SU868690A1 - Устройство дл измерени периода и его производной - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА И ЕГО ПРОИЗВОДНОЙ

I

Изобретение относитс  к радиоиэмерительной технике и может быть использовано в системах траекторных измерений дл  определени  радиальной скорости и ускорени  при анализе движени  объекта радиотехническими средствами.

Известно устройство дл  измерени  частоты на основе анализа нуль-пересечений , содержащее последовательно соединенные счетчик чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, умножитель и сумматор, счетчик числа нуль-пересечений, вход которого соединен с первым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, генератор эталонных меток времени, соединенный выходом со вторым входом счетчика чисел , соответствующих моментам нульпересечений , а также блок вычитани ,  чейку П 1м ти и делитель, при этом выход счетчика числа нуль-пересечений и первый выход пам ти подключены ко входам блока вычитани , выход которого соединен со вторым входом блока умножени , второй выход  чейки пам ти и выход сумматора подключены ко входам делител , поток нуль-пересечений исследуемого сигнала поступает на объединеншле входы счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений и счетчика числа нуль-пересечений. Устройство обеспечивает измерение частоты (периода) сигналов с неизвестной начальной фазой с точностью, близкой к потенциальной Г Недостатками известного устройства  вл ютс  сравнительно большой аппаратурный объем и ограниченные функциональные возможности - устройство не позвол ет формировать оценку производной частоты (периода) при наличии ее на интервале наблюдени . Этот недостаток может оказатьс  особенно существенным, при анализе тра- екторных данных целей, обладающих высокими динамическими характеристиками . Наиболее близким по технической сущности к предлах-аемому  вл етс  устройство дл  цифрового анализа сиг налов, содержащее последовательно соединенные блок формировани  чисел, соответствующих моментам нуль пересе чений, первьш блок возведени  в квад рат, последовательно соединенные счетчик числа нуль-пересечений, первый блок умножени  и первьй сумматор выход блока формировани  чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений , соединен со вторым входом блока умножегш , блок прореживани  нуль-пересечений, последовательно соединенные блок возведени  в.третью степень и четвертый сумматор, блок возведени  в четвертую степень и п тый сумматор, при этом выход блока прореживани  нуль- пересечений подсое динен ко входам блока формировани  . чисел, соответствующих моментам нуль пересечений, и счетчика числа нуль-пересечений , вход второго блока возведени  в квадрат подключен к выходу счетчика числа нуль-пересечений, выходы второго блока умножени  подключены к выходам первого блока возведени  в квадрат и счетчика чисз:§а нуль-пересечений, входы блока возведени  в Tpefью степень и блока возведе ни  в четвертую степень объединены| и подключены к выходу блока формировани  чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, а также решающее устройство, к соответствующим входам которого подключены выходы первого, второго, третьего, четвертого и п того сумматоров, поток нуль пересечений исследуемого сигнала поступает на вход блока прореживани  нуль-пересечений 2. Указанное устройство характеризуетс  широкими функциональными возможност ми , но обладает большим аппаратурнь1м объемом и требует значительного времени обработки, что не позвол ет осуществл ть процедуру измерени  в реальном масштабе времени . Цель изобретени  - повыщение быст родействи  и уменьшение аппаратурного объема измерител  при совместной оценке периода и его производной. Поставленна , цель достигаетс  тем что устройство содержащее формирователь нуль-пересечений, выход которо04 го подключен ко входам формировател  чиселJ соответствующих моментам нуль-пересечений, и счетчика числа нуль-пересечений, и решающий блок, введены накапливающий сумматор,блок сравнени , элемент ИЛИ, буферный регистр и  чейка пам ти, причем выходы формировател  чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, через накапливающийсумматор подключены ко входам буферного регистра, выходы которого соединены с первой группой входов решающего блока, втора  группа входов которого подключена к первой Группе выходов  чейки пам ти,выходы счетчика числа нуль-пересечений подключены к первой группе входов блока сравнени ,ко второй группе входов ко-, торого подключена втора  группа выходов  чейки пам ти, выходы блока сравнени  через элемент ИЛИ соединены с управл ющим входом буферного регистра. На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  измерени  периода и его производной. Устройство содержит формирователь 1нуль-пересечений, формирователь 2чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, счетчик3 числа нуль-пересечений, накапливающий сумматор 4, блок 5 сравнени , элемент ИЛИ 6, буферный регистр 7,.  чейку 8 пам ти и решающий блок 9. При этом формирователь 1 нуль-пересечений соединен с формирователем 2 чисел, соответствующи мрментам нуль-пересечений и со входом счетчика 3 числа нуль-пересечений , выходы которого подключены к первбй группе входов блока 5 сравнени , втора  группа входов которого соединена с первой группой выходов 8 пам ти, выходы блока 5 сравнени  подключены ко входам элемента ИЛИ 6, выход которого соединен с управл ющим входом буферного регистра 7, втора  группа выходов  чейки 8 -пам ти подключена к соответствующим входам решающего блока 9, выходы формировател  2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, соединены со входами накапливающего сумматора 4, выходы которого соединены со входами буферного регистра 7, подключенного своими выходами ко входам рещающего блока 9,1 поток нуль-пересечений по-г ступает на вход 10 формировател  нуль-пересечений. 5868690 Устройство работает следующим образом . При поступлении на вход устройства узкополосного сигнала (-М- « IjiipH достаточно большом отношении сигнал/помеха (по мощности врем  вьтадани  {,-го нул  может быть достаточно точно представлено в виде

