Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) АНАЛИЗАТОР ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ФАЗЫ СИГНАЛА

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке фазометров, измеряющих мгновенные значения фазовых сдвигов -и статические характеристики флуктуации фазы сигнала.

Известно устройство для измерения плотности вероятности случайной фазы квазигармонического сигнала, содержащее преобразователь частоты в напряжение, систему фазовой автоподстройки частоты, формирователи коротких импульсов, регистр сдвига и устройство регистрации. Данное устройство построено таким образом, что может измерять плотность распрег деления только в диапазоне от О до 360°.

Недостатком его является недостаточная точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является анализатор плотности распределения случайной фазы

сигнала, содержащий последовательно соединенные формирователь и электронный ключ, счетчик импульсов, счетчик периодов, включённый между входом формирователя и вторым входом электронного ключа, индикаторы числа импульсов, входы.которых соединены с выходами элементов совпадения, дискриминатор опережения и трехвходовые элементы И, первые входы ; которых присоединены к выходу управления, своим входом соединенного с входом формирователя. Выход каждого трехвходового элемента И соединен с общим входом разбитых на пары элементов совпадения, причем свободные входы всех четных элементов совпадения подсоединены к первому входу, а свободные входы всех нечетных - к второму выходу дискриминатора опережения, выходы которого соединены с входами формирователя.

