RU1788475C - Measurement method for electric signal extreme values - Google Patents
Measurement method for electric signal extreme valuesInfo
- Publication number
- RU1788475C RU1788475C SU904817862A SU4817862A RU1788475C RU 1788475 C RU1788475 C RU 1788475C SU 904817862 A SU904817862 A SU 904817862A SU 4817862 A SU4817862 A SU 4817862A RU 1788475 C RU1788475 C RU 1788475C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- value
- sum
- pulses
- reference sequence
- Prior art date
Links
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относитс к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в измерительно- информационных системах. Сущность изобретени : способ измерени экстремумов электрического сигнала, заключающийс в том, что в момент равенства текущего значени с пороговым значением начинают первый цикл измерени , одновременно подсчитыва количество импульсов эталонной последовательности и суммиру выборки мгновенных значений исследуемого сигнала через равные промежутки времени т, определ емые периодом импульсов эталонной последовательности. В момент изменени знака разности между двум соседними отсчетами запоминают первое число m подсчитанных импульсов, предпоследнее значение выборки -Yni и накопленную первую сумму Si. Затем начинают второй цикл измерени , запомина следующее значение выборки исследуемого сигнала Y21, одновременно подсчитыва количество импульсов эталонной последо- вательности и суммиру выборки мгновенных значений, пока значение второй суммы S2 не станет равным значению первой суммы Si, в этот момент заканчивают измерение , запомина $2 и П2. Координаты экстремумов определ ют по формулам, приведенным в описании изобретени .3 з.п.ф- лы, 3 ил. СП СUsage: the invention relates to measuring and computer engineering and can be used in measuring and information systems. SUMMARY OF THE INVENTION: a method of measuring the extremes of an electrical signal, which, at the moment of equal current value with a threshold value, starts the first measurement cycle, simultaneously counting the number of pulses of the reference sequence and summing the sample of instantaneous values of the signal under study at equal time intervals determined by the pulse period reference sequence. At the moment of changing the sign of the difference between two adjacent samples, the first number m of counted pulses, the penultimate sample value -Yni, and the accumulated first sum Si are stored. Then the second measurement cycle is started, remembering the next sampling value of the studied signal Y21, at the same time counting the number of pulses of the reference sequence and summing the sampling of instantaneous values until the value of the second sum S2 becomes equal to the value of the first sum Si, at this moment the measurement is completed, memorizing $ 2 and P2. The coordinates of the extrema are determined by the formulas given in the description of the invention. 3 sf fields, 3 yl. THX
Description
Изобретение относитс к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах дл анализа случайных электрических сигналов на фоне помех.The invention relates to measurement and computer technology and can be used in information-measuring systems for the analysis of random electrical signals against a background of interference.
Известен способ измерени экстремумов электрических сигналов, основанный на дифференцировании сигнала, реализованный в устройствах. Существенный недостаток этого способа-аналога - низка помехоустойчивость, обусловленна тем, что из-за дифференцировани сигналаA known method for measuring the extremes of electrical signals, based on the differentiation of the signal, is implemented in devices. A significant drawback of this analogue method is the low noise immunity due to the fact that due to the differentiation of the signal
уменьшаетс отношение сигнал-шум на входе измерител .the signal to noise ratio at the input of the meter decreases.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс способ определени экстремумов электрического сигнала , основанный на индикации изменени знака разности между текущим и предыдущим кодированными значени ми исследуемого сигнала, реализованный в устройстве. Этот способ рассматриваетс как прототип.Closest to the invention in technical essence is a method for determining the extremes of an electrical signal, based on the indication of a change in the sign of the difference between the current and previous coded values of the signal under investigation, implemented in the device. This method is contemplated as a prototype.
