Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуации фазы Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

изобретение относится к измерительной технике и может быть испол зовано в фазовой радиотехнике. Цель изобретения - повышение точ ности за счет введения в устройств дополнительных элементов и связей, обеспечнвакщих формирование сигналов , длительности которых определяю ся величиной флюктуации фазы и знач тельно превосходят длительности сиг налов в известных устройствах. При измерении сформированных сигналов инструмеитальные ошибки приведут к незначительным погрешностям при определении среднеквадратичного откло .нения флюктуации фазы. На фиг.1 приведена структурная схема устройства для определения среднеквадратичного отклонения флюктуации фазы; на фиг,2 - схема блока задержки. Устройство содержит триггер 1, выход которого соединен с первым входом элемента 2 совпадения, второй вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 3, а выход - с входом счетчика 4. Выход счетчика 4 соединен с входом нулевой установки триггера 1, а промежуточный выход счетчика 4 через блок 5 задержки - с входом единичной установки триггера 6. Выход триггера 6 соединен с первыми входа ми элементов 7 и 8 совпадения. Второй вход элемента 8 совпадения соединен с выходом усилителя-ограничителя 3, а его третий вход объединен с вторым входом элемента 7 ,ч:ов падения и соединен с выходом генератора 9. Выход элемента 7 совпадения через счетчик 10 соединен с входом нулевой установки триггера 6, Выход элемента 8 совпадения соединен с входом счетчика 11, выходы которого соединены с входами индикатора 12. Счетчик 4 состоит из двух счетчиков и формирователя импульсов. Вход формирователя импульсов соединен с выходом первого счетчика, а его выход - с входом второго счетчика, выход которого является выходом . счетчика 4. Промежуточным выходом счетчика 4 является выход формирова теля импульсов. Блок 5 задержки (фиг.2) состоит из триггера 13v схе мы 14 совпадения,генератора 15 вы сокой частоты и счетчика 16. Счетчик 11 состоит иэ последовательно соединенных десятичныхсчетчиков. Индикатор 12 состоит из дешифраторов i число которых равно числу десятичных счетчиков, входящих в счетчик I1, и такого же числа лампочек индикации. Выходы каждого дешифратора соединены с выходами соответствующего десятичного счетчика, а выходы - с входами индикаторов. Устройство работает следующим образом. Измеряемый сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя 3 и с его выхода - на вход элементов 2 и 8 совпадения. Перед началом измерения триггеры 1 и 6 находятся в нулевом состоянии, низкие потенциалы с них поступают на элементы 2 и 8 совпадения, и сигналы на выход элементов совпадения не проходят. Счетчики 4, 10 и 11 обнулены. Измерение начинается при поступлении пускового импуль са на вход едиичной установки триггера 1. Высокий потенциал с триггера I поступает на элемент 2 совпаде-, ния и измеряемый сигнал с его,выхода поступает на вход счетчика 4. С .промежуточного выходаСчетчика 4 на вход блока 5 задержки поступают импульсы, совпадающие с задними фронтами измеряемого сигнала. Период следования импульсов близок к интервалу корреляции фазовых флюктуации f. При поступлении на вход блока 5 задержки (вход единичной установки триггера 13 ) импульса, триггер 13 переходит в единичное состояние и высокий потенциал с его выхода поступает на схему 14 совпадения. Импульсы высокой частоты с генератора 15 начинают поступать на вход счетчика 16. При переполнении счетчика 16 импульс с его выхода задержанный относительно входного на интервал и кратный периоду частоты принимаемого сигнала, постулает на вход нулевой установки триггера 13 и на выход блока 5. Триггер 16 устанавливается в нулевое состоя-ние и низкий потенциал с его выхода запрещает прохождение импульсов высокой частоты через схему 14 совпадения. Величина интервала за-, держки определяется периодом импульсов высокой частоты и емкостью счетчика 16. С выхода блока 5 задержки импульсы поступают на вход единичной установки триггера 6. Высокий потенциал с триггера 6 поступает на элементы 7 и 8 совпадения. Импульсы высокой частоты с генератора 9 поступают через элемент 7 совпадения на счетчик 10. Емкость счетчика 10 выбирается такой, при. которой импульс на его выходе появляется через интервал времени, равный половине периода частоты измеряемого сигнала и переводит триггер 6 в нулевое состояние. На выход триггера формируются опорные сигналы, длительность которых равна поло вине периода частоты измеряемого си нала. Опорные сигналы с триггера 6 поступают на первый вход элемента 8 на второй его вход поступает измеряемый сигнал с усилителя-ограничителя 3, а на третий вход - импульсы высокой частоты с генератора 9. При флюктуации фазы применяемого сигнал опорные сигналы частично совпадают положительными полупериодами измеря мого сигнала. Длительности интервалов совпадения определяется разностью между интервалами, содержащи ми фиксированное число периодов при нимаемого сигнала ( длительность эти интервалов превышает также fi.), и интервалами.,длительность которых зиА номинальной длительности того же числа периодов. Пачки импульсов с выхода элемента 8 совпадения, соответствующие интервалам совпадения, поступают на счетчик И и суммируются там.Время измерения (число суммируемых пачек импульсов ) задается емкостью счетчика 4. При переполнении счетчика 4 импульс с его выхода поступает на вход нулевой установки триггера Г Низкий потенциал с триггера I поступает на элемент 2 совпадения и запрещает прохождение на его выход сигнала. Измерение флюктуации фазы при этом заканчивается. Число, зафиксированное в счетчике II, индицируется индикатором 12. Оно определяет среднкю длительность интервалов совпадения, а последняя - среднеквадратичное отклонение флюктуации фазы. Предложенное устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуации фазы в отличие от известного позволяет повысить точность измерения. Действительно, для определения среднеквадратичного отклонения флюктуации фазы в известном устройстве измеряются отклонения длительности полупериодов принимае794мого сигнала от номинальной длительности полупериода. Однако, если фаза принимаемого сигнала флюктуирует медленно, например, принимаемый сигнал представляет собой узкополосиую смесь синусоидального сигнала с шумом, то длительности полупериодов принимаемого сигнала будут практически совпадать с номинальной длительностью. Длительность полупериода такого сигнала имеет нормальный закон распределения с математическим ожиданием, равным номинальной длительности прлупериода сигнала. Величина среднеквадратического отклонения (флюктуации длительности полупериода определяется следующим выражением: 7fef№-) где « - отношение сигнал/шум принимаемой смеси-, номинальная частота принимаемого сигнала; нормированное значение корреляционнЬй функции узкополосного шума при интервале, равном номинальной длительности полупериода. Расчет R(t) производится по следукнцей фЬрмуле: ), где f- ширина спектра принимаемого сигнала смеси . Величина флюктуации фазы аи для Смеси сигнал/шум рассчитывается по еле-. дующей формуле: -т . Пусть 10 кГц и д 10 Гц. огда при имеем (рад. 675«0,005 МКС, а при «« 2, ,5 рад, i,0,0075 мкс. В известном устройстве для опредеения величины осуществляется нзенение малых интервалов (их длиельности определяются отклонениями олупериодов принимаемого сигнала т нрьтиальиой длительности попупяиода);, длительности которых близки . Инструментальные ошибки при змерении столь малых интервалов риводят к значительным погрешностям ри определении 6i/. В предлагаемом устройстве измеряем ые интервалы определяются разностью

