Способ измерения параметров шума Советский патент 1988 года по МПК G01R29/26 

лШ

Изобретение относится к радиотехнике. Способ измерения параметров шума (DI) реализован в устройстве, содержащем блок 1 вьщеле ния квадратурной составляющей Ш, перемножители 2, 4, фильтр 3 нижних частот, генератор 5 гармонического сигнала, линейный преобразователь 6, интегратор 7 и формирователь 8 времени измерения. Перемножают Ш с вспомогательным гармоническим сигналом, средняя частота которого равна средней частоте Ш, фильтруют результат перемножения в полосе частот, равной половине ширины спектра измеряемого Ш,и перемножают результат с вспомогательным гармоническим сигналом, выпрямляют Ш и производят усреднение выпрямпенного напряжения в течение времени, кратного периоду вспомогательного гармонического сигнала. Способ имеет высокую точность измерения, 2 ил. & (Л

СГ

00 ;о

Тиз пер

Фие.1

измерение Установка

числа периодов

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам измерения параметров случайных радиотехнических процессов, и может быть использовано при проектировании, например, измерителей параметров шума (среднего значения, -дисперсии или средне- квадратического значения шума).

Целью изобретения является повышение точности измерения при заданном времени измерения путем выделения одной или двух квадратурных составляющих измеряемого шума, которые представляют собой случайные процессы, флуктуирующие только по амплитуде, что позволяет после детектирования интегрировать результат нелинейного преобразования в течение времени, кратного периоду частоты полученных составляющих шума, и тем самым исключить ошибку измерения уровня шума, вызванную периодическим характером этого процесса.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг, 2 - график функции ошибок.

Устройство для реализации способа содержит блок 1 выделения квадратурн составляющей шума, вьшолненный в вид iпоследовательно соединенных первого I перемножителя 2, первый вход которог Iявляется входом устройства, фильтра нижних частот и второго перемножйте- ля 4. К вторым входам первого и второго перемножителей 2 и 4 подключен выход генератора 5 гармонического сигнала. Выход блока I вьщеления кваратурной составляющей шума подключен к нелинейному преобразователю 6, выход которого подключен к входу инте ратора 7, Вход управления временем интегрирования интегратора 7 подключен через формирователь 8 времени измерения к выходу генератора 5 гармонического сигнала.

Сущность способа рассмотрим на примере измерения дисперсии шума.

Представим шум в виде суммы двух гармонических сигналов, флуктуирующих только по амплитуде, т.е.

п( t)А( t)coscj t+A ..(t)sincjt,

со

наблюдение A(t)cosu)t и Ag(t)sin( дает возможность определить параметры функции корреляции процесса (t) (шума).

Если процесс n(t) нормален, то процессы A(t) и Ag(t) также нормальны, и если сам процесс имеет функцию корреляции в видев p(t)cosu), то процессы A(t} и Ar(t) имеют одинаковые функции корреляции в видe(( с). Однако наблюдение (измерение параметров) A(t)cosci)t и (или) A-(t)Binu).t

с оЪ

может быть произведено с большей точностью яа счет использования времени измерения, кратного периоду средней частоты исходного процесса или просто периоду частоты и) квадратурной составляющей процесса. Разложение . случайного процесса на его квадратурные составляющие можно осуществить технически путем перемножения его с квадратурными гармоническими сигналами и фильтрации результата перемножения. В этом случае выделяется та или иная квадратурная составляющая огибающей измеряемого шума, например Тт

- г n(t) I A(t)cosuJ t х

1 Г

- А (t)sinu t-costt)tdt

Jr

A(t)

X cosuJ tdt +

о

I f . 5° f J

o o

X COS 2cO tdt I Ajt)

зд

35 так как произведение sinu)t coscJ t как произведение векторов, находящихся в квадратуре, а произведение

А (t)cos2tJt 0 как произведение мед- о

ленно изменяющегося сомножителя на быстро осциллирующий сомножитель. Аналогично

т

.| Г n(t)sinu)tdt A(t).

Последующее умножение A(t) на coscOt и А (t))t позволяет получить квадратурные составляющие измеряемого шума.

Устройство работает следующим образом.

Входной шум в первом перемножителе 2 перемножается с сигналом coscO t генератора 5 гармонического сигнала. Произведение фильтруется фильтром 3 нижних частот, в результате чего на его выходе вьщеляется квадратурная составляющая A(.(t) огибающей шума. После перемножения с сигналом cosoXt

3lA

во втором перемножнтеле. А получают сигнал A(,(t)cosuH, являющийся квадратурной составляющей измеряемого шума. Далее квадратурная составляющая шума последовательно подвергается нелинейному преобразованию в нелинейном преобразователе 6 и интегрированию в интеграторе 7, причем время интегрирования интегратора 7 задается с формирователя 8 времени измерения таким образом, чтобы оно было кратным числу периодов средней частоты шума. Для этого на формирователь 8 времени измерения подается сигнал с генератора 5 гармонического сигнала. По команде Измерение формирователь 8 времени измерения отсчитывает заданное число перибдов, в течение которого интегратор 7 производит интегрирование результата нелинейного преобразования .

Предположит-, что на выходе нелинейного преобразователя б имеется постоянное напряжение А , которое необходимо измерить, и гармоническая составляющая cosab,t, влияние которой необходимо исключить из результата измерения. Напряжение на выходе интегратора 7

KJM

вы. Г (A,+cosu t)dt

JQ

sinu)oT

является ошибкой результата

измерения, вызванной гармоническим . характером измеряемого процесса (фиг, 2). Из графика ввдно, что ошибка измерения обращается в нуль

при значениях и) Т г 3/4ji, 5/2jr о Л 2

и т1д. Поэтому время измерения Т

и

необходимо выбирать равным

3(П+ (П+ )

. И5н- -2jff;

где ,1,2,3 и т.д.

fj.p-. средняя частота. Так, например, при , Т

и

J1

4f,

MJM

Ср

Если измеряемый шум занимает полосу частотдf от О до кГц, то время

корреляции {:,р -- 10 с, а минимальное время измерения, при котором

1689

ошибка, вызванная гармоничностью измеряемого сигнала равна нулю, опреде11 ...3

ляется как Т j-- :г-10 с, И5м 4fcp 2

Ошибка, вызванная случайньм характером процесса равна

е .„I -с. . 1

,0

,.

&f

1;

Ср

1

2f.

«зм-з Т. 77

3

из..;

S

Ф . А ср

20 HjM3- If-- . 3- .IE.

5

5

HjMA

7

f

1

2f.

2

e. ,|:. cp

30

35

т.е. эта ошибка уменьшается так, как показано на графике (фиг. 2). J. sintjr Огибающая функции --- , опредеtjji

ляющая -максимальную ошибку, вызванную гармоничностью измеряемого сигнала, изменяется как 14ijT . ГТрн Т

.

45

Zf- максимальная

ошибка соответственно равна G 2/У,

Оп 1

22 2 40 2 5JJ ,6; 0,2; 0,12;

0,08, т.е. сравнима с ошибкой за счет конечного времени усреднения. При этом вьшолняется соотношение ,60.

Таким образом, использование времени усреднения, кратного периоду средней частоты измеряемого шума, позволяет снизить ошибку измерения применительно к случаю измерения щумов, лежащих в области сравнительно низ50 ких частот, который является наиболее распространенным случаем измерения параметров щума.

Если р устройство добавить еще один измерительный канал и запитать

55 оба измерительных канала от квадратурного генератора, то на выходе каждого из каналов получают независимые результаты измерения параметров одSirihir