Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала

(19 1 К 25 БРЕТ СТВ достигается выбора оптимал ного параметра кции (чч ) в ического ожида са ст 77(088 в Ю.И, туаций истич ские анамск,тво СССР5/00, 1987. идетел001 К ГОСУДАРСТВВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07 НРЫТИЯМПРИ ИНТ СССР ИСАНИЕ ИВТОРСНОМУ СВИДЕ(21) 4458288/ (22) 11.07.88 (46) 30.03.90 (71) Омский п (72) Ю.И.Вешк и О.Г.Лукиных .(53) 621317, (56) Вешкурце лизаторы Флюк 1979, с. 12.Авторское В 1422182, кл Бюл. У 12 литехнический инстиурцев, С,М,Новиков(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЕЧНОЙ РАЗНОСТИ ФАЗЫ СИГНАЛА(57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может бытьиспользовано для определения статистических характеристик фазы сигнала.Цель изобретения - повьппение точностиопределения вероятностных характерисИзобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть исполь. зовано для измерения статистичечких характеристик случайной фазы сигналов,Цель изобретения - повьппение точ: ности определения статистических характеристик фазы сигнала.Ца Фиг. 1 приведена структурная схема ститистического анализатора конечной разности фазы сигнала; на фиг, 2 - структурная схема блока задания параметра (БЗП) характеристической Функции, на фиг. 3 " временные диаграммы работы статистического анализатора. ик случайного процес утем автоматического ых значений веществе арактеристической фу ависимости от матема ния исследуемого случайного процес отдельно для ветви определения дей вительной составляющей характеристической функции (ч 1,) и ветви определения мнимойсоставляющей характеристической Функции (ч). По измеренным оценкам определяют значения мнимой составляющей В(ч) и действительной , составляющей А(ч,) характеристической3функции. Это позволяет снизить случайную составляющую погрешности измерения оценок характеристическоц функ" ции, что, в свою очередь, дает возмож. ность повысить точность определения вероятностных характеристик исследуемого случайного процесса. 3 ил. Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала содержит первый 1 и второй 2 аналоговые запоминающие блоки (АЗБ), формирователь 3 опорного колебания, формирователь 4 стробирующих импульсов, первый 5 и второй 6 узлы выборки и хранения, первый 7 и второй 8 аналогоцифровые преобразователи, первый 9 и второй 10 накапливающие сумматоры первый 11 и второй 1 отсчетные блоки блок 13 определения математического ожидания, блок 14 определения мнимой составляющей характеристической функции, блок 15 определения дейст 1553919втельной составляющей характеристическЬй функции, блок 16 задания пар метра, управляемый генератор 17 т ктовых импульсов.Входом статистического анализатора кОнечной разности фазы сигнала служат объединенные входы аналоговых запоминающих блоков 1 и 2 и Формирователя 3 опорного колебания, выход которого пОдключен к входу формирователя 4 сгробирующих импульсов. Выходы анал говых запоминающих блоков 1 и 2 подючены соответственно к входам перв й и второй цепей преобразования, в к ой из которых последовательно соед иены узел 5(6) выборки и хранения, а алого-цифровой преобразователь 78) н капливающий сумматор 9(10) и отсчет" н и блок 1112), Выход накапливающег сумматора 9 первой цепи преобразов ния подключен к первым входам блокаопределения математического ожидан я и блока 14 определения мнимой с ставляющей характеристической функи, а выход накапливающего сумматор 10 второй цепи преобразования подючен к второму входу блока 13 опред ения математического ожидания и и рвому входу блока 15 определенияд йствительной составляющей характер стической Функции, Выход блока 14 о ределения мнимой составляющей прис единен к первому дополнительному в оду отсчетного блока 12 второй цеп преобразования, а выхоц блока 1535 о ределения действительной составляющ й - к первому дополнитепьному вход отсчетного блока 11 первой цепи п еобразования. Выход блока 13 опреде10 л ния математического ожидания присоединен к входу блока 16 эацания параметра, третий и четвертый выходы которого подключены к вторым входам, сОответственно, блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 опредвления действительной составляющей характеристической функции. Первый вход блока 16 задания параметра при" сОединен к первым входам управления управляемого генератора 17 