Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для радиотехнических измерений.
Известен способ анализа распределения вероятностей стационарных случайных сигналов, обладающих эргодическим свойством, основанный на измерении относительного времени пребывания мгновенного значения выше уровня анализа 1 . Согласно этому способу общее суммарное время пребывания сигнала выще уровня анализа, отнесенное ко всему интервалу наблюдения, представляет собой искомую оценку функции распределения.
Недостатком этого способа является невозможность осуществления при его технической реализации чистой амплитудной селекции сигнала в области СВЧ. Отселектированный по амплитуде СВЧ сигнал неизбежно оказывается частично или полностью усредненным, из-за инерционности селектора, обусловленной наличием конструктивных и паразитных емкостей. Получается наложение операций селектирования и усреднения, что недопустимо.
С целью расширения частотного диапазона измерений в предлагаемом способе измерения : функций распределения случайного сигнала , основанном на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, функционную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектирования п-кратно дифференцируют и результат используют для оценки функции распределения.
Способ поясняется фиг. 1, где приведена
10 схема измерения зависимости i i(U(j) и обозначено:
Д - детекторный диод; RI, Rj - резисторы детекторной цепи; С - усредняющий конденсатор; / А - микроамперметр; V - вольт15метр; РВ - регулируемый выпрямитель.
Работа измерительной схемы заключается Б том, что при подаче на ее вход исследуемого сигнала, он детектируется и регистрируется с помощью микроамперметра.
20
При этом, изменяя регистрируемое вольтметром напряжение регулируемого вьшрямителя, которое запирает диод, т.е. изменяя порог детектирования, можно снять зависимость среднего тока продетектироваииого сигнала от порога детектировакия. Количественные соопюшения в этой схеме опре деляются следующим образом. Пусть однополупериодиая характеристика детекторной цепи имеет вид: I aU при UX), п 1, 2, 3..., )(1) I, и - ток и напряжение детектора; а - коэффициент пропорциональности; п - целое положительное число. При подаче на вход схемы стационарного случайного сипгала, усредненное (невыпрямлен ное) значение которого равно нулю (что наиболее распространено на практике), средний ток детектора для области отрицательных значений исследуемого сигнала запишется в виде: tJn U|-( lU-Uj plU)dU,(2) где и- мгновенное значение сигнала; р(и) - плотность распределения вероятности. Из формулы (2) после п-кратного дифферен 1щрования по порогу детектирования U, получается следующее выражение (ими.и,1и„.о1, которое и определяет взаимосвязь интегральной функции распределения, записанной в левой части равенства, с зависимостью i i(U ). При этом функция распределения с точностью до известных постоянных величин определяется производной порядка п зависимости i i(U) Ч1О и является.основой предлагаемого способа измерений. Согласно этому способу дня опреде ления функции распределения исследуемый сиг нал детектируют (обладающим целочисленной (п). степенной зависимостью тока от напряжени детектором с переменным порогом; в результате чего, получают зависимость среднего тока от напряжения порога детектирования i KUJ Эту зависимость п-кратно дифференцируют и получают с точностью до известных постоянных величин .искомую функцию распределения. Этот способ может быть реализован в устрой стве автоматической индикации и измерения функции распределения, блок-схема которого приведена на фиг. 2, где обозначено: 1 - детектор с целочисле1шой (п) степенной зависимостью тока от напряжения, выполняющий детектирование сигнала с переменным порогом и содержащий в себе диод Д, конден сатор С и резисторы нагрузочной цепи RI и R2 . 2 - линейный дифференциальный усилитель, обеспечивающий , усиление продетектироваююго сигнала; 3 - дифференцируюцщй каскад, например, на рещающих усилителях, выходной сигнал.которого пропорционален производной от входного сигнала по времени (при этом п-каскадов выполняют п-кратное дифференцирование. 4 - генератор линейной пилообразной развертки, осуществляющий одновременно изменение порога детектирования (уровня анализа) и развертку изображения на регистраторе. 