Корреляционный измеритель фазовых соотношений узкополосных случайных процессов Советский патент 1992 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к устройствам статистической обработки Характеристик узкополосных случайных сигналов и может быть использовано для формирования оценки фазового сдвига двух узкополосных случайных процессов при высоком уровне аддитивных помех и шумов,

Целью изобретения является повышение точности измерения средней величины сдвига фаз.

На фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг,2 схема блока вычисления функции арктангенса отношения.

Измеритель содержит первый 1, второй 2 и третий 3 компараторы, первый 4 и второй 5 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 формирователи импульсов, элемент И 10, элемент ИЛИ 11, первый 12 и второй 13 счетчики, делитель 14 частоты, первый регистр 15, информационный вход 16, шину 17 нулевого потенциала, генератор 18 тактовых импульсов, четвертый компаратор 19, первый 20, второй 21 и третий 22 интегрирующие элементы, источник 23 опорного напряжения, счетный триггер 24, блока 25 памяти, триггер 26, сумматор 27, второй 28 и третий 29 регистры, выход 30, блок 31 вычислений функции арктангенса отношений, вход 32 разрешения считывания, вход 33 задания коэффициента усреднения, второй информационный вход 34, выход 35 окончания считывания, выходы считывания числителя 36 и знаменателя 37,

Блок 31 вычисления функции арктангенса отношения содержит регистры 38 и 39, узлы 40 и 41 выделения целой части, счетчики 42 и 43, генератор 44 тактовых импульсов, счетчик 45, триггер 46, узел 47 памяти значений арктангенса, выполненный в виде блока постоянной памяти, регистр 48, элемент И 49 и формирователи 50-52 импульсов.

В блоке 31 входная информация записывается в регистры 38 и 39 и узлами 40 и 41 преобразуется в форму целой величины без знака и знакового разряда. Целые величины без знака обеспечивают управление счетчиками-делителями 42 и 43 частоты. За время обнуления счетчика-делителя 42 частоты, равное TI 2KSTc, где S - код на выходе узла 40, а Т - период импульсов генератора 44, на выходной счетчик 45 проходит N 2KS/C импульсов благодаря делителю 43, обеспечивающему деление частоты импульсов генератором 44 на С (где С код на выходе узла 41). .Окончание выполнения операции деления фиксируется триггером 46. В узле 47 записана таблица функций

арктангенса с учетом знаковых функций С и S, задаваемых с выходов преобразователей 40 и 41 кодов. Выходной код узла 47, представляющий собой результат, фиксируется в

регистре 48, откуда может быть подан на индикатор или регистратор, а также может быть считан в ЭВМ.

Поскольку к быстродействию блока 31 предъявляются сравнительно низкие требования, реализация его функций может быть также возложена на микроЭВМ или микропроцессорный контроллер.

Блок 31 может быть выполнен и с использованием других известных техниче5 ских средств.

Измеритель работает следующим образом.1

Входные узкополосные случайные сигналы подаются на входы 16 и 34, откуда

0 поступают на компараторы 1 и 2, которые выделяют знаковые функции входных сигналов. Благодаря этому исключается дальнейшее влияние на результаты тек;ущего значения амплитуды и динамического диапазона входных сигналов. Таким образом, исключается влияние разного веса таких оценок сдвига фаз при усреднении, что имеет место при формировании результирующей оценки фазового сдвига по текущим

0 оценкам коэффициентов Фурье. При этом результат не зависит от амплитуды сигналов, и при последующем усреднении оценок не сказывается изменение амплитуды в течение времени накопления. Прямой и инверсный знаковые сигналы интегрируются элементами 21 и 22, выходные сигналы которых сравниваются компаратором 19, на выходе которого формируется знаковый сигнал, квадратурный (сдвинутый по фазе

0 на 90°) относительно знаковой функции сигнала на входе 16. Элементы 4 и 5 формируют функции несовпадения знаковых функций сигнала на входе 34 и прямого и квадратурного сигналов на входе 16. Счетчик 12 обеспечивает формирование кода, пропорционального текущему значению модуля фазового сдвига входных сигналов. Компаратор 3 обеспечивает формирование на своем выходе оценки текущего значения

0 знака фазового сдвига. Таким образом, в регистр 15 записывается текущее значение фазового сдвига с учетом знака по импульсу формирователя 8 за время , определяемое коэффициентом пересчета делителя 14 и частотой генератора 18, Каждая такая оценка фиксируется в регистре 15, выходной код при необходимости может быть использован в качестве оценок текущего значения сдвига фаз узкополосных случайных процессов.

Формирователь 9 обеспечивает сброс счетчика 12 и запуск формирователей 6 и 7, которые обеспечивают получение на каждый входной импульс формирователя 8 двух коротких импульсов, которые, проходя через элемент ИЛИ 11, переключают счетный триггер 24. Выходной код с регистра 15 поступает на блок памяти 25 (ПЗУ), в котором хранится таблица синусов и косинусов. Таким образом, на выходе блока 25 формируются коды sin Ф( и со8Ф( последовательно при переключении триггера 24, управляющего входным разрядом элемента 25, определяющим, какая функция формируется: sin Ф| или cos Ф.

Оценки sin4 и cos Ф последовательно накапливаются в регистрах 28 и 29, в которых соответственно формируются коды sin Ф{ и cos из М слагаемых, формируемых сумматором 27. Коэффициент М определяется счетчиком 13. После окончания отсчета М слагаемых переключается триггер 26, на выходе которого формируется сигнал требования считывания, подаваемый на блок 31.

Блок 31 последовательно считывает коды sin Ф и cos Ф и формирует среднюю величину фазового сдвига, реализуя при этом процедуру нелинейной фазовой фильтрации

Фср arctg Г ( J sin Ф| ) /

L i 1/

( 2 cos Ф|Л 1 , I 1/ J

sign { У cos ф 1 , .

