Статистический анализатор

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик флуктуаций частоты сигнала. Анализатор содержит вход, управляемую линию задержки, два аналоговых запоминающих блока, два узла выборки и хранения, два аналого-цифровых преобразователя, два накапливающих сумматора, два отсчетных блока, вычислительное устройство, блок управления линией задержки, управляемый генератор тактовых импульсов и формирователь стробирующих импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик флуктуаций частоты сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем определения статистических характеристик флуктуации частоты.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 - структурная схема аналогового запоминающего блока; на фиг.3 - диаграммы работы анализатора.

Анализатор состоит из входа 1 устройства, управляемой линии 2 задержки, первого аналогового запоминающего блока 3, узлов 4 и 5 выборки и хранения, аналого-цифровых преобразователей 6 и 7, накапливающих сумматоров 8 и 9, отсчетных блоков 10 и 11, вычислительного устройства 12, управляемого генератора 13 тактовых импульсов, блока 14 управления линией задержки, второго аналогового запоминающего блока 15 и формирователя 16 стробирующих импульсов.

Анализатор работает следующим образом.

Начальная установка вычислительного устройства 12 заключается в формировании в памяти областей массивов оценок и массивов данных. Процесс измерения разбивается на такты, количество которых зависит от числа m. и циклы, состоящие из тактов, число которых определяется количеством шагов Δτ,обозначенное i.

Работа анализатора при V_m = 2 и i = 1, при этом сохраняется работоспособность для остальных значений V_m и i 1, где V_m - вещественный параметр характеристической функции.

В исходном состоянии отсчетные блоки 10 и 11, накапливающие сумматоры 8 и 9, аналого-цифровые преобразователи 6 и 7 обнулены, на входе блока 14 управления линией задержки установлен цифровой код первого значения шага Δτ и на вход управляемого генератора 13 тактовых импульсов подается цифровой код, соответствующий первому значению.

Исследуемый сигнал вида (1) (фиг.3а) поступает на входы линий 17 и 18 задержки и на вход формирователя 19, который формирует импульсы в моменты пересечения исследуемым сигналом нулевого уровня. Делитель 20 частоты, коэффициент деления которого равен 4, формирует импульсы, которые управляют состоянием триггера 21, а также открывает ключи 22 и 23 и устанавливают выход формирователя 24 в состояние логического "0". Допускают, что импульс с выхода делителя 20 частоты устанавливает триггер 21 в состояние логической "1", открывает ключи 22 и 23 и устанавливает выход формирователя 24 в логический "0". В этом случае на управляющий вход линии 17 задержки через ключ 22 поступают импульсы с второго тактового входа аналогового запоминающего блока с частотой 2f_т а на управляющий вход линии 18 задержки - через ключ 23 импульса с первого тактового входа аналогового запоминающего блока с частотой f_т.

В указанном режиме линия 18 задержки запоминает мгновенные значения исследуемого сигнала в моменты появления на ее управляющем входе импульсов с частотой f_т. Счетчик 25 импульсов производит подсчет этих импульсов. Как только его содержимое достигает числа, равного числу ячеек линии задержки, он закрывает ключ 23, тем самым прекращая подачу импульсов на линию 18 задержки.

Следующий импульс с выхода делителя 20 частоты переводит триггер 21 в логический "0", открывает ключи 22 и 23 и устанавливает выход формирователя 24 в логический "0". При этом согласно таблице коммутации входов и выходов коммутатора 26 на управляющий вход линии 17 задержки через ключ 22 проходят импульсы с первого тактового входа аналогового запоминающего блока с частотой f_т, а на управляющий вход линии 18 задержки через ключ 23 - с второго входа аналогового запоминающего блока с частотой V_m f_т(2f_т). Кроме того, в этом случае согласно коммутации коммутатора 27 (при Т = 0) выход линии 18 задержки оказывается подключенным к выходу аналогового запоминающего блока. Следовательно , при Т = 0 происходит последовательное считывание из линии 18 задержки тех мгновенных значений напряжения, которые были запомнены при Т = 1. Так как частота тактовых импульсов на управляющем входе линии 18 задержки теперь в V_m (2) раз больше, запомненный при Т = 1 отрезок входного напряжения считывается на время в V_m раз меньшее. Кроме того, как только считываемое напряжение, действующее на выходе коммутатора 27, пересекает уровень, изменяясь из отрицательной области в положительную, срабатывает формирователь 24, на его выходе появляется логическая "1", и входы коммутатора 27 отключаются от выхода. Поэтому на выходе аналогового запоминающего блока формируется отрезок сигнала (фиг.3 б,г). U_азб, длительность которого равна периоду входного сигнала, уменьшенному в V_m (2) раз, и описываемого выражением U_азб = Ucos V_m [ ωt+ϕ (t)], (1) где ω- круговая частота сигнала; ϕ (t) - флуктуации фазы.

