Аналоговое устройство для определенияспектральной плотности и abtokop-реляционной функции случайногопроцесса

 

Союз Советсиик

Сещиалистииеских

Республик

<и>813459

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. сви; -ву (22) Заявлено 180 17 9 (21) 2 7 1 47 61/18-2 4 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15,03.81,. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 15.0381

G 06 G 7/19

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.333 (088. 8) В.A.Æóêîâ, Г.И.Худяков, Л.-К.Е.Бондаренко, Т.С.Ившина (72) Авторы изобретения и В.М.Никитин

:,", -: 1

) (1

>, Ленинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

CIIEKTPAJIbHOA ПЛОТНОСТИ И АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОЙ

ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Изобретение относится к аналоговым вычислительным устройствам, предн аз н аче н ным дл я ин т е грал ьных преобразований, и может быть использовано в радиоизмернтельной технике, радиолокации, радионавигации и связи..

Известен многоканальный коррелятор с системой запаздывания, который позволяет в реальном масштабе времени определить значения корреляционной функции входных сигналов во множестве отсчетных точек . Обработка входных сигналов производится параллельно. Устройство содержит ряд параллельных каналов корреляционной 15 обработки, каждый из которых, в свою очередь, включает два входных канала, смеситель сигналов входных каналов и интегратор. Первый входной канал (общий для всех N каналов) со- 20 держит устройство задержки на время

Т; вторые входные каналы, имеющие общий вид, содержат устройства задержки, время задержки в каждом из которых при переходе от одного канала к другому изменяется на заданную величину от 0 до максимальной. С выхода каждого из каналов корреляционной обработки снимается значение корреляционной функ- 3D ции в соответствующих отсчетных точках (1), Недостатком такого коррелятора является то, что он определяет отсчетные значения корреляционной функции входных сигналов через дискретные интервалы времени. При этом число каналов корреляционной обработки определяется числом отсчетов, необходимым для воспроизведения корреляционной функции, и может составлять несколько десятков и даже сотен.

Конструкция такого устройства достаточно сложна. Кроме того, следует отметить, что недостатком данного устройства является невозможность определения ими спектральных характеристик входных сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому. является устройство, содержащее всего два входных канала и один выходной канал и определяет непрерывные значения (а не в отдельных отсчетных; точках) функции корреляции и спектральной плотности входных сигналов.

Данное устройство имеет два входных канала Причем первый входной канал содержит аналоговый анализатор комплексного спектра первого входного сигнала, а второй входной

813459 канал — последовательно соединенные аналоговый анализатор комплексного спектру второго входного сигнала, смеситель с подключенным к его гетеродинному входу генератором гармонического сигнала (двухчастотным,переключаемым) и полосовой фильтр, Входные каналы подключены ко входам смесителя сигналов входных каналов.

Выход этого смесителя соединен со входом выходного аналогового анализатора комплексного спектра.

Для того, чтобы по результатам обработки одной реализации стационарного эргодического случайного процесса можно было судить о вероятностных характеристиках этого процесса, в данном случае автокорреляционной функции и спектральной плотности мощности, необходимо чтобы оценки этих вероятностных характеристик были состоятельными, то есть сходились, по вероятности к истинному значению оцениваемой характеристики при бесконечном увеличениидлительности Т обрабатываемой выборки из реализации случайного процесса. При этом систематическая составляющая ошибки оценивания, называемая ошибкой смещения, должна стремиться к нулю при

Т- и, кроме того, необходимо, чтобы флуктуационная составляющая ошибки оценивания, то есть дисперсия, также стремилась к нулю при Т. Таким образом, интервал Т, на котором определяются оценки соответствующих вероятностных характеристик случайного процесса, является параметром оценки и определяет ее статистичес кую точность (21 .

