Статистический анализатор конечной разности фазы

ОЮЗ СоаЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХЕСПБЛИК С 01 Н 25/О ЛИСАНИ ОсудАРстаенный кОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ РСКСМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Омский политехнический институт(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЕЧНОЙ РАЗНОСТИ ФАЗЫ(57) Изобретение может быть использовано в статистических анализаторахфазы. Цель изобретения - расширенйечастотного диапазона. Анализатор обес печивает запоминание входной информации аналоговым запоминающим блоком1, В последнем частота считывания вК раз больше частоты дискретизациивходного сигнала. Два канала параллельно определяют мнимую и действительную части характеристическойфункции. Каждый из каналов содержитблок 3(4) выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 5(6),накапливающий сумматор 7(8) и отсчетный блок 9(10), Анализатор содержиттакже формирователь 2 опорного колебания, управляемый генератор 11 тактовых импульсов и формирователь 12,стробирующих импульсов. 1 з.п, ф-лы,6 ил, 1 табл.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик случайной фазы сигна 5 ла.Цель изобретения - расширение ди" апазона частот исследуемого сигнала.На фиг. 1 приведена структурная схема статистического анализатора ко нечной разности фазы сигнала; йа фиг. 2 - структурная схема аналогового запоминающего блока; на фиг, 3 - структурная схема формирователя стробирующих импульсов; на фиг. 4 и 5 - 5 таблицы коммутации входов и выходов соответственно первого и второго коммутаторов; на фиг, 6 - временные диаграммы работы статистического анализатораа. 20Статистический анализатор содержит аналоговый запоминающий блок АЗБ) 1, формирователь 2 опорного колебания, первый 3 и второй 4 блоки выборки и хранения, первый 5 и второй 6 анало го-цифровые преобразователи (АЦП), первый 7 и второй 8,накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10 отсчетные блоки, управляемый генератор 11 тактовых импульсов и формирователь 30 12 стробирующих импульсов.Входом статистического анализатора служат объединенные входы АЗБ 1 и формирователя 2 опорного колебания, выход первого из которых подключен к,35 объединеннь 1 м входам первого и второго каналов преобразований, каждый иэ которых содержит последовательно соединенные соответственно первый 3 и второй 4 блоки выборки и хранения, 40 первый 5 и втброй 6 АЦП, первый 7 и второй 8 .накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10 отсчетные блоки. Управляющим входом статистического анализатора служат объединен ные вход управляемого генератора 11 тактовых импульсов и первый вход формирователя 12 стробирующих импульсов. Первый выход управляемого генератора 11 тактовых импульсов подключен к объединенным тактовому входу формирователя 2 опорного колебания и первому тактовому входу АЗБ 1, второй тактовый вход которого соединен с вторым выходом управляемого генерато"55 ра 11 тактовых импульсов. Первый и второй выходы формирователя 12 стробирующих импульсов соединены с входами стробирования соответственно первого 3 и второго 4 блоков выборки и хранения, а вход - с выходом формирователя 2 опорного колебания. Кроме этого, входы синхронизации АЦП 5 и 6 соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 12 стробирующих импульсов, выходы конца преобразования . - с входами синхронизации соответственно первого и второго накапливающих сумматоров 7 и 8, входы стробирования которых объединены и подключены к входу "Время измерения статистического анализатора конечной разности фазы сигнала.АЗБ 1 служит для изменения вещественного параметра характеристической функции путем умножения фазы исследуемого сигнала, что достигается запоминанием дискретных значений входного напряжения эа период исследуемого сигнала и считыванием их с частотой импульсов считывания в К раэ больше частоты импульсов дискретизации. АЗБ 1 содержит первую 13 и вторую 14 линии задержки, объединенные входы которых соединены с входом АЗБ 1, триггер 15, первый 16 и второй 17 коммутаторы, управляющие входы которых подключены к выходу триггера 15, первый 8 и второй 19 счетчики импульсов, первый 20 и второй 21 ключи, выходы которых подключены соответственно к тактовым входам первой 13 и второй 14 линий задержки и соответственно к входам первого 18 и второго 19 счетчиков . импульсов, выходы которых подключены соответственно к вторым управляющим входам первого 20 и второго 21 ключей, первый 22 и второй 23 формирователи, вход первого из которых