Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуации фазы Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в фазовой радиотехнике.

Известно устройство для определения среднеквадратичного отклонения (СКО) флюктуации фазы (ФФ), 5 содержащее усилитель-ограничитель, делитель частоты, умножитель часто-, ты, элемент антисовпадений, усреднитель и индикатор Щ .

Однако это устройство не обес- 10 печива.ет определение несмещенной оценки СКО ФФ при произвольном характере спектра ФФ.

Наиболее близким к предлагаемому па технической сущности является 15 устройство для определения СКО ФФ, содержащее генератор тактовых импульсов, счетчкк, подключенный выходом к R -входу RS -триггера, инвертор, три элемента И, сумматор Q и последовательно соединенные усреднитель и индикатор 2J . ;

Недостатком известного устройства является нечувствительность измерений к составляющим спектра, 25 кратным частоте следования выборок. При этом наибольшие погрешности измерения СКО получаются в случае, когда наиболее резко выраженные составляющие спектра ФФ оказываются равными какой-либо из гармоник часто- ты следования выборок.

Цель изобретения - повышение точности определения СКО ФФ.

Цель достигается тем, что в устройство для определения СКО ФФ, со- 35 держащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик выходом подключенный к R -входу R5 -триггера, выход которого подключен к управляющему входу счетчика, 40 а также элемент И и последовательно соединенные усреднитель и индикатор, введены два формирователя, причем первый формирователь нуль-переходов выходом подключен к входу установки 4с О счетчика и к одному из входов элемента И, другой вход элемента. И подключен к выходу счетчика через второй формирователь импульсов.запрета, а выход элементами подключен к 5 -входу RS-триггера, выход которого подключен к входу усреднителя.

На фиг.1 приведена схема устройства для определения СКО ФФ; на фиг.2 - эпюры напряжений на элементах стройства.55

Устройство измерения ФФ содержит оследовательно соединенные первый ормирователь 1 нуль-переходов, элеент 2И ,5 -вход 3 RS -триггера 4, среднитель 5, индикатор 6, а так- 0 е последовательно соединенные генеатор 7 тактовых импульсов, счетик 8, управляющий вход 9 которого одключен к выходу RS -триггера 4, вход 10 установки О счетчика 65.

8подключен к выходу первого фор- мирбвателя 1 нyль-пepexoдqв, выход счетчика.8 подключен к R -входу 11 триггера 4 непосредственно, а к второму входу элемента 2И . - через втирой формирователь 12 импульсов запрета .

Формирователи импульсов, применяемые в устройстве, выполнены по типовым схемам и не имеют отличитеЛьных особенностей.

Устройство работает следующим образом.

, На вход первого формирователя 1 импульсов нуль-переходов постуг пает.сигнал

tl(t)--U, + c(.t).

ФФ (f {-t) которого следует измерить.

Для повышения разрешающей способности по фазе величина Ug выбирается значительно меньше ширины спектра ФФ, поэтому за период средней частоты Ыд сигнала (1) может быть зафиксировано несколько нуль-переходов этого сигнала (фиг.2, эпюры Вх.1 и Вых.1). На выходе первого формирователя 1 нуль-переходов появляются короткие импульсы, временное положение которых соответствует моментам прохождениясигнала (1) через нулевой уровень с производной одного знака, например при переходе нулевого уровня в положительном направлении. Эти импульсы поступают на вход Ю установки О счетчика 8, обнуляя последний. Одновременно эти импульсзы поступают на один из входов элемента 2И. На второй вход элемен.та 2И со второго формирователя 12 импульсов запрета в это время поступает разрешающий потенциал, -поэтому на выход элемента 2И будут проходить импульсы формирователя 1 нуль переходов и поступать на 5 -вход 3 ЯЗ-триггера 4. Первый же из этих |ИМпульсов переведет триггер 4 в единичное состояние. При этом разрешающий потенциал с выхода триггера 4 будет поступать на управляющий вход

9счетчика 8 и с этого момента начнется заполнение счетчика импульсами с выхода генератора 7 (фиг.2). Во время заполнения счетчика 8 на вход 10 установки О могут продолжать поступать очередные импульсы с выхода формирователя 1, обнуляя при этом счетчик Ва Емкость счетчика 8 выбирается такой, чтобы время полного его заполнения тактовыми импульсами с выхода генератора 7 превышало максимальный интервал времени между соседними нуль-переходами втечение полупериода сигнала (1), например при (о„г 1риич |. При полном заполнении счетчика 8 после последнего за этот интервал времени нуль-перехода на его выходу появляется импульс, который поступает на R -вход триггера 4, переводя последний в нулевое состояние. Запрещающий потенциал с выхода триггера при этом поступает на управляющий вход 9 счетчика 8, прекращая его дальнейшее заполнение импульсами с выхода генератора 7, Одновременно сигнал с выхода счетчика 8 поступает на второй формирователь 12 импульсоь запрета, на выходе которого формируется импульс с длительностью С , примерно равной Указанный импульс с выхода второго формирователя 12 поступает на второй вход элемента 2И, запрещая в течение второго полупериода сигнала прохожлен1 е импульсов, соответствующих моментам мульпереходов си нала (1) , с выхода первого формирователя 1 на 5 -вход 3 триггера: 4. Таким образом, длительность импульса, формируемого на. выходе триг гера 4 равна сумме длительностей.вр менного, интервала между первым и по ледним нуль-переходами сигнала (1) .интервале ,ti5-| Uo +(pWviJ . и времени полного заполнения счетчика 8 тактовыми импульсами с выхода генератора 7. Время полного заполнения счётчика при стабильной частоте та1ктовых импульсов постоян но и при дальнейшей обработке временных интервалов исключается. Временный интервал между первым и последним нуль-переходами на интер вале rjif|ta)ob4i ti« i;+|несет информацию об интенсивности фазовых флюктуации ср (t) сигнала ( Так при гармонической флюктуаци фазы вида C|(.tbV 3: где (J) - амплитуда девиации фазы, причем анализируется случай, когда /-V /() t - (это соотношение всегда можн обеспечить.соответствующим делением частоты Сигнала (1), интервал време ни между первым t, и последним if, нул переходами , лежит в определенных пределах. Максимальное зн чение временного интервала „ межд первым и последним нуль-переходами в течение полупериода сигнала (1) не превышает величины 2„ i 2(1 / «о причем максимальная величина откло нения длительности от отношения 2C))/Wo не превышает периода флюктуации с частотой П , т.е. Zv/Op-C iSI/n. С увеличением ча;стоты флюктуации С различие правой и левой частей выражения (3) становится все меньше, в пределе стремясь к нулю. Таким образом, оценку размаха ФФ(|) можно получить усреднением интервала i по N периодам сигнала частоты сОр Ц,ч где - интервал времени между первым и последним нульпереходами в течение j периода сигнала частоты О,, За оценку СКО ФФ принимаем величину . о N. Т. с, Ч-%12N-;; где N - количество периодов сигнала .(1) . Максимальная погрешность оценки СКО ФФ данным устройством равна лЛ . ;,; - Выражение (6) определяет рациональный выбор соотношений частот Од и S2 , при котором обеспечивается минимальное значение погрешности оп-. ределения оценки СКО ФФ. Предлагаемое устройство наиболее целесообразно применять для широкополосных фазовых флюктуации, когда отношение . При этом обеспечивается высокая разрешающая способность преобразования ФФ в интервал времени. Усреднениевременного интервала „ (4) с выхода триггера 4 в соответствии с алгоритмом (5) осуществляется усреднителем 5, результат с выхода которого выдается на индикатор 6. Устройство-прототип нечувствительно к гармоническим ФФ вида (у 5 я1 при П - V WQ I где К - целое число, и в этом случае не обеспечивает измерения СКО ФФ. Устройство измеряет СКО ФФ независимо от кратности частот Я и С0(, и существенно повышает точность измерения СКО периодических фазовых флюктуации. Таким образом, введение формирователя нуль-переходов и формирователя импульсов запрета существенно повышает точность измерения СКО периодических фаЭовых флюктуации по

сравнению с базовым объектом 2j частота повторения которых кратна средней частоте исследуемого сигнале. При этом максимальная погрешность определения оценки СКО ФФ, определяемой в соответствии с алгоритмом (5), определяется выражением (6), что определяет выбор частоты со,, при измерении ФФ с известной априори шириной спектра.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ФЛЮКТУАЦИИ ФАЗЫ, содержащее последовательно соединенные генератор так|товых импульсов, счетчик, выходом подк;чоченный к R-входу R5 -триггера, выход которого подклк чен к управляющему входу счетчика, а также элемент и и последовательно соединенные усреднитель и индикатор, от л ич ающе е с я тем, что, с целью повышения точности определения среднеквадратичного отклонения периодических флюктуации фазы, в устройство введены два формирователя, причем первый формирователь нуль-переходов выходом подключен к I 1Л1 « входу установки счетчика и к одному из входов элемента И другой вход которого подключен к выходу счетчика через второй формирователь импульсов запрета, а выход элеменi та И подключен к 5 -входу -RS -триггера, выход которого подключен к (Л входу усреднителя.

ArJ

I (МП

Statli