Способ измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. Целью изобретения является повышение статистической точности измерения вероятных характеристик флуктуаций фазы сигнала. В основу способа положено умножение фазовых сдвигов между сигналами, когда они подвергаются временной компрессии - сжатию. Устройство, реализующее способ, содержит модуляторы 1 и 2, генераторы 3 и 4 сигналов с линейной частотной модуляцией, дисперсионные линии 5 и 6 задержки, демодуляторы 7 и 8, фазовращатель 9, перемножители 10 и 11, интеграторы 12 и 13 и регистраторы 14 и 15. Использование временной компрессии сигналов в данном способе повышает статистическую точность анализа по сравнению с известным способом, поскольку реально вещественный параметр может достигать сотен и тысяч. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 G OI R 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А 8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

j1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4359264/24-21 (22) 05.01.88 (46) 07.06.90. Бюл, ¹ 21 (7l) Омский политехнический институт (72) В.В. Вережников, Ю.М. Вешкурцев и N.Þ. Пляскин (53) 621 317.77(088.8) (56) Вешкурцев Ю.M. Радиотехника и электроника, 1980, т. 25, № 5, с. 981, 987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 167542, кл. G Ol R 25/00, 1965. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ

XAPAKTEPHCTHK ФЛУКТУАЦИЙ ФАЗЫ СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. Целью изобретения является

ÄÄSUÄÄ 1569740 A 1

2 повышение статистической точности измерения вероятных характеристик флуктуаций фазы сигнала. В основу способа положено умножение фазовых сдвигов между сигналами, когда они подвергаются временной компрессии— сжатию. Устройство, реализующее способ, содержит модуляторы 1 и 2, генераторы 3 и 4 сигналов с линейной частотной модуляцией, дисперсионные линии 5 и 6 задержки, демодуляторы 7. и 8, фазовращатель 9, перемножители 10 и 11, интеграторы 12 и 13 и регистраторы 14 и 15. Использование временной компрессии сигналов в дан" ном способе повышает статистическую точность анализа по сравнению с из- 1 вестным способом, поскольку реально вещественный параметр может достигать сотен и тысяч. 3 ил. C:

1569740

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использоВано для измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала. 5

При анализе случайных процессов используют статистическое среднее вида

10 о<ч,(I. г< > ", (I> называемой характеристической функцией, 15 где ц(й) — .случайный процесс (флук" туации фазы сигнала); ш — знак математического ожи"

1 дания;

V — вещественный параметр характеристической функции;

P(q) — плотность вероятностей флуктуаций фазы сигнала.

Преобразование выражения (l) приводит его к виду

9(Ч )=п1,(cosV q(t))+jm fsinV„q(t))

-A(V,)+j В (Ч;„), 30 где А(Ч,„) и B(V„) — действительная и мнимая части характеристической функции.

По измеренным оценкам частей ха- 35 рактеристической функции при различных значениях параметра V определяют

tel вероятностные характеристики случайной фазы сигнала.

Целью изобретения является повьппе- 40 ние статистической точности за счет использования больших значений вещественного параметра характеристической функции.

В основу способа положено умно" 45 жение фазовых сдвигов между сигналами, когда они подвергаются временной компрессии (сжатию). При использовании дисперсионной линии задержки можно получить коэффициент временного сжатия ЛЧМ-радиоимпульса до 10 . Во столько же раз умножается частота огибающей (в случае амплитудной модуляции ЛЧМ-импульса) и, соответственно, фазовый сдвиг между опорным и исследуемым сигналами.

Способ измерения статистических характеристик флуктуации фазы основан на пропускании ЛЧМ-радиоимпульсов, V -! п1 (5)

V„ где Чщ — вещественный параметр;

did - ширина полосы частот рабочего линейного участка дисперсионной линии задержки.

Полученные частотно-модулированные сигналы подвергают амплитудной модуляции исследуемым и опорным сигналами и получают модулированные сигналы вида

U (t).=U |I+sin (t- ?соз (v„t+

d> t Vt

+ —.„- (,— — — „--)Ц;

U«(t)=UI l+sinj ct ЗсозГ t+

BOY

i 2 оЭ с

Сформированные таким образом сигналы пропускают через дисперсионные линии задержки, у которых с учетом (3)-(5) зависимости времени задержки от мгновенной частоты имеют вид (6) модулированных по амплитуде входными сигналами через дисперсионные линии задержки,и заключается н следующем.

