SU765756A1 - Способ измерени функции распределени случайного сигнала - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано дл  радиотехнических измерений .

Известен способ анализа распределени  веро тностей стационарных случайных сигналов, обладающих эргодическим свойством, основанный на измерении относительного времени пребывани  мгновенного значени  выше уровн  анализа 1 . Согласно этому способу общее суммарное врем  пребывани  сигнала выще уровн  анализа, отнесенное ко всему интервалу наблюдени , представл ет собой искомую оценку функции распределени .

Недостатком этого способа  вл етс  невозможность осуществлени  при его технической реализации чистой амплитудной селекции сигнала в области СВЧ. Отселектированный по амплитуде СВЧ сигнал неизбежно оказываетс  частично или полностью усредненным, из-за инерционности селектора, обусловленной наличием конструктивных и паразитных емкостей. Получаетс  наложение операций селектировани  и усреднени , что недопустимо.

С целью расширени  частотного диапазона измерений в предлагаемом способе измерени  : функций распределени  случайного сигнала , основанном на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, функционную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектировани  п-кратно дифференцируют и результат используют дл  оценки функции распределени .

Способ по сн етс  фиг. 1, где приведена

10 схема измерени  зависимости i i(U(j) и обозначено:

Д - детекторный диод; RI, Rj - резисторы детекторной цепи; С - усредн ющий конденсатор; / А - микроамперметр; V - вольт15 метр; РВ - регулируемый выпр митель.

Работа измерительной схемы заключаетс  Б том, что при подаче на ее вход исследуемого сигнала, он детектируетс  и регистрируетс  с помощью микроамперметра.

20

При этом, измен   регистрируемое вольтметром напр жение регулируемого вьшр мител , которое запирает диод, т.е. измен   порог детектировани , можно сн ть зависимость среднего тока продетектироваииого сигнала от порога детектироваки . Количественные соопюшени  в этой схеме опре дел ютс  следующим образом. Пусть однополупериодиа  характеристика детекторной цепи имеет вид: I aU при UX), п 1, 2, 3..., )(1) I, и - ток и напр жение детектора; а - коэффициент пропорциональности; п - целое положительное число. При подаче на вход схемы стационарного случайного сипгала, усредненное (невыпр млен ное ) значение которого равно нулю (что наиболее распространено на практике), средний ток детектора дл  области отрицательных значений исследуемого сигнала запишетс  в виде: tJn U|-( lU-Uj plU)dU,(2) где и- мгновенное значение сигнала; р(и) - плотность распределени  веро тности . Из формулы (2) после п-кратного дифферен 1щровани  по порогу детектировани  U, получаетс  следующее выражение (ими.и,1и„.о1, которое и определ ет взаимосв зь интегральной функции распределени , записанной в левой части равенства, с зависимостью i i(U ). При этом функци  распределени  с точностью до известных посто нных величин определ етс  производной пор дка п зависимости i i(U) Ч1О и  вл етс .основой предлагаемого способа измерений. Согласно этому способу дн  опреде лени  функции распределени  исследуемый сиг нал детектируют (обладающим целочисленной (п). степенной зависимостью тока от напр жени детектором с переменным порогом; в результате чего, получают зависимость среднего тока от напр жени  порога детектировани  i KUJ Эту зависимость п-кратно дифференцируют и получают с точностью до известных посто нных величин .искомую функцию распределени . Этот способ может быть реализован в устрой стве автоматической индикации и измерени  функции распределени , блок-схема которого приведена на фиг. 2, где обозначено: 1 - детектор с целочисле1шой (п) степенной зависимостью тока от напр жени , выполн ющий детектирование сигнала с переменным порогом и содержащий в себе диод Д, конден сатор С и резисторы нагрузочной цепи RI и R2 . 2 - линейный дифференциальный усилитель, обеспечивающий , усиление продетектироваююго сигнала; 3 - дифференцируюцщй каскад, например , на рещающих усилител х, выходной сигнал.которого пропорционален производной от входного сигнала по времени (при этом п-каскадов выполн ют п-кратное дифференцирование . 4 - генератор линейной пилообразной развертки, осуществл ющий одновременно изменение порога детектировани  (уровн  анализа ) и развертку изображени  на регистраторе. 5 - двухкоординат ый регистратор, например, осциллографический или самопищущий, со шкалами по каждой координате, обеспечивающий определение формы и значений функции распределени  и уровней анализа. Работа устройства основана на замене в функциональной зависимости i i(U) независимой переменной U временем t. При линейной развертке напр жение порога детектировани  в течение рабочего хода развертки определ етс  .выражением Uot Utf + iR, амплитуда пилообразного напр жени  развертки; начальное смещение характеристики детектора; t - врем , отсчитываемое от начала хода развертки. Посто нна  величина Ул обычно мала и к тому же может быть легко скомпенсирована. Переменна  величина сигнала iR может быть выбрана достаточно малой по соображени м допустимой погрешности измерений, поскольку ее малость компенсируетс  дальнейшим усилением сигнала дифференциальным усилителем. Таким образом, приближен может быть выполнено условие Ufj Ugt. при котором в течение хода развертки средний ток детектора  вл етс  функцией време1ш, а Д1}фференцирование его по порогу детектировани   вл етс  по существу дифференцированием по времени. Работает устройство следующим образом. Исследуемый сигнал подаетс  на вход детектора 1. Генератор развертки 4 вырабатывает линейное пилообразное напр жение, которое в качестве запирающего подаетс  на детектор 1, где осуществл етс  линейное изменение порога детектировани . В результате на сопротивлении R детекторной нагрузки в течение хода развертки вьщаетс  сигнал iRi, представл ющий собой зависимость среднего тока от порога детектировани . Этот сигнал усиливаетс  до необходимой величины дифференциальным усилителем 2 и подаетс  на дифференцирующие каскады 3, выполн ющие п-кратное дифференцирование упом нутой выше зависимости. В результате этого сигнал , поступающий с выхода дифференцирующих каскадов 3 на сигнальный вход регистратора 5 и каждый момент хода развертки представл ет собой значение функции распределени  однозначно соответствующее напр жению порога детектировани  (анализа), которое в качестве развер576