подключен к входам линии 13 и 14 задержки, а вход второго - к выходу коммутатора 17 и соединен с выходом АЗБ 1, и делитель 24 частоты. Вход последнего подключен к выходу формирователя 22, а выход - к входу триггера 15, к управляющему входу второго формирователя 23 и к первым управляющим входам первого 20 и второго 21 ключей, входы которых подключены соответ"твенно к первому и второму выходам коммутатора 16, первый вход которого является первым тактовым входом АЗБ 1, а второй - вторым тактовым входом АЗБ 1. Выходы линий 13 и 14 задержки подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора 17,вто 3 14221рой управляющий вход которого подключен к выходу формирователя 23.Линии 13 и 14 задержки могут бытьреализованы с использованием микросхем дискретных линий задержки наприборах с зарядовой связью, При этомчисло и запоминающих ячеек каждой излиний 13 и 14, равное емкости счетчиков 18 и 19, выбирается исходя из 10требования, чтобы п, умноженное напериод следования импульсов с второго выхода управляемого генератора 11тактовых импульсов, было больше одного, но меньше двух периодов входного сигнала.Коммутатор 16 предназначен дпяподключения первого и второго тактовых входов АЗБ 1 к входам первого 20или второго 2 ключей. Таблица коммутации входов и выходов коммутатора16 в зависимости от состояния триггера 15 приведена на фиг. 4, Например, если Т=1, первый вход коммутатора соединен с вторым выходом, а 25второй вход - с первым выходом, следовательно, первый тактовый входАЗБ 1 - с входом второго ключа 21,а второй тактовый вход АЗБ 1,- с входом первого ключа 2030. Коммутатор 17 служит для подключения выхода первой 13 или второй 14линий задержки к выходу АЗБ 1. Таблица коммутации входов коммутатора17 в зависимости от состояния триггера 15 приведена на фиг. 5. Комму 35татор 17 имеет также второй управляющий вход, при появлении на которомсигнала, соответствующего уровню логической единицы, происходит отключение входов коммутатора 17 от еговыхода.Формирователь 2 опорного колебанияпредставляет собой аналоговую линиюзадержки с временем задержки Г, Вре.мя задержкиздесь должно соответствовать параметру Г конечной разнос.ти фазы сигнала:Ч (С) =4 УИ ) = (С ) -(-7),50статистический анализ которой выполняется.Формирователь 12 стробирующих импульсов обеспечивает формирование импульсов, управляющих работой блоков3 и 4 выборки и хранения, длительность которых равна половине периодасигнала, действующего на входе блоков3 и 4, и сдвинутых один, относительно 82 4другого на четверть периода, Формирователь 12 содержит (фиг. 3) фазовый детектор 25, фильтр 26 нижних частот,преобразователь 27 напряжения, первый 28 и второй 29 триггеры, логический элемент ИСКЛЮЧАЮ 6 ЯЕ ИЛИ 30, управляемый делитель 31 частоты. Формирователь 12 стробирующих импульсов представляет собой умножитель частоты с коэффициентом 4 К, где К - цифровой код, действующий на первом входе формирователя 12, работа его основана на принципе умножения частоты в системе ФАП. Коэффициент умножения 4 К здесь определяется коэффициентом деления частоты цепи, содержащей последовательно соединенные триггеры 28 и 29 и управляемый делитель 31 частоты. Числовой эквивалент кода К выбираетсяравным вещественному параметру характеристической функции Ч,.Блоки 3 и 4 выборки и хранения интегрирующего типа предназначены для интегрирования сигнала, действующего на первом входе, за время действия импульса на втором входе, Сброс интеграторов осуществляется по переднему фронту стробирующих импульсов,Управляемый генератор 11 тактовых импульсов предназначен для формирования последовательности тактовых импульсов с частотами Г на своем перУвом выходе и КГ на втором выходе,.Каждый из накапливающих сумматоров 7 и 8 содержит сумматор, регистр памяти, запись в который производится при действии импульса на входе синхронизации накапливающего сумматора при наличии сигнала с уровнем логической единицы на входе стробирования, и одновибратор, обеспечивающий сброс содержимого регистра памяти при появлении переднего фронтаимпульс, на входе стробирования.Отсчетные блоки 9 и 10 обеспечивают цифровую индикацию отсчетов характеристической функции А(Ч, иВ(Ч,) и содержат дешифратор и цифровой индикатор,Статистический анализатор работает .следующим образом,Измерение оценок характеристичес-,кой функции производится при выбранном значении вещественного параметра7, При этом (в общем случае) на управляющий вход статистического анализатора подается код числа К,равныйвыбранному значению вещественного па-.