Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизме- рительной технике и может быть использовано для измерения статистичечких характеристик случайной фазы сигналов,

Цель изобретения - повышение точности определения статистических характеристик фазы сигнала.

ha фиг. 1 приведена структурная схема ститистического анализатора конечной разности фазы сигнала; на фиг. 2 - структурная схема блока задания параметра (БЗП) характеристической функции; на фиг. 3 - временные диаграммы работы статистического анализатора.

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала содержит первый 1 и второй 2 аналоговые запоминающие блоки (АЗБ), формирователь 3 опорного колебания, формирователь 4 стробирующих импульсов, первый 5 и второй 6 узлы выборки и хранения, первый 7 и второй 8 анало- гоцифровые преобразователи, первый 9 и второй 10 накапливающие сумматоры первый 11 и второй 12 отсчетные блоки, блок 13 определения математического ожидания, блок 14 определения мнимой составляющей характеристической функции, блок 15 определения деистСП

сд

со ;о

;о

15539

нательной составляющей характеристический функции, блок 16 задания параметра, управляемый генератор 17 тактовых импульсов.

Входом статистического анализатора конечной разности фазы сигнала служат объединенные входы аналоговых запоми- нЬющих блоков 1 и 2 и формирователя 3 опорного колебания, выход которого подключен к входу формирователя 4 слгробирующих импульсов. Выходы аналоговых запоминающих блоков 1 и 2 подключены соответственно к входам пер- в эй и второй цепей преобразования, в каждой из которых последовательно соединены узел 5(6) выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 7(8) накапливающий сумматор 9(10) и отсчет- блок 11(12). Выход накапливающего сумматора 9 первой цепи преобразования подключен к первым входам блока 1 3 определения математического ожида- Н1яя и блока 14 определения мнимой составляющей характеристической функции, а выход накапливающего суммато- р.1 10 второй цепи преобразования подключен к второму входу блока 13 опре- Д)ления математического ожидания и первому входу блока 15 определения - действительной составляющей характеристической функции. Выход блока 14 определения мнимой составляющей присоединен к первому дополнительному в:соду отсчетного блока 12 второй цепи преобразования, а выход блока 15 определения действительной составляющей - к первому дополнигепьному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования. Выход блока 13 опреде линия математического ожидания присоединен к входу блока 16 задания параметра, третий и четвертый выходы которого подключены к вторым входам, соответственно, блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 определения действительной составляющей характеристической функции. Первый блока 16 задания параметра присоединен к первым входам управления управляемого генератора 17 тактовых импульсов и формирователя 4 стробиру- гайих импульсов, второму дополнительному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования и третьему дополнительному входу отсчетного блока 12 второй цепи преобразования, а второй выход присоединен к вторым вКодам управления управляемого гене

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

194

ратора 17 тактовых импульсов и формирователя 4 стробиру.ющих импульсов, третьему дополнительному входу отсчетного блока 11 первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока 12 второй цепи пре- образования. Первый выход управляемого генератора 17 тактовых импульсов соединен с первыми тактовыми входами аналоговых запоминающих блоков 1 и 2 и тактовым входом формирователя 3 опорного колебаний, а второй и третий выходы присоединены к вторым такто.вым входам аналоговых запоминающих блоков 1 и 2. Первый выход формирователя 4 стробирующих импульсов подключен к входам стробирования узла 5 выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя 7 первой цепи преобразования, а второй выход - к входам стробирования узла 6 выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя 8 второй цепи преобразования. Выходы Конец преобразования аналого-цифровых преобразователей 7 и 8 соединены с входами синхронизации накапливающих сумматоров 9 и 10. Входы стробирования накапливающих сумматоров 9 и 10, блока 13 определения математического ожидания, блока 14 определения мнимой составляющей, блока 15 определения действительной составляющей и блока 16 задания параметра объединены и подключены к цепи Время усреднения. Тактовый вход блока 13 определения математического ожидания и вход Сброс блока 16 задания параметра присоединены к цепи Время цикла - (Тц).