Недостатком известного способа вл етс невысока точность измерени экстремумов сигнала, особенно низка при малыхThe disadvantage of this method is the low accuracy of measuring the extremes of the signal, especially low for small
NN
со соwith
(Л(L
||
отношени х сигнал-шум на входе измерител : 3/1 ... 5/1. Такие услови характерны дл работы бортовой аппаратуры воздушных и морских судов, других подвижных объектов .signal-to-noise ratios at the input of the meter: 3/1 ... 5/1. Such conditions are characteristic for the operation of on-board equipment of aircraft and sea vessels, and other mobile objects.
Цель изобретени - повышение точности измерени экстремумов электрического сигнала при малых отношени х сигнал/шум за счет того, что используетс не дифференцирование , а интегрирование сигнала.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring the extremes of an electric signal at low signal-to-noise ratios due to the fact that not differentiation, but signal integration is used.
Сущность изобретени заключаетс в том, что в способе измерени экстремумов электрического сигнала, заключающемс в том, что производ т выборки мгновенных значений исследуемого сигнала через равные промежутки времени т, определ емые периодом импульсов эталонной последовательности , подсчитывают количество импульсов п, эталонной последовательности на интервале времени от начала измерени ti до момента экстремума, причем о достижении экстремума суд т по изменению знака разности между текущим и предыдущим значени ми выборок мгновенных значений исследуемого сигнала, с указанной выше целью первый цикл измерени начинают в момент равенства исследуемого сигнала Y(t) пороговому значению U, одновременно с подсчетом импульсов ги эталонной последовательности суммируют выборки мгновенных значений исследуемого сигнала , вычисл значение первой суммы Si 2 YH. в момент г0 изменени знака разности между текущим и предыдущим значени ми выборок мгновенных значений исследуемого сигнала запоминают количество импульсов m и первую сумму Sr, a также предпоследнее значение выборки исследуемого сигнала Yni Y( T0 - т ), после чего начинают второй цикл измерени , дл чего запоминают следующее значение выборки исследуемого сигнала Y21 Y( r0 + + r) Y(m + 1) r , подсчитывают количество импульсов П2 эталонной последовательности и суммируют выборки исследуемого сигнала , одновременно вычисл значение второй суммы $2 2 Y2i, до момента времени t2, когда значение второй суммы сравн етс со значением первой суммы, причем о равенстве Si и 52 суд т по выполнению услови The essence of the invention lies in the fact that in the method of measuring the extrema of the electric signal, which consists in sampling the instantaneous values of the signal under investigation at equal time intervals m, determined by the pulse period of the reference sequence, count the number of pulses n, the reference sequence over a time interval from the beginning of the measurement of ti to the time of the extremum, and the achievement of the extremum is judged by the change in the sign of the difference between the current and previous values of the samples values of the signal under investigation, for the above purpose, the first measurement cycle begins at the moment the signal Y (t) is equal to the threshold value U, simultaneously with the counting of pulses of the reference sequence, samples of the instantaneous values of the signal under investigation are summed, calculating the value of the first sum Si 2 YH. at the moment r0, the sign of the difference between the current and previous values of the samples of the instantaneous values of the signal under study is memorized, the number of pulses m and the first sum Sr are memorized, as well as the penultimate value of the sample of the studied signal Yni Y (T0 - т), after which the second measurement cycle begins, for which remember the next sample value of the studied signal Y21 Y (r0 + r) Y (m + 1) r, count the number of pulses P2 of the reference sequence and summarize the samples of the studied signal, at the same time calculating the value of the second sum $ 2 2 Y2i, d points in time t2 when the second sum value a ref with the first sum, wherein the equation of Si and 52 is judged by the execution condition
Si - AS $2 Si + AS, где AS - заданна абсолютна погрешность сравнени , запоминают значени П2, S2. а искомые координаты экстремума определ ют по формулам косвенных измеренийSi - AS $ 2 Si + AS, where AS is the specified absolute error of comparison, the values P2, S2 are stored. and the sought coordinates of the extremum are determined by indirect measurement formulas
52/П252 / P2
tm tm
Si/m + 52/П2Si / m + 52 / P2
(П1 + П2) Г ,(1)(P1 + P2) G, (1)
00
55
Ym $1/щ2+52/п2 Yn1 +Ym $ 1 / Щ2 + 52 / п2 Yn1 +
Si/mSi / m
Y21 + Y21 +
Si/m +52/П2 - 52/П2Si / m + 52 / P2 - 52 / P2
Y21 Y21
(Ynl-Y2i),(2)(Ynl-Y2i), (2)
Sl/fll + 52/П2Sl / fll + 52 / P2
дл чего в пр мых измерени х пороговое значение U устанавливают соответствующим условию:why, in direct measurements, the threshold value U is set corresponding to the condition:
О U/ а к { h /2,0 U / a to {h / 2,
(3)(3)
где (Ц - среднеквадратическа погрешность средств пр мых измерений, h - отношение сигнал-шум в пр мых измерени х.where (C is the standard error of the means of direct measurements, h is the signal-to-noise ratio in direct measurements.
Период т импульсов эталонной последовательности выбирают из услови The period of pulses of the reference sequence is selected from the condition
1 v г/ Дт| Ти/Дт. ,(4) где t и 12 - ti - продолжительность измере0 ний 1 v g / Dt | Ti / Dt. , (4) where t and 12 - ti are the duration of measurements
интервал коррел ции помехи. interference correlation interval.
Абсолютную погрешность A S сравнени значений сумм Si, S2 выбирают из услови :The absolute error A S comparing the values of the sums of Si, S2 is chosen from the condition:
ASЈASЈ
1 U1 U
.(5).(5)
На фиг. 1 дана иллюстраци основных параметров способа, используемых в формулах (1), (2) косвенного измерени коор- динат максимума (минимум определ ют аналогично), на фиг. 2 - иллюстраци баланса моментов, используемого дл помехоустойчивого оценивани момента ь, экстремума Y m сигнала Y(t) (звездочками обозначены оценки координат экстремума), на фиг. 3 - структурна схема устройства, реализующего способ.In FIG. 1 illustrates the main process parameters used in formulas (1), (2) for indirect measurement of maximum coordinates (minimum is determined similarly), FIG. 2 is an illustration of the balance of moments used for noise-tolerant estimation of the moment b, extremum Y m of the signal Y (t) (asterisks indicate estimates of the coordinates of the extremum), FIG. 3 is a structural diagram of a device that implements the method.
Фундаментальное соотношение дл получени формул косвенного измерени (1). (2) найдено методом баланса моментов -UThe fundamental ratio for obtaining the indirect measurement formulas (1). (2) found by the moment balance method -U
J.Y(t)dt Sl/ni (tm-tl) 52/П2 (t2-tm)J.Y (t) dt Sl / ni (tm-tl) 52 / P2 (t2-tm)
tltl
45 -Jv(t)dt,45-Jv (t) dt,
(6)(6)
где среднее значение сигнала yi° Si/ni на интервале ti, tm и среднее значение сигнала у2° 52/П2 на интервале tm, TV играютwhere the average value of the signal yi ° Si / ni in the interval ti, tm and the average value of the signal y2 ° 52 / P2 in the interval tm, TV play
0 роль сил, а длины временных интервалов ь, - ti и 12 - tm - роль длин рычагов (см. фиг. 2). Момент ti 0, момент t2 определ ют из услови равенства сумм Si, $2, а момент экстремума тт из уравнени (6). Момент 00 the role of forces, and the lengths of time intervals b, - ti and 12 - tm - the role of the lengths of levers (see Fig. 2). The moment ti 0, the moment t2 are determined from the condition that the sums Si are equal, $ 2, and the extremum moment mt from equation (6). Moment 0
5 окончани первого суммировани и величина Yni определ ютс как и в прототипе по изменению знака разности Yni - Y2i.5, the end of the first summation and the value of Yni are determined, as in the prototype, by changing the sign of the difference Yni - Y2i.
Количество импульсов m и П2 определ етс длиной интервалов tm - ti, ts - tm и длительностью У периода генератора калиброванной последовательности импульсов . Оценка Y m значени Ym экстремума определ етс как средневзвешенное значение выборок Yni и Y2i:The number of pulses m and P2 is determined by the length of the intervals tm - ti, ts - tm and the duration U of the generator period of the calibrated pulse sequence. An estimate Y m of the extremum value Ym is defined as the weighted average of the samples Yni and Y2i:
Y tm/t2 Yn1 + Y21 Y21 + + tm/t2 (Yn1 - Y21).(7)Y tm / t2 Yn1 + Y21 Y21 + + tm / t2 (Yn1 - Y21). (7)
Из (7) после простейших преобразований следует (2).From (7) after the simplest transformations follows (2).
Математическое ожидание и дисперси оценки (7) определ ютс соотношени миThe mean and variance of the estimate (7) are determined by the relations
a + (1 -a ), a + (1 -a),
+.(1 -a ), (8) где параметр а ni/(m + n2). +. (1 -a), (8) where the parameter is a ni / (m + n2).
Если измерительный сигналIf the measuring signal
Y(t) X(t) + |(t),(9) где X(t) - полезный сигнал (см. пунктир на фиг. 1).Y (t) X (t) + | (t), (9) where X (t) is the useful signal (see the dotted line in Fig. 1).
Ј (т.) - стационарный гауссов шум с нулевым математическим ожиданием и дисперсией D Ј (t) o| , тогдаЈ (t.) - stationary Gaussian noise with zero mathematical expectation and dispersion D Ј (t) o | then
- а + (1 - « ) , (10) - a + (1 - «), (10)
Dry 1- M2r|1n2 л,2Dry 1- M2r | 1n2 L, 2
m J - L1 -----)(% (m +П2) m J - L1 -----) (% (m + P2)
Изобретение осуществл етс с помощью устройства, представленного на фиг. 3. The invention is carried out using the apparatus of FIG. 3.
Устройство, реализующее способ, содержит источник измерительного сигнала 1. блок выборки и хранени 2, источник пороговых значений сигнала 3, блок формировани меток времени 4, блок счетчиков 5, блок сумматоров 6, микропроцессорные контроллеры (МПК) 7, 8, которые совместно управл ют работой всех функциональных блоков и осуществл ют обработку результатов косвенных измерений по формулам (1), (2).A device that implements the method includes a measurement signal source 1. A sampling and storage unit 2, a signal threshold value source 3, a time stamping unit 4, a counter unit 5, an adder unit 6, microprocessor controllers (MPCs) 7, 8 that together control operation of all functional blocks, and they process the results of indirect measurements according to formulas (1), (2).
Устройство работает следующим образом . МПК 7 дает команду начала измерени на ИС 1 и на ИП 3. По этой команде на БФМ 4 поступают измерительный сигнал Y(t) и сигнал U. На первом выходе БФМ 4 в момент ti первого совпадени текущего значени Y(ti) с порогом U, когда Y(n) U, формируетс импульс запуска ГКПИ БВХ 2 и начинаетс вз тие отсчетов Yj сигнала Y(t) в моменты времени ti, ti + т , ti + 2 т , ..., ti + i г . Импульсы счета с БВХ 2 поступают на БСЧ 5, в первом счетчике которого формируетс число ni, параллельно отсчеты YJ сигнала поступают на БСМ 6, где на первом сумматоре накапливаютс в виде суммы Si S YI. Одновременно отсчеты Yi поступают на БФМ 4, где из них формируетс разность Д YJ YI + i - YI определ етс знак этой разности sig AYj. При смене знака разности в момент Ј0 знакоразличитель БФМ 4 дает команду первому счетчику БСЧThe device operates as follows. The IPC 7 gives the command to start the measurement on the IS 1 and on the IP 3. By this command, the measurement signal Y (t) and the signal U are received on the BFM 4. At the first output of the BFM 4, at the moment ti of the first match of the current value Y (ti) with the threshold U when Y (n) U, the start pulse of the GCBI BX2 start is generated and starts taking samples Yj of the signal Y (t) at times ti, ti + t, ti + 2 t, ..., ti + i g. The count pulses from BVX 2 are sent to the BSC 5, in the first counter of which the number ni is generated, in parallel, the samples YJ of the signal are sent to the BSM 6, where they are accumulated in the first adder as the sum Si S YI. At the same time, the samples Yi arrive at the BFM 4, where the difference D YJ YI + i - YI is formed from them. The sign of this difference sig AYj is determined. When changing the sign of the difference at the moment Ј0, the BFM 4 identifier gives the command to the first counter
5 прекратить счет и число m записать в первый регистр пам ти МПК 7. Одновременно этой же командой заканчиваетс суммирование отсчетов в первом сумматоре БС б, сумма Si и последний отсчет в ней Yni записываютс во второй и третий регистры пам ти МПК 7. На следующем такте, когда т г+г0, включаетс второй счетчик БСЧ 5, где5 to stop the count and write the number m in the first register of the IPC memory 7. At the same time, the same command ends the summation of the samples in the first adder BS b, the sum Si and the last sample in it Yni are recorded in the second and third registers of the IPC memory 7. At the next clock when m r + r0, the second counter of the SSN 5 is turned on, where
начинает формироватьс число п2 и в БС б с отсчета Y21. который с начала записываетс в четвертый регистр пам ти МПК 7, начинаетс второе суммирование на втором сумматоре БС 6. Текущее значение суммы S2the number n2 begins to form, and in BS b, from the count of Y21. which is initially recorded in the fourth memory register of the IPC 7, the second summation begins on the second adder BS 6. The current value of the sum S2
поступает в ОЗУ МПК 7 и сравниваетс по- тактно со значением суммы Si. Когда на определенном п2 такте S2 Si±&S, знакоразличитель МПК 7 дает команду БФМ 4 выработать метку т2 конца счета и завершени цикла формируютс все исходные данные косвенных измерений, то есть результаты пр мых измерений: Yni. Y2i. m. n2, Si, S2. МПК 7 и МПК 8 переход т в режим согласованной обработки результатов измерений по формулам (1) и (2). Кодированные значени Гт и Y т снимают с шины данных МПК 7 и МПК 8.enters the RAM IPC 7 and is compared with the value of the sum Si. When at a certain P2 step S2 Si ± & S, the IPC 7 identifier instructs the BFM 4 to generate a mark t2 of the end of the count and the end of the cycle, all the initial data of indirect measurements are formed, i.e., the results of direct measurements: Yni. Y2i. m. n2, Si, S2. IPC 7 and IPC 8 go into the mode of coordinated processing of measurement results according to formulas (1) and (2). The encoded values of Tm and Yt are taken from the IPC 7 and IPC 8 data bus.