раметра Ч. Измерение оценок характеристической функции при Ч=К(Ч=2)следующее.(в скобках приводятся соотношения для конкретного значениявещественного параметра Ч=2).При Ч,=К (Чр 2) управляемый генератор 11 тактовых импульсов формирует Ра своем первом выходе последовательность импульсов с частотой следования Г, а на втором выходе - с частотой КГ (2 Г ). Исследуемый сигналпоступает на входы АЗБ 1 и Формирователя 2, который Формирует опорныйсигнал.На второй вход формирователя 12стробирующих импульсов поступает сигнал с частотой опорного сигнала Гс,а на первый вход подается код числаК (2), Таким образом, на выходе преобразователя 27 напряжения в частотудействует последовательность импульсов с частотой 4 КГ (8 Гс), а на выходе триггера 29 - с частотой КГ (2 Г )1и длительностью в ( в ). На выходе2 КГ 4 Гс.логического элемента ИСКЛ 1 ОЧАйИЕЕ ИЛИ30 действует последовательность импульсов с частотой К (21 ) и дли 1 1тельностью в в ( -), сдвинутая от 2 КГ, 4 Г,носительно последовательности импульсов с выхода триггера 29 на -(-),т, Т,1 1что соответствует в (-) части перио 4 К Бда опорного сигнала, Для Ч =2 последовательности стробирующих импульсовс выходов формирователя 12 стробирующих импульсов показаны на фиг, бд,е,В исходном состоянии счетчики 18и 19 импульсов и триггер 15 обнулены,а на выходе формирователя 23 установлен потенциал логичесКого нуля. Циклизмерения отсчетов характеристической функции начинается с появленияпереднего фронта импульса на входеВремя измерения статистическогоанализатора. При этом происходит обнуление содержимого накапливающихсумматоров 7 и 8,Исследуемый сигнал (фиг. 6 в) поступает на входы линий 13 и 14 задержки и на вход формирователя 22,который формирует импульсы в моментыпересечения исследуемым сигналом нулевого уровня. Делитель 24 частоты,коэффициент деления которого равен 4,формирует импульсы (Фиг, 6 б), которые управляют состоянием триггера 5(фиг. 6 в), а также открывают ключи20 и 21 и устанавливают выход Формирователя 23 в нулевое состояние. Допускают, что импульс с выхода делителя 24 частоты устанавливает триггер15 в единичное состояние, открываетключи 20 и 2. и устанавливает выходО формирователя 23 в нулевое состояние.В этом случае в соответствии с таблицей коммутации (фиг. 4) на управляющий вход линии 13 задержки через ключ20 поступают импульсы с второго входаАЗБ 1 с частотой КГ (21), а на управляющий вход второй линии 14 задержкичерез ключ 21 импульсы с первого входа АЗБ 1 с частотойВ указанном режиме линия 14 задерж 20 ки запоминает мгновенные значения исследуемого сигнала в моменты появления на ее управляющем входе импульсов с частотой 1 . Счетчик 19 импульсов производит подсчет этих импуль 25 сов. Как только его содержимое достигает и, что соответствует числу ячееклинии задержки, он закрывает ключ 21,тем самым прекращая подачу импульсовна линию 14 задержки,30 Следующий импульс с выхода делителя 24 частоты переводит триггер 15 внулевое состояние, открывает ключи 20и 21 и устанавливает выход формирователя 23 в нулевое состояние. При этом35согласно таблице коммутации входов ивыходов коммутатора 16 на управляющийвход линии 13 задержки через ключ 20проходят импульсы с первого входа АЗБ1 с частотой Г, а на управляющийвход линии 14 задержки через ключ 21 со второго входа АЗБ 1 с частотойК ,2 Г ), Кроме того, в этом случаесогласно таблице коммутации коммутатора 17 (фиг, 5, при Т=О) выход второй линии 14 задержки оказываетсяподключенным к выходу АЗБ 1, Следовательно, при Т=О происходит последовательное считывание из линии 14 техмгновенных значений напряжения, кото 50рые были запомнены при Т=1, Так какчастота тактовых импульсов на управляющем входе линии 14 теперь в К(2)раз больше, запомненный при Т=1 отрезок входного напряжения считывается за время, в К раз меньшее, Крометого, как только считываемое напряжение, действующее на выходе коммутатора 17, пересекает уровень, изменяясь иэ отрицательной области в поло 1422182жительную, срабатывает формирователь 23, на его выходе появляется логическая единица и входы коммутатора 17 отключаются от выхода. Поэтому на выходе АЗБ 1 формируется отрезок сигна 5 ла, (фиг. 6 г) длительность которого равна периоду входного сигнала, уменьшенному в К(2) раз.В этом же режиме Т=О запоминание мгновенных значений входного сигнала производится уже линией 13 задержки, на управляющий вход которой поступаЪ ют импульсы с частотой Гу . Однако считывание этого напряжения с часто той импульсов .