АЗБ 1 и 2 предназначены для умножения фазы исследуемого сигнала. Для этого в АЗВ сначала записываются дискретные значения входного напряжения за один период исследуемого сигнала, а затем происходит считывание данной информации с частотой импульсов считывания в v раз большей частоты импульсов дискретизации.

Блок 16 задания параметра предназначен для определения значений параметра характеристической функции v. и v- в зависимости от значения математического ожидания та для первой и второй цепей преобразования, а также для определения произведений mv. и mv ..

Блок 16 задания параметра состоит из пяти регистров 18-22, одновибратора 23, счетчика 24 и постоянного загоминающего блока (ПЗВ) 25, который содержит четыре идентичных модуля которые имеют общую адресную шину. К старшим разрядам этой шины подсоединены выходы счетчика 24, вход которого соединен с выходом одновибрато- ра 23, формирующего короткий отрицательный импульс по переходу из О в 1. К младшим разрядам адресной шины ПЗБ 25 подсоединены выходы регистра 18, вход которого является входом блока 16 задания параметра. Вход од- новибратора 23 является входом стро- бирования.блока 16 задания параметра, а выход подключен к третьему входу Выборка кристалла) ПЗБ 25. Выходы первого и второго модулей ПЗБ 25, задающие коды значений v, через регистры 19 и 20 соединены с первым и вторым выходами блока задания параметра. Выходы третьего и четвертого модулей, задающие коды произведений mv, и ту-, через регистры 21 и 22 соединены с третьим и четвертым выходами блока задания параметра. Сброс счетчика 24 и регистров 18-22 происходит по переднему фронту импульса на входе Сброс блока 16.

Управляемый генератор 17 тактовых импульсов формирует три последовательности импульсов: первую с частотой fT; вторую с частотой v.fT, третью с частотой v.fT. Генератор состо- иэ из двух идентичных частей, каждая из которых управляется кодом значений

V

В исходном состоянии отсчетные блоки 11 и 12, накапливающие сумматоры 9 и 10, регистры и счетчик 12 блока 16 задания параметра обнулены.

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала работает следующим образом.

На вход анализатора поступает исследуемый сигнал (фиг. За).

U(t) Umsirt ujt+Y(t)J.

Цикл измерения начинается с появления переднего фронта импульса в цепи Время цикла (фиг. Зб). Вещественный параметр характеристической функции v , и v. для первой и второй ветвей преобразования задается с помощью A3 Б 1 и 2 соответственно, управляемого генератора 17 тактовых импульсов и блока 16 задания параметра.

Дискретные значения исследуемого сигнала записываются в АЗБ 1 и 2 в течение периода входного сигнала с частотой Јт, а затем считываются с частотой T из АЗБ 1 и с частотой vifT из АЗБ 2. Все три частоты задаются управляемым генератором 17 тактовых импульсов. Таким образом, на вьт- ходах АЗБ 1 и 2 получаются отрезки исследуемого сигнала с умноженной в v или v раз частотой и фазой (фиг.Зг, е): J

%361(t)Umein vk«t+vfcv(t)J;

идэ6г(О итв1п у,ЬИ:+У 1:)

и с длительностями, разными периоду входного сигнала, деленному на v

ИЛИ V .

Формирователь 3 опорного колебания представляет собой аналоговую линию задержки, которая задерживает

исследуемый сигнал на время С , Формирователь 4 стробирующих импульсов формирует из опорного колебания две последовательности стробирующих импульсов, частоты следования которых

равны частотам сигналов на выходе АЗБ 1 (фиг. Зд) и АЗБ 2 (т.е. vvfr и v-f соответственно). При этом последовательность стробирующих импульсов с частотой v-fT сдвинута на

четверть периода относительно колебания с выхода АЗБ 2 (фиг. Зж).

Узел 5 интегрирует поступающий на его сигнальный вход исследуемый сигнал с умноженной в v раз частотой и фазой за время действия строб- импульса на входе стробированяя. В результате интегрирования на выходе узла Ь получают сигнал

i,, S UMsin vkwt+vvuj(t)dt

Mcosfv t v.t)

)t;+vku;5--+vlcV(tt.4.5--.)5 ,

где Т - период исследуемого сигнала;С. - начало 1-го стробирующего

импульса, T/2v - длительность стробирующего

импульса.

