Устройство для измерения параметров периодического сигнала Советский патент 1986 года по МПК H04B3/46 

IV

1

Изобретение относится к радиоэлектронике, может быть использовано для измерения параметров периодических сигналов с флуктуирующим периодом {квазипериодических), принимаемых на фоне шумов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 758534.

Цель изобретения - повышение точности- измерения путем синхронизации максимально приведенной по амплитуде гармоникой сигнала.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства .. для измерения параметров периодического сигнала.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, сумматор 2, анализатор 3параметров, блок А памяти, фазовый детектор 5, фильтр 6, генератор 7, первый делитель 8 частоты, второй делитель 9 частоты, выполненный с регулируемым коэффициентом деления, третий делитель 10 частоты и соединенный с входом 11 устройства и входом 12 синхронизации устройства переключатель 13.

Устройство для измерения параметров периодического сигнала работает следующим образом.

Пусть на вход 11 устройства поступает аддитивная смесь y(t) полез-ного сигнала x(t) и шума n(t): y(t) x(t) + n(t) где x(t) - периодический сигнал с флуктуируюш;им периодом М x(t) II:A sinrm2TTf, (t)t+4J, (2) 1n) где f (t) -.частота первой гармоники периодического сигнала (является случайной функ цией вермени со средним значением f ); М - количество гармоник периодичес кого сигнала; j ; Ч - амплитуда и фаза ш-й гар МОНИКИ периодического , сигнала.Цепь ФАПЧ, состоящая из последова тельно соединенных фазового детектора 5, фильтра 6, генератора 7 и первого делителя 8 частоты, служит для слежения за частотой любой из гармоник периодического сигнала. На вход цепи ФАПЧ через переключатель 13 поступает с входа 1I периодический сиг нал, параметры которого измеряются

643502

или с входа 12 внешний синхронизирую щий сигнал, частота которого равна частоте периодического сигнала. При этом выходное колебание генератора 5 7 синхронизировано по фазе с принимаемым сигналом x(t), а частота колебаний в тМ I раз больше частоты f первой гармоники принимаемого сигнала:

° f, шМ, f,, (3)

где М - число точек дискретизации

сигнала x(t) за период (согласно теореме Котельникова tS М х 2М) ;

m - номер гармоники сигнала, используемой для синхронизации.

Коэффициент деления делителя 8 20 частоты К , М,, т.е. для синхронизации используется т-я гармоника сиг нала частотой , , .

Частота сигнала на выходе второго делителя 9 частоты, коэффициент деле25 ния которого ,

f -Lt. М ffЛ)

2 If

2

Сигнал с выхода делителя 9 часто2Q ты поступает на управляющи1г входы АЦП 1 и блока 4 памяти, благодаря чему производится дискретизация сигнала y(t) в моменты t.i-|-; ,2,...М,, (5) гдехТ 1/ j(t) - текущее значение периода сигнала x(t). За каждый период сигнала формируется М выборочных значений сигнала, значения фазовых углов между которымид я 2ТГ --- fj /П И при изменении периода Т полезного сигнала x(t) остаются постоянными. Частота сигнала на выходе третьего делителя 10 частоты, коэффициент деления которого К М , f f а . М , Этот сигнал используется для сброса в. нулевое состояние счетчика адресов блока 4 памяти в начале каждого периода Т сигнала. Сумматор 2 складывает значения сигнала, поступающие из АЦП 1 в моменты t

соответствующие одним и тем же фазовым углам периода сигнала x(t), что устраняет нестационарность процесса, обусловленную флуктуацией частоты сигнала x(t) за время измерения. После каждого цикла измерения, равного одному периоду сигнала, накопленные за предыдущие периоды значения сигнала заносятся в блок 4 памяти. При новом цикле измерения зна/чения сигнала, поступающие из АЦП 1 и, соответствующие фазовым углам , складьгоаются со значениями, хранящимися в блоке 4 памяти и соответствую щие также углам Vj . Количество усредняемых периодов N зависит от заданной точности измерения параметров сигнала x(t) и отно шения сигнал/шум на входе устройства, которое после накопления увеличивает ся в N .раз (по мощности) . . После накопления сигнала за N периодов информация с выхода сумматора 2 посо-зтает на вход анализатора 3 па раметров. Для синхронизации используется одна из гармоник сигнала, амплитуда которой максимальна. Полоса пропуска ния ДР эквивалентного следящего фильтра, а также фильтра 6 при синхронизации от первой гармоники сигнал . x(t) удовлетворять условию: йР,55г где - максимальное значение моду лирующей частоты (скорость изменения частоты сигнала) D - индекс (глубина) модуляции Согласно вьфажению (8) при синхронизации от т-й гармоники сигнала лГв. (9) лР in-uF. HI При увеличении полосы пропускания фильтра 6 ухудшается отношение сигнал/шум Ы для систем синхрониза;ции, пропорциональное величине поло сы пропускания, , где Р„ - мощность-шума в полосе пропускания дР Для шума с равномерной спектраль ной плотностью N rti 5 N Д F

тогда с учетом выражения (10) а а А Ацл. т-л F .N. Для синхронизации необходимо .исользовать ту гармонику сигнала, для оторой значение о/ максимально, т.е. с учетом вьгражения (l2) необходимо использовать гармонику, для которой приведенная амплитуда В. максимальна:Результаты аналитического и экспериментального исследований ,систем ФАПЧ показывают, что при дБ ве- личина флуктуации фазы синхронизирующего сигнала обратно пропорциональна величине oi . Следовательно, если приведенная амплитуда т- и гармоники больше приведенной амплитуды первой гармоники В , А, / vN, то точность измерения параметров периодического сигнала повышается в В, /В, раз. С (учетом выражения (ГЗ) для случая белого шума (N N const) точность изI ГГ .. мерения повьшается в /т А, раз. Например, если для синхронизации используется энергия второй гармоники сигнала, амплитуда которой ,, точность измерения увеличивается в V2 раз. Коэффициент деления К частоты делителя 9 выбирают следующим образом. Сначала устанавливают значение ,. вьщеляют из шума периодический сигнал, в анализаторе 3 параметров измеряют амплитуды А гармоник сигналов, после чего вычисляют отношения /гЩ . Коэффициент К равен тому значению т, при котором это отношение максимально. Значение спект- . ральной плотности шума N в области частот ш-х гармоник периодическогосигнала определяют следующим образом. Устройство настраивают на частоту f, нес|солько большую (или меньшую) частоты f, сигнала, в результате чего на выходе устройства присутствует только шум, спектральную плотность N которого измеряют при помощи анализатора 3 параметров. Формула изобретения Устройство для измерения параметров периодического сигнала по авт.ев.

51264350 ,6

№ 758534, отличающеесяуправляющему входу блока памяти и

|тем, что, с целью повышения точное-через введенный третий делитель части измерения путем, синхронизации мак-тоты к второму управляющему входу .

симально приведенной по амплитудеблока памяти, а между сигнальным вхо

гармоникой сигнала между выходом ге- jдом аналого-цифрового преобразованератора и управляющим входом анало-теля и первым входом фазового детек-.

го-цифрового преобразователя включентора включен введенный переключатель,

введенный второй делитель частоты,другой вход которого является входом

выход которого подключен к первомусинхронизации устройства.

Изобретение относится к радиоэлектронике. По сравнению с авт.св. № 758534 повьшается точность измерения путем синхронизации максимально Приведенной по амплитуде гармоникой сигнала. Устр-во содержит АЦП 1, сум матор 2, анализатор параметров 3, блок 4 памяти, фазовьй детектор (ФД) 5,-фильтр 6, г-р 7, три делителя 8, 9 и 10 частоты (ГДЧ) и переключатель Vn) 13. На вход цепи фазовой автоподстройки частоты, состоящей из ФД 5, фильтра 6, г-ра 7 и ДЧ 8, через П 13 поступает либо с входа 11 периодический сигнал, параметры которого измеряются, либо с входа 12 внешний синхронизирующий сигнал, частота которого равна частоте периодического сигнала. В зтой цепи осуществляется слежение за частотой любой из гармоник периодического сигнала, после чего сигнал с выхода 7 делится по частоте и поступает на управляющие входы АЦП 1 и блока 4 памяти, с помощью которых производится дискретизация измеряемого периодическо(Л го сигнала. После накопления сигнала за N периодов информация с выхода сумматора 2 поступает на вход анализатора параметров 3. Цель достигается введением ДЧ 9 и 10 и П 13. 1 ил. 5 N9 О5 4 СО СП