тактовых импульсов и Формирователя 4 стробирувцих импульсов, второму дополнительному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования и третьему дополнительному входу отсчетного бароха 12 второй цепи преобразования, а второй выход присоединен к вторым взводам управления управляемого генератора 17 тактовых импульсов и фор" мирователя 4 стробирующих импульсов, третьему дополнительному входу отсчет- ного блока 11 первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока 12 второй цепи преобразования, Первый выход управляемого генератора 17 тактовых импульсов соединен с первыми тактовыми входами аналоговых запоминающих блоков 1 и 2 и тактовым входом Формирователя 3 опорного колебаний, а второй и третий выходы присоединены к вторым тактовым входам аналоговых запоминающих блоков 1 и 2. Первый выход формирователя 4 стробирующих импульсов подключен к входам стробироваиня узла 5 выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя 7 первой цепи преобразо" вания, а второй выход - к входам стробирования узла 6 выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя 8 второй цепи преобразования. Выходы "Конец преобразования" аналого-цифровых преобразователей 7 и 8 соединены с входами синхронизации накапливающих сумматоров 9 и 10. Входы стробирования накапливающих сумматоров 9 и 10, блока 13 определения математического ожидания, блока 14 определения мнимой составляющей блока 15 опрецеления действительной составляющей и блока 16 задания параметра объединены и подключены к цепи "Время усреднения", Тактовый вход блока 13 определения математического ожидания и вход "Сброс" блока 16 задания параметра присоединены к цепи "Время цикла" Тц)АЗБ 1 и 2 предназначены для умножения фазы исследуемого сигнала. Для этого в АЗБ сначала записываются дискретные значения входного напряжения за один период исследуемого сигнала, а затем происходит считывание данной информации с частотой импульсов считывания в ч раэ большей частоты импульсов дискретизации.Блок 16 задания параметра предназначен для определения значений пара" метра характеристической функции ч и ч в зависимости от значения математического ожидания тд для первой и второй цепей преобразования, а также для определения произведений шч и тч3Блок 16 задания параметра состоит из пяти регистров 18-22, одновиб5 155391 ратора 23, счетчика 24 и постоянного запоминающего блока (ПЗБ) 25, который содержит четыре идентичных модуля которые имеют общую адресную"шину. К старшим разрядам этой шины подсоединены выходы счетчика 24, вход которого соединен с выходом одновибратора 23, формирующего короткий отрицательный импульс по переходу из "О" в1 ОК младшим разрядам адресной шины ПЗБ 25 подсоединены выходы регистра 18, вход которого является входом блока 16 задания параметра. Вход одновибратора 23 является входом стро" бирования,блока 16 задания параметра, а выход подключен к третьему входу "Выборка кристалла") ПЗБ 25. Выходы первого и второго модулей ПЗБ 25, задающие коды значений чь и ч 1, через Ю регистры 19 и 20 соединены с первым и вторым выходами блока задания параметра. Выходы третьего и четвертого модулей, задающие коды произведений шч и тпч , через регистры 21 и 22 25Фсоединены с третьим и четвертым выходами блока задания параметра. Сброс счетчика 24 и регистров 18-22 происходит по переднему фронту импульса на входе "Сброс" блока 16. 30Управляемый генератор 17 тактовых импульсов формирует три последовательности импульсов: первую с частотой Й ; вторую с частотой ЧГ , третф тью с частотой ч .т. . Генератор состотиэ из двух идентичных частей, каждая иэ которых управляется кодом значений ч и чВ исходном состоянии отсчетные блоки 11 и 12, накапливающие сумматоры 40 9 и 10, регистры и счетчик 12 блока 16 задания параметра обнулены.Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала работает следующим образом. 45На вход анализатора поступает исследуемый сигнал (фиг. За). Т -т5 О соэч О)С,+ч сд в -+ч с(С +)111 с2 ч ь2 чгде Т - период исследуемого сигнала;Г, - начало -го стробирующегоимпульса,Т/2 ч - длительность стробирующегоимпульса,Так как начало стробирующих импульсов УВХ задержано относительно Цикл измерения начинается с появления переднего фронта импульса в цепи "Время цикла" (фиг. Зб). Вещественный параметр характеристической функции ч %и ч. для первои и второи 553ветвей преобразования задается с помощью АЗБ 1 и 2 соответственно, управляемого генератора 17 тактовых импульсов и блока 16 задания параметра. цй) = црпг+3. 