в который перед каждым измерениемв дополнительном коде вводится значение оценки математического ожидания по команде управляющего сигнала"Считывание" в блоке 18 памяти. Приэтом код разности, формируемый всчетчике 15 и пропорциональный значению приращения фазы аЦ) (1:;) =Я(1,)- - ш (ф ), поступает в накапливающий сумматор 16. Суммирование выполняется без учета знака разности(контакт "2" второй линии переключателя 17 разомкнут), По истеченииИ 1 выборов в сумматоре накапливается число А = 2/3 И,б ) (коэффициентопределяется законом распределения вероятностей).Если теперь на вход ПФВИ 11 податьнапряжение реализации второго случайного процесса и цикл измерений повторить, предварительно выставив коэффициент пересчета делителя 7 частотыравным Я 10 М/А, то в сумматоре8получаем непосредственно отношениеоценок среднеквадратических отклонений процессов, т.е. 1 "() и 6" (ф).При измерении условного математического ожидания переключатели ставятся в положение "4", а на ЛФВИ 11и 12 подключают сигналы с исследуемыми стационарно связанными флуктуирующими фазами. Сигнал опорной частоты поступает на формирователь 1импульсов. Выходные сигналы ПФВИ 11и 12 открывают временные селекторы13 и 14 на времяОиь, которые заполняются квантующими импульсами, поступающими с умножителя 2 частоты.Количество импульсов в пачках п,и(фк(С,) = Ки; и Ц(г.) = Кп ,Импульсы с выхода временного селектора 13 поступают на вход счетчика 15, на вход начальной установкикоторого поступает с блока 18 памятиперед каждым тактом измерения коднуля (т.е. после записи кода, равного Кп к, в накапливающий сумматор 16к 1счетчика 15 сбрасывается в нуль),Импульсы с выхода временного селектора 14 поступают на нулевой входтриггера 20 непосредственно, а наединичный вход триггера 20 - черезделитель 5 частоты, Коэффициент деления К, делителя 5 частоты выбирает"ся в соответствии с выбранным уровнем анализа, относительно которогоопределяется условное математическоеожидание,Если количество импульсов в пачкена выходе временного селектора 14равно коэффициенту деления делителя5 частоты (и= К), то на выходеделителя 5 час готы появляется импульс,поступающий на вход триггера 20, навыходе которого формируется разрешающий потенциал, С приходом импульсас выхода формирователя 1 импульсовна выходе элемента И 6 появляетсяимпульс, разрешающий поступление кода счетчика 15 в накапливающий сумматор 16. Импульс с выхода элемента3 задержки устанавливает в исходное35(нулевое) положение делитель 5 частоты и счетчик 15 сигналом с выхода блока 18 памяти, В исходное состояниетриггер 20 возвращается первым импульсом умножителя частоты, проходящим через селектор 14 в следующемтакте работы,Если и с К, то на выходе дели 45 теля 5 частоты ймпульс не появляется и перезапись кода со счетчика 15 в накапливающий сумматор 16 не происхо. дит. Счетчик 15 и делитель 5 частоты в конце цикла измерения устанавливаются в исходное (нулевое) положение.50 Если и = К,с + 1, то на выходе делитеЗ 1 бля 5 частоты появляется импульс, который приводит к тому, что на выходе триггера 20 появляется разрешающий потенциал для элемента И 6, однако импульс, порядковый номер которого равен и; = К + 1, с выхода временного селектор 14 возвращает триггер 20 в исходное состояние еще до появления очередного импульса с выходаэлемента 3 задержки и, таким образом,в данном случае тоже перезапись кодасо счетчика 15 в накапливающий сумматор 16 не происходит,Отношение числа импульсов, накопленных в накапливающем сумматоре 16за интервал измерения, к числу выборок Б пропорционально оценке опредеСляемого условного математическогоожиданиясгицкц=ц 1=С/й =2: 1 и;/йс,Изменяя коэффициент деления делителя 5 частоты, можно измерить функциюрегрессии случайной фазы сигнала,При измерении функции корреляциипереключатели находятся в положении"3", в результате чего включаетсяблок 9 регулируемой задержки. Исследуемый сигнал х(й) подключается квходам обоих ПФВИ 11 и 12, а в делителе 5 частоты устанавливается коэффициент деления К. в соответствиис выбранным уровнем анализа, оптимальное в смысле минимума продолжительности измерения значение для нормального закона распределения случайнойфазы равно шр ) - 1,41 д (Ср). В блоке 9 регулируемой задержки устанавливается начальное значение аргумента функции корреляции (Эр ( С ).лУстройство .работает принципиально так же, как и при измерении условного математического ожидания, Но.поскольку перезапись кода со счетчика 15 в накапливающий сумматор 16производится только при наличии сигнала с выхода схемы 22 сравнения натретьем входе элемента И 6, то устройство определяет условное среднеезначение фазы исследуемого сигналаол+) относительно моментов выполнения условий Ц= Кик 1 к 1Кс К Центрирование значений фазы исследуемого сигнала х(С) выполняется следующим образом. Перед. каждым измерением в счетчике 15 устанавливается код среднего значения, как при измерении среднеквадратического отклонения, но суммирование в накапливающем сумматоре 16 выпочняется. с учетом знака кода(1 + ю ) в соЛ( 1ответствии с подготовительным управляющим сигналом на входе накаплива1112377 14 13 Составитель Л. ИвановаРедактрр О. Юрковецкая Техред М .Гергель Корректор А, Тяско Заказ 6460/34 Тираж 698 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород ул, Проектная, 4 запрещающий потенциал. На этом цикл измерения Тпри данном уровне ,анализа закайчивается.Надлежащий выбор коэффициента деления делителя 7 частоты Ьозволяет 5 получить прямой отсчет оценки изменяемой вероятностной характеристики.ф ФПредлагаемое устройство позволяе т получа ть оценки условного и б е з услонного математического ожидания ,среднеквадратических отклонений иих отношений, функций регрессии, нор.мированных корреляционных функций,функции и плотности распределениявероятностей случайной фазы исследуемого сигнала в диапазоне частот,что значительно расширяет функциональные возможности приборов для измерения статистических характеристик сигналов,