SU1300510A2 - Устройство дл определени веро тностных характеристик фазы случайного процесса - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к специализированным средствам вычислительной техники, может быть использовано при создании приборов дл  измерени  веро тностных характеристик фаз квазигармонических сигналов .и  вл етс  дополнительным к авт.св. СССР № 1112377. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  возможности измерени  спектральной плотности фазы в реальном масштабе времени. Устрс йст- во содержит формирователь импульсов, умножитель частоты, элемент задержки , четыре переключател , два делител  частоты, первый элемент И,, блок регулируемой задержки,- два преобразовател  фаза - временной интервал, два временных селектора, первый счетчик, первый накапливающий сумматор , блок пам ти, первьй триггер, формирователь меандровых функций, два реверсивных счетчика, второй счетчик, второй триггер второй и третий элементы И, два устройства равнозначности, два устройства неравнозначности , два квадратора, второй накапливающий сумматор, коммута тор и блок отображени  информации. Нар ду с измерением условного и безусловного математического ожидани ,- среднеквадратических отклонений и их отношений, функции регрессии, нормированных коррел ционных функций, функций и. плотности распределени  веро тностей случайной фазы исследуемого сигнала в диапазоне частот предлагаемое устройство обеспечивает возможность измерени  еще одной характеристики - спектральной плотности мощности -фазовых флюктуации и автоматизирует процесс измерени . 2 ил. I (Л ел N)

Description

11300510

Изобретение относитс  к специали-; эированным средствам вычислительной техники, может быть использовано при создании приборов дл  измерени  веро тностных характеристик фаз квазигар- 5 моническкх сигналов и  вл етс  дополнительным к авт.св. № 1112377.

Целью изобретени   вл етс -расши- рение функциональных возможностей путем обеспечени  возможности измере- Р ни  спектральной плотности фазы в реальном масштабе времени.

На фиг. 1 и 2 приведена структурна  схема устройства.

Устройство содержит формирователь 1- импульсов, умножитель 2 частоты, 3 задержки, первьй переключатель 4, первый делитель 5 частокв ми

че

ми го бе ме

гд

15

ты, первый элемент И 6, второй делитель 7 частоты, блок 8 регулируемой задержки, второй переключатель 9, два преобразовател  10 и 11 фаза - временной интервал, .два временных селектора 12 и 13, первьй счетчик t4, первый накапливающий сумматор 15, третий переключатель 16, блок 17 пам ти, четвертый переключатель 18, первый триггер 19, формирователь 20 меандровых сигналов, два реверсивных счетчика 21 и 22, второй счетчик 23, блок 24 отображени  информации , второй триггер 25, второй элемент И 26, коммутатор 27, третий элемент И 28, два элемента 29 и 30 равнозначности, два элемента 31 и

32неравнозначности, два квадратора

33и ЗА, второй накапливающий сумматор 35.

Устройство работает следующим образом.

При измерении безусловного среднего значени  переключатели став тс  в положение 1 (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкнуты соответственно с неподвиж- нь1ми контактами 3,1,3 и 1). Сигнал с исследуе.мой случайной фазой поступает на первый; преобразователь 10 фаза - временной интервал. Сигнал опорной частоты поступает на формирователь 1 импульсов, которьй формирует короткие импульсы в момент, например, положительных переходов опорного сигнала через нулевое значение . Выходной сигнал первого преобразовател  10 открывает первьй временной селектор 12 на врем  t x; Интервал времени , заполн етс 

I

квантующими импульсами, поступающими от умножител  2-частоты. Коли-чество импульсов в пачках п

xj

формируе -ак на выходе первого временного селектора 12 в выбранном масштабе , определ ет значение фазы, в момент t , т.е.

где К

Cf,(t;) Кп;.,

360. f

- масштабный коэффициент; F - частота опорного

сигнала;

. f - частота следовани  ймпульсо в с выхода умножител  2 частоты .

Импульсы с выхода первого временного селектора 12 импульсов поступают на вход первого счетчика 14,.-на вход начальной установки которого поступает код с выхода блока 17 пам ти (в этом режиме работы - нуль).

Таким образом, первый счетчик 14 подсчитывает количество импульсов К- п. в течение каждого периода опор ного сигнала (одного такта измерени ) . В конце каждого такого периода осуществл етс  перезапись кода числа К. iij,.. :из первого счетчика

14в первый накапливающий сумматор

15по команде, поступающей с первого элемента И 6. В результате отношёние числа.В импульсов, накопленных в первом накапливающем сумматоре 15 за интервал измерени  Т,,, к числу выборок N  вл етс  оценкой математического ожидани  случайной фазы сигнала .