Недостатком данного устройства явявляется несостоятельность получаемой с его помощью выборочной оценки спектральной плотности мощности, хотя выборочная оценка автокорреляционной функции стационарного эргодического случайного процесса является состоятельной. Известно, что выборочная оцелика спектральной плотности мощности, получаемая посредством преобразования Фурье выборки длительностью Т из реализации стационарного эргодического процесса является несостоятельной. Поэтому увеличение в данном устройстве длительности Т обрабатываемой выборки из реализации случайного процесса не повышает статистическую точность определения . спектральной плотности мощности, так как, хотя смещение оценки спектральной плотности мощности стремится к нулю при Т, дисперсия же этой оценки стремится к квадрату оцениваемой величины.

Следовательно, в данном устрой.,тве эа счет увеличения длительности Т обрабатываемой выборки из реа. иэации стационарного эргодическаг-ж случайного процесса невозмож5

S0

65 но повысить статистическую точность оценки автокорреляционной функции случайного процесса без ухудшения статистической точности оценки спектральной плотности мощности этого случайного процесса.

Цель изобретения — повышение точности оценок спектральной плотности мощности и автокорреляционной функции стационарного эргодического случайного процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое устройство для определения спектральной плотности н автокорреляционной функции случайного процесса, содержащее два анализатора комплексного спектра, информационный вход первого из которых является входом устройства, а выход подключен к первому входу первого смесителя, второй вход которого через полосовой фильтр подключен к выходу второго смесителя, первый вход которого соединен с генератором радиосигнала, введены второй полосовой фильтр, блок усреднения оценок спектральной плотности и блок управления, первый выход которого подключен ко входу генератора радиосигнала и к управляющему входу первого анализатора комплексного спектра, второй выход — соединен с управляющим входом второго анализатора комплексного спектра, третий и четвертый выходы блока управле ия подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока усреднения оценок,спектральной плотности, выход которого соединен с информационным входом второго анализатора комплексного спектра, а вход — подключен к выходу второго полосового фильтра, вход которого соединен с выходом первого смесителя, второй вход второго смесителя подключен к выходу первого анализатора комплексного спектра.

Кроме того, устройство отличается тем, что в нем блок управления содержит блок формирования ступенчатого напряжения и последовательно соединенные кварцевый генератор и усилитель-ограничитель, выход которого является первым выходом блока управления и подключен к первому входу блока формирования ступенчатого напряжения и ко входу счетчика с переменным коэффициентом деления, выход которого является вторым выходом ° блока управления и подключен ко входу генератора видеоимпульсов, выход которого является третьим выходом блока управления и подключен ко второму входу блока формирования ступенчатого напряжения, выход которого является четвертым выходом блока управления.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства.

813459

Устройство содержит анализатор l комплексного спектра, первый смеситель 2, второй смеситель 3, первый полосовой фильтр 4, второй -полосовой фильтр 5, блок 6 усреднения оценок спектральной плотности мощности, анализатор 7 комплексного спектра, генератор радиосигналов 8, блок 9 управления, выходная шина

10 устройства.

На фиг.2 приведена структура одной из возможных реализаций блока усреднения оценок спектральной плотности мощности, согласно которой он содержит сумматор 11, коммутатор 12, управляемый аттенюатор 13, линию задержки 14, компенсирующий Усилитель 15.

На фиг.3 приведена структура одной из возможных реализаций блока управления, согласно которой блок содержит кварцевый генератор 16 гармонических колебаний, усилитель-ограничитель 17 с дифференцирующей. цепью на выходе, счетчик 18 импульсов с переменным коэффициентом . деления, блок 19 формирования ступенчатого напряжения, генератор видеоимпульссв 20.

На фиг.4 изображены зпюры, поясняющие работу блока управления,. где обозначены: гармоническое на-. пряжение (a) на выходе кварцевого генератбра 16 видеосигналы (б) на выходе усилителя-ограничителя 17, задающие период (Тдрр ) работы входного аналогового анализатора 1 комплексного спектра и генератора 8 радиосигналов, сигнал (в) на выходе схеьы формирования 19 ступенчатого напряжения, определяющий коэффициент деления блока б усреднения ОцЕнок спектральной плотйости мощности в каждом периоде T as сигналы (г) на выходе счетчика 18 импульсов, задающие период работы выходного аналогового анализатора 7 комплексного спектра, сигналы (д) на выходе генератора 20 видеоимпульсов, определяющие число и усредненных выборочных оценок спектральной плотности мощности, задний фронт видеоимпульсов приводит схему формирования 19 ступенчатого напряжения в исходное состояние.