ФЬр arctg Г ( S sin ф) /

L i 1/

N

/ ( Х cos4)l -1-П.

I 1/ J

если sign/ 2) cos ФЛ

I 1/

Формула изобретения 1.Корре/и1Ционный измеритель фазовых соотношений узкополосных случайных процессов, содержащий первый, второй и третий компараторы, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый формирователи

импульсов, элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй счетчики, делитель частоты и первый регистр, младшие разрядные информационные входы которого соединены с 5 соответствующими разрядными выходами первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход

0 которого соединен с прямым выходом первого компаратора, прямой вход которого является первым входом измерителя, а инверсный вход подключен к шине нулевого потенциала, выход второго компаратора соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, счетный вход делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения средней величины сдвига фаз, в него дополнительно введены четвертый компаратор, первый,

5 второй и третий интегрирующие элементы, источник опорного напряжения, счетный триггер, триггер, сумматор, второй и третий регистры, блока, памяти, одноименные разрядные выходы второго и третьего регист0 ров через схему монтажного ИЛИ соединены с соответствующими разрядными входами блока вычисления функции арктангенса отношения и соответствующими разрядными входами первой группы

5 сумматора, разрядные выходы сумматора соединены с одноименными информационными разрядными входами первой груплы второго и третьего регистров, разрядные входы второй группы сумматора соединены

0 -с соответствующими разрядными выходами блока памяти, адресные младшие разрядные входы блока памяти соединены с соответствующими разрядными выходами первого регистра, а адресные старшие разряды входа блока памяти соединены с прямым выходом счетного триггера и входом разрешения записи-считывания второго регистра, вход разрешения записи-считывания третьего регистра соединен с

0 инверсным выходом счетного триггера, счетный вход которого, соединен с выходом элемента ИЛИ и входом вычитания второго счетчика, выход заема которого соединен с его входом записи и с входом сброса триггера, инверсный выход которого соединен с входом запуска блока вычисления функции арктангенса отношения и с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом разрешения считывания блока памяти, информационный вход второго счетчика является входом задания коэффициента усреднения измерителя, старший разрядный вход первого регистра соединен с выходом третьего компаратора, инверсный и прямой входы которого соединены соответственно с выходами источника опорного напряжения и первого интегрирующего элемента, вход которого соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого компаратора, прямой и инверсный входы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего интегрирующих элементов, входы которых соединены соответственно с прямом и инверсным выходами первого компаратора, второй информационный вход устройства соеди ней с прямым выходом второго компаратора и является вторым входом измерителя, инверсный вход второго компаратора подключен к шине нулевого потенциала, а выход соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход делителя частоты соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с тактовым входом первого регистра и входом четвертого формирователя импульсов, прямой выход которого соединен с входом сброса первого счетчика и входом первого формирователя импульсов, инверсный выход четвертого формирователя импульсов соединён с входом второго формирователя импульсов, вход окончания считывания блока вычисления арктангенса отношения соединен с входом установки триггера и входами сброса второго и третьего регистров, входы установки и сброса счетного триггера соединены с выходами запроса считывания числителя и знаменателя блока вычисления функции арктангенса отношения.

2.Измеритель по п. 1, от л и ч а ющ и йС я тем, что блок вычисления арктангенса отношения содержит три регистра, два узла выделения целой части, три счетчика, генератар тйктовых импульсов, триггер, узел памяти значений арктангенса, элемент И, три

формирователя импульсов, причем разрядные входы первого и второго регистров объединены и являются разрядными входами блока, выход первого регистра соединен с входом первого узла выделения целой части, разрядные выходы которого соединены с соответствующими информационными разрядными входами первого счетчика, счетный вход которого соединен со счетным входом второго счетчика и выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - с прямым выходом триггера и тактовым входом третьего регистра, информационный вход которого соединен с выходом узла памяти значений арктангенса, а выход является выходом блока, выход второго регистра соединен с входом второго узла выделения целой части, разрядные выходы которого соединены с соответствующими информационными разрядными входами второго счетчика, выход переполнения которого соединен с входом разрешения занесения второго счетчика и счетным входом третьего счетчика, группа разрядных выходов которого соединена с группой младших адресных разрядов узла памяти значений арктангенса, первый и второй старшие разряды адресного входа которого соединены соответственно с выходами знакового разряда первого и второго узлов выделения целой части, выход переполнения первого счетчика соединен с входом установки в О триггера, вход установки в 1 которого соединен с входом разрешения занесения первого счетчика, входами установки в О второго и третьего счетчиков и прямым выходом первого формирователя импульсов, инверсный выход которого является выходом окончания считывания блока, а вход соединен с тактовым входом второго регистра и с прямым выходом второго формирователя импульсов, являющимся выходом запроса считывания знаменателя блока, вход третьего формирователя импульсов является входом запуска блока, выход третьего формирователя импульсов соединен с тактовым входом первого регистра и является входом запроса считывания числителя блока.

Фиг. 2

Изобретение относится к устройствам статистической обработки характеристик уэ- кополосн ых случайн ых сигналов и может быть использовано для формирования оценки фазового сдвига двух процессов при высоком уровне аддитивных помех. Цель изобретения - повышение точности измерения средней величины сдвига фаз. Измеритель содержит компараторы 1-3,19, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4,5, формирователи импульсов 6- 9, элемент И 10, элемент ИЛИ 11, счетчики 12,13, делитель частоты 14, регистр 15, интегрирующие элементы 22, источник опорного напряжения 23, счетный триггер 24, блок 25 памяти, триггер 24, сумматор 27, регистры 28,29 и блок 31 вычисления функции арктангенса отношения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.«Ё31304^ONot>&