Дл оценки положительного эффекта от применени предлагаемого способа по сравнению с прототипом используетс следующий индексный показатель увеличени точности измерени (в разах)To assess the positive effect of the application of the proposed method in comparison with the prototype, the following index indicator is used to increase the measurement accuracy (in times)
W 1 W 1
П1 + П2P1 + P2
,,
С - П|-1У|/ V1MrVo.lAl7C - P | -1U | / V1MrVo.lAl7
1 2 m 1 2 m
(11)(eleven)
(П1+П2)2(P1 + P2) 2
0Испытани показали, что даже при высоких уровн х зашумленности гармониче|-1 .(7Х0 Tests have shown that even at high levels of noisy harmonic | -1. (7X
ского сигнала-|г 1,73 - обеспечиваетс signal - | g 1.73 - is provided
относительна устойчивость измеренных 5 значений и уменьшение погрешности измерени по сравнению с прототипом в 1,21 - 1,8 раза. Результаты испытаний в различных услови х показывают, что предлагаемый способ полезен как из-за повышени точно- 0 сти измерени в услови х помех, так и из-за устранени систематической погрешности, котора характерна дл прототипа. Положительный эффект достигаетс по существу фильтрацией отсчетов измерительного сиг- 5 нала на интервалах ti, tm, tm. 12. Дл случайных полезных сигналов положительный эффект растет по мере роста ширины полосы спектра помехи относительно полосы спектра сигнала, а также по мере увеличени номера периода измерений. Так, например , относительна погрешностьthe relative stability of the measured 5 values and the reduction of the measurement error in comparison with the prototype in 1.21 - 1.8 times. The test results under various conditions show that the proposed method is useful both because of an increase in the accuracy of measurements under interference conditions, and because of the elimination of the systematic error that is typical for the prototype. A positive effect is achieved essentially by filtering the readings of the measuring signal at the intervals ti, tm, tm. 12. For random useful signals, the beneficial effect increases as the bandwidth of the interference spectrum grows relative to the spectrum band of the signal, and also as the number of the measurement period increases. So, for example, the relative error
измерени нулей и экстремумов гармонического колебани на фоне гауссовой помехи при h 3 на первом периоде измерений составл ет (-8,49 ... 10,8) %, а на шестом (-0,983 ... 1,06)%.measuring the zeros and extremes of harmonic oscillations against the background of a Gaussian noise at h 3 in the first measurement period is (-8.49 ... 10.8)%, and in the sixth (-0.983 ... 1.06)%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904817862A RU1788475C (en) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | Measurement method for electric signal extreme values |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904817862A RU1788475C (en) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | Measurement method for electric signal extreme values |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1788475C true RU1788475C (en) | 1993-01-15 |
Family
ID=21510235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904817862A RU1788475C (en) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | Measurement method for electric signal extreme values |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1788475C (en) |
-
1990
- 1990-04-23 RU SU904817862A patent/RU1788475C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1432414, кл . G 01 R 19/04, 1987. Авторское свидетельство СССР № 1411677, кл.С01 R 19/04, 1987. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0071539B1 (en) | Method and apparatus for calibrating an analog-to-digital converter for a digital-to-analog converter test system | |
JP2001514761A (en) | Analysis of noise in repetitive waveforms | |
US5399976A (en) | Group delay estimate system using least square fit to phase response ramp | |
US6597205B2 (en) | High accuracy method for determining the frequency of a pulse input signal over a wide frequency range | |
US3984759A (en) | Apparatus for use in an induced polarization system for measuring the deformation of a periodic signal concealed in noise | |
RU1788475C (en) | Measurement method for electric signal extreme values | |
EP0324134A2 (en) | Method and apparatus for measuring jitter in a periodic signal | |
US5206838A (en) | Ultrasonic transducer | |
US4843328A (en) | Apparatus for using a time interval counter to measure frequency stability | |
US3471779A (en) | Method and apparatus for testing dynamic response using chain code input function | |
US4181949A (en) | Method of and apparatus for phase-sensitive detection | |
RU1831686C (en) | Method for measurement of phase shift of two harmonic signals | |
RU2117954C1 (en) | Signal-to-noise ratio meter | |
CN111817918B (en) | Fault detection method and system for encryption and decryption module of communication extension | |
SU1328763A1 (en) | Statistical analyzer of final difference of phase | |
SU1404912A1 (en) | Device for measuring the time of spin-spin relaxation | |
RU2104495C1 (en) | Process of measurement of physical quantities | |
RU1795379C (en) | Method of determination of difference of phases on high frequency | |
SU813291A1 (en) | Device for measuring frequency | |
SU1010574A1 (en) | Electrical oscillation damping coefficient measuring device | |
SU1474690A1 (en) | Method of determining parameters of transient process components | |
SU809204A1 (en) | Random process analyzer | |
SU957121A1 (en) | Pulse train average frequency meter | |
JPH021566A (en) | Cycle measuring instrument | |
RU2019845C1 (en) | Statistical analyzer |