Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Ресттублик ()9002«2 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 07.04 80 (2l ) 2904612У18-21 с присоединением заявки М(23) Приоритет—

Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 26.01 82 (5«)М. Кл.

G Ol R 25/00

«Ъоудоретмнаай комитет

СССР по делам кзобретеиик н открыток (53) УДК 621. .3 17.772 (088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ОТКЛОНЕНИЯ

ФЛЮКТУАЦИЙ ФАЗЫ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в фаэовой радиотехнике.

Известно устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы сигналов, содержащие последо5 вагельно соединенные входное устройство, центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель, преобразователь напряжениеинтервал времени, временный селектор, счетчик импульсов и подключенный ко вто10 рому входу селектора генератор счетных импульсов, а входное устройство представляет собой преобразователь разность фаэ-напря жение fl 1.

Недостатком устройства является необ15 ходимость дополнительного регулирования фазы опорного сигнала для выведения преобразования разность фаз-напряжение на, линейный участок характеристики, в ре20 зультате чего данное устройство не может быть использовано для измерения среднеквадратичного отклонения (CKO) флюктуации фазы (ФФ) с нестационарным сред-, ним значением фазовых флюктуаций, изменяющимся на величину, превышающую линейный участок характеристики преобразования разность фаэ-напря жение.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения СКО ФФ, содержащее последовательно соединенные усилигельограничитель, формирователь импульсов номинальной длительности, схему анги совпадений, второй вход которой подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход подключен к управляющему входу счетчика, к счетному входу которого подключен генератор квангующнх импульсов.

Недостатком данного устройства является увеличение методической погрешности измерений при измерении среднего значения фазы в течение времени измерений в существенных пределах.

За опенку СКО ФФ в данном устройстве принимается велич пта, равная

М! 1 М ч рм «s« " " 1

3 90021 где Ь „- приращение разности фаз за интервал времени, равный периоду м ежду о тсч е тами:, ф — разность фаз между исследуе мым и опорным сигналами В (-ый отсчет;

Щ- количество отсчетов.

Флюктуации фазы с нестационарным

/ средним мо)кно представить в виде суммы быстроменяющейся функции X (4 ) и мед- !О ленно изменяющейся функции 9(4 ), характеризующей изменение среднего значения ФФ. Видно, что изменение среднего значения ФФ Д(„) -3Я,,)) 3(t y, ), (2) за интервал времени между отсчетами будет вызывать смешение оценки СК0 ФФ, определяемой по формуле (1), что при значительном изменении среднего значе20 ния существенно искажает резуль ат измерений. Покажем это. .Для эргодических процессов справедливо

А = //ь (; ) и (1; ) / = J J (e)(((: ) ) <

ЬЧ (+„Ъ (Ем,a3)d)(, и Ч, (3) гдов ЬХ)М))-плотность распределения вероятностей случайных величин ЙХ(.Ь„ ) и ЗО

ЬЧ(-Ь;)Д а черта означает усреднение во времени.

Числовая характеристика ) сложным, образом зависит от поведения ЬЧ(.Ь„) изменения среднего значения случайного у процесса в течение времени измерения.

Можно показать, что при ЬУ(1„)=ЬУ=

=СО)) М выражение (3) несложно привести к виду

А=/ о+ А (4) где ) p — средневыпрямленное значение (A),x(< ) при стационарном среднем значении случайной функции, r.е. Я (%)=0 и равно

Д = 2Jh$(

О 0 ьА= 2 J (ьх (Ц)+а )Св(д (;))Д ) (6)

ЛЧ

Из формулы (6) следует, что,Я)уО, причем AA,=О при h)))=0, и величина Ь A тем больше, чем больше b,g — изменение среднего значения случайного процесса И за интервал времени между выборками.

UBJIb изобретения — повы.шение точности определения оценки СКО ФФ.

2 4

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы, содержащее последовательно соединенные усилитель-ог раничитель, формирователь импульсов, элемент антисовпадений, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а также генератор квантующих импульсов, подключенный к счетному входу первого счетчика, введены второй элемент антисовпадений, два R5-тригг(ра, два элемента ИЛИ, формирователь импульсов считывания и два счетчика, причем к выходу первого элемента антисовпадений подключены последовательно соединенные второй элемент антисовпадений, Я -вход первого В 5 -триггера, первый элемент ИЛИ, управляющий вход второго счетчика, g-вход первого RS-триггера, первый элемент ИЛИ, управляющий . вход второго счетчика, R-вход первого

К5-триггера, второй элемент ИЛИ, управляющий вход третьего счетчика, Квход второго R5 -триггера, вторые входы второго элемента ИЛИ и второго элемента антисовпадений, выход последнего подключен к управляющему входу первого счетчика, счетный вход которого соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, а 5-вход второго Й . триггера подключен к выходу формирователя импульсов считывания, входы которого соединены с соответствующими входами первого элемента антисовпадений.