Иэ исследуемого U„(t)=U sin(t-q) и опорного U,(t)=csin(w t-q) сигналов, содержащих фаэовые флуктуации (и 1 в моменты равенства фаз, например в момент перехода указанных сигналов через нулевой уровень, формируют прямоугольные радиоимпульсы длительностью С, равной времени дисперсии t> используемой дисперсионной линии задержки.

Сформированные прямоугольные радиоимпульсы подвергают линейной частот- ной модуляции с изменением частоты по закону

dtd

ы,(t)=,+ - - (е.— — ), (3)

< с

dC0 gt)= v,+ (t- — ), (4) с где у — частота исследуемого и опорного сигналов;

Со — начальная мгновенная частота

ЛЧМ-радиоимпульса; (и я - случайные начальные фазы исследуемого и опорного сигналов;

c3(d- девиация частоты ЛЧМ-радиоимпульса, максимальное значение которой выбирают в соответствии с требуемым значением вещественного параметра, равным

1569740 (9)

30

«0.ния ЛЧМ-импульсов, синхрониэированлов.

eз, „(c> t)=to (ды ) э; (8)

Ы1- (d с (ь,t)=t -(— — да . о 1 З

Полученные на выходе двух дисперсионных линий задержки сигналы детектируют, выделяя огибающие, и определяют мгновенные значения этих огибающих. Принимая во внимание. выражения (8),(9) и (5), а также выполняя условие ) tg) =(), получают, что продетектированные сигналы с точностью до коэффициента передачи равны

U (t)=sinu> fK(t- ---)-t ); (10) (31 С о

U> (t) =sin(t- — -t, 7, (11)

< с

Ll(d ll tз где K=1+ — коэффициент измел нения масштаба времени.

Таким образом, после линии задержки возникает новая частота (12) Поскольку следует считать 0=-dtз, с учетом (5) получают

Чп-1 1

K=1 — = — ° (13) 7п

Преобразованные таким образом колебания (10) и (11) перемножают между собой, кроме того, опорное колебание (11) подвергают дополнительному преобразованию путем поворота фазы

его на 90 и вторично перемножают с исследуемым колебанием (10). Результаты перемножения усредняют и получают два электрических сигнала, пропорциональных оценкам действительной и мнимой частей характеристической функции флуктуаций фазы сигнаНа фиг. 1 представлена структурная схема анализатора, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 — схема генератора сигналов с линейной частотной модуляцией; на фиг.3 временные диаграммы работы анализатора.

Анализатор содержит первый 1 и второй 2 модуляторы, генераторы 3 и

4 сигналов с линейной частотной модуляцией (ГЛЧМ ), дисперсионные линии

5 и 6 задержки, демодуляторы 7 и 8, фазовращатель 9, первые 10 и вторые

11 перемножители, интеграторы 12 и 13 и регистраторы 14 и 15 °

Входами исследуемого и опорного сигналов статистического анализатора являются низкочастотные входы модуляторов 1 и 2, подключенные также к первым входам ГЛЧМ 3 и 4, вторые входы которых объединены и являются входом установки вещественного парамет"

pa V а выходы подключены к высокочастотным входам модуляторов 1 и 2, выходы которых подключены соответственно к входам дисперсионных линий

5 и 6 задержки, выходы которых подключены соответственно к входам демодуляторов 7 и 8, выход второго демодулятора 8 подключен к второму входу второго перемножителя 11 и через фазовращатель 9 к второму входу первого перемножителя 10, а выход первого демодулятора 7 — к первым входам перемножителей 10 и ll, выходы которых соответственно подключены через интеграторы 12 и 13 к входам регистраторов 14 и 15, Модуляторы и 2 представляют собой амплитудные модуляторы и служат для амплитудной модуляции ЛЧМ-импульсов и могут быть выполнены любым известным способом, Дисперсионные линии 5 и 6 задержки представляют собой устройства задержки, время задержки которых зависит от частоты сигнала> и выполняются обычна из пьезоэлектрического материала. Демодуляторы 7 и

8 представляют собой амплитудные детекторы и предназначены для выделения огибающей модулированного по амплитуде сигнала.

ГЛЧМ 3 и 4 служат для формированых входными сигналами, и содержат (фиг.2) последовательно соединенные формирователь 16, генератор 17 линейно изменяющегося напряжения с управляемой скоростью нарастания напряжения и частотно-модулированный генератор 18.

