Способ измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

СП

ОЭ

со

sl

4Ь

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. Целью изобретения является повышение статистической точности измерения вероятных характеристик флуктуаций фазы сигнала. В основу способа положено умножение фазовых сдвигов между сигналами, когда они подвергаются временной компрессии - сжатию. Устройство, реализующее способ, содержит модуляторы 1 и 2, генераторы 3 и 4 сигналов с линейной частотной модуляцией, дисперсионные линии 5 и 6 задержки, демодуляторы 7 и 8, фазовращатель 9, перемножители 10 и 11, интеграторы 12 и 13 и регистраторы 14 и 15. Использование временной компрессии сигналов в данном способе повышает статистическую точность анализа по сравнению с известным способом, поскольку реально вещественный параметр может достигать сотен и тысяч. 3 ил.

Фиг.1

3156

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис- пользоВано для измерения статистических характеристик флуктуации фазы сигнала.

При анализе случайных процессов используют статистическое среднее вида

JW

Jvm4W,

QCVnO-m,-41). )eJ-n %lVi (1

Я

называемой характеристической функцией,

где u(t) - случайный процесс (флуктуации фазы сигнала)} знак математического ожидания ;

вещественный параметр характеристической функции;P(t) плотность вероятностей

флуктуации фазы сигнала. Преобразование выражения () приводит его к виду

e(Vm),{cosVmif(t))+jmJsinVmcKt) A(Vn)+jB(Vm),(2)

га,

где A(Vm)

и B(Vm) - действительная и мнимая части характеристической функции.

По измеренным оценкам частей характеристической функции при различных значениях параметра Vm определяю вероятностные характеристики случайной фазы сигнала.

Целью изобретения является повыше ние статистической точности за счет использования больших значений вещественного параметра характеристической функции,

В основу способа положено умножение фазовых сдвигов между сигналами, когда они подвергаются временной компрессии (сжатию). При использовании дисперсионной линии задержки можно получить коэффициент временного сжатия ЛЧМ-радиоимпульса до 10. Во столько же раз умножается частота огибающей ( в случае амплитудной модуляции ЛЧМ-импульса) и, соответственно, фазовый сдвиг между опорным и исследуемым сигналами.

Способ измерения статистических характеристик флуктуации фазы основа на пропускании ЛЧМ-радиоимпульсов,

5

0

модулированных по амплитуде входными сигналами через дисперсионные линии задержки}и заключается в следующем.

Из исследуемого Uh (t)Uhisin(Jo t-cp) и опорного Ue (t)Umsin(coct- t) сигналов, содержащих фазовые флуктуации (f и ч в моменты равенства фаз, например в момент перехода указанных сш- налов через нулевой уровень, формируют прямоугольные радиоимпульсы длительностью f, равной времени дисперсии t3 используемой дисперсионной линии задержки.

Сформированные прямоугольные радиоимпульсы подвергают линейной частотной модуляции с изменением частоты по закону

. . аи) w,(t) we+ т- (t5

0

5

. . йШ . w/t) юо+ -р (CUt П. We

;), ),

(3)

- начальная

(4)

где (jjc - частота исследуемого и опорного сигналов;

мгновенная частота ЛЧМ-радиоимпульса; ( и t - случайные начальные фазы

исследуемого и опорного сигналов;

ДО)- девиация частоты ЛЧМ-радиоимпульса, максимальное значение которой выбирают в соответствии с требуемым значением вещественного параметра, равным

4Ы

йШ,

л,

(5)

где Vm - вещественный параметр;

йи)л ширина полосы частот рабочего линейного участка дисперсионной линии задержки. Полученные частотно-модулированные сигналы подвергают амплитудной модуляции исследуемым и опорным сигналами и получают модулированные сигналы вида

0

Urn,(t)u l+sin t4t- 7cosr4t+

+ i /ti Jft я .

(2uTc ;JJ

Umj(t)uЈl+sin u ct-ijcos Ј t+

(6)

(-J

It

iOc/JJ

Ш.

