Способ измерения отношения сигнал/шум Советский патент 1989 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к частотным измерениям периодических сигналов, в частности оценке их статистических характеристик.

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет частичного перекрытия по времени внутренних интервалов измерения периода, входящих в суммарный интервал времени измерения.

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие формирования частично перекрывающихся временных интервалов внутри суммарного интервала измерения среднего значения периода входного сигнала| на фиг,2 - блок-схема одного из вариантов уст- ройства для реализации способа.

Устройство содержит усилитель- формирователь 1, к выходу которого Подключен формирователь 2 временных интервалов, к второму входу которого подключен генератор 3 эталонной частоты, а к выходу - первые входы первого 4 и второго 5 элементов И, к выходам которых соответственно подключены счетчик 6 периодов входного сигнала и счетчик 7 периодов сигнала эталонной частоты, к выходам которых подключены соответственно первый 8 и второй 9 буферные регистры. При этом второй выход формирователя 2 временных интервалов через элемент 1 задержки подключен к запоминающему блоку 11, к второму и третьему входу которого подключены выходы буферных регистров 8 и 9, а к выходу блока 11 подключен цифровой вычислитель 12, к выходу которого подключен индикаторный блок 13.

Сущность способа состоит в формировании внутри суммарного интервала измерения ряда частично перекрывающихся внутренних временных интервалов, в каждом из которых измеряют относительное отклонение периода входного сигнала от среднего значе- ни, вызванное шумом,, что позволяет определить относительное среднеквад- ратическое отклонение периода входного сигнала, связанное с отношением сигнал/шум обратно-пропорциональной зависимостью. При реализации способа для формирования отсчетов числа периодов входного сигнала его предварительно усиливают и ограничивают по уровню с целью формирования последо- вательности импульсов, в которой информация об отношении сигнал/шум содержится в отклонении длительности периодов от среднего значения. Получение наиболее вероятного значения отношения сигнал/шум возможно, если отсчеты отклонения периода входного сигнала от среднего значения некор- реллированы. Для этого сдвигают окончание каждого временного интервала в данной группе относительно окончания предыдущего интервала на отрезок времени превышающий ожидаемый радиус корреляции шума,,

Формирование перекрывающихся временных интервалов производят следующим образом.

Формируют две равночисленные группы равномерно нарастающих временных интервалов, имеющих общее начало, совпадающее с началом суммарного интервала измерения. Окончание каждого временного интервала в данной группе сдвигают относительно окончания предыдущего интервала на равные отрезки времени (с точностью до периода входного сигнала)6 содержащее целое число периодов входного сигнала. Длительность последнего временного интервала в первой группе делают равной, примерно трети длительности суммарного интервала измерения. Длительность первого временного интервала во второй группе делают равной, примерно, двум третий длительности суммарного интервала измерения. Число нарастающих временных интервалов в каждой группе не должно превышать числа периодов входного сигнала, укладывающихся в последнем, самом длительном временном интервале первой группы.При этом последний временной интервал во второй группе окажется совпадающим по длительности с суммарным интервалом времени,

В процессе формирования нарастающих временных интервалов подсчитывают число периодов входного сигнала и число периодов сигнала эталонной частоты в моменты времени совпадающие с окончаниями формируемых временных интервалов. По мере получения отсчетов их заносят в память, а после получения последнего отсчета определяют среднее значение периода входного сигнала Т в суммарном интервале измерения

т -о

: ( N,, )

-------

2(iH,- n.,,)

(

°k

гс - период эталонной часТОТЫЈ

N1n , N ,-, - число периодов сигнала эталонной частоты в

i-м временном интервале

,n

i

в первой и во второй группе соответственно; число периодов входного сигнала в i-м временном интервале в первой и во второй группе соответственно; k - число отсчетов в каждой

группе.

По результатам запомненных отсчетов числа периодов сигнала эталонной частоты и с учетом измеренного среднего значения периода входного

10

интервалов, на второ# вход которого поступает выходной сигнал генератора 3 эталонной частоты (фиг.1.2). Форми рователь 2 вырабатывает на своем выходе А импульс суммарного интервала измерения, синхронизированный в начале и в конце с одноименными, например, положительными фронтами сигнала усилителя 1. Этот импульс поступает в виде разрешающего сигнала на первые входы обоих элементов И 4 и 5. На вторые входы элементов И поступают сигналы с выходов

сигнала формируют отсчеты относитель- 15 усилителя 1 и генератора 3, которые

интервалов, на второ# вход которого поступает выходной сигнал генератора 3 эталонной частоты (фиг.1.2). Формирователь 2 вырабатывает на своем выходе А импульс суммарного интервала измерения, синхронизированный в начале и в конце с одноименными, например, положительными фронтами сигнала усилителя 1. Этот импульс поступает в виде разрешающего сигнала на первые входы обоих элементов И 4 и 5. На вторые входы элементов И поступают сигналы с выходов