считывания К производится только после того, как триггер 15 снова устанавливается в единичное состояние (фиг, 6 в, г). Такой процесс попеременной записи и считывания с более высокой частотой из линий 13 и 14 задержки производится в течение всего времени измерения оценок характеристической функции при выбранном значении параметра Ч,. 25Таким образом, на выходе АЗБ 1 формируется кусочно-импульсный сигнал с фазой, умноженной на К (в указанном примере удвоенной фазой),который подается на блоки 3 и 4 выбор /.ки и хранения, на управляющие входы которых подаются стробирующие импульс сы (фиг. 6 д и е соответственно).Блоки 3 и 4 выборки и хранения интегрируют поступающий на их входы сигнал за время действия стробирующих импульсов на их управляющих входах,и на выходах блоков 3 и 4 в общем случае получаются две квадратурное оценки, пропорциональные значе киямч,"(ч ,)=сов ч (с);ч (ч )= ч 4)где У ( 1 ) случайный процесс ( конеч 45ная разность фазы).Для указанного примера (Ч,=2)У (У,=2,1)=сов 2 Ч(С);Чу (Ч=2,1)=з 1 п 2 У(1).50Напряжения с выходов блоков 3 и 4 поступают на входы. АЦП 5 и 6. При этом запуск последних производится при появлении задних фронтов импуль-. сов на их входах синхронизации, т,е.,55 сразу после окончания действия стробирующего импульса на соответствующем выходе формирователя 12 стробирующкх импульсов. После завершения аналого-цифрового преобразования на выходе "Конец преобразования" АЦП 5 и 6 формируется импульс, который, поступая на вход синхронизации соответствующего накапливающего сумматора 7 или 8, вызывает прибавление ко" да, сформированного на выходе АЦП 5 или 6, к числу, записанному к настоящему времени в накапливающем суммато" ре 7 илк 8.Цикл измерения отсчета характеристической функции заканчивается после завершения действия импульса на входе 11 11Время измерения статистического анализатора. Таким образом, если за время измерения сформировано И импульсов на выходе целителя 24 частоты или уложатся 2 И периодов входного сигнала, в накапливающих сумматорах 7 и 8 получают цифровые коды чисел, пропорциональных действительной и мнимой частям характеристической функции:А(ч )= Х ч(ч, );с:аДля указанного примера Ч,=2Результаты измерения, хранящиеся в накапливающих сумматорах 7 и 8, индицируются в отсчетных блоках 9 к 1 О, Количество оценок действительной и мнимой частей характеристической функции равно числу значений вещественного параметра характеристической функции. Наличие их при различных значениях вещественного параметрапозволяет в аналитическом виде устанавливать необходимые статистические характеристики конечной разности Фазы сигнала.Таким образом, введение аналогового запоминающего блока и выполнение двух каналов преобразования ис" следуемого сигнала в виде последова-тельно соединенных блоков выборки и хранения, АЦП и накапливающего сумма" тора позволяет расширить частотный диапазон, обеспечить высокую точностьсигнала, вторые входы которых соединены соответственно с вторыми входами блоков выборки и хранения и аналогоцифровых преобразователей, при этом5 управляющие входы накапливающих сумматоров соединены с клеммой сигнала времени измерения,2, Анализатор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что аналоговый О запоминающий блок содержит две линии задержки, объединенные входы которых соединены с входом аналогового запоминающего блока, триггер, два коммутатора, управляющие входы которых сое динены с входом триггера, два счетчика импульсов, два ключа, выходы которых соединены соответственно с тактовыми входами первой и второй линии задержки и с входом соответственно 20 первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых соединены соответственно с первыми управляющими входами первого и второго ключей, дваформирователя, вход первого из которых соединен с входами линий задержки, а вход второго - с выходом второго коммутатора и выходом аналогового запоминающего блока, а также делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого формирователя, а выход - с входом триггера, управляющим входом второго формирователя и с вторыми управляющими входами первого и второго ключей, сигнальные входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами первого коммутатора, первый вход которого соединен с первым тактовым входом аналогового запоминающего блока, а второй вход - с вторым тактовым входом аналогового запоминающего блока, причем выходы линий задержки соедине ны соответственно с первым и вторым входами второго коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с выходом второго формирователя.АЗУ 7