На чертеже приведена схема устройства для определения оценки среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы.

Устройство содержит усилитель-ограничитель 1, формирователь 2 импульсов номинальной длительности элементы антисовпадений 3 и 4, R 5 -триггеры 5 и 6, счетчики 7-9, элементы ИЛИ 10 и 11, генератор 12 квантуюших импульсов, формирователь 13 импульсов считывания, щэичем последовательно соединены усидитель-ограничитель 1, формирователь 2 импульсов номинальной длительности, первый элемент анти"овпадений 3, второй вход которого подключен к выходу усилигеля-ограничителя 1, второй элемент ангисовпадений 4, g -вход 14 первого триггера 5, первый элемент ИЛИ 10, управляющий вход 20 второго счетчика 8, Р-вход 15 первого триггера 5, второй элемент ИЛИ 11, управляющий вход 22, третьего счетчика 9, R-вход 17 второго триггера 6 ° вторые входы второго эле900212

5 мента ИЛИ 11 и второго элемента антисовладений 4, выход последнего подключен к управляющему входу 18 первого счетчика 7, счетный вход 19 которого соединен со счетным входом 21 и счетным входом

23 второго и третьего счетчиков 8 и 9 и входом генератора квантующих импульсов

12, à g-вход 16 второго триггера 6 подключен к выходу формирователя 13 импульсов считывания.

Устройство работает следующим образом, Нв вход усилителя:-ограничителя 1 поступает сигнал, СКО ФФ которого требуется определить. С выхода усилителя- 15 ограничителя 1 сигнал типа меандр,флюктуации фронтов которого несут информацию о флюктувциях фазы входного сигнала, поступает на первый вход элемента антисовпвдений 3, на второй вход которо- 20 го поступают импульсы с выхода формирователя 2 импульсов номинальной длительности, запускаемого сигналом с выхода усилителя-ограничителя 1. Йлитель ность импульсов на выходе формирователя 25

2 импульсов равна половине периода номинальной частоты исследуемого сигнала, а положительный фронт совпадает по времени с положительным фронтом сигнала нв выходе усилителя-ограничителя 1, поэтому нв 5п выходе элемента внтисовпвдений 3 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна величине фазовых флюкту вций.

В исходном состоянии (начало измерений) потенциал на выходе триггера 6 равен нулю, поэтому сигнал с выхода элемента антисовпадений 3 через элемент

:антисовпадений 4 поступает на управляющий вход 18 первого счетчика 7, а через4О элемент ИЛИ 10 на управляющий вход

20 второго счетчика 8. При этом в счетчиках 7 и 8 записано количество импульсов, равное

ЬЧ 4

И =ЬТ-РКв балт н кв где Т вЂ” длительность импульсе на выходе элементв внтисовпадений 3;

- номинальная длительность периода исследуемого сигнала;

F — частота следования кввнтуюших импульсов.

Импульс с выхода элемента антисовпадений поступает на 5-вход 14 триггера 5 и приводит последний отрицательным фронтом в единичное состояние.

Разрешающий потенциал через элементы

ИЛИ 10 и 11 поступает нв управляющие входы 20 и 22 счетчиков 8 и 9. При заполнении счетчика 8 импульс с его выхода поступит на К-вход 15 триггера 5 и переведет его -в нулевое состояние. Емкости счетчиков 8 и 9 одинаковы и равны й, поэтому в счетчике 9 до его заполнения не хватает импульсов, в результате чего осуществляется запоминание предыдущего отсчета приращения фазы.

При появлении следукяцего импульса с выхода элемента антисовпвдений 3 начинвется очередной цикл работы счетчиков 8 и 9„причем запись в счетчик 8 осуществляется зв время действия импульса с выхода элемента внтисовпвдений

3. Однако, изменился или нет знак приращения фазы по сравнению с предыдущим отсчетом, возможны некоторые различия в работе устройства.