9 6Дискретные значения исследуемого сигнала записываются в АЗБ 1 и 2 в течение периода входного сигнала с частотой Г , а эатем считываются с частотой ЧГ т иэ ЛЗБ 1 и с частотой ЧГ иэ ЛЗБ 2. Все три частоты задаются управляемым генератором 17 так-, товых импульсов. Таким образом, на вы" ходах АЗБ 1 и 2 получаются отрезки исследуемого сигнала с умноженной в чили ч раз частотой и фазой (фиг.Зг,3е): и-., =0 ы ме+(Ц; Ц -П,зз.пч ыС+ч. (С),и с длительностями, разными периодувходного сигнала, деленному на Ч 1,или ч,Формирователь 3 опорного колебания представляет собой аналоговуюлинию задержки, которая задерживаетисследуемый сигнал на время. Формирователь 4 стробирующих импульсовформирует из опорного колебания двепоследовательности стробирующнх импульсов, частоты следования которыхравны частотам сигналов на выходеАЗБ 1 (фиг. Зд) и АЗБ 2 (т.е. Ч 1 йи ч Г соответственно). При этой потследовательность стробирующих импульсов с частотой ч.Г сдвинута натчетверть периода относительно коле"бания с выхода ЛЗБ 2 (фиг. Зж).Узел 5 интегрирует поступающийна его сигнальный вход исследуемыйсигнал с умноженной в ч раз часто%той и фазой за время действия стробимпульса на входе стробирования, Врезультате интегрирования на выходеузла 5 получают сигнал1 +т/1 ч,16 х 5 )зп Гч+ч 16(,)=И;+- - ) Т 2 ч 1, 25 30 от орые ЗБ бло ческого момента перехода исследуемого сигнала из области отрицательных значений в область положительных значений на время , то5 ч" ( - с)+ч у(е. -")=О. с Поскольку устройство работает с уЗкополосными сигналами, то справедливо соотношение: Учитывая, что = Ъ, получают,юТчто сигнал на выходе УВХ. 5 прямо пропфрционален значению 7(ч, ) =сое 1,ЧИ)+чш 1,лгде ш сд,4 е) = мКс) -С) - конечная разность фазысигнала,Так как стробирующие импульсы наводе стробирования УВХ б сдвинутына четверть периода, то на выходе УВХ6 получают сигналИч;Ьр (С) - 1 0 е 1 О Ч д 17д(Й)1 С 11 ра,фт ш 3 упрямо пропорциональный значению Ч" (ч, С) =е 1 пч, су(С)+ч" ш,5 1 3Напряжения с выходов узлов 5 и, 6 борки и хранения поступают на входы 35 П 7 и 8, При этом запускАЦП 7 и 8 оизводится по окончании действия робирующего импульса, т.е. к момен- окончания интегрирования в УВХ 5 и40 6 После завершения аналого-цифрово- гФ преобразования на выходе "Конец преобразования" АЦП формируется импульс, который, поступая на вход син" х 1 онизации соответствующего накапливающего сумматора, вызывает прибавленйе кода, сформированного на выходе АЯП, к числу, записанному к настоящему моменту в накапливающем сумматоре. Таким образом, если за время усреднен 1 ля реализовано 20 периодов входного50 с 1 лгнала; в накапливающих сумматорах 9 и 10 получают цифровые коды чиселсоответственно: АР(ч )= с, соб,ч О(С )+ч ш1 Я афкВ ф (ч ) щ, е 3.п ч . ц( с ) +ч. ш 1,э ю5 С целью уменьшения случайной погрешности определения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции в анализаторе на первом этапе производится определение мате-, матического ожидания ш сформированной конечной разности фазы сигнала (в данном случае ш =юС ) в соответствии с выражением ш=1/ч агс й (В(ч) /А(ч) ) и в зависимости от величины ш формирование кодов, соответствующих значениям параметра характеристической Функции .1 и у и управляющих рабо 1той первой и второй ветвей преобразования. Для этого на нулевом этапе работы анализатора по перепаду из "0" в "1" в цепи "Время цикла" (фиг. Эб) регистры и счетчик 24 обнуляются. По первому (за время цикла) переходу иэ 3 1 11 1 110 в 1 в цепи Время усреднения" (фиг. Зв) обнуляются накапливающие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока 16 устанавливаются, значения ч= ч = 1, записанные в ячейках с нулевым адресом, а на выходе третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 устанавливаются нулевые коды, соответствующие произведениям пю и пи , Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 4 эаписы" ваются в регистры 19 и 20 блока,16, Коды с выходов третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 записываются в регистры 21 и 22. Таким образом, по первому переходу иэ "0" в "1" в цепи "Время усреднения" вещественный параметр характеристической функции для первой и второй ветвей преобразования устанавливается равным единице, на первые и вторые входы блока 14 определения мнимой составляющей.и блока 15 определения действительной составляющей подаются нулевые коды, При этом отсчетные блоки 11 и 12 показывают нулевые значения.По первому переходу из "1" в "0" в цепи "Время усреднения" на выходах накапливающих сумматоров получают цифровые коды, соответствующие значения1А(ч, =1)= ; соеуИ;) + ш,"1"-ОйБ(у=1)= .Е епЧ(с,.) + ш 1,Э10 одаются на адресную шину 13 определения математижидания, блоков 14 и 15 оп 1553919ределения мнимой и действительной составляющих. Происходит считывание кода из ячейки ПЗБ блока 13 определения математического ожидания, адрес которой соответствует коду на адресной шине, и запись этого кода в регистр 18 блока 16 задания параметра, Управление считыванием из ПЗБ блока 13 определения математического ожидания и записью в регистр 18 осуществляется П-триггером и одновибратором 23, работа которых организована так, что одновибратор 23 формирует короткий отрицательный импульс один раз эа время цикла по первому переходу из "1" в "0" в цепи "Время усреднения", Происходит считывание кодов из ячеек ПЗБ блоков 14 и 15 определения мнимой и действительной составляющих по адресам, соответствующим кодам на адресных шинах укаэанных ПЗБ. Записьвается единица в счетчике 24 блока 16 задания параметра. Запись таблицы соответствия в ПЗБ блока 15 определения дей ствительной составляющей осуществляется так, что при шч = 0 из указанного ПЗБ блока 15 считывается нулевой , код. На этом нулевой этап работы анализатора заканчивается, Отсчетныеблоки 11 и 12 индицируют А(1) В(1) ч = ч. = 1,ФТаким образом, по окончании нулевого этапа работы анализатора в регистре 18 блока 16 задания параметра записан код, соответствующий математическому ожиданию ш конечной разности фазы сигнала р сформированной В 40 анализаторе.Первый этап работы анализатора начинается со второго перехода из "О" в "1" в цепи фВремя усреднения". По этому переходу обнуляются накапливаю щие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока 16 задания параметра устанавливаются значения ч, и ч соответственно, азна выходах третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 устанавливаются значения шч. и шч соответственно запи 1 санные в ячейках с адресом, соответствующим ходу на адресной .шине ПЗБ 25, определяемому значениями ш и кода на выходе счетчика 24; Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 25 записываются в регистр 19 и регистр 20. Коды с выходов третьего и четвер 1- -. созч,ц(С, )+ч, .ш; =С н-и.- . зп 1 ч с(С, .)+ч. ш,Л(ч )= В(ч. )=3 которые подаются на адренсую шину ПЗБ блоков 15 и 14 определения действительной и мнимой составляющих. Происходит считывание кода из ПЗБ блока 14 определения мнимой составляющей, соответствующего значению В(ч )= =А(ч 1,)8(шч), и считьвание кода иэ ПЗБ блока 15 определения действительной составляющей, соответствующе" го значению А(ч )=Я(ч )ссай(шч,). В счетчике 24 записьвается код, соответствующий двойке.На отсчетном -блоке 11 в соответствующих полях индицируются, значения ч А(ч,) и ч, А(ч ), а на отсчетЭном блоке 12 - значения ч 6(ч.) и ч 1 В(ч ).На втором и последующем этапах работа анализатора аналогична работе на первом этапе, т.е. соответственно значению математического ожидания ш и номеру этапа работы анализатора, фиксируемому в счетчике 24, блок 16 задания параметра устанавливает значения ч и ч., управляющие работой первой и второй ветвей преобразованМя и значения шч 1 и нч с помощью котоурых,и с помощью блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 определения действительной составляющей определяют значение В(ч) и Л(ч ) по значениям А(ч ) и Ы(ч ) соответственно. Наличие оценок характериститого модулей ПЗБ 25 записываются в регистр 21 и регистр 22. Выбор и установка значений ч и ч из ряда ч =2,3,4,5, производится в соответствии со значением ш, Если значение шч находится в зоне 1801 45 , где 1 с=,-3,-2,-1,0, 1,2,3 то первая ветвь преобразования работает с параметром ч = ч и в ней измеряется А(чь), Если же шч находится в зоне 180 Е+45 +90, то работает вторая ветвь преобразования с параметром ч,= =ч и в ней измеряется В(ч.).34 налогично производится выбор и установка значений шч. и шч . По второму переходу из "1" в "0" в цепи "Время усреднения" на выходах накапливающих сумматоров присутствуют цифровые коды, соответствующие значениям:155391 ческой функции, измеренных при различных значениях вещественного параметра ч, позволяет в аналитическом вице установить статистические характе 5 ристики конечной разности фазы сигнала, сформированной в анализаторе.