Известный анализатор обеспечивает измерение -ординат кривой плот3ности распределения случайной фазы сигнала только при какой-то одной по стоянной (заранее аппаратурно обусловленной) ширине интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распределения, и не имеет возможности изменять диапазон измерения случайной фазы сигнала и величину интервала дискретизации. Простое уменьшение ширины интервала с сохранением пределов измерения приводит к увеличеншо объема аппаратуры. Целью изобретения является автоматизация процесса измерения и расши рение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения диапазона измерения функции распределения случайной фазы при со ранении количества интервалов дискретизации. Указанная цель достигается благо даря тому, что в анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала, содержащий последовательно соединенные формирователь и элек тронный ключ, счетчик импульсов, счетчик периодов, включенный между входом формирователя и вторым входо электронного ключа, эталонный генератор, выход которого подсоединен к третьему входу электронного ключа, индикаторы числа импульсов, входы которых соединены с выходами элемен тов совпадения, дискриминатор опережения и трехвходовые элементы И, первые входы которых присоединены к выходу блока управления, своим вх дом соединенного с выходом формиров теля, выход каждого трехвходового элемента И соединен с общим входом разбитых на пары элементов совпадения, причем свободные входы всех четных элементов совпадения подсоединены к первому выходу, а свободны входы всех нечетных - ко второму выходу дискриминатора опережения, входы которого соединены с входами формирователя, введен делитель част ты с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с входо электронного ключа, а выход - с входом счетчика импульсов, выполненного в виде регистра сдвига, у которо го прямой выход каждого разряда сое динен со вторым входом своего трех входового элемента И, а инверсный выход каждого последующего разряда динен с третьим входом предыдущего элемента И. Введение в устройство нового элемента - делителя частоты с переменным коэффициентом деления, позволяет изменять пределы измерения случайной фазы при сохранении количества интервалов дискретизации. Кроме того, в анализатор введен дешифратор состояния индикаторов числа импульсов, входы которого поразрядно соединены с выходами индикаторов числа импульсов, а выход - с управляющим входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления. На чертеже представлена структурная схема анализатора плотности распределения случайной фазы сигнала. Он содержит формирователь I, электронный ключ 2, счетчик 3 импульсов счетчик.4 периодов, эталонный генератор 5, индикаторы 6-1-6-п числа импульсов, элементы 7-1-7-п совпадения, дискриминатор 8 опережения, трехвходовые элементы И 9 1-9-п, блок 10 управления, делитель 11 частоты с переменным коэффициентом деления, , дешифратор 12 состояния индикаторов числа импульсов. Формирователь 1 представляет собой устройство, которое формирует интервал времени, пропорциональный мгновенному сдвигу фаз от О до между исследуемым и опорным колебаниями. Интервалы между соседними разрядами счетчика 3 импульсов I, выполненного в виде регистра сдвига, соответствуют абсциссам кривой плотности распределения. Дискриминатор 8 опережения фиксирует знак мгновенного сдвига фаз, Если исследуемый сигнал опережает опорный, то дискриминатор вьщает логическую единицу (лог 1) по первому выходу. Это соответствует положительному сдвигу фаз, В противном случае лог 1 присутствует на втором выходе дискриминатора 8 опережения и соответствует отрицательному сдвигу фаз. На выходе дешифратора 12 вырабатывается код, с помощью которого в зависимости от состояния индикаторов 6-1-6-h устанавливается необходимый коэффициент деления у делителя 11 частоты. Сначала рассматриваем работу анализатора в случае, когда коэффициент деления (1() делителя 11 частоты задан равным единице и его присутствие 5 не оказывает влия1шя на функционирование описываемого устройства. Ус ловимся при этом, что число разрядо счетчика 3 импульсов .) 18, а ширина интервалов, соответствующих аб сциссам кривой плотности распределе ния 1 . Пределы измерения случай ной разности фаз у анализатора в эт случае будут самыми маленькими от (о до 18) ,а интервалы Чц самыми узкими. Общее число абсцисс равно 3 После включения анализатора его схема устанавливается в исходное со тояние, при котором электронный ключ 2 закрыт логическим путем (лог OV С выхода формирователя 1 в счетчик импульсов, счетчик 4 периодов, в индикаторы 6-1-6-П числа импульсов и в делитель 11 частоты с переменным коэффициентом деления записывается числоJравное нулю. При этом на выходе счетчика 4 периодов появляется лог 1, которая подготавливает к открытию электронный ключ 2. Элемен.ты 7-1 - 7-tt и 9 закрыты. При поступлении опорного Ji и исследуемого 0- сигналов на входы анализатора его принцип действия сводит ся к следующему. На первом выходе дискриминатора 8 опережения возникает лог 1, если исследуемый сигнал опережает опорный. Она подготавливает к открытию все четные элементы совпадения 7-1 - 1-. Формирователь 1 вырабатывает интервал времени, про порциональный мгневенному сдвигу фаз, достигающему, предположим 4°, Этот интервал открывает электронный ключ 2, через который импульсы эталонного генератора 5 поступают (через делитель 11 частоты с ) без изменения частоты в счетчик 3. По окончании импульсаJ пропорционального мгновенному сдвигу фаз, закрывается электронный ключ 2 и прекращается работа счетчика 3 импульсов. Поскольку мгновенное значение сдвига фаз составляет 4°, дог 1 оказывается на выходе четвертохо разряда счетчика 3, соответствующего в данном случае абсциссам кривой плотности распределения в интервале от 4 до 5°. Эта.