Устройство для измерения интенсивности шумовых помех Советский патент 1992 года по МПК G01R29/26 

ник регулируемого напряжения, два сумматора, двухвходовые блоки умножения и сумматоры на т-входов.

Недостатком данного устройства обусловлен низкой точностью определения параметров шумов, длительность которых приблизительно равна длительности сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спектроанализатор шумовых сигналов, содержащий последовательно соединенные линейный полосовой фильтр, детектор, усреднитель и блок логарифмирования, а также линию задержки с m отводами, m блоков вычитания, m блоков умножения, два сумматора, источник регулируемого напряжения и (т+1}-й блок умножения, причем каждые два соседних отвода линии задержки попарно подсоединены к соответствующим входам блоков вычитания, первый и последний отводы линии задержки подсоединены к входам последнего блока вычитания, выходы блоков вычитания подсоединены к соответствующим входам m блоков умножения, выходы которых подсоединены к входам первого сумматора, своим выходом соединенного с первым входом (т+1)-го блока умножения, второй вход последнего подключен к источнику регулируемого напряжения, а выход (т+1}-го блока умножения подсоединен к одному из входов второго сумматора, второй вход которого подключен к последнему отводу линии задержки,.

Однако цветное устройство характеризуется ограниченной точностью при измерении интенсивности шумов, спектральные и временные характеристики которых близки к характеристикам полезных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности напряжения интенсивности шумов путем исключения влияния напряжений полезных сигналов и узкополосных помех на процесс измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в спектроанализатор шумовых сигналов, содержащий детектор, линию задержки с m отводами, m блоков умножения, выходы которых подключены к входам первого сумматора, второй сумматор, введены соединенные последовательно первый и второй элементы задержки, делитель Напряжения, блок вычитания и блок взятия модуля, выход которого соединен с первым суммирующим входом второго сумматора, а также нелинейный элемент и второй делитель напряжения, причем выход детектора через второй делитель напряжения соединен также с вторым входом блока вычитания и первым вычитающим входом второго сумматора, выход которого через нелинейный элемент соединен с входом линии задержки, каждый из отводов которой соединен с соответствующим входом одного из блоков

умножения, на вторые входы которых подаются одинаковые коэффициенты, равные величине 1/т, при этом выходом устройства для измерения интенсивности шумовых помех является выход первого сумматора, а

0 входом - вход детектора, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым суммирующим входом второго сумматора, второй вычитающий вход которого соединен с выходом первого делителя напряже5 ния.

Введение в спектроанализатор новых элементов и связей позволяет исключить влияние узкополосных помех и полезных сигналов на измерение интенсивности шумовых помех, благодаря чему повышается точность измерений.

Нафиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения интенсивности шумовых помех; на фиг.2 и 3 5 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для измерения шумовых помех (фиг.1} включает в себя последовательно соединенные детектор 1, элементы 2 и 3

0 задержки, первый делитель 4 напряжения, блок 5 вычитания, блок 6 взятия модуля, второй сумматор 7, нелинейный элемент 8 и линию 9 задержки с m отводами, каждый из которых соединен с соответствующим входом одного из.т блоков 10 умножения. Выходы блоков 10 соединены с входами первого сумматора 11, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выход детектора 1 через второй делитель 12 напряжения подключен к одному из вычитающих входов сумматора 7, остальные входы которого соединены соответственно с выходами первого элемента 2 задержки и делителя 4 напряжения. Второй вход блока 5

5 вычитания соединен с выходом второго делителя 12 напряжения.

В качестве детектора 1 может быть использован, например, амплитудный детектор, в качестве элементов 2 и 3 задержки и

0 линии 9 задержки - типовые электрические линии задержки. Делители 4 и 12 напряжения, а также все умножители, объединенные в блок 10, могут быть реализованы в виде усилителей с заданными коэффициентами

5 передачи по напряжению (соответственно 1/2 и 1/т), например, по известным схемам на операционных усилителях, сумматоры 7 и 11 и блок 5 вычитания также могут быть реализованы на операционных урилителях. Блок б взятия модуля а общем случае может

быть выполнен по схеме двухполупериодного выпрямителя, например, на диодах типа Д18. На таком диоде реализуется и нелинейный элемент 8.

Для обеспечения фильтрации шумоа и полезных импульсных сигналов на фоне узкополосных помех время задержки в элементах 2 и 3 должно быть равно длительности полезного импульсного сигнала (ta Ти). Суммарное время задержки в линии 9 выбирают равным величине 2 Ги(т Ata 2 Ги). Это обусловлено тем. что при оптимальной фильтрации импульсных сигналов на фоне белого шума минимальная длительность огибающей шумового напряжения после детектора 1 близка к величине 2Ги

Рассмотрим вначале процесс фильтрации полезного видеоимпульса на фоне узкополоснОй помехи.

При поступлении на вход детектора 1 смеси полезного импульсного сигнала (С) и узкополосной помехи (УП) (фиг.2а) на его выходе имеет место однополярная видеосмесь огибающей сигнала и УП. причем временные параметры сигнала отличаются от длительности УП (фиг.2б). Выходное напряжение детектора 1 в блоке 12 уменьшается по амплитуде в два раза и подается на первый вычитающий вход сумматора 7 (фиг.2в}. На второй суммирующий вход этого сумматора подается вь1ходное напряжение детектора 1. задержанное в элементе 2 на длительность полезного импульсного сигнала Ти (фиг.2г). а на второй вычитающий вход - напряжение Ог (фиг.2б). задержанное в элементах 2 и 3 на время ta 2Ги и также уменьшенное по амплитуде в два раза в делителе 4 напряжения (фиг.2д). Одновременно на входы блока 5 вычитания поступают сигналы с выходов делителей 12 и 4. в результате взаимодействия в блоке 5 напряжений из (фиг,2в) и Us (фиг.2д) на его выходе имеют место разнополярные остатки напряжения УП - передняя и задняя кромки, а также сдвинутые по времени полезные импульсные сигналы. После преобразования в блоке б выходные сигналы блока 5 вычитания становятся однополярными (фиг2е) и подаются на первый суммирующий вход сумматора 7. В результате взаимодействия в сумматоре 7 напряжений Ua-Ue (фиг.2в-е) на выходе последнего появляются однополярные импульсы, представляющие собой остатки УП и полезный импульсный сигнал (фиг.2ж). Таким образом, благодаря обработке выходных напряжений детектора 1 с помощью блоков 2-7 и 12 на выходе сумматора 7 получают однополярные импульсные сигналы, соизмеримые по длительности с величиной 2Tii. при этом практически исключается напряжение УП, При поступлении на вход детектора 1

высокочастотной смеси полезного импульс ного сигнала, узкополосной помехи и шума (фиг.2з) выходное напряжение детектора 1 имеет, например, вид. показанный на эпюре Ug {фиг.2и). После обработки видеосмеси Ug

в блоках 2-7 и 12 аналогично описанному на выходе сумматора 7 имеет место центрированный случайный процесс (фиг.2к и 3). При этом шумовое напряжение является разнополярным, в то время как полезный сигнал

и остатки УП представляют собой однополярные импульсы. Используя это различие с помощью нелинейного элемента 8. например диода, можно получить на входе линии 9 задержки напряжения, характеризующие

только интенсивность .шумовых помех {фиг.2л).

При поступлении импульсного шумового напряжения на вход линии 9 задержки на каждом из ее m выходов появляется отклик,

причем суммарное время задержки составляет величину, равную 2 Ги . За это время m блоки умножения (блок 10) и сумматор 11 осуществляют весовое суммирование шумовых импульсов с целью выделения их

среднего значения. Подача на бторые входы каждого из m умножителей блока 10 одинаковых коэффициентов, равных 1/т. обусловлена необходимостью суммирования в блоке 11 нормированных шумовых составляющих.

После весовой обработки с помощью блоков 9-11 выходного напряжения нелинейного элемента 8 с выхода сумматора 11 снимается напряжение, соответствующее

интенсивности шумовых помех (фиг.2л. показано пунктиром). Таким образом, в результате предлагаемой обработки смеси С + Ш + УП исключается влияние полезных сигналов 14 УП на процесс измерения величины

Уш.

Математическое моделирование устройств, собранных по известной и предлагаемой схемам, показывает, что абсолютная погрешность измерения интенсивности шумовых помех для известного устройства определяется по формуле Ai Uc С -m. а для предлагаемого устройства - по формуле Лс 1обр RH С т. где Uc - амплитуда полезного импульсного

сигнала; С - коэффициент пропорциональности: m - число отводов линии 9 задержки; 1обр - обратный ток нелинейного элемента; RH - сопротивление нагрузки нелинейного элемента 8.

Отсюда относительная погрешность измерения ингенсивности шумовых помех

обр RH,л

ЗТ--иГ (1;

Очевидно, что для уменьшения величины 5 необходимо уменьшить величину 1оЬр при постоянной нагрузке элемента 8. При использовании в качестве элемента 8, на пример, диода Д18 и при Uc 1 В и входном сопротивлении линии 9 задержки RH 10 кОм1о5р 50 -10 А. (,5.

Таким образом, для данного примера точносгь измерения интенсивности шумоfbix помех предлагаемым устройством выiite в 2 раза по сравнению с известным.

Анализ выражения (1) показывает, что в общем случае при измерении интенсивности шумовых помех на фоне полезных сигналов потенциальные точностные возможности предлагаемого устройства вы соки.

Формула изобретения

Усгройство для измерения ин внсирио сти шумовых помех, содержащее детектор, линию зя71,ер/-1.к; с m отводам1;. m блоков

умножения, выходы которых подключены к входам первого сумматора, второй сумматор, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения интенсивности шумов, в него введены соединенные последовательно первый и второй элементы задержки, делитель напряжения, блок вычитания и блок взятия модуля, выход которого соединен с первым суммирующим входом

второго сумматора, а также нелинейный элемент и второй делитель напряжения, причем выход детектора через второй делитель напряжения соединен тэкже с вторым входом блока вычитания и первым вычитающим входом второго сумматора, выход которого через нелинейный элемент соединен с входом линии задержки, каждый из m отводов которой соединен с соответствующим входом одного из m блоков умножения, при

.этом выходом устройства для измерения интенсивности шумовых помех является выход первого сумматора, а входом - вход детектора, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым суммирующим входом второго сумматора, второй вычитающий вход которого соединен с выходом первого делителя напряжения.

k ...

г

S&iifod

Фиг./