двух интервалов. Первый интервал равен суммарной длительности фиксированного числа периодов входного сигвала и превьшает длительность интервала корреляции Т фазы принимаемого.

сигнала ( г Г) Второй интервал

равен номинальной длительности того же числа периодов сигнала.

Среднеквадратичное значение разi2

ности указанных интервалов &рв

раз превышает величину флюктуации фронтом принимаемого сигнала (поскольку определяется разностью положений двух независимо флюктуарующих фронтов). При значениях 3 и 2. соответствующие значения бр примерно равны II и 16 мкс . При измерении интервалов у близких к 4р, инструментальные ошибки приводят к пренебрежимо малой погрешности при определении dr.

Вход

1 сигна/ а

Вход

16

J

Фие.1

Фиг.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ФЛОКТУАЦИИ ФАЗЫ, содержащее усилительограничитель , три элемента совпадения, генератор, триггер, счетчик и индикатор, причем первые входы, первого и второго элементов совпадения объединены и подключены к выходу триггера, второй вход третьего зле- , мента совпадения соединен с выходом усилителя-ограничителяi второй вход второго элемента соединен с выходом генератора, а его выход через счетчик - с выходом-.нулевой установки триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения точности,,.оно снабжено дополнительно вторым и третьим счетчиками, блоком задержки и вторым триггером, причем вход единичной установки второго триггера соединен с пусковым входом устройства, а выход - с первым входом третьего элемента совпадения, выход которого соединен с входом вто рого счетчика, промежуточный выход второго счетчика через блок задержкй соединен с входом единичной установки первого триггера, а выход с входом нулевой установки второго триггера, третий вход первого элемента совпадения соединен с выходом генератора, а выход - с входом третьего счетчика, выходы которого соединены с входами индикатора, при этом второй вход элемента .совпадения соединен с выходом усилителя-ограничителя.