Двухканальный корреляционный измеритель частотных искажений

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки частотных искажений случайных сигналов. Измеритель содержит два идентичных канала, каждый из которых включает в себя входной компаратор, регистр сдвига, выполняющий функции линии задержки, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, группу элементов И, группу счетчиков и блок сравнения, в котором вычисляется оценка искажений. Особенностью измерителя является применение для оценки частотных искажений знаковых автокорреляционных функций, которые позволили основную часть операций выполнить над одноразрядными операндами. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в упрощении устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки частотных искажений случайных сигналов.

Прототипом изобретения является корреляционный анализатор частотных свойств линейной системы, который содержит мультиплексор, коррелятор, блок сравнения и блок управления, вход которого является входом запуска анализатора, первым тестовым входом которого служит первый информационный вход мультиплексора, второй информационный вход которого является вторым тестовым входом анализатора, выход мультиплексора соединен с информационным входом коррелятора, выход которого соединен с информационным входом блока сравнения, выход которого является информационным выходом анализатора, адресный вход мультиплексора, тактовый и обнуляющий входы коррелятора, а также входы управления блоком сравнения соединены с соответствующими выходами блока управления, адресный выход которого соединен с единой адресной шиной коррелятора и блока сравнения [Пат. RU 2242013, опубл. 10.12.2004, Бюл. №34].

Недостатком прототипа является сложность его реализации, что объясняется относительно большими аппаратурными затратами, связанными с вычислениями классических автокорреляционных функций.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в упрощении устройства.

Технический результат достигается тем, что двухканальный корреляционный измеритель частотных искажений, содержащий блок сравнения, выход которого является выходом измерителя, согласно изобретению состоит из двух идентичных каналов, каждый из каналов содержит компаратор, регистр сдвига, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, группу элементов И и группу счетчиков, сигнальный вход компаратора является информационным входом канала, вход опорного напряжения компаратора соединен с общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом регистра сдвига и с объединенными первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ группы подключены к первым входам соответствующих элементов И группы, вторые входы которых объединены и составляют первый тактовый вход канала, вторым тактовым входом которого является тактовый вход регистра сдвига, выходы элементов И группы подключены к счетным входам соответствующих счетчиков группы, разрядные выходы которых являются информационными выходами канала, информационные выходы первого и второго каналов подключены к соответствующим информационным входам блока сравнения, первые тактовые входы каналов объединены и подключены к выходу элемента задержки, вход которого объединен со вторыми тактовыми входами каналов и является тактовым входом измерителя, информационными входами которого являются информационные входы первого и второго каналов.

Кроме того, для достижения технического результата блок сравнения вычисляет функцию вида

где ƒ₀(Р(nΔτ)) - функция, по значению которой судят о наличии и объеме искажений;

Z_вых(nΔτ) - сумма, зафиксированная на выходе n-го счетчика первого канала;

Z_вх(nΔτ) - сумма, зафиксированная на выходе n-го счетчика второго канала;

N - количество счетчиков в группе;

Δτ - шаг задержки сигналов в регистре сдвига.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 показана функциональная схема измерителя. На фиг.2 приведены графики, иллюстрирующие преобразование исходных сигналов.

Функциональная схема измерителя (фиг.1) содержит компаратор 1, N-разрядный регистр 2 сдвига, группу 3 N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, группу 4 N элементов 2И, группу 5 N счетчиков (указанные компоненты образуют первый канал), блок 6 сравнения, элемент 7 задержки и идентичный первому второй канал. Сигнальный вход компаратора 1 является информационным входом первого канала и первым информационным входом u_вых(t) измерителя, вторым информационным входом u_вх(t) которого является аналогичный вход второго канала, вход опорного напряжения компаратора 1 соединен с общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом DR регистра 2 и с объединенными первыми входами элементов 3-1÷3-N ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами регистра 2, выходы элементов 3-1÷3-N подключены к первым входам соответствующих элементов 4-1÷4-N 2И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента 7 задержки, вход которого объединен с тактовым входом регистра 2 и является тактовым входом CLK измерителя, выходы элементов 4-1÷4-N 2И подключены к счетным входам соответствующих счетчиков 5-1÷5-N, разрядные выходы которых подключены к соответствующим входам блока 6 сравнения, группа разрядных выходов счетчиков второго канала также подключена к соответствующим входам блока 6 сравнения, первый и второй тактовые входы второго канала объединены с аналогичными входами первого канала, выход блока 6 сравнения является выходом оценки искажений измерителя.

Графики по фиг.2 содержат пример исходного аналогового сигнала u(t) и результат его клиппирования в компараторе 1 (sgnu(t) - знаковая функция).

Работает измеритель следующим образом.