Так как начало стробирующих импульсов УВХ задержано относительно

момента перехода исследуемого сигна- лЛ из области отрицательных значений в область положительных значений на время Ј , то

vЈ (t{- )..

Поскольку устройство работает с узкополосными сигналами, то справедливо соотношение:

v(t,)v() - v«.

Учитывая, что

сигнал на выходе пфрционален значению

V()-cos vltif(t)+vkm,

- конечная разность фазы

сигнала.

Так как стробирующие импульсы на стробирования УВХ 6 сдвинуты нА четверть периода, то на выходе УВХ

6 получают сигнал i,3iy«vf

usBx« t)-i}T/wyinCviwt+vjw(t)dt прямо пропорциональный значению

V(v ,t)(t)+V|-m.

Напряжения с выходов узлов 5 и. 6 вйборки и хранения поступают на входы АЩ 7 и 8. При этом запуск АЦП 7 и 8 щ оизводится по окончании действия стробирующего импульса, т„е. к моменту окончания интегрирования в УВХ 5 и 64 После завершения аналого-цифрового преобразования на выходе Конец преобразования А1Щ формируется импульс, который, поступая на вход синхронизации соответствующего накапли- вйющего сумматора, вызывает прибавление кода, сформированного на выходе АЦП, к числу, записанному к настоящему моменту в накапливающем сумматоре. Т.1ким образом, если за время усредне- юйя реализовано 2N периодов входного сигнала,- в накапливающих сумматорах 9 и 10 получают цифровые коды чисел соответственно:

1 к A(VU) -jj- )

1 N B(v5) sintv.iXtJ+Vjm.

J

5

0

С целью уменьшения случайной погрешности определения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции в анализаторе на первом этапе производится определение мате- . матического ожидания m сформированной конечной разности фазы сигнала (в данном случае m ) в соответствии с выражениемm 1/v arctg(B(v) /A(v)) и в зависимости от величины m форми- рование кодов, соответствующих значениям параметра характеристической

ФУНКЦИИ .V4 И V: И УПРЗВЛЯЮЩИХ работой первой и второй ветвей преобразования. Для этого на нулевом этапе работы анализатора по перепаду из О в 1 в цепи Время цикла (фиг. Зб) регистры и счетчик 24 обнуляются. По первому (за время цикла) переходу из О в 1 в цепи Время усреднения (фиг. Зв) обнуляются накапливающие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока 16 ус5 танавливаются значения

0

5

0

0

5

vb

rj

- Ь

записанные в ячейках с нулевым адресом, а на выходе третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 устанавливаются нулевые коды, соответствующие произведениям mv, и mv.-. Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 4 записываются в регистры 19 и 20 блока.16. Коды с выходов третьего и четвертого модулей ПЗБ 25 записываются в регистры 21 и 22. Таким образом, по первому переходу из О в 1 в цепи Время усреднения вещественный параметр характеристической функции для первой и второй ветвей преобразования устанавливается равным единице, на первые и вторые входы блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 определения действительной составляющей подаются нулевые коды. При этом от- счетные блоки 11 и 12 показывают нулевые значения.

По первому переходу из 1 в О в цепи Время усреднения на выходах накапливающих сумматоров получают цифровые коды, соответствующие значения

A(v,1) -1.cos|(t5) +

14 M i 0 1 N

g(v 1) --- Ј sinCiKt,) + m,

1 H

которые подаются на адресную шину ПЗБ блока 13 определения математического ожидания, блоков 14 и 15 опредёления мнимой и действительной составляющих. Происходит считывание кода из ячейки ПЗБ блока 13 определения математического ожидания, адрес . которой соответствует коду на адрес ной шине, и запись этого кода в регистр 18 .блока 16 задания параметра. Управление считыванием из ПЗБ блока 13 определения математического ожидания и записью в регистр 18 осуществляется D-триггером и одновибратором 23, работа которых организована так, что одновибратор 23 формирует короткий отрицательный импульс один раз за время цикла по первому переходу из 1 в О в цепи Время усреднения1 Происходит считывание кодов из ячеек ПЗБ блоков 14 и 15 определения мнимой