н

in(Q ) B/N К п. /N. 1-1

Общее число выборок N задаетс  вторым делит«шем 7 частоты. С по влением на выходе второго делител  7 частоты сигнала переполнени  на входе пе.рвого элемента И 6 по вл етс  запрещающий потенциал-. На этом цикл измерени  заканчиваетс  и значение оценки математического ожидани  поступает в блок 17 пам ти.

Величины среднеквадратических отклонений измер ютс  в положении 2 переключателей (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкнуты соответственно с неподвижными контактами 4,2,4,3). При этом импульсы.

31

образуюп1иес  на выходе первого вре- менного селектора 12, поступают в первый счетчик 14, в который перед каждым измерением в дополнительном коде вводитс  значение оценки мате- матического ожидани  по команде управл ющего сигнала считывание в блоке 17 пам ти. При-этом код разности , формируемый в первом счетчике 14 и пропорциональный значению приращени  фазы uq(t;) )- - m (ср) j поступает в первый на- капливак ций сумматор 15. Суммирование вьшолн етс  без учета знака разности (контакт 4 третьего переклю- чател  16 разомкнут). По истечении N выборок в сумматоре накапливаетс  число А 2AN,C (qi) (коэффи- цииент р определ етс  законом распределени  веро тностей).

Если теперь на вход первого преобразовател  10 фаза-- временной интервал подать напр жение реализации второго случайного процесса и цикл измерени  повторить, предварительно выставив коэффициент пересчета второго делител  7 частоты, равным N2 10 N,/А, то в сумматоре получаем непосредственно отношение оценок среднеквадратических отклонений про- цессов, т.е. G (tf) и G (Ч,.) .

При измерении условного математического ожидани  пераключатеди став тс  в положение 4 (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкну ты соответственно с неподвижными контактами 6,3,5 и 5), .а на преобразователи 10 и 11 фаза - временной интервал подключают сигналы с исследуемыми стационарно св занными случайны- ми фазами. Сигнал опорной частоты поступает на формирователь 1 импульсов . Выходные сигналы преобразователей 10 и 11 открывают временн ые селекторы 12 и 13 на врем  х; , которые заполн ютс  квантующими импульсами , поступающими с умножител 

2 частоты. Количество импульсов в пачках Пу. и Пц- в выбранном

1 3

масштабе определ ет значени  фазы в момент времени у (t; )К Пу; и CfijCt,-) К Пх; соответственно.

Импульсы с выхода первого временного селектора 12 поступают на вход первого счетчика 14,.на вход началь- ной установки которого поступает с блока 17 пам ти перед каждым тактом измерени  код нул  (т.е. после запит

10 -4

си кода, равного К п,,. , в первый накапливающий сумматор 15 первьй счетчик 14 сбрасываетс  в О). Импульсы с выхода второго временного селектора 13 поступают на нулевой вход триггера 19 непосредственно, а на единичный вход триггера. 19 - через первый делитель 5 частоты. Коэффициент делени  Кп. первого делител  5 частоты выбираетс  в соответствии с выбранным уровнем анализа, относительно которого определ етс  условное математическое ожидание.

Если количество импульсов в пачке на выходе второго временного селектора 13 равно коэффициенту делени  первого делител  5 частоты (1111;- Кп), то на выходе первого делител  5 частоты по вл етс  импульс-, поступающий на вход триггера 19, на выходе которого формируетс  разре- шакщий потенциал. С приходом импульса с выхода формировател  1 импульсов на выходе первого элемента И 6 по вл етс  импульс, разрешающий поступление кода первого счетчика 14 в первый накапливающий сумматор 15. Импульс с выхода элемента 3 задержки устанавливает в исходное (нулевое ) положение первый делитель 5 частоты и первый счетчик 14 сигналом с выхода блока 17 пам ти. В.ис- 1ходное состо ние триггер -19 возвращаетс  первым импульсом умножени  частоты, проход щим через второй временной селектор 13 в следующем такте работы.