тывающего подаетс  на второй вход регистратора .

Таким образом, в течение хода развертки изображение на регистраторе  вл етс  функцией распределени  исследуемого сигнала, зиачени  которой и уровни анализа могут быть отсчитаны при помощи соответствующих шкал регистратора .

Физический смысл необходимости операции дифференцировани  в предлагаемом способе

можно по снить следующим образом.

Пусть дл  простоты рассуждений детектор линеен (п 1). Средний ток детектора при пороге детектировани  U пропорционален как длительности так и амплитуде импульсов, на- , ход щихс  выше порога детектировани  (уров н  анализа). Если бы ток был пропорционален только длительности импульсов, то его значение представл ло бы собой суммарное врем  превышени  сигнала над уровнем анализа и определ ло бы функцию распределени . Однако зависимость тока еще и от амплитуды сигаала скрадьшает эту взаимосв зь и не позвол ет непосредственно использовать значение тока дл  определени  функции распределени . Чтобы избавитьс  от этого мешающего вли ни  рассмотрим разность токов i| и ij при порогах детектировани  Upj и U,, как это показано на фиг. 3..

Эта разность пропорциональна заштрихованно пл Щади и определ етс  уже. только суммарным временем пребывани  сигнала выше уровн  анализа Ufi, Д1 -fi At: так как амплитуда всех импульсов, создающих разностный ток Д ij - ii посто нна и равна U( Uf,j, УП . суммарное врем  пребывани , определ ющее функцию распределени , выражаетс  как отношение, стрем щеес  к производной от среднего; тока по порогу детектировани .

,, л

- при дУп-О

п

Это рассмотрение и особенно фиг. 3 нагл дно показывают, что роль операции дифференщ1ровани  эквивалентна формировагтаю последовательности пр моугольных импульсов с посто нной амплитудой AUfj , как это делаетс  в прототипе . Однако в отличие от прототипа дл  такого формировани  в действительности не требуетс  никаких реальных формирующих устройств и именно поэтому становитс  возмож ным анализ сверхкратковременных импульсов , таких, на;- которые реальные формирующ устройства не в состо нии отреагировать. Эта особенность позвол ет расширить частотный диапазон исследуемых сигналов на СВЧ.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  функции распределени  случайного сигнала, основанный на детектировании с переменным порогом исследуемого сигнала, отличающийс  тем, что, с целью расширени  частотного диапазона измерений , функциональную зависимость среднего тока продетектированного сигнала от порога детектировани  п-кратно дифференцируют и результат используют дл  оценки функции распределени .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерени , М., 1975, с. 477-491.

   PS