,

и действительной составляющих по ад

ресам, соответствующим кодам на адресных шинах указанных ПЗБ, Записывается единица в счетчике 24 блока 16 задания параметра. Запись таблицы соответствия в ПЗБ блока 15 определения дей- ствительной составляющей осуществляется так, что при mv.- О из указанного ПЗБ блока 15 считывается нулевой код. На этом нулевой этап работы анализатора заканчивается, Отсчетные блоки 11 и 12 индицируют

А(1),§(1) vk Vj 1.

Таким образом, по окончании нулевого этапа работы анализатора в регистре 18 блока116 задания параметра записан код, соответствующий математическому ожиданию га конечной разности фазы сигнала, сформированной в анализаторе.

Первый этап работы анализатора начинается со второго перехода из О в 1 в цепи Время усреднения. По этому переходу обнуляются накапливаю- щие сумматоры 9 и 10. На выходе первого и второго модулей ПЗБ 25 блока 16 задания параметра устанавливаются значения v- и v- соответственно, а на выходах третьего и четвертого мо- дулей ПЗБ 25 устанавливаются значения tnv. и mv , соответственно, записанные в ячейках с адресом, соответствующим коду на адреской шине ПЗБ 25 определяемому значениями m и кода на выходе счетчика 24. Коды с выходов первого и второго модулей ПЗБ 25 записываются в регистр 19 и регистр 20. Коды с выходов третьего и четверJ5

5

10

20

25-JQ

того модулай ПЗБ 25 записываются в регистр 21 и регистр 22. Выбор н установка значений v, и v. из ряда v 2,3,4,5,... производится в соответствии со значением го. Если значение mv находится в зоне 180°k 45 , где k ...,-3,-2,1,0,1,2,3,..., то первая ветвь преобразования работает с параметром v . v и в ней измеряется A(v). Если же mv находится в зоне 180°k±45 +90°, то работает вторая ветвь преобразования с параметром v. v и в ней измеряется B(v-).

Аналогично производится выбор и установка значений mv. и mv-. По второму переходу из 1 в О в цепи Время усреднения на выходах накапливающих сумматоров присутствуют цифровые коды, соответствующие значениям:

ч Ы

K(v) -jj-X cosfyifCtj )+v,

1 м

B(v.) -- Т. q(t )+v. m, Jи i-oJJ

5

5 Q

д

«

которые подаются на адренсую шину ПЗБ блоков 15 и 14 определения действительной и мнимой составляющих. Происходит считывание кода из ПЗБ блока 14 определения мнимой составляющей, соответствующего значению B(v,) A(v1t) tgdnvj,), и считывание кода из ПЗБ блока 15 определения действительной составляющей, соответствующего значению X(v ,)S(v,)ctg(mv.). В счетчике 24 записывается код, соответствующий двойке.

На отсчетном -блоке 11 в соответствующих полях индицируются значения v, A(v) и v., S(vj), а на отсчет- ном блоке 12 - значения v., f$(v.) и У.,,, S(vfc). J J

На втором и последующем этапах работа анализатора аналогична работе на первом этапе, т.е. соответственно значению математического ожидания m и номеру этапа работы анализатора, фиксируемому в счетчике 24, блок 16 задания параметра устанавливает эна- чения vv и v., управляющие работой первой и второй ветвей преобразования и значения mv. и mv-, с помощью которых -и с помощью блока 14 определения мнимой составляющей и блока 15 определения действительной составляющей определяют значение B(v) и A(v-) по значениям A(vfc) и S(v.) соответственно. Наличие оценок характеристи11

ческой функции, измеренных при различных значениях вещественного параметра v, позволяет в аналитическом виде установить статистические характеристики конечной разности фазы сигнала, сформированной в анализаторе.

Таким образом, введение аналогового запоминающего блока 2, блоков определения математического ожидания 13, мнимой и действительной составляющих 14 и 15 и блока 16 задания параметра позволяет повысить точност измерения статистических характеристик конечной разности фазы сигнала.