В этом же режиме Т = 0 запоминание мгновенных значений входного сигнала производится уже линией 17 задержки, на управляющий вход которой поступают импульсы с частотой f_т. Однако, считывание этого напряжения с частотой импульсов считывания V_m f_т производится только после того, как триггер 21 снова устанавливается в логическую "1". Такой процесс попеременной записи и считывания с более высокой частотой из линий 17 и 18 задержки производится в течение всего времени измерения оценок характеристической функции при выбранном значении параметра.

Таким образом, на выходе аналогового запоминающего блока 3 формируется кусочно-импульсный сигнал с фазой, умноженной на V_m, который подается на узлы 4 и 5 выборки и хранения, на управляющие входы которых подаются стробирующие импульсы (фиг. 3 б,е), получаемые из кусочно-импульсного сигнала, тоже умноженного на V_m (фиг.3 а), но задержанного на величину шага i Δτ (в нашем примере i = 1). Поскольку последовательности импульсов на выходе формирователя 16 стробирующих импульсов сдвинуты друг относительно друга на 1/4 периода (фиг.3 б, е), то на выходе узлов 4 и 5 выборки и хранения получаем соответственно две квадратурные составляющие вида V_c (V_m, t_i) = cos (V_m ϕ_i (t)), (2) V_s(V_m t_i) = sin (V_m ϕ_i (t)), (3) где ϕ_i(t) - конечная разность первого порядка фазы сигнала ( ϕ_i(t)=ΔΨ_i(t)=Ψ(t)-Ψ(t-iΔτ)).

Для нашего примера формулы (2) и (3) записываются как V_c(2,t₁) = cos (2 ϕ₁ (t)), (4) V_s(2,t₁) = sin (2 ϕ₁ (t)) (5) Напряжение с выходов узлов 4 и 5 выборки и хранения поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 6 и 7. При этом запуск последних осуществляется перепадом логической "1" в логический "0" на их входах синхронизации, т.е. сразу по окончании действия стробирующего импульса на соответствующем выходе формирователя 16 стробирующих импульсов. После завершения аналого-цифрового преобразования на выходе "Конец преобразования" аналого-цифровых преобразователей 6 и 7 формируется импульс, который, поступая на вход синхронизации соответствующего накапливающего сумматора, вызывает прибавление кода, сформированного на выходах аналого-цифровых преобразователей 6 и 7, к числу, записанному к настоящему времени в накапливающем сумматоре.

Цикл измерения отсчета характеристической функции (для данного V_m) заканчивается после прихода перепада логической "1" в логический "0" в цепи "Время измерения". При этом, если за время измерения суммировано N импульсов на выходе делителя 19 частоты или уложатся 2 N периодов входного сигнала, то в накапливающих сумматорах 8 и 9 будет цифровой код, пропорциональный действительной и мнимой частям характеристической функции. Результаты вычислений индицируются в блоках 10 и 11 и с помощью буферного регистра поступают в вычислительное устройство 12. Так в память вычислительного устройства 12 заносятся значения A(V_m, i Δτ) и B(V_m, i Δτ ) (в нашем примере А(2, Δτ ) и B(2,Δτ ). Переход к следующему такту (в нашем примере при V_m = 3) осуществляется цифровым кодом с вычислительного устройства 12, подаваемым на управляемый генератор 13 тактовых импульсов, пропорциональный V_m. Переход к следующему циклу (в нашем примере при i = 2) производится цифровым кодом с вычислительного устройства 12 на блок 14 управления линией задержки, которое формирует задержку управляемой линии 2 задержки. Массив оценок характеристической функции, хранящийся в памяти вычислительного устройства 12, по окончании процесса измерения представляет собой наборы оценок действительной и мнимой частей характеристической функции, которые позволяют получить оценку корреляционной функции по формуле R_ϕ(iΔτ) = + (-1) - (6) где A(V_m) - действительная часть характеристической функции, измеренная при i = 0; A(V_m, i Δτ) - действительная часть характеристической функции, измеренная при i=1,2,...,.

Корреляционная функция флуктуаций фазы может быть описана либо гауссовой R₁(τ) = σ_ϕ²e, либо экспоненциальной R₂(τ) = σ_ϕ²e^-α^|τ^| кривой, где σ_ϕ² - дисперсия флуктуаций фазы ϕ (t); α - ширина энергетического спектра флуктуаций фазы ϕ (t). Массив данных вычислительного устройства 1 содержит дискретные значения теоретических корреляционных функций R₁(i Δτ) и R₂ (i Δτ). Сопоставляя численные значения корреляционной функции R_ϕ(i Δτ) с имеющимся набором корреляционных функций в массиве данных вычислительного устройства 12, производится идентификация вида корреляционной функции. При этом значения дисперсии флуктуаций фазы вычисляется в вычислительном устройстве 12 из массива оценок по формуле, в которую подставляются значения оценок действительной и мнимой частей характеристической функции измеренные при условии i Δτ>τ_к, где τ_к - интервал корреляции флуктуаций фазы.

Для вычисления статистических характеристик флуктуаций частоты коэффициент связи определяется последовательностью вычислений: определение математического ожидания a_ϕ; определение дисперсии σ_ϕ²; определение R_ϕ^'' (o).

Определение a_ϕ и σ_ϕ² производится по известным соотношениям. Для определения R_ϕ^'' (о) можно проделать последовательность операций: для известных корреляционных функций найти теоретическое значение R_ϕ^''(о) (для первой корреляционной функции R₁^''(o) = 2σ_ϕ²α², для второй корреляционной функции R(0) = _τlm₀
найти значение α для случайного процесса.

После проведенных в вычислительном устройстве 12 операций формируется массив оценок действительной R_e(V_m) и мнимой I_m(V_m) частей характеристической функции флуктуаций частоты (при условии iΔτ>τ_к)
R_e(1,iΔτ>τ_к ) R_e(2,iΔτ>τ_к)
R_e(3,iΔτ>τ_к)... R_e(V_m,iΔτ>τ_к)
I_m(1, iΔτ>τ_к) I_m (2,iΔτ>τ_к)
I_m(3, iΔτ>τ_к). . . I_m(V_m, iΔτ>τ_к) (7) Значения оценок R_e(V_m, iΔτ>τ_к) и I_m(V_m, iΔτ>τ_к) из сформированного массива используется для определения статистических характеристик флуктуаций частоты по известным соотношениям, в которых A(V_m) заменяется на R_e(V_m), a B(V_m) - на I_m(V_m).

Таким образом, в результате измерения оценок действительной и мнимой частей ХФ, представляемых в памяти вычислительного устройства 12 в виде массива оценок, получаем массив оценок (7) и определяем статистические характеристики флуктуаций частоты сигнала.

Формула изобретения

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР, содержащий первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий сумматор и отсчетный блок, а также формирователь стробирующих импульсов, первый выход которого подключен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи преобразования, а второй выход - к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи преобразования, и управляемый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к первому тактовому входу первого аналогового запоминающего блока, в котором второй тактовый вход соединен с вторым выходом управляемого генератора тактовых импульсов, выход подключен к входам узлов выборки и хранения, а информационный вход соединен с входом анализатора, причем входы стробирования накапливающих сумматоров подключены к цепи "Время измерения", отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения статистических характеристик флуктуации частоты, в него введены управляемая линия задержки, блок управления линией задержки, второй аналоговый запоминающий блок и вычислительное устройство, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первой и второй цепи преобразования, первый выход подключен к цепи "Время измерения", второй и третий подключены соответственно к входу управляемого генератора тактовых импульсов и блоку управления линией задержки, выход которой подключен к входу управления управляемой линии задержки, информационный вход которой подключен к входу анализатора, а выход к информационному входу второго аналогового запоминающего блока, первый и второй тактовый входы которого соединены соответственно с первым и вторым тактовыми входами первого аналогового запоминающего блока, а выход подключен к входу формирователя стробирующих импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3