МОДУЛОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01R29/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерениях характеристик сигналов с амплитудной модуляцией в зашумленных каналах связи.

Известно устройство измерения глубины модуляции [1], содержащее входной блок, линейный детектор, блок нормирования, блок дифференцирования, ограничитель- формирователь, операционный усилитель, компаратор, блок сравнения, регистр, суммирующий счетчик, цифроаналоговый преобразователь и регистр с цифровой индикацией.

Недостатком данного устройства является невозможность измерения коэффициента амплитудной модуляции в зашумленных каналах связи.

Наиболее близким к предлагаемому является модулометр [2], содержащий входной блок, линейный детектор, фильтр низкой частоты, измеритель отношения, два интегратора, фиксаторы уровня, формирователь модуля, формирователь, позволяющий определять коэффициент амплитудной модуляции путем измерения отношения сигналов, пропорциональных амплитудам модулирующего и несущего колебаний.

Однако данное устройство не позволяет измерять коэффициент амплитудной модуляции в зашумленных каналах измерения, что ограничивает его функциональные возможности.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента амплитудной модуляции в зашумленных каналах измерения.

Цель достигается тем, что в модулометр, содержащий входной блок, два интегратора и измеритель отношения, введены пять нелинейных элементов, третий интегратор, второй измеритель отношения, решающее устройство и два индикатора, причем выход входного блока соединен с входами первого, второго и третьего нелинейных элементов, выходы которых соединены соответственно с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы первого и второго интеграторов подключены к первым входам первого и второго измерителей отношений, вторые входы которых подсоединены к выходам четвертого и пятого нелинейных элементов, входы которых подключены к выходу третьего интегратора, выходы измерителей отношений подключены к входам решающего устройства, выходы которого соединены с входами первого и второго индикаторов.

На фиг. 1 приведена структурная схема модулометра.

Модулометр содержит входной блок 1, нелинейные элементы 2, 3, 4, 10, 11, интеграторы 5, 6, 7, измерители 8, 9 отношений, решающее устройство 12 и индикаторы 13, 14.

Работа модулометра основана на измерении моментных характеристик четвертого и шестого порядков суммы напряжений амплитудно-модулированных колебаний и шумовых колебаний и в расчете по результатам измерений искомых величин, коэффициента амплитудной модуляции (АМ) и отношения сигнал/помеха в канале измерения. Выражения, связывающие коэффициент амплитудной модуляции m_а, отношение сигнал/помеха h²_c/ш и измеряемые моментные характеристики, имеют следующий вид:
E_c+ш(4) = ;
(1)
E_c+ш(6) = ,
(2) где Е(4) = μ₄/μ₂² и Е(6) = μ₆/μ₂³; μ₂, μ₄, μ₆ - центральные моменты второго, четвертого и шестого порядков исследуемого процесса;
Е_с+ш(4) - эксцесс сигнала и шума;
Е_с(4) - эксцесс сигнала АМ, определяемый как
E_c(4) = 1,5 ,
(3)
m - коэффициент модуляции;
Е_ш(4) - эксцесс шума;
Е_ш(6) - нормированный по дисперсии шестой момент сигнала и шума;
Е_с(6) - нормированный по дисперсии момент сигнала АМ, определяемый выражением
E_c(6) = 2,5 ,
(4) где Е_ш(6) - нормированный по дисперсии шестой момент шума;
h²_c/ш - отношение сигнал/помеха.

Параметры шума Е_ш(4) и Е_ш(6) считаются известными априорно, при этом уравнения (1) и (2) являются уравнениями относительно двух неизвестных m и h²_c/ш. Например, при гауссовских помехах Е_ш(4) = 3 и Е_ш(6) = 15. Графики зависимостей (3) и (4) представлены на фиг. 2 и 3.

Модулометр работает следующим образом.