На сигнальный вход компаратора 1 (см. фиг.1, на которой раскрыт 1-й канал двухканального измерителя) поступает биполярный аналоговый сигнал. Причем на вход первого канала подают сигнал u_вых(t) с выхода цепи, которая по предположению вносит искажения, а на вход второго канала - неискаженный сигнал u_вх(t), присутствующий на входе цепи, вносящей искажения. При подаче на опорный вход компаратора 1 потенциала общей шины на его выходе будет формироваться последовательность импульсов с постоянной амплитудой и случайными длительностями и моментами появлений, как показано на фиг.2. Полученный указанным путем двоичный сигнал подается на информационный вход DR регистра 2, работающего в режиме сдвига информации вправо (от младшего разряда к старшему) под действием тактовых импульсов CLK, следующих с периодом Δτ. Выделенные на N отводах регистра 2 N сигналов, сдвинутые относительно друг друга на время, кратное Δτ, сравниваются в элементах 3-1÷3-N ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ с незадержанной копией, поступающей на вход регистра 2. Далее результаты знаковых совпадений стробируются при помощи элементов 4-1÷4-N 2И, на которые синхроимпульсы подаются со сдвигом во времени относительно входа С регистра 2 (задержку осуществляет элемент 7; время задержки выбирают меньшим периода следования тактовых импульсов, но больше длительности их фронтов) и подсчитываются счетчиками 5-1÷5-N. В итоге с окончанием интервала наблюдения на выходе n-го счетчика будет зафиксировано количество совпадений знаков, соответствующих относительному сдвигу функций на время nΔτ:

где n=0, 1, 2,…,N-1;

I - число отсчетов за время анализа.

Во втором канале соответственно находится сумма

Показанные выражения отличаются от выражения для оценки вероятности Р(nΔτ) совпадения знаков сравниваемых процессов только постоянным коэффициентом. В свою очередь известна связь между знаковой корреляционной функцией А(nΔτ) и вероятностью Р(nΔτ): Р(nΔτ)=(А(nΔτ)+1)/2. Следовательно, сравнение автокорреляционных функций можно обоснованно заменить сравнением сумм Z_вых(nΔτ) или Z_вх(nΔτ).

Для получения показателя искажений, не зависящего от абсолютных значений сравниваемых функций, введем величину f₀(P(nΔτ)), имеющую смысл коэффициента, показывающего во сколько раз функция f₀(Р(nΔτ)) отличается от максимально возможного значения f_max(P(nΔτ)). Вычисления приводят к следующему результату:

Величина ƒ₀(P(nΔτ)) принимает значения от нуля до единицы. При отсутствии частотных искажений ƒ₀(P(nΔτ))=0. Максимальным искажениям соответствует равенство: ƒ₀(P(nΔτ))=1. Из представленного выражения ясно видно, что определение объема частотных искажений путем сравнения таких интегральных характеристик, как знаковые автокорреляционные функции, сводится к выполнению несложных арифметических операций над N суммами Z_вых(nΔτ), Z_вх(nΔτ), полученными в результате подсчета числа знаковых совпадений и одной операции деления. Причем каждая из указанных сумм находится путем выполнения операций над одноразрядными операндами в отличие от прототипа, где все операции выполняются над многоразрядными операндами. Это позволяет значительно сократить разрядность регистра сдвига, являющегося неотъемлемым элементом корреляторов, но, главное, позволяет заменить сложные операции умножения многоразрядных чисел на простые однобитовые операции «эквивалентность» (выполняются логическими элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ). Блок 6 сравнения, вычисляющий величину ƒ₀(P(nΔτ)), легко может быть реализован как на простых универсальных микропроцессорах, так и на базе программируемой логики. Последний вариант предпочтителен при реализации в виде одной БИС всего измерителя кроме входных аналоговых компараторов, занимающих от общего числа элементов очень малую часть.

1. Двухканальный корреляционный измеритель частотных искажений, содержащий блок сравнения, выход которого является выходом измерителя, отличающийся тем, что состоит из двух идентичных каналов и элемента задержки, каждый из каналов содержит компаратор, регистр сдвига, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, группу элементов И и группу счетчиков, сигнальный вход компаратора является информационным входом канала, вход опорного напряжения компаратора соединен с общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом регистра сдвига и с объединенными первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ группы подключены к первым входам соответствующих элементов И группы, вторые входы которых объединены и составляют первый тактовый вход канала, вторым тактовым входом которого является тактовый вход регистра сдвига, выходы элементов И группы подключены к счетным входам соответствующих счетчиков группы, разрядные выходы которых являются информационными выходами канала, информационные выходы первого и второго каналов подключены к соответствующим информационным входам блока сравнения, первые тактовые входы каналов объединены и подключены к выходу элемента задержки, вход которого объединен со вторыми тактовыми входами каналов и является тактовым входом измерителя, информационными входами которого являются информационные входы первого и второго каналов.

2. Двухканальный корреляционный измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения служит для нахождения функции вида
где f₀(P(nΔτ)) - функция, по значению которой судят о наличии и объеме искажений; Z_вых(nΔτ) - сумма, зафиксированная на выходе n-го счетчика первого канала; Z_вx(nΔτ) - сумма, зафиксированная на выходе n-го счетчика второго канала; N - количество счетчиков в группе; Δτ - шаг задержки сигналов в регистре сдвига.