Если Пь- 4 Кп, то на выходе первого делител  5 частоты импульс не по вл етс  и перезаписи кода с первого счетчика 14 в первый накапливающий сумматор 15 не происходит. Первый счетчик 14 и первый делитель 5 частоты в конце цикла измерени  устанавливаютс  в исходное (нулевое) положение. Если Пи- Кп + 1, то на вьрсоде первого делител  5 частоты по вл етс  импульс, который приводит к тому, что на выходе 19 по вл етс  разрешающий потенциал дл  первого элемента И 6. Однако импульс, пор дковый номер которого равен Пи. Ко + 1, с выхода второго временного селектора 13 возвращает триггер 19 в исходное состо ние еще до по влени  очередного импульса с выхода элемента 3 задержки, т.е. в данном случае перезаписи кода с пер5 13

вого счетчика 14 в первый накапливающий сумматор 15 также не происходит .

Отношение числа импульсов, накопленных в первом накапливающем сум- маторе 15 за интервал измерени , к числу выборок N(. пропорционально оценке определенного условного математического ожидани 

г-1 NC

т I qp,(t) Z1 К-п, /N

Измен   коэффициент делени  первого делит ел  5 частоты; можо измерить функцию регрессии случайной фа- вы сигнала. Коэффициент делени  первого делител  5 частоты устанавли- ва-етс  согласно кoдyj образующемус  во втором счетчике 23 по команде, поступающей с выхода элемента 3 за- держки.

При измерении функции коррел ции переключатели наход тс  в положении 3 (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкнуты соответст- венно с неподвижными контактами 5, 6,1 и 4), в результате чего включаетс  блок 8 регулируемой задержки. Исследуемый сигнал x(t) подключаетс  к входам обоих преобразователей 10 . и 11 фаза - временной интервал, а в делителе 5 частоты устанавливаетс  коэффициент делени  К а в соответствии с выбранным уровнем анализа, оптимальное (в смысле минимума про- должительности измерени )., значение дл  нормального закона распределени  случайной фазы равно т(ср)±1,41 G (с|) . В блоке 8 регулируемой задержки устанавливаетс  начальное значение ар- гумента функции коррел ции Пц, (Т).

Устройство в этом режиме работает принципиально также,.как и при измерении условного математического ожидани . Но поскольку перезапись кода . с первого счетчика 14 в первый накапливающий сумматор 15 производитс  только при наличии сигнала с выхода блока 8 регулируемой задержки-на третьем входе первого элемента И 6, TOj устройство определ ет условное среднее значение фазы исследуемого сиг- нала ) относительно моментов выполнени  условий (t,) К П, К-К..

Центрирование значений фазы исследуемого сигнала выполн етс  следующим образом.

10 -6

Перед каждым измерением в первом счетчике 14 устанавливаетс  код среднего значени , как при измерении среднеквадратического отклонени ,, но суммирование в первом накапливающем сумматоре 15 выполн етс  с учетом знака кода йсу; (t; + с ) в соответствии с подготовительном, управл ющим сигналом на- входе первого накапливающего сумматора 15 с подвижного контакта третьего переключател  16.

Импульс, поступающий с формировател  1 импульсов, записываетс  в - блок 8 регулируемой задержки при наличии на его втором управл ющем входе разрешающего сигнала, которьш поступает с триггера 19. Записанна  информаци  перемещаетс  в блоке 8 регулируемой задержки сигналом, поступающим с элемента 3 задержки- на первый управл ющий вход блока 8-регулируемой задержки, и через интервал времени , равный аргументу при определении функции коррел ции, по вл етс  на выходе блока 8; раз- реща  перезапись кода с первого счетчика 14 в первый накапливающий сумматор 15. Значение интервала коррел ции Т устанавливаетс  в блоке 8 регулируемой задержки сигналом, поступающим на его первый информационный вход с выхода второго делител  7 частоты. Дискретность изменений интервала сГ определ етс  сигналом, поступающим на первьй управл ющий вход блока 8 регулируемой задержки с выхода элемента 3 задержки

Отношение числа L импульсов, накопленных в первом накапливающем сумматоре 15 за интервал измерени  vc in числу выборок Кц пропорционально оценке нормированной функций коррел ции исследуемой случайной фазы су (t) при данном значении f .

Если на входы устройства в этом режиме измерени  подключить два сигнала x(t) и y(t) to;стационарно св занными флюктуирующими фазами, то за интервал Т|, получаем оценку произведени  нормированной функции взаимной коррел ции на отношение среднеквадратических отклонений первого и второго случайных процессов q- (t) и q)y (t).

G, I ,

()

Pf

(t) L . D

В п том положении всех переключателей- (подвижные контакт переключа- телей 4,9,16 и 18 замкнуты соответственно с неподвижными контактами 1,4,5 и 6) получаем опенку плотности веро тности распределени  случайной фазы сигнала. При этом сигнал с исследуемой случайной фазой подключаетс  на вход второго преобразова-, тел  11 фаза - временной интервал.. Формируемые на выходе второго временного селектора 13 пачки импульсов в выбранном масштабе-определ ют значени  фазы в момент времени

t,-, q (t;) К Пх; .

Импульсы с выхода второго временного селектора 13 поступают на. нуле- вой вход триггера 19 непосредственно , а на единичный вход-триггера 19 через первый делитель 5 частоты. Коэффициент делени  первого делител  5 частоты выбираетс  в соответствии с выбранным уровнем анализа плотности веро тности. Интервал анализа &q равн етс  интервалу дискретизации случайной фазы, т.е. 360 F/f.

Дальше измерение выполн етс  так- же, как и при определении условного математического ожидани  (или функции регрессии) за исключением того, что импульсы на вход первого счетчика 14 поступают с формировател  1 импульсов (первый неподвижньй контак переключател  4).

Таким образом, первьй накапливающий сумматор 15 фиксирует число п наступлени  событи  Cf™ -uCfscf(t) utf, гдеср„ К- Kq, )

n,

Г

Через интервал первом накапливающем сумматоре 15 формируетс  код, пропорциональньй оценке плотности веро тности случайной фазы сигнала при заданном уровне анализа

W(co ) -1 h Ь- .

Atf NH KN

Дл  получени  оценки функции распределени  все переключатели став тс  в положение 6 (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкнуты соответственно с неподвижными контактами 2,5,7 и 7). Устройство работает в этом режиме аналогично, только перезапись кода с первого счетчика 14 выполн етс  по команде с первого элемента И 6 при по влении сигнала переполнени  на выходе первого делител  Ь частоты.

За врем  Т в первом накапливающем сумматоре 15 формируетс  код, пропорциональньй оценке функции распределени 

F, (c;,).,,(t) ;

FA((-p ) -- Кл

где d - число импульсов, соответствующих случа м.

Дл  получени  оценки спектральной плотности случайной фазы сигнала все переключатели устанавливаютс  в положение 7 (подвижные контакты переключателей 4,9,16 и 18 замкнуты соответственно с неподвижными контактами 7,7,2 и 2). Процесс измерени  состоит из двух циклов. Во врем  первого цикла производитс  измерение среднего значени  фазы иссле- д-уемого сигнала, а во втором - оценка спектральной плотности. Измерение среднего значени  фазы выполн етс  аналогично описанному. С по влением на выходе второго делител  7 частоты сигнала переполнени  первый цикл измерени  заканчиваетс . В следующем цикле измерени  оценка математического ожидани  случайной фазы сигнала используетс  дл  центрировани  значений фазы исследуемого сигнала. Значение оценки математического ожидани  поступает в блок 17 пам ти и на выходе второго элемента И 26 по вл етс  импульс, который устанавливает второй триггер 25 в единичное состо ние. При этом на выходе третьего элемента И 28 по вл етс  рез- решанщий потенциал. I

Во втором цикле измерени  спектральной плотности Gg, (9) перед каждым тактом измерени  в первый счетчик 14 в дополнительном коде вводитс  значение оценки математического ожидани  с блока 17 пам ти по команде управл ющего сигнала Считыва-. ние, т.е. в счетчике 14 сравниваетс  текущее значение фазн Cf(t) с ее средним значением. При этом, в зависимости от того ср (t) m (Cf) или q (t) ; m (cpx) , на входе третьего элемента И 28, св занного с пер