(7)

5

/JU)

+ Т 4

Сформированные таким образом сигналы пропускают через дисперсионные линии задержки, у которых с учетом (3)-(5) зависимости времени задержки от мгновенной частоты имеют вид

t3,(Wi,t)t0-(W3;

J л ,- W.

(8) (9)

t3,(,t)te-(Vt3.

Полученные на выходе двух дисперсионных линий задержки сигналы детектируют, выделяя огибающие, и определяют мгновенные значения этих огибающих. Принимая во внимание выражения (8),(9) и (5), а также выполняя условие ), получают, что проде- тектированные сигналы с точностью до коэффициента передачи равны

(t)sinu)(t- Ј-) (Ю)

1

UJ

-fcoj ,

(Ю

где коэффициент измеL л нения масштаба времени.

Таким образом, после линии задержки возникает новая частота

.О )

Поскольку следует считать , с учетом (5) получают

13)

Преобразованные таким образом колебания (10) и (11) перемножают между собой, кроме того, опорное колебание (11) подвергают дополнительному преобразованию путем поворота фазы его на 90° и вторично перемножают с исследуемым колебанием (10). Результаты перемножения усредняют и получают два электрических сигнала, пропорциональных оценкам действительной и мнимой частей характеристической функции флуктуации фазы сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема генератора сигналов с линейной частотной модуляцией; на фиг.З - временные диаграммы работы анализатора.

Анализатор содержит первый 1 и второй 2 модуляторы, генераторы 3 и

4сигналов с линейной частотной модуляцией (ГЛЧМ), дисперсионные линии

5и 6 задержки, демодуляторы 7 и 8, фазовращатель 9, первые 10 и вторые

11 перемножители, интеграторы 12 и 13 и регистраторы 14 и 15.

-

10

15

20

25

5697406

Входами исследуемого и опорного сигналов статистического анализатора являются низкочастотные входы модуляторов 1 и 2, подключенные также к первым входам ГЛЧМ 3 и 4, вторые входы которых объединены и являются входом установки вещественного параметра V , а выходы подключены к высокочастотным входам модуляторов 1 и 2, выходы которых подключены соответственно к входам дисперсионных линий 5 н 6 задержки, выходы которых подключены соответственно к входам демодуляторов 7 и 8, выход второго демодулятора 8 подключен к второму входу второго перемножителя 11 и через фазовращатель 9 к второму входу первого перемножителя 10, а выход первого демодулятора 7 - к первым входам перемножителей 10 и 11, выходы которых соответственно подключены через интеграторы 12 и 13 к входам регистраторов 14 и 15.

Модуляторы 1 и 2 представляют собой амплитудные модуляторы и служат для амплитудной модуляции ЛЧМ-импуль- сов и могут быть выполнены любым известным способом. Дисперсионные ли30 нии 5 и 6 задержки представляют собой устройства задержки, время задержки которых зависит от частоты сигнала и выполняются обычно из пьезоэлектрического материала. Цемодуляторы 7 и 8 представляют собой амплитудные детекторы и предназначены для выделения огибающей модулированного по амплитуде сигнала.

ГЛЧМ 3 и 4 служат для формировадл ния ЛЧМ-импульсов, синхронизированных входными сигналами, и содержат (фиг.2) последовательно соединенные формирователь I6, генератор 17 линейно изменяющегося напряжения с управ45 ляемой скоростью нарастания напряжения и частотно-модулированный генератор 18.

Формирователь 16 служит для запуска генератора 17 в моменты времени, соответствующие моментам перехода выходными сигналами нулевого уровня. Скорость изменения напряжения генератора устанавливается пропорциональной требуемому значению вещественного параметра. Генератор 18 представляет собой преобразователь напряжение - частота.

Анализатор работает следующим образом.