Данное аналоговое устройство определения спектральной плотности -и автокорреляционной функции случайных процессов (Фиг.l) содержит анализатор 1 комплексного спектра, выход которого соединен с сигнальными входами первого 2 и второго 3 смесителей. Выход второго 3 смесителя соединен через первый 4 полосовой фильтр с гетеродинным входом первого 2 смесителя. К выходу первого 2 смесителя подключены последовательно соединенные второй полосовой 5 фильтр, блок 6 усреднения оценок спектральной плотности мощности, анализатор 7 комплексного спектра.

K гетеродинному входу второго 3 смесителя подключен генератор 8 радиосигналов, ко входу которого подключен первйй выход блока 9 управлейия, С первым выходом блока 9 управления соединен также управляющий вход входного аналогового анализатора 1 комплексного спектра. Второй выход блока 9 управления подключен к уп © равляющему входу анализатора 7 комплексного спектра, третий и четвертый выходы блока 9 управления соединены соответственно с первым и вторим управляющими входами блока 6

3$ усреднения оценок спектральной плотности мощности. Четвертый выход блока 9 подключен к управляющему входу анализатора 7 комплексного спектра.

2О Наиболее простая реализация блока б усреднения оценок спектральной плотности мощности (Фиг.2) содержит последовательно включенные сумматор

11, коммутатор 12, управляемый аттенюатор 13. К первому выходу ком2S- мутатора 12 подключены последовательно соединенные линия 14 задержки и компенсирующий 15 усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора ll. Первый вход

З© сумматора 11 является сигнальным входом блока б усреднения оценок спектральной плотности мощности и подключен к выходу второго полосового 5 Фильтра.- Второй вход комму35 татора 12 является вторым входом блока 6 усреднения оценок спектраль-, ной плотности мощности и соединен со вторым выходом блока 9 управлеяия. Второй вход управляемого 13 аттенюатОра является третьим входом блока б усреднения оценок спектральной плотности мощнбсти и соединен с третьим выходом блока 9 управления.

Рассмотрим один цикл работы пред45 лагаемого устройства нри поступлении на его сигнальный вход реализации стационарного эргодического случайного процесса с нулевым средним значением, ширина спектра которого зани-

$Q мает всю полосу обзора входного аналогового анализатора комплексного спектра. Анализатор 1 комплексного спектра осуществляет преобразование . Фурье выборки длительностью T (Т—, 55

5 длительность радиоимпульса гетеродина анализатора спектра) реализации з(г). стационарного эргодического случайного процесса и воспроизводит за время воспроизведения t4 получен.ный спектр выборки на средней часто40 те Чв как Функцию времени, комплексная огибающая которой пропорциональна комплексному спектру з(Р ) анализируемой выборки с масштабным коэффициентом {рад/c j . Так как б5 анализатор 1 комплексного спект813459 ра работает в реальном масштабе времени, то время воспроизведения спектра равно длительности обрабатываемой выборки, т,е, tb=T, а 9 = D W/Т, где АИ вЂ” полоса обзора анализатора комплексного спектра.

Период работы анализатора равен

Тпрр — - а+То — — Т+Тр где ТО вРемЯ восстановления. В данном устройстве в качестве аналоговых анализаторов комплексного спектра могут быть. использованы дисперсионные или рециркуляционные анализаторы спектра, скважность работы которых 0

=Tnev/Т близка к единице, а время восстановления Tp <(Т.

Период пОвторения работы Т „ р входного анализатора комплексного спектра задается периодической пос-. ледовательностью импульсов запуска, поступающих на управляющий вход входного анализатора 1 комплексного спектра с первого выхода блока 9 управления (фиг ° 4б) . Поэтому анализатор 1 комплексного спектра обрабатывает периодическую последовательность N выборок длительностью Т и периодом следования Т ае из реализации s(t) стационарного эргодического случайного процесса, при этом преобразование Фурье осуществляется по каждой выборке. Начальные фазы P (где n=1,2,3,...N- номер выборки) выборок из реализации s(С) случайного процесса различны и определяются положением выборок на реализации

s(t), и при переходе от одной реализации случайного процесса к другой могут меняться случайным образом. На выходе анализатора 1 комплексного спектра формируется (с некоторой постоянной задержкой йоТ, которая не существенна для изложения принципа работы устройства) последовательность радиоимпульсов. При этом средняя частота каждого радиоимпульаа равна Wp äëèòåëüíîñòü равна ь=Т,и начальная фаза равна сумме (или разности) начальных фаз выборки Ф„ и радиоимпульса гетероди,на P„ анализатора 1 комплексного спектра. Учитывая, что начальная фаза радиоимпульса гетеродина анализатора 1 комплексного спектра всегда постоянна, положим Pr =О.

Таким Образом, при поступлении на игнальиый вход входного аналогового анализатора 1 комплексного спектра реализации s(t) стационарного эргодичаского случайного процесса с нулевым средним значением, а на управляющий вход — импульса запуска от блока 9 управления (фиг.4б) на выходе анализатора 1, который осуществляет преобразование Фурье каждой выбфрки, формируется сигнал, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов длительностью Т, периодом следования Т„рр и средней частотой каждого импульса Wp. Комплексные огибающие этих радиоимпульсов пропорцио1 нальны комплексным спектрам s„(pt) =

=А соответствующих выборок, а началь5 ные фазы V равны .начальным фазам Р,„ соответствующих выборок из реализации s(t) случайного процесса, т.е. V „. Выходной сигнал анализатора 1 комплексного спектра посту10 пает на сигнальные входы первого 2 и второго 3 смесителей. На гетеродинный вход второго смесителя 3 в этот же момент времени с выхода генератора 8 радиосигналов поступает перио15 дическая последовательность радиоимпульсов с прямоугольными огибающими, длительностью каждого радиоимпульса

Т, периодом повторения Т nåð частотой заполнения W < и постоянными наи) чальными фазами У> . Возбуждение генератора 8 радиосигналов с постоянной начальной фазой 90 осуществляется с помощью сигналов, вырабатываемых блоком 9 управления, следующих с периодом повторения Т пер (фиг.4б) . Первый полосовой фильтр

4 служит для выделения сигналов раэностной частоты W =Wp-W,oáðàçaâàíных в результате смещения во втором 3 смесителе выходных сигналов

30 анализатора 1 комплексного спектра со средними частотами Wp и сигналов генератора 8 радиосигналов с частотой заполнения W< Таким образом, сигнал на выходе первого полосового

35 фильтра 4 представляет собой последовательность из N радиоимпульсов, период следования которых равен

T „Ep, длительность каждого радиоимпульса равна Т, средние частоты

40 заполнения равны Wc Wp W, а начальные фазы 0„ равны Р„„= РH †Рв где Мо — постоянная начальная фаза радиоимпульсов генератора 8 радиосигналов. Комплексные огибающие ра45 диоимпульсов в этой последовательности пропорциональны комплексным .спектрам А соответствующих выборок из реализации Ь()случайного процесса. С выхода первого полосового фильтра 4 сигнал поступает на гетеро о динный вход первого смесителя 2, на сигнальный вход которого поступают выходные сигналы анализатора

1 комплексного спектра со средней частотой Wp. Второй полосовой фильтр

5 служит для выделения сигналов разност"о" facToTH W =Wp W =Wp (Wp Щ =

=И, образованных в результате смещения в первом 2 смесителе периодической последовательности иэ N paбО диоимпульсов с выхода анализатора 1 длительностью каждого радиоимпульса Т, периодом повторения Тпрр среднкми частотами заполнения Wp u начальными фазами „ и периодичес65.кой последовательности из N радио813459

50 Такая операция усреднения, использующая разбиение. исходной реализации s(t) стационарного эргоди- . ческого.случайного процесса íà N выборок длительностью Т, вычисление

55 по каждой выборке выборочной оценки

В спектральной плотности мощности

». случайного процесса и усреднения N выборочных оценок В, для получения выборочной сглаженной оценки спектбО ральной .плотности .мощности D эквивалентна сглаживанию выборочной оценки

G„ (Pt) спектральйой плотности мощности, полученной по выборке длительностью Т с помощью спектрального окб5 на Бартлетта. импульсов с выхода первого полосового фильтра 4 (длительностью каждого радиоимпульса Т, периодом повторения Траур, средними частотами заполнения W и начальными фазами » †вЂ

= - Р . При этом на выходе второго полосового фильтра 5 образуется сигнал, у которого фазовые члены смешиваемых сигналов вычитаются, а амплитудные перемножаются. Этот сигнал представляет собой периодическую последовательность из N радиоим— пульсов длительностью каждого радиоимпульса Т, периодом повторения TÄqp, частотой заполнения Wy=W и начальными фазами 1»т =Ач — Т» =J»-(Õ».-ä î) =до .

Таким образом, последовательность радиоимпульсов на выходе второго полосового фильтра .5 является когерентной с начальными фазами радиоимпульсов равными постоянной начальной фазе fo радиоимпульсов генератора 8 радиосигналов. Поскольку комплексные огибающие радиоимпульсов в периодических последовательностях, поступающих на входы первого 2 смесителя пропорциональны комплексным спектрам A=(A)ехр (j(argA)j соответствующих выборок из реализации s(t) стационарного эргодического случайного процесса, то когерентная периодическая последовательность радиоимпульсов с разностной частотой заполнения Wy=Wq образованная на выходе первого смесителя 2 и отфильтрованная при помощи второго полосового фильтра 5 имеет огибающие радиоимпульсов пропорциональные выборочным оценкам G»(p4 t) спектральной плотности мощности случайного процесса, так как для сигнала с разностной частотой заполнения И =И», выделенного посредством второго полосового фильтра 5, модули комплексных огибающих (пропорциональные амплитудным спектрам А выборок) соот ветствующих радиоимпульсов в периоди,ческих последовательностях, поступающих на входы первого 2 смесите ля, перемножаются, а их фазовые члены (пропорциональные фазовому спектру arg(A) выборок) вычитаются один из другого и взаимно компенсируют друг друга. л

„Однако, выборочные оценки G„(pt) =

=В» спектральной плотности мощности В стационарного эргодического случайного процесса являются несостоятельными оценками, у которых дисперсия (флуктуационная составляющая ошибки оценивания) стремятся к квадрату оцениваемой величины -при стремлении длительности Т выборки из реализации s(t) случайного процесса к бесконечности. Для получе- ния состоятельной оценки спектральной плотности мощности случайного процесса (уменьшение дисперсии оценки при увеличении длительности Т выборки) необходимо произвести усреднение по всем N выборочным оценкам

В. спектральной плотности мощности.

Для осуществления операции усреднения когерентная периодическая последовательность иэ N радиоимпульсов (длительностью Т каждый с периодом повторения Тп р, частотами заполнения W начальными фазами Ро и с огибающими пропорциональными выборочным оценкам В» спектральной О плотности мощности), полученная на выходе второго полосового 5 фильтра поступает на сигнальный вход блока

6 усреднения оценок спектральной плотности мощности ° Блок 5 усредне-.

15 ния осуществляет когерентное накопление N радиоимпульсов с огибающими пропорциональнымьг выборочным оценкам В» и деление суммы на число накопленных импульсов N в интервалы

2О времени 1,равные NTAEp 4 СИТ„рр+Т.

Для этого на второй вход блока 6 усреднения оценок спектральной плотности мощности в момент времени

Т„ =NTд р со второго выхода блока 9 управления поступает прямоугольный видеоимпульс длительностью Т (фиг.4д),определяющий интервал времени, в течение которого результат усреднения выдается с выхода блока

6 усреднения оценок спектральной

30 плотности мощности и поступает на вход выходного аналогового анализатора 7 комплексного спектра, На третий вход блока 6 усреднения оценок спектральной плотности мощнос35 ти поступает ступенчатое напряжение (фиг.4в), величина которого задает необходимый коэффициент деления и=

=1,2,3,...N в каждом периоде ТяЕу .

Таким образом блок 6 усреднения оце4(1 нок спектральной плотности мощности выполняет операцию вычисления выборочной сглаженной оценки спектраль3.= . ой плотности мощности G g (pt) = -„

„=D. Выборочная сглаженная оценка спектральной плотности мощности D

45 является состоятельной.Ее дисперсия уменьшена по сравнению с выборочной оценкой спектральной плотности мощи ности В» приблизительно в N раз.

813459

Таким образом, получаем состоя- тельную оценку D спектральной плотности иощиьсти по выборке с эквивалентной длительностью, равной НТ. Выбирая достаточно большим. число выборок N по которым производится усреднение выборочных оценок спектральной плотности мощности В можно сделать дисперсию выборочной сглаженной оценки D спектральной плотности мощности очень малой.

Выходной сигнал блока б усреднения представляет собой радиоимпульс . с частотой заполнения И, à его огибающая соответствует выборочной сглаженной оценке D спектральной плотности мощности случайного процесса.

Этот выходной сигнал блока 6 усреднения оценки спектральной плотности мощности поступает на сигнальный вход выходного аналогового анализатора

7 комплексного спектра, период рабо- 2О ты которого определяется запускающими импульсами с периодом следования

NTnep, поступающими на управляющий вход анализатора 7 со второго выхода блока 9 управления (фнг, 4г), Анализатор 7 комплексного спектра выполняет преобразование Фурье выборочной сглаженной оценки D спектральной -плотности мощности случайного процесса, поэтоиу статистическая точность оценки автокорреляционной функции, получаемой на выходе анализатора 7 (при такой обработке случайного процесса) повышается по сравнению с известным в N раз (в N раз уменьшается дисперсия), так как длительность эквива-, лентной выборки, обрабатываемой в предлагаемом устройстве, равна NT, Блок б усреднения оценок.спектральной плотности мощности может быть реализован на базе известного рецир- 40 кулятора с управляемым аттенюатором на выходе (фиг.2) °

Работа такого блока 6 усреднения оценок спектральной плотности мощностй пройсходит следующим образом. 4

При поступлении на вход сумматора

11 (фиг,2) первого импульса из когерентной периодической последовательности N радиоимпульсов длительностью

Т каждый, периодом повторения Тиарg частотами заполнения И, начальными фазами Р и огибающими,пропорциональными выборочным оценкам И сПектральной плотности мощности случайного процесса, этот радиоимпульс проходит. на выход сумматора 11 и через коммутатор 12, линию 14 задержки с временем задержки равиыи Тявр.и компенсирующий 15 усилитель поступает на второй вход сумматора 11. При этом радиоимпульс. совпадает во времени и 60 по фазе со вторым радиоиипульсом последовательности и когерентио суимируется с ним. Этот процесс последоватевъиого суммирования (иакопления) амплитуды радиоимпульсов в суммато- 65 ре 11 продолжается до тех пор, пока на вход сумматора 11 поступают когерентные радиоимпульсы. При поступлении на -вход сумматора 11 N-го радиоимпульса когерентной периодической последовательности с третьего выхода блока 9 управления на вход коммутатора 12 в момент времени

Ту =НТяур поступает видеоимпульс длительностью Т (фиг.4д) . При этом коммутатор 12 разрывает цепь обратной связи рециркулятора на время, равное Т,и замыкает цепь, по которой суммарный сигнал поступает на управляемый 13 аттенюатор. С четвертого выхода блока 9 управления на управляемый аттенюатор 13 поступает ступенчатое напряжение (фиг.4в), амплитуда NUq которого в момент времени i=NT E определяет коэффициент деления управляемого 13 аттенюатора.

На выходе последнего получается .радиоимпульс длительностью Т, частотой запоянения Wq начальной фазой Ро и огибающей, соответствующей выборочной сглаженной оценке D спектральной плотности мощности стационарного эргодического случайного процесса. .Следует отметить, что блок 6 усреднения оценок спектральной плотности мощности, реализованный по рассмотрейной схеме (т.е. на базе рециркулятора) работает при условии, что коэффициент усиления в петле обратной связи рециркулятора, состоящей из сумматора 11, коммутатора 12, линии задержки 14 и компенсирующего усилителя 15 равен К=1. Но при этом происходит возбуждение рециркулятора, поэтому следует иметь коэффициент усиления в цепи обратной связи как можно более близким к единице, но меньше ее. Если К<1, то суммирование входных радиосигналов происходит с экспоненциальной весовой функцией.

Однако при значениях коэффициентов усиления в цепи обратной связи,очень мало отличающихся от единицы (К=

=0,999) можно считать, что на начальном этапе накопления суммирование происходит по линейному закону и ограничивается соответствующим числом накопленных радиоимпульсов.

Достоинством такого блока усреднения, реализованного на базе известной схемы рециркулятора с управляемым аттенюатором на выходе, является простота его конструкции, а, следовательно, технологичность из.— готовления.

Блок 6 усреднения оценок спектральной плотности мощности может быть. выполнен также на основе аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей (АЦП и UAII) и цифрового .фильтра, выполняющего, функции задержки кодов соответствующих отсчетным значениям> выборочных оценок спектральной плотйости мощности, 13

813459

14 суммирования этих кодов и деления на величину, равную числу слагаемых (т.е. цифровой фильтр должен осуществлять операции суммирования и усреднения), АЦП и ЦАП выполняют .преобразование аналоговой формы сигнала в цифровую и обратно. Так как сигнал на выходе второго полосового 5 фильтра имеет вид радиоим-. пульса, то на входе аналого-цифрового блока 6 усреднения необходимо выделить огибающую сигнала, что может быть осуществлено при помощи синхронного детектора. Для заполнения усредненной огибающей радио.частотой необходимо на выходе аналого-цифрового блока 6 усреднения ввести балансный модулятор.

Преимуществом цифрового блока усреднения оценок спектральной плотности мощности является возможность осуществления линейного усреднения по сколь угодно большому чи"лу выборочных оценок спектральной плотности мощности. Однако такая реализация блока усреднения имеет доста-точно сложную конструкцию.

Одна из возможных функциональных схем блока 9 управления приведена на фиг.3. Блок 9 управления содержит кварцевый генератор 16 гармонических ° колебаний с частотой |=ф, (фиг.4а), к выходу генератора подключен усилитель — ограничитель 17 с дифференцирующей цепью на выходе.

Выход усилителя-ограничителя 17 соединен со счетчиком 18 импульсов, который обладает регулируемям коэффициентом деления частоты повторения импульсов, что позволяет выбирать этот коэффициент в соответствии с требуемой статистической точностью оценок автокорреляциоиной функции и спектральной плотности мощности, т.е. определять число И усредняеьых выборочных оценок спектральной плотности мощности. K выходу усилителя-ограничителя 17 подключен также вход схемы формирования 19 ступенчатого напряжения,т.е. на вход счетчика 18 импульсов и схемы формирования 19 ступенчатого напряжения поступают видеоимпульсн с периодом повторения Тп р (фиг.4б) ..

Эти же видеоимпульсы запускают входной аналоговый анализатор 1 комплексного спектра (фиг.3) и генератор 8 радиосигналов с постоянной начальной фазой. На выходе схемы формирования 19 ступенчатого напряжения формируется сигнал с амплитудой NUi (фиг. 4в), которое подается на вход управляемого аттенюатора.