Формирователь 16 служит для запуска генератора 17 в моменты времени, соответствующие моментам перехода выходными сигналами нулевого уровня, Скорость изменения напряжения генератора устанавливается пропорциональной требуемому значению вещественного параметра. Генератор 18 представляет собой преобразователь напряжение — частота.

Анализатор работает следующим образом.

1569740

Опорное колебание после поворота фазы на 90 в фазовращателе 9 перемножается с исследуемым колебанием в перемножителе 1О, результат перемножения интегрируется интеграто55

Измерение оценок характеристической функции производится последовательно при выбранном значении параметра V

Значения параметра V выбирают целочисленными. При этом по входу управ.пения скорость изменения линейно изменяющегося напряжения выбирается так, чтобы максимальная девиация частоты частотно-модулированного

10 сигнала с выходов ГЛЧМ составляла величину; определяемую выражением (5), В этом случае коэффициент сжатия сигналов принимает целочисленные значения,.пропорциональные V . Напря- 15 жения (фиг, 3a,б) со случайными фазами (и )1 подаются на амплитудные модуляторы 1 и 2. В момент времени, Когда происходит переход сигналов через нулевой уровень, производится

20 запуск ГЛЧМ на время, равное dtэ так, что на выходе ГЛЧМ действуют напряжения, мгновенная частота которых изменяется так, как показано на фиг.Зв,г. 25

Импульсы длительностью с линейной частотной модуляцией (фиг. Зд, е) подвергаются амплитудной модуляции в модуляторах 1 и 2 входными сигналаМи так, что на выходах модуляторов действуют напряжения (фиг.Зж,э), описываемые выражениями (6) и (7).

Модулированные таким образом напряжения подаются на дисперсионные линии

5 и 6 задержки, время задержки которых зависит от. мгнОвенной частоты

35 сигналов на их входах. Напряжения с выходов линий задержек (фиг.Зи,к) подаются на входы амплитудных детекторов 7 и 8, которые выделяют огибаю40 щие напряжений. Тогда на выходах амплитудных детекторов напряжения (фиг.Зл,м), которые при условии i=at описываются выражениями (10) и (11).

Эти напряжения перемножаются в пере- 45 множителе 11, а результат перемножения интегрируется в интеграторе 13 после чего регистратор 15 регистрирует напряжение, пропорциональное оценке действительной части характеристической функции 50

A(V )= — ) cosV (gdt. в ром 12, а регистратор 14 регистрирует напряжение, пропорциональное оценке мнимой части характеристической функции т

B(v ) — I sinv (q-q)dt. о

Таким образом, использование временной компрессии сигналов в предлагаемом способе измерения позволяет повысить статистическую точность анализа вероятностных характеристик флуктуаций фазы сигнала ло сравнению с известным, поскольку реально вещественный параметр может достигать сотен и тысяч.

Формула и з о б р е т е н и я (Il(t) 47 + — ("- -" ((J t+g), (1 ) 1 (л в Vedt3 w c где M —в начальная мгновенная частота заполнения линейно-частотномодулированных радиоимлульсов; вещественный параметр характеристической функции; ширина полосы частот дислерсионной линии задержки;

Способ измерения статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала, основанный на умножении флуктуаций фазы путем преобразования спектра входных (исследуемого и опорного) сигналов, перемножении преобразованного исследуемого сигнала на преобразованный опорный сигнал и на преобразованный опорный сигнал, дополнительно сдвинутый ло фазе на 90, усреднении результатов перемножения, индикации двух усредненных сигналов, как величин действительной и мнимой частей характеристической функции, отличающийся тем, что, с целью повышения статистической точности эа счет использования больших значений вещественного параметра характеристической функции, преобразуют спектр входных сигналов с использованием дисперсионных линий задержки, на входе которых формируют радиоимпульсы в момент перехода входных сигналов через заданное значение фазы, причем частоту заполнения радиоимлульсов задают линейно изменяющейся в пределах полосы частот дисперсионной линии задержки в соотвествии с выражением!

3 Р дисперсии дисперсион- и опорным сигналами, детектируют поной линии задержки; лученные на выходе дисперсионных лиM — частота исследуемого сигнала; ний задержки сигналы, а выделенные

t — - текущее время;

5 огибающие используют как преобразоначальная фаза сигнала, ванные сигналы для измерения значений а амплитуду полученных радиоимпульсов действительной и мнимой частей харакмодулируют соответственно исследуемым теристической функции.