Таким образом, введение аналогового запоминающего блока 2, блоков определения математического ожидания 13, мнимой и действительной составляющих 14 и 15 и блока 16 задания параметра позволяет повысить точность измерения статистических характеристик конечной разности фазы сигнала. Формула изобретения Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала, содержа ,щий две цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий сумматор и отсчетный 25 блок, а также соединенные последовательно формирователь опорного колебания и формирователь стробирующих импульсов, первый выход которого подключен к входам стробирования узла вы борки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи преобразования, а второй выход - к входам стробирования узла выборки и хранения35 и аналого-цифрового преобразователя второй цепи преобразования, управляемый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу формирователя опорного колебания и первому тактовому входу пер ого аналогового запоминающего блока, второй тактовый вход которого соединен с вторым выходом управляемого геНератора тактовых импульсов, выход Подключен к входу узла выборки и хра ения первой цепи преобразования, а Вход объединен с входом формирователя опорного колебания и является входом анализатора, причем входы стробирования накапливаюцих сумматоров подклю Чены к цепи "Время усреднения", о т ,й и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности определения статистических характеристик фазы сигнала, в него введены второй ана- ,логовый запоминающий блок, блок задаия параметра, блок определения мниМой составляющей, блок определения действительной составляющей и блок 912определения математического ожидания первый вход которого объединен с первым входом блока определения мнимой составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора первой цепи преобразования, второй вход объединен с первым еходом блока определения действительной составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора второй цепи преобразования, а выход присоединен к входу блока задания параметра, первый выход которого присоединен к первому входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и второму входу формирователя стробирующих импульсов, к второму дополнительному входу отсчетного блока первой цели преобразования и к третьему дополнительному входу отсчет ного блока второй цепи преобразования, второй выход - к второму входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и третьему входу формирователя стробирующих импульсов, третьему дополнительному входу отсчетного блока первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, а третий и четвертый выходы- соответственно к вторым входам блока определения мнимой составляющей и блока определения действительной составляющей, причем выход блока определения мнимой составляющей присоединен к первому дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, а выход блока определения действительной составляющей - к первому дополнительному входу отсчетного блока первой цепи преобразования, кроме того, первый и второй тактовые вхо. ды второго аналогового запоминающего блока присоединены соответственно к первому и третьему выходам управляемого генератора тактовых импульсов, а вход и выход подключены соответственно к входам анализатора и узла выборки и хранения второй цепи преобразования, цепь "Время усреднения" соединена с входами стробирования блока задания параметра, блока определения математического ожидания, блока определения мнимой соста.вляющей и блока определения действительной составляющей, тактовый вход блока определения математического ожидания и вход сброса блока задания параметра соединены с входом цепи "Время цикла".1553919 Составитель Ю,МакаревичРедактор Л.Пчопинская Техред Л,Сердюкова Корректор Н.Ревска и ГКНТ СССР ина, 10 Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент агород, ул. ЗакВНИИПИ 454 Тирак 545 Подпис коеГосударственного комитета по иэобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5