Если знак приращения фазы не изменится, то импульс с выхода формирователя 13 импульса считывания поступает нв 9-вход 16 триггера 6 одновременно с положительным фронтом импульса, формируемого элементом антисовпвдений 3, и установит триггер 6 в единичное состояние. Разрешающий потенциал с выхода триггера 6 через элемент ИЛИ 11 поступает нв управляющий вход 22 счетчика

9 до момента заполнения этого счетчика, т.е. до момента появления нв его выходе импульса, поступающего на R-вход 17 триггера 6 и переводящего последний в нулевое состояние. При этом длительность импульсов, формируемых триггером 6, равна длительности предыдущего имйульса с выхода элемента внтисовпвдений 3.

На выходе элемента антисовпвдений 4 формируется импульс, длительность которого рввна разности длительностей, поступающих на его входы импульсов, в отрицательный фронт соответствует моменту окончания более продолжительного импульса.

K этому моменту закончится запись в счетчик 8 количества импульсов пропорциональных длительности последующего временного интервала с выхода элемента антисовпадений 3 и в счетчик 7 рвзност ного временного интервала с выхода элемента внтисовпвдений 4.

Если знвк приращения фазы изменится на противоположный, го импульс на выходе формирователя 13 импульсов считывания формируется в моменг окончания импульса,. поступающего с выхода элемента антисовпвдений 3.Следовательно, импульс, формируемый триггером 6, посту900212 м

30 (Й2 1+1)

7 пит на элемент антисовпадений 4 после окончания импульса, формируемого элементом антисовпадений 3, а длитель= ность импульса на выходе элемента антисовпадений 4 равна сумме длительнос-: > тей импульсов, поступающих íà его входы.

Таким образом, на выходе элемента, антисовпадений формируются импульсы, длительность которых пропорциональна то разности приращений фазы в предыдущий и последующий отсчеты д Г=/дт.— дт. /= =,„/дЧ-я,f (8) 1S где Р1 — длительность 1 -го импульса, поступающего на управляющий вход счетчика 7;

g.- длительность j -го импуль1 са, формируемогр,на выходе элемента антисовпадений 3.

На счетный вход. счетчика 7 поступает последовательность квантующих импу-nbcoa с частотой следования «, поэтому эа время измерения в, счетчике 7 записано количество импульсов, равное где 0 Ч - шаг квантования фазы, равный КЧ =йЮК„Т „, - количество отсчетов за время изм ер ения.

Отметим, что при нулевом приращении разности фаз за интервал, выборки, т.e. в моменты совпадения отрицательных фронтов импульсов, поступающих на входы элемента антисовпадений 3, формирователь 1З импульсов считывания также вырабатывает импульс считывания, если в предыдущий отсчет было ненулевое приращение разности фаз.

При нормальном распределении cramстически независимых ф; и Ф1 1 сумма величин Ф1-- г„-ф1+1 /-/ф .,—,ф . /также щ имеет нормальное распределение с дисперсией O g равной 4 4.у, где 0 Я. 2 дисперсия флюктуаций фазы исследуемого

I сигнала, а. сумма средневыпрямленной разности ф„ выражена через СКО ФФ как ф

Е Ф„ I = М-О,В Ф - М. (66 (. (1 0) Следовательно, количество импульсов, записанное в счетчике 7, служит мерой оценки СКО ФФ

М М (р М

При этом смещение оценки СКО ФФ по формуле (11) вызывает лишь разницу изменений для предыдущего и последующего отсчетов, а не полное изменение среднего значения ФФ, что при медленном изменении"среднего значения ФФ значительно меньше самого изменения среднего значения ФФ. A при изменении среднего значения с постоянной скоростью оценка СКО ФФ по формуле (11) стано-! вится незамещенной.

"ак при И=СОИэ1(случай, рассмотренный ранее) выражение (9) записано как

И

i8= <>, (ЬХ Х ) (а3 М ) м

УГ.Е ЬХ1 М„.4 (12)

Следовательно, постоянное изменение среднего значения не смещает оценки

СКО ФФ, определяемой по формуле (11).

Сравнивая выражения (4) и (12) замечаем, что предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения

) оценки СКО ФФ при несгационарном среднем значении ФФ.

Таким образом, введение вышеописан= ных узлов в известное устройство позволяет существенно уменьшить погрешность измерений.

Формула изобретения

Устройство для определения среднеквадратичного отклонения флюктуаций фазы, содержащее последовательно соединенные усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, элемент антисовпадений, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а гакже генератор квантующих импульсов, подключенный к счетному, входу первого счетчика, о r л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два 9 S-триггера, два элемента ИЛИ, вгорой элемент антисовпадений, формирователь импульсов считывания и два счетчика, причем к выходу первого элемента антисовпадений подключены последовательно соединенные второй элемент ангисовпадений, 5-вход первого RS -триггера, пер