лог 1 подготавливает к открытию трехвходовой элемент И 9, отвечающий за интервал фазовых сдвигов от 4 до 5. После окончания сигнала на выходе формирователя блок 10 управления формирует короткий импульс и через подго- 0 товленные к открытию трехвходовые элементы И 9-1 - 9-П и связанный с ним четный элемент 7 совпадения посылает его в соответствующий ин дикатор 6, регистрирующий ординаты кривой плотности распределения для положительных абсцисс в интервале от 4 до 5. Во всех последующих периодах входных колебаний работа анализатора при измерении ординат кривой плотности распределения для любых значений положительных абсцисс аналогична вьшеописанной. Последовательность работы затора не изменяется, если мгновенный фазовый сдвиг отрицательный. При этом лог присутствует на втором выходе дискриминатора 8 опереже ния и подготавливает к открытию все нечетные элементы 7-1 -7-псовпадения. Короткие импульсы блока 10 управления, вырабатываемые после окончания выходных сигналов формирователя Iчерез подготЬвленные к открытию трехвходовые элементы И 9-1 -9и нечетные элементы 7-1 - 7-ti попадают в индикаторы 6-1-6-г,, регистрирующие ординаты кривой плотности распределения для отрицательных абсцисс и т.д. Таким образом, анализатор обеспечивает возможность измерения ординат кривой плотности распре деления как для положительных ,так и для отрицательных значений абсцисс в пределах от О до 18, Выбор емкости счетчика 4 периодов, определяющего длительность измеритель-, ного цикла, в виде Ю (где п 1,2,3,,.} обеспечивает .авоматическое получение значений оценок вероятности, равных отношению числа зарегистрированных в индикаторах 6-1,6-п импульсов к емкости счетчика 4 периодов и соответствующих ордина-л нам кривой плотности распределения. При необходимости построения кривой плотности распределения случайной разности фаз сигнала, колеблющейся в пределах от О до 180, меняют коэффициент деления у делителя I1частоты, значение которого задается из условия k - пред требуемый продел измере- . ния слут1айной разности фа nfe - -младший предел измерения случайной разности фаз. 7 В нашем примере . Ширина же интервалов, соответству кяцих абсциссам кривой плотности распределения, определяется в соответствии с выражением 0,х.,. Кл. ц ИНТ- А ИИТ . ширина интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распределения, при . В нашем примере эта ширина увеличивается до Ю . Однако общее количество абсцисс в результате такой оп рации по-прежнему остается равным 36j и разрешающая способность статистического анализа на этом пределе измерения будет такой же, как в пре дьщущем случае. Процесс выбора необходимого преде ла измерения можно автоматизировать, если коэффициент деления делителя 11 частоты изм.енять с помощью управл ющего кода, выраьатываемого дешифратором 12 состояния индикаторов числа импульсов. Значение управляющего кода зависит от состояния индикаторов 6 числа импульсов, зафиксированного в результате предварительного статистического анализа случайного периода, проведенного на самом старшем пределе измерения при максималь- HQ; коэффициенте деления делителя 1Нчастоты. Если предел измерения сразу выбран верно, изменения коэффициента деления делителя 11 не происходит и повторный анализ не проводится. Если же ни одно измеряемоезначение случайного периода.в процессе предварительного анализа не достигает величины, соответствующей старшему пределу измерения, то в зависимости от состояния индикаторов 6 включается соотвётствуннций предел измерения и проводится повторный (окончательный) статистический анализ Использование предлагаемого технического решения обеспечивает возможность исследования статистических характеристик в области как больших так и малых значений случайной фазы сигнала с высокой разрешаквцей способностью без увеличения объема изме рительной аппаратуры. 8 Формула изобретения 1 . Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала, содержащий последовательно соединенные формирователь и электронный ключ, счетчик импульсов, счетчик периодов, включенный между входом формирователя и вторым входом электронного ключа, эталонный генератор, выход которого подсоединен к третьему входу элек-тронного ключа, индикаторы числа импульсов, входы которых соединены с выходами элементов совпадения, дискриминатор опережения и трехвходовые элементы И, первые входы которых присоединены к выходу блока управле-. ния, своим входом соединенного с выходом формирователя, выход каждого трехвходового элемента И соединен с общим входом разбитых на пары элементов совпадения, причем свободные входы всех четных элементов совпаде-: ния подсоединены к первому выходу, а свободные входы всех нечетных ко второму выходу дискриминатора опережения , входы которого - соединены с входами формирователя, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения диапазона измерения функции - распределения случайной фазы сигнала при постоянном количестве интервалов дискретизации, в него введен делитель частоты с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с входом электронного ключа, а выход - с входом счетчика импульсов, выполненного в виде регистра сдвига, у которого прямой вьгход каждого разряда соединен со вторым входом своего трехвходового элемента И, а инверсный выход каждого последующего разряда соединен с третьим входом предыдущего элемента И, а также введен дешифратор сое-, тояния индикаторов числа импульсов, входы которого поразрядно соединены с выходами индикаторов числа импульсов, а выход - с управляющим входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления.