Способ измерения параметров шума

 

Изобретение относится к радиотехнике . Способ измерения параметров шума (DI) реализован в устройстве, содержащем блок 1 вьщеле ния квадратурной составляющей Ш, перемножители 2, 4, фильтр 3 нижних частот, генератор 5 гармонического сигнала, линейный преобразователь 6, интегратор 7 и формирователь 8 времени измерения. Перемножают Ш с вспомогательным гармоническим сигналом, средняя частота которого равна средней частоте Ш, фильтруют результат перемножения в полосе частот, равной половине ширины спектра измеряемого Ш,и перемножают результат с вспомогательным гармоническим сигналом, выпрямляют Ш и производят усреднение выпрямпенного напряжения в течение времени, кратного периоду вспомогательного гармонического сигнала. Способ имеет высокую точность измерения, 2 ил. & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„Я0„„1 11 (51) 4 0 О1 R 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ т

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4106573/24-21 (22) 08 ° 05.86 (46) 23.07.88. Бюл. Н 27 (72) А.А.Кириллов (53) 621,317.75(088.8) (56) Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов, — М.:

Мир, 1974, с. 214.

Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. — М.: Советское радио, 1966, с. 91. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШУМА (57) Изобретение относится к радиотехнике, Способ измерения параметров шума (m) реализован в устройстве, содержащем блок 1 выделения квадратурной составляющей Ш, перемножители

2, 4, фильтр 3 нижних частот, генератор 5 гармонического сигнала, линейный преобразователь 6, интегратор 7 и формирователь 8 времени измерения.

Перемножают Ш с вспомогательным гармоническим сигналом, средняя частота которого равна средней частоте Ш, фильтруют результат перемножения в полосе частот, равной половине ширины спектра измеряемого Ш,и перемножают результат с вспомогательным гармоническим сигналом, выпрямляют Ш и производят усреднение выпрямленного напряжения в течение времени, кратного периоду вспомогательного гармони- Я ческого сигнала. Способ имеет высокую точность измерения. 2 ил. ююргщг Устано5ка числа период

14!16

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам измерения параметров случайных радиотехнических процессов и может быть испольt

5 зонано при проектировании, например, ! измерителей параметров шума (среднего значения, дисперсии или средне кнадратического значения шума).

Целью изобретения является повыО шение точности измерения при заданном времени измерения путем выделения одной или двух квадратурных составляющих измеряемого шума, которые представляют собой случайные процессы, фпуктуирующие только по амплитуде, что позволяет после детектирования интегрировать результат нелинейного преобразования в течение времени, кратного периоду частоты полу- 20 ченных составляющих шума, и тем самым исключить ошибку измерения уровня шума, вызванную периодическим характером этого процесса.

На фиг, 1 представлена структур- 25 ная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — график функции ошибок.

Устройство для реализации способа содержит блок 1 выделения кнадратурнойЗО составляющей шума, выполненный в виде последонательно соединенных первого перемножителя 2, первый вход котопого ( является входом устройства, фильтра 3 ! нижних частот и второго перемножйтеля 4. К вторым входам первого и второго перемножителей 2 и 4 подключен выход генератора 5 гармонического сигнала. Выход блока выделения кнадратурной составляющей шума подключен 4О к нелинейному преобразователю 6, выход которого подключен к входу интегратора 7, Вход управления временем . интегрирования интегратора 7 подключен через формирователь 8 времени измерения к выходу генератора 5 гармонического сигнала, I

Сущность способа рассмотрим на примере измерения дисперсии шума ° 5p

Представим шум в виде суммы двух гармонических сигналов, флуктуирующих только по амплитуде, т.е.

n(t)=A (t)соэс.1 С+А (t)sinu>t, С

55 наблюдение А (t) созо1 t и А (t) sinM t дает возможность определить параметры функции корреляции процесса ((t) (шума).

89 2

Если процесс n(t) нормален, то процессы A (t) и A э(С) также нормальны, и если сам процесс имеет функцию корреляции в виде б (1 )соэсдс, то процессы А (t) и А (t) имеют одинаковые функции корреляции в виде g p(i).

Однако наблюдение (измерение параметpoB) A (t)cosu)t и (или) А (t)sinè),t может быть произведено с большей точностью за счет использования времени измерения, кратного периоду средней частоты исходного процесса или просто периоду частоты и3 кнадратурной о составляющей процесса, Разложение случайного процесса на его квадратурные составляющие можно осуществить технически путем перемножения его с квадратурными гармоническими сигналами и фильтрации результата перемножения. В этом случае выделяется та или иная кнадратурная составляющая огибающей измеряемого шума, например т Т

1 г 1 — ) n(t)cosc t= — А (t) cosQ С т о Т с о о т o

° cosu3tdt+ — А (t)sinu3t cosset tdt= о Т о о

Т о Т

1 l 1 т с 2 Т1

А (С) - dt+ — 3 А (t) о о х — cos 2) tdt= — А (С)

1 1

2 о 2 с !. так как произведение sinQ t cosd,С =

=О как произведение векторов, находящихся в квадратуре, а произведение

А (t)cos2cd t=O как произведение медленно измейяющегося сомножителя на быстро осциллирующий сомножитель.

Аналогично т

1 1, . 1

Т) " 2 п(С) эхпо3 tdt= — А (t) . о

Последующее умножение А (С) на совой t и А (t)sinful,С позволяет получить квадратурные составляющие измеряемого myMa

Устройство работает следующим образом.

Входной шум и перном перемножителе 2 перемножается с сигналом cosd,t генератора 5 гармонического сигнала.

Произведение фильтруется фильтром 3 нижних частот, в результате чего на его выходе выделяется квадратурная составляющая Ас(С) огибающей шума.

После перемножения с сигналом совы С

3 14 во втором перемножителе 4 получают сигнал Я (t,со:-() (., являющийся квадратурной составляющей измеряемого шума. Далее квадратурная составляющая шума последовательно подвергается нелинейному преобразон",нию в нелинейном преобразователе 6 и интегрированию в интеграторе 7, причем время интегрирования интегратора 7 задается с формирователя 8 времени измерения таким образом, чтобы оно было кратным числу периодов срсцней частоты шума. Для этого на формирователь 8 времени измерения подается сигнал с генератора 5 гармонического сигнала. По команде Измерение формирователь 8 времени измерения отсчитывает заданное число периддов, в течение которого интегратор 7 производит интегрирование результата нелинейндго преобразования .

Предположим, что на выходе нелинейного преобразователя 6 имеется постоянное напряжение А, которое необходимо измерить, и гармоническая составляющая cos

И9М вЂ” (A osu5t)àt =

l и3М/ о

Я„Т 1 sinu> T о + ---- casuist It=A + о

T Т о о 1 Т и (( о

sin(1,Т вЂ вЂ вЂ - является ошибкой результата

T измерения, вызванной гармоническим характером измеряемого процесса (фиг. 2). Иэ графика видно, что ошибка измерения обращается в нуль при значениях() Т = p 3/4,((9 5/2(( и39 2 и т.д. Поэтому время измерения Т

ыэм необходимо выбирать равным

1 . 1

Р(п+ -) (и+ -)

2 2

<399 2f(f 2 f ср Ср где n=0 1,2,3 и т.д.

à — средняя частота.

Так, например, при п=О, Т

4 ср

Если иэмеряемь(й шум занимает полосу частот л.г от 0 до 1 кГц9 то время

-3 корреляции(. = -- =10 с а мини4;АР

9 мальное время измерения, при котором

2АГТ„

1О

2Гср

-) °

2Т

N3

2 ьГ т--49 ср

2f срЗdf

Т и3м

1

2afcp

2Г, айаг

Г(1

20 и Ъ("9 3 ср 5

2М .

1

G =

25 7 и3м 4 ср

7 9! 2f((2df

7 7(Г, ср т,е, эта ошибка уменьшается так, как показано на графике (фиг. 2)..

S 1 IXJ7

Огибающая функции †---, опредеи)Т ляющая (.(аксимальную ошибку, вызванную гармоничностью измеряемого сигна35 ла, изменяется как 1/ Т . При Т

"У" И 3 9 1

1 3 5 7 — максимальна я

4 Ч 4 ошибка соответственно равна G, =2/;((9

2 2 2

40 -=, — и =- или 0,6; 0,2; 09129

37(53(ai

0,08, т.е. сравнима с ошибкой за счет конечного времени усреднения ° При

2 этом выполняется соотношение &„=096G.

Таким образом, использование времени усреднения, кратного периоду средней частоты измеряемого шума, позволяет снизить ошибку измерения применительно к случаю измерения шумов, лежащих в области сравнительно низ50 ких частот, который является наиболее распространенным случаем измерения параметров шума.

Если и устройство добавить еще один измерительный канал и запитать оба измерительных канала от квадратурного генератора, то на выходе каждого из каналов получают независимые результаты измерения параметров од11689 ошибка, вызванная гармоничностью измеряемого сигнала равна нулю, опреде1 1 э ляется как Т = — — — = — 10 с. и3("9 4 f 2

5 ср

Ошибка, выэ ванная случай(ньм характером процесса равна

14 l 1689

Составитель Н,Михалев

Редактор О.Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор О,Кравцова

Заказ 3651/42 Тираж 772 Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного и того же процесса. Их дальнейmee суммирование позволяет снизить погрешность общего результата измерения, так как сами результаты измере:ния в виде постоянных напряжений сум мируются как детерминированные величины, а их флуктуации суммируются как случайные независимые величины. ( Это обеспечивает дополнительный выи1 грьпп в точности измерения в 3 дБ. ! формула изобретения

Способ измерения параметров шума, заключающийся в выпрямлении шума и усреднении полученного выпрямленного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при заданном времени измерения, перед выпрямпением перемножают шум с вспомогательным гармоническим сигналом, средняя частота которого равна средней частоте шума, фильтруют результат перемножения в полосе частот, равной половине ширины спектра измеряемого шума, и перемножают результат фильтрации с вспомогательным гармоническим сигналом, при этом усреднение производят в течение времени, кратного периоду вспомогательного гармонического сигнала.