Изобретение относится к частотным измерениям периодических сигналов, в частности, оценке их статистических характеристик. Цель изобретения- повышение быстродействия - достигается за счет частичного перекрытия по времени внутренних интервалов измерения периода, входящих в суммарный интервал времени измерения. При этом внутри суммарного интервала формируют две группы равномерно нарастающих по длительности временных интервалов, имеющих общее начало, совпадающее с началом суммарного интервала измерения. В каждом из сформированных интервалов производят отсчеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты и запоминают их. Измеряют среднее значение периода входного сигнала в суммарном интервале измерения, формируют отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения и определяют отношение сигнал/шум H по формулам H = 1/ 2 φ 6 Δ, Σ Δ = √ ζ^К_I=1 (Ξср - ΔI)²/ К - 1, ΔI= QI - PI, Δср = ζ ^К I=1 ΔI/К , QI = [PI + 0,5], PI = То N2I - N1I/ Тх, Тх = То ζ К I = 1 (N2I - N1I) / N2I - N1I, гдЕ Σ* Δ - относительное СКО ряда отсчетов периода входного сигнала

То - длительность периода сигнала эталонной частоты

Тх - среднее значение периода входного сигнала, измеренное за суммарный интервал времени измерения

N1I, N2I, N1I, N2I- отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты и входного сигнала в I - м временном интервале в первой и второй группе соответственно

ΔI - отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения в I - м временном интервале, К - число отсчетов в каждой группе.

ного отклонения периода входного сигнала от среднего значения Д в интервалах времени, лежащих между окончаниями временных интервалов, имеющих одинаковый порядковый номер в первой и во второй группе. Длительность каждого такого интервала составляет

TO(N,;- NM), -

р т

NI,- Ы,

0 1

q, Pf + 0,5J.

В заключение определяют относительное среднеквадратическое отклонение периода входного сигнала отношение сигнал/шум п: .

ли

h 21Г6Л

Таким образом, отношение сигнал/ шум определяется практически одновременно с изменением периода входного сигнала, т.е. статистическая обработка входного сигнала производится в одном измерительном цикле с измерением периода входного сигнала.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 1, преобразующего его в последовательность прямоугольных импульсов (фиг.1.1), выходной сигнал усилителя 1 поступает на вход формирователя 2 временных

0

по разрешающему сигналу попадают на входы счетчиков 6 и 7 соответствен-, но. Счетчик 6 подсчитывает число периодов входного сигнала, а счетчик 7 - число периодов сигнала эта1- лонной частоты в течение всего суммарного интервала измерения. Выходы счетчиков 6 и 7 подключены к разрядным входам буферных регистров 8

5 и 9. На входы записей регистров поступает сигнал записи с выхода Б формирователя 2. Этот сигнал, вырабатываемый через равные промежутки времени, синхронизирован с одноимен0 ными (например, положительными) фронтами импульс ов входного сигнала (фиг.1.4). Он определяет окончание каждого из нарастающих внутренних временных интервалов (фиг.1.5-10). Занесенные в буферные регистры значения отсчетов переписываются в запоминающий блок 11 по команде, поступающей с элемента 10 задержки, предотвращающего совпадение моментов записи кодов отсчетов в запоминающий блок 11 с моментами переключения буферных регистров.

В вычислителе 12 производится вычисление разностей полученных от5 счетов (N.- N. ), характеризующих длительность частично перекрывающихся временных интервалов (фиг.1.11- 13), а также определяется среднее значение периода входного сигнала Т х и вычисляется искомое отношение сигнал/шум. Полученное значение отношения сигнал/шум поступает в индикаторный блок 13.

5

0

0

Формула изобретения

Способ измерения отношения сигнал/ шум в смеси периодического сигнала с шумом, основанный на определении

обратного значения относительного среднего квадратического отклонения ряда отсчетов периода входного сигнала, при котором разбивают суммарный интервал времени измерения на отдельные внутренние временные интервалы, производят отсчеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты, ук- ладывающихся в пределах каждого внутреннего временного интервала, измеряют среднее значение периода входного сигнала за суммарный интервал времени измерения, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью сокращения времени измерения, формируют внутри суммарного интервала измерения дне равночисленные группы равномерно нарастающих по длительности временных интервалов, имеющих общее начало, совпадающее с началом суммарного интервала измерения, и содержащих целое число периодов входного сигнала, запоминают полученные от- счеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты и формируют отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения в отрезках времени лежащих между окончаниями временных интервалов, имеющих одинаковый порядковый номер в первой и во второй группах, а отношение сигнал/шум h определяют по формулам

h

6Л-Т1

(flcp-O k-T

Д; Ч Р{:

Де,k

I.A:

1 1

$ 0 5 0

5

0

q; р. + 0,

Nti- Nn . Pf - о т- А х

Т, (Nt,- N)

Тх Т0 Hf.

X. (nt)- п,,)

-1

где 6Д - относительное средне- квадратическое отклонение периода входного сигнала

Т0 - длительность периода

сигнала эталонной частоты;

Тх - среднее значение периода входного сигнала, измеренное за суммарный интервал времени изме- рения$

N7) ,Na5 - отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты в i-м временном интервале в первой и второй группах соответственно

n-n nii отсчеты числа периодов входного сигнала в i-м временном интервале; лежащем между окончаниями временных интервалов, имеющих одинаковый порядковый номер в первой и во второй группах соответственно

и . - отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения в i-м временном интерва- ле$

k - число отсчетов в каждой группе.

/A, UTJTUTJ-UTJIJT

Jam liMI | lil IIIHIi IIIIIIIH ajlll IIIIIIIIIUIIIIIItllHllllllllllll lllllllimill

/, J fr N21

7 W2

/

TO Wgn

blAiJUft Г WtrKn}j2

13

TotNtK-tfjx)

Put. ;