Формула изобретения

Статистический анализатор конечной разности фазы сигнала, содержащий две цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразовател накапливающий сумматор и отсчетный блок, а также соединенные последовательно формирователь опорного колебания и формирователь стробирующих импульсов, первый выход которого под15

12

определения математического ожидания, первый вход которого объединен с первым входом блока определения мнимой составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора первой цепи преобразования, второй вход объединен с первым «входом блока определения действительной составляющей и подключен к выходу накапливающего сумматора второй цепи преобразования, а выход присоединен к входу блока задания параметра, первый выход которого присоединен к первому входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и второму входу формирователя стробирукшшх импульсов, к второму дополнительному входу отсчетного блока первой цели преобразования и к , третьему дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, второй выход - к второму входу управления управляемого генератора тактовых импульсов и третьему входу 5 формирователя стробирующих импульсов, третьему дополнительному входу отсчетного блока первой цепи преобразования и второму дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобра5

0

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения статистических характеристик фазы сигнала. Цель изобретения - повышение точности определения вероятностных характеристик случайного процесса - достигается путем автоматического выбора оптимальных значений вещественного параметра характеристикой функции (V_K, V_J) в зависимости от математического ожидания исследуемого случайного процесса отдельно для ветви определения действительной составляющей характеристикой функции (V_K) и ветви определения мнимой составляющей характеристикой функции (V_J). По измеренным оценкам определяют значения мнимой составляющей B (V_K) и действительной составляющей A(V_J) характеристической функции. Это позволяет снизить случайную составляющую погрешности измерения оценок характеристической функции, что, в свою очередь, дает возможность повысить точность определения вероятностных характеристик исследуемого случайного процесса. 3 ил.

ключей к входам стробирования узла вы-30 зования, а третий и четвертый выходы борки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи преобразования, а второй выход - к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи преобразования, управляемый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу формирователя опорного копебания и первому тактовому входу пер-до ВОМУ дополнительному входу отсчетного

|вого аналогового запоминающего блока, второй тактовый вход которого соединен с вторым выходом управляемого генератора тактовых импульсов, выход подключен к входу узла выборки и хра- 4j нения первой цепи преобразования, а вход объединен с входом формирователя опорного колебания и является входом анализатора, причем входы стробирования накапливающих сумматоров подклю- 50 цены к цепи Время усреднения, отнимающийся тем, что, с цепью повышения точности определения статистических характеристик фазы сигнала, в него введены второй ана- 55 логовый запоминающий блок, блок задания параметра, блок определения мнимой составляющей, блок определения действительной составляющей и блок

блока первой цепи преобразования, кроме того, первый и второй тактовые вхо ды второго аналогового запоминающего блока присоединены соответственно к первому и третьему выходам управляемого генератора тактовых импульсов, а эход и выход подключены соответственно к входам анализатора и узла выборки и хранения второй цепи преобразования, цепь Время усреднения соединена с входами стробирования блока задания параметра, блока определения математического ожидания, блока определения мнимой составляющей и блока определения действительной составляющей, тактовый вход блока определения математического ожидания и вход сброса блока задания параметра соединены с входом цепи Время цикла

5

соответственно к вторым входам блока определения мнимой составляющей и блока определения действительной составляющей, причем выход блока определения мнимой составляющей присоединен к первому дополнительному входу отсчетного блока второй цепи преобразования, а выход блока определения действительной составляющей - к перВОМУ дополнительному входу отсчетного

блока первой цепи преобразования, кроме того, первый и второй тактовые входы второго аналогового запоминающего блока присоединены соответственно к первому и третьему выходам управляемого генератора тактовых импульсов, а эход и выход подключены соответственно к входам анализатора и узла выборки и хранения второй цепи преобразования, цепь Время усреднения соединена с входами стробирования блока задания параметра, блока определения математического ожидания, блока определения мнимой составляющей и блока определения действительной составляющей, тактовый вход блока определения математического ожидания и вход сброса блока задания параметра соединены с входом цепи Время цикла.

«fr

QmJyc/

кпмк

..КЦ,11,12

V v Л74 K15

Фиг.2