Сигнал из канала измерения поступает на входной блок 1, который обеспечивает уровень сигнала, необходимый для работы нелинейных элементов. В первом нелинейном элементе 2 сигнал преобразуется по закону Y₁ = X⁶, во втором нелинейном элементе сигнал преобразуется по закону Y₂= X⁴ и в третьем нелинейном элементе - по закону Y₃ = X². Сигналы с выходов нелинейных элементов 2, 3, 4 поступают на интеграторы 5, 6, 7, на выходах которых действуют сигналы, равные оценкам шестого, четвертого и второго моментов исследуемого процесса. Измеритель 8 отношения делит оценки шестого момента на возводимую в третью степень пятым нелинейным элементом с характеристикой Y = X3 оценку второго момента, при этом на выходе действует сигнал, равный оценке нормированного по дисперсии шестого момента исследуемого сигнала. Второй измеритель 9 отношения делит оценку четвертого момента с выхода интегратора 6 на возводимую в квадрат четвертым нелинейным элементом 10 оценку второго момента, при этом на выходе действует сигнал, равный четвертому нормированному по дисперсии моменту исследуемого сигнала. Оценки шестого и четвертого нормированных моментов с выходов первого и второго измерителей 8, 9 отношений поступают на решающее устройство 12, которое реализует вычисление на основании известных априорно Е_ш(4), Е_ш(6) и измеренных Е_с+ш(4) и Е_с+ш(6) системы из двух уравнений (1) и (2) относительно двух неизвестных m и h²_c/ш. Результаты вычислений выводятся на первый и второй индикаторы 13 и 14.

Необходимо отметить, что интеграторы 5, 6, 7 выполнены с изменяемым временем интегрирования Т с целью изменения точности измерения.

Дисперсия измерения определяется выражением
σ_m= ;
= - , где σ_c+ш {E(6)}, σ {E_c+ш(4)} - среднеквадратические отклонения погрешности измерения нормированных моментов, определяемые как , , где σ_б² - дисперсия исходного процесса; τ_к - интервал корреляции; Т - время интегрирования.

Коэффициенты а₁, b₁, a₂, b₂ - задаются выражениями
a₁= E(4) ;
a₂= E(6) + ;
b₁= E_c(4) - + ;
где Е_с'(4), Е_с'(6) - производные по m при m = m_изм.

Технико-экономический эффект заключается в повышении точности измерений в зашумленных каналах измерения, а также в предотвращенном ущербе из-за невозможности проведения таких измерений.

Предлагаемый модулометр полностью реализуется на стандартных элементах. В частности, решающее устройство реализуется на микропроцессорном комплекте КР580, блоки возведения в четвертую и шестую степени - на операционных усилителях с нелинейными обратными связями на базе транзисторных сборок типа К-159 НТ1, остальные элементы являются типовыми.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в научных исследованиях, при измерениях характеристик сигналов с амплитудной модуляцией и при измерениях глубины модуляции в зашумленных каналах связи. Сущность изобретения: модулометр содержит последовательно соединенные входной блок 1, первый нелинейный элемент 2, первый интегратор 5, первый измеритель 5 отношения, решающее устройство 2 и первый индикатор 13, а также последовательно соединенные второй нелинейный элемент 3, второй интегратор 6, второй измеритель 9 отношений, решающее устройство 12 и второй индикатор 14, а также последовательно соединенные третий нелинейный элемент 4, третий интегратор 7 и четвертый нелинейный элемент 10, выход которого соединен с другим входом второго измерителя отношений, а другой вход первого измерителя отношений соединен с выходом пятого нелинейного элемента 11. 3 ил.

МОДУЛОМЕТР, содержащий входной блок, два интегратора и первый измеритель отношения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициента амплитудной модуляции в зашумленных каналах измерения и расширения функциональных возможностей модулометра, в него введены пять нелинейных элементов, третий интегратор, второй измеритель отношения, решающее устройство и два индикатора, причем выход входного блока соединен с входами первого, второго и третьего нелинейных элементов, выходы которых соединены соответственно с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы первого и второго интеграторов подключены к первым входам первого и второго измерителей отношения, вторые входы которых соединены соответственно с выходами пятого и четвертого нелинейных элементов, входы которых подключены к выходу третьего интегратора, выходы измерителей отношения подключены соответственно к первому и второму входу решающего устройства, два выхода которого подключены к входам соответственно первого и второго индикаторов.