5 - двухкоординатяый регистратор, например, осциллографический или самопищущий, со шкалами по каждой координате, обеспечивающий определение формы и значений функции распределения и уровней анализа. Работа устройства основана на замене в функциональной зависимости i i(U) независимой переменной U временем t. При линейной развертке напряжение порога детектирования в течение рабочего хода развертки определяется .выражением Uot Utf + iR, амплитуда пилообразного напряжения развертки; начальное смещение характеристики детектора; t - время, отсчитываемое от начала хода развертки. Постоянная величина Ул обычно мала и к тому же может быть легко скомпенсирована. Переменная величина сигнала iR может быть выбрана достаточно малой по соображениям допустимой погрешности измерений, поскольку ее малость компенсируется дальнейшим усилением сигнала дифференциальным усилителем. Таким образом, приближен может быть выполнено условие Ufj Ugt. при котором в течение хода развертки средний ток детектора является функцией време1ш, а Д1}фференцирование его по порогу детектирования является по существу дифференцированием по времени. Работает устройство следующим образом. Исследуемый сигнал подается на вход детектора 1. Генератор развертки 4 вырабатывает линейное пилообразное напряжение, которое в качестве запирающего подается на детектор 1, где осуществляется линейное изменение порога детектирования. В результате на сопротивлении R детекторной нагрузки в течение хода развертки вьщается сигнал iRi, представляющий собой зависимость среднего тока от порога детектирования. Этот сигнал усиливается до необходимой величины дифференциальным усилителем 2 и подается на дифференцирующие каскады 3, выполняющие п-кратное дифференцирование упомянутой выше зависимости. В результате этого сигнал, поступающий с выхода дифференцирующих каскадов 3 на сигнальный вход регистратора 5 и каждый момент хода развертки представляет собой значение функции распределения однозначно соответствующее напряжению порога детектирования (анализа), которое в качестве развер576
тывающего подается на второй вход регистратора.
Таким образом, в течение хода развертки изображение на регистраторе является функцией распределения исследуемого сигнала, зиачения которой и уровни анализа могут быть отсчитаны при помощи соответствующих шкал регистратора.
Физический смысл необходимости операции дифференцирования в предлагаемом способе
можно пояснить следующим образом.
Пусть для простоты рассуждений детектор линеен (п 1). Средний ток детектора при пороге детектирования U пропорционален как длительности так и амплитуде импульсов, на- , ходящихся выше порога детектирования (уров ня анализа). Если бы ток был пропорционален только длительности импульсов, то его значение представляло бы собой суммарное время превышения сигнала над уровнем анализа и определяло бы функцию распределения. Однако зависимость тока еще и от амплитуды сигаала скрадьшает эту взаимосвязь и не позволяет непосредственно использовать значение тока для определения функции распределения. Чтобы избавиться от этого мешающего влияния рассмотрим разность токов i| и ij при порогах детектирования Upj и U,, как это показано на фиг. 3..
Эта разность пропорциональна заштрихованно пл Щади и определяется уже. только суммарным временем пребывания сигнала выше уровня анализа Ufi, Д1 -fi At: так как амплитуда всех импульсов, создающих разностный ток Д ij - ii постоянна и равна U( Uf,j, УП . суммарное время пребывания, определяющее функцию распределения, выражается как отношение, стремящееся к производной от среднего; тока по порогу детектирования.
,, л
- при дУп-О
п
Это рассмотрение и особенно фиг. 3 наглядно показывают, что роль операции дифференщ1рования эквивалентна формировагтаю последовательности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой AUfj , как это делается в прототипе. Однако в отличие от прототипа для такого формирования в действительности не требуется никаких реальных формирующих устройств и именно поэтому становится возмож ным анализ сверхкратковременных импульсов, таких, на;- которые реальные формирующ устройства не в состоянии отреагировать. Эта особенность позволяет расширить частотный диапазон исследуемых сигналов на СВЧ.
Формула изобретения
Способ измерения функции распределения случайного сигнала, основанный на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, функциональную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектирования п-кратно дифференцируют и результат используют для оценки функции распределения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения, М., 1975, с. 477-491.
PS