Амплитуда этого напряжения определяет необходимый коэффициент деления

n=l,2,3,...N в каждый период повторения Т ns . Сигнал с . выхода счетчи-. ка импульсов (фиг.4г) с периодом по" вторения ВТпю поступает на управляФормула изобретения

Аналоговое устройство для определения спектральной плотности и автокорреляциониой функции случайного процесса, содержащее два анализатора комплексного спектра, информационный вход первого из которых является входом устройства, .а выход подключен к первому входу первого смесителя, второй вход которого

65 ющий вход аналогового анализатора

7 (фиг.3), а также на вход генератора 20 видеоимпульсов (мультивибратор, блокинг-генератор и т.д.) который формирует положительные видеоимпульсы длительностью Т (фиг.4д), период следования этих импульсов равен NT nap . Задним фронтом этих видеоимпульсов схема формирования 19 ступенчатого напряжения приводится в исходное состояние за. время восстановления Tg.

Описываемое аналоговое устройство определения спектральной плотностью мощности и автокорреляционной. функцией случайных процессов отличается

15 от данного повышенной статистической точностью определения автокорреляционной функции и спектральной плотности мощности узкополосных стационарных зргодических случайных про2О цессов и получает две состоятельные оценки (оценку автокорреляционной функции и оценку спектральной плотности мощности) в Отличие от данного, где состоятельной была лишь оценка автокорреляционной функции.

Кроме того, достоинством предлагаемого устройства является и то, что в нем для каждого конкретного случая, задаваемое в блоке управления необходимое число усредняеьых-выбо39 рочных оценок спектральной плотности мощности, можно получать требуемую статистическую точность оценок спектральной плотности мощности и автокорреляционной функции случай35 ного процесса.

Данное устройство может быть использовано в радиоизмерительной технике для оценки характеристик стационарных эргодических случайных процессов, а именно в радиолокации и связи для оптимального приема шумоподобных сигналов или оценки статистических характеристик атмосферных помех в полосе работы радиолокационной станции (РЛС) или системы % связи. Данное устройство по сравнению с известным позволяет более точно оценить спектральную плотность мощности и автокорреляционную функцию шумовой помехи в полосе работы РЛС, SO что в конечном счете, дает возможность обеспечить лучшее подавление этой помехи при обработке сигналов в приемном устройстве РЛС.

813459

t0

25

Рие. 1

Г гп через поло совой филь тр подключен к выходу второго смесителя, первый вход которого соединен с генератором радиосигнала, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены второй полосовой фильтр, блок усреднения оценок спектральной плотности и блок управления, первый выход которого подключен ко входу генератора радиосигнала и к управляющему входу первого анализатора комплексного спектра, второй выход— соединен с управляющим входом второго анализатора комплексного спектра, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока усреднения оценок спектральной плотности, выход которого соединен с информационным входом второго анализатора комплексного спектра, а вход блока усреднения оценок спектральной плотности подключен к выходу второго полосового фильтра, вход которого соединен с выходом первого смесителя, второй вход второго смесителя подключен к выходу первого анализатора комплексного спектра.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит счетчик с переменным коэффициентом деления, генератор видеоимпульсов, блок формирования ступенчатого напряжения и последовательно соединенные кварцевый генератор и усилитель-ограничитель, выход которого является первым выходом блока управления и подключен к первому входу блока формирования ступенчатого напряжения и ко входу счетчика с переменным коэффициентом деления, выход которого является вторым выходом блока управления и подключен ко входу генератора видеоимпульсов, вход которого является третьим выходом блока управления и подключен ко второму входу блока формирования ступенчатого напряжения, выход которого является четвертым выходом блока управления.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Балл Г,А. Аппаратурный корреляционный анализ случайных процессов. М., Энергия, 1968, c„5455.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 514300, кл„ С 06 G 7/19, 1976 (прототип) .

813459

Составителв В.Жовинский

Редактор Н. Воловик Техред И. Келущак Корректор С. Шекмар Заказ 775/6 3 Тираж .745 Подписное

BHRHHH Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4