35

50

55

Измерение оценок характеристической функции производится последовательно при выбранном значении параметра Vm. Значения параметра V выбирают целочисленными, При входу управления скорость изменения линейно изменяющегося напряжения выбирается так, чтобы максимальная девиация частоты частотно-модулированного сигнала с выходов ГЛЧМ составляла величинуi определяемую выражением (5)

В этом случае коэффициент сжатия сигналов принимает целочисленные значения, пропорциональны V . Напряжения (фиг.За,б) со случайными фазами ( и подаются на амплитудные модуляторы I и 2. В момент времени, когда происходит переход сигналов через нулевой уровень, производится запуск ГЛЧМ на время Ј , равное Ut3) так, что на выходе ГЛЧМ действуют напряжения, мгновенная частота которых изменяется так, как показано на фиг.3в,г.

Импульсы длительностью с линейной частотной модуляцией (фиг.3д,е) подвергаются амплитудной модуляции в модуляторах 1 и 2 входными сигналами так, что на выходах модуляторов действуют напряжения (фиг.), описываемые выражениями (6) и (7)« Модулированные таким образом напряжения подаются на дисперсионные линии 5 и б задержки, время задержки которых зависит от мгновенной, частоты сигналов на их входах. Напряжения с выходов линий задержек (фиг,3и,к) подаются на входы амплитудных детекторов 7 и 8, которые выделяют огибающие напряжений. Тогда на выходах амплитудных детекторов напряжения (фиг.Зл,м), которые при условии описываются выражениями (10) и (11). Эти напряжения перемножаются в перемножителе 11, а результат перемножения интегрируется в интеграторе 13, после чего регистратор 15 регистрирует напряжение, пропорциональное оценке действительной части характеристической функции

I cosv cr-Odt.

Опорное колебание после поворота фазы на 90° в фазовращателе 9 перемножается с исследуемым колебанием в перемножителе 10, результат перемножения интегрируется интеграто

0

5

0

5

0

5

0

ром 12, а регистратор 14 регистрирует напряжение, пропорциональное оценке мнимой части характеристической функции

BOU- | J sinVm()dt.

о

Таким образом, использование временной компрессии сигналов в предлагаемом способе измерения позволяет повысить статистическую точность анализа вероятностных характеристик флуктуации фазы сигнала по сравнению с известным, поскольку реально вещественный параметр может достигать сотен и тысяч.

Формула изобретения

Способ измерения статистических характеристик флуктуации фазы сигнала, основанный на умножении флуктуации фазы путем преобразования спектра входных (исследуемого и опорного) сигналов, перемножении преоРряэован- ного исследуемого сигнала на преобразованный опорный сигнал и на преобразованный опорный сигнал, дополнительно сдвинутый по фазе на 90°, усреднении результатов перемножения, индикации двух усредненных сигналов, как величин действительной и мнимой частей характеристической функции, отличающийся тем, что, с целью повышения статистической точности за счет использования больших значений вещественного параметра характеристической функции, преобразуют спектр входных сигналов с использованием дисперсионных линий задержки, на входе которых формируют радиоимпульсы в момент перехода входных сигналов через заданное значение фазы, причем частоту заполнения радиоимпульсов задают линейно . изменяющейся в пределах полосы частот дисперсионной линии задержки в соотвествии с выражением

С)Ч+|(и),

V Vmdt

uv

де

СО - начальная мгновенная частота о

заполнения линейно-частотно- модулированных радиоимпульсов;

Vm - вещественный параметр характеристической функции;

4( ширина полосы частот дисперсионной линии задержки;

/it3 время дисперсии дисперсионной линии задержки; Wc- частота исследуемого сигнала; t - текущее время; ty - начальная фаза сигнала, а амплитуду полученных радиоимпульсов модулируют соответственно исследуемым

ОтЩ

и опорным сигналами, детектируют полученные на выходе дисперсионных линий задержки сигналы, а выделенные огибающие используют как преобразованные сигналы для измерения значений действительной и мнимой частей характеристической (Ъункции.

.,

Фиг. 2