9 1

вым счетчиком 1, по вл етс  нуль или единица. Сигнал (нуль или единица ) с выхода третьего элемента И 28 поступает одновременно на первые входы элементов 29 и 30 равнознач- ности и элементов 31 и 32 неравнозначности , на вторые входы первых элементов 29 и 31 равнозначности и неравнозначности поступает сигнал с пр мого выхода формировател  2t) ме- андровых функций, т.е. sp,n , а на вторые входы вторых элементов 30 и 32 равнозначности и неравноз-; начности поступает сигнал с инверсного выхода формировател  20 меанд- ровых функций sgn sin.5;t;. При совпадении нулей или единиц на выходах элементов 29 и 30 равнозначности по вл етс  единица, при несовпадении - единица по вл етс  на выходах элементов 31 и 32 неравнознач- иости. Выходные сигналы с элементов равнозначности 29 и 30 и неравнозначности 31 и 32 поступают на реверсивные счетчики 21 и 22. При по влении сигнала переполнени  на выходе второго делител  7 частоты реверсивные счетчики 21 и 22 зафиксируют разность числа совпадений и несовпадений , код которой затем возво- дитс  в квадрат квадраторами 33 и 34 и поступает во второй накаплива- ЮЙ5ИЙ сумматор 35. На выходе формировател  20 меандровых функций устанавливаетс  новое, значение частоты 5 и начинаетс  определение следующей ординаты спектральной плотности G(О (2). Количество измеренных орди- ват спектральной плотности определ етс  объемом второго счетчика 23, При ж  влении на его выходе сигнала переполнени  второй триггер 25 устанавливаетс  в нулевое состо ние. На этом второй цикл измерени  спектральной плотности Gq, (2)- оканчиваетс .

Результат измерени  веро тностной характеристики поступает через коммутатор 27, управл емый вторым триггером 25, при измерении спект- ральной Плотности фазы с второго на- капливающего сумматора 35, а при измерении других веро тностных характеристик - с первого накапливающего сумматора 15 на информационньш вход устройства 24 отображени  информации Значение аргумента измер емой веро тностной характеристики (уровн  анализа , частоты и др.) поступает с

0

5

05

f5 35 0 45

50 -55

10- . 10 разр дных выходов второго счетчика- 23 на вход задани  аргумента устп . ройства 24 отображени  информации.Таким образом, предложенное устройство нар ду с измерением условного и безусловного математического ожидани , среднеквадратических отклонений и их отношений, функции регрессии, нормированных коррел ционных функций, функции и плотности распределени  веро тностей случайной фазы исследуемого сигнала в диапазоне частот позвол ет измер ть спектральную плотность мощности фазовых флюктуации и автоматизировать процесс измерени  и отображени  информации .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  веро тностных характеристик фазы случайного процесса по авт.св. № 1112377, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных воз- можностей устройства путем обеспечени  возможности измерени  спектральной плотности фазы в реальном масштабе вр емени, в него введены формирователь меаидровых сигналов, второй и третий элемент И, второй триггер , первый и второй элементы равнозначности , первый и второй элементы неравнозначности, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй кВсЩраторы, второй накапливаю- . щий сумматор, второй счетчик, коммутатор , блок отображени  информации, причем шестой и седьмой неподвижные контакты первого переключател  соединены между собой, второй неподвиж- ный контакт третьего переключател  соединен с входом элемента задержки и с импульсным входом формировател  меандровых сигналов, второй неподвижный контакт четвертого переключени  соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключател , с входами считывани  результата первого и второго реверсивных счетчиков и с счетным входом второго счетчика , разр дные вькоды которого соединены с входом задани  частоты формировател  меандровых сигналов, с входом задани  коэффициента делени  первого делител  частоты и с входом задани  аргумента блока отображени  информации, выход сигнала переполнени  второго счетчика соединен с

   Г 1

   входом установки в О второго триггера , вход установки в 1 которого соединен с выходом второго элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с подвиж- ными контактами третьего и четвертого переключателей, выход второго триггера соединен с управл к цим входом коммутатора и с первым входом третьего элемента И второй вход ко- торого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключате- л , а выход соединен с первыми входами первого, второго элементов равнозначности , первого, второго эле- ментов неравнозначности, вторые входы первого элемента равнозначности и первого элемента неравнозначности соединены с пр мым выходом формировател  меандровых сигналов, вторые входы второго элемента равнозначнос- ти и второго элемента неравнозначности соединены с инверсньм выходом

   10 -12

   формировател  меандровых сигналов , выходы первого элемента равнозначности и первого элемента неравнозначности соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика,- выходы второго элемента равнозначности и второго элемента неравнозначности соединены соответственно с суммирующим и вычитывающим входами второго реверсивного счетчика, выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соответственно через первый и второй квадраторы с первым и вторым входами второго накапливающего сумматора., выход которого соединен с первым,информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого накапливак цего сумматора, выход коммутатора соединен с информационным входом блока отображени  информации.

   nSi

   MI

   а

   . /

   фие.2