л -t 4КТ ...4,

де -k

номер нуль-пересечени ;

t. врем  выпадени  первого фиксируемого нул  от момента начала отсчета; начальный период между нульТл пересечени ми;

n производна  периода нульпересечений;

f случайные флюктуации време- W ни нуль-пересечений, обусловленные шумом и обладающие следующими статисти1ческими характеристиками:

Cf

i(

Л fK- -ц 1 с|,а4ГЧ

Я5 - отношение сигнал/помеха. Дл  потока нуль-пересечений выражение (О можно записать следующим образом:

N

N

4J

.,

.0 г

о jr

° к

VCsl где N - длина выборки (представл ет собой целочисленный параметр). Поскольку с в выражении (1) можно рассматривать как функцию трех переменных S(to, Тр, TO ), дл  отыскани  информационных параметров представл етс  возможным весь интервал наблюдени  1 е ( ) разбить на три части с целью получени  алгебраически полной системы уравнений вида ) SVV oS-Kb f,; где случайные величины равны , ,,2Ilut, и коррел ционную матрицу Ре по

10

15

ЭО Ра оц 50 T JX XXU ,v| . MX N11 истемы уравнений в матричном виде X скрыва  определители, представим енки Т и т в виде . 2.)-(U a(N+x)-t-4 1 XtN-X)hV) TvlN- JU-x) j )- . a NtM-j)lN-y} a ()CM-vij

x i -xJlN-x)

NlN-iOlN-x)

Предлагаемый измеритель реализует последовательность вычислительных процедур, определ емых вьфажени ми (6). Поступающа  на вход формировател  .1 нуль-пересечений последовательность нуль-пересечений прореживаетс .  с коэффйцие том прореживани  т, обеспечива  некоррелированность исследуемой выборки нуль-пересечений. Импульсы нулей с выхода фop шpoвaтeл  нуль-пересечений поступают на вход формировател  2 чисел,соответствующих моментам нуль-пересечений,который вырабатывает двоичные числа, поступающие на входы накапливающего сумматора 4. По мере обработки выборки (в двоичном коде) накаштивамщий сумматор

л 4 формирует сумма вида D tv .ОдноЦг/1 1 временно с этим счетчик 3 числа нульпересечений накапливает число, соответствующее текущему количеству зарегистрированных нуль-пересечений. Это число посто нно сравни&аетс  в блоке 5 сравнени  с числами в и N, предварительно записанными в  чейке 8 пам ти. В момент, когда в счетчике 3 числа нуль-пересечений накопитс  число, равное X , на первом выходе блока сравнени  по вл етс  импульс, который через элемент ИЛИ6 поступает на управл югций вход буферного регистра 7, и тогда частич л

может быть при на  сумма Е t.

помощи буферного регистра 7 переписана в решающий блок 9. Одновременно с этим из  чейки 8 пам ти в решающий блок 9 поступают числовые коэффициенты d, (i .которые при известных Х,Х) и N могут быть предварительно рассчитаны и записаны в  чейке 8 пам ти . Аналогичным образом происходит

(Ьоомиоование и пеоенос в решающий

Ьл .., iifi

К л

sji

и коэффициентов oL , и с1.

-1

г.

Таким образом, решающий блок 9, использу  указанные вьщ1е статистики и коэффициенты, формирует совместную оценку периода и производной периода

исследуемого сигнала. Очевидно, что эти оценки могут быть сфор а1рованы только после прихода на вход устройства пооАеднего N-ro нуль-пересечени  из заданной выборки, т.е. оценки относ тс  к концу интервала наблюдени . ,0днако ввиду того, что решанздий блок 9 производит только опера1щю умножени  статистик на известные коэффициенты, а затем суммирует полученные результаты, врем  прин - и  решени  оказываетс  существенно малым по сравнению с длиной выборки нуль-пересечений, и поэтому можно считать возможной работу измерител  в реальном масштабе времени.

Разбиегше интервала наблюдени  на три части X ,Ч и N должно производитьс  по определенной методике разбиени  в соответствии с условием минимума объема эллипсоида рассе ни  ошибок результирующих оценок, так как ошибка измерени  зависит от длин интервалов усреднени  X и t. Это условие может быть описано соотношением

m nae-fc (wY тлп . (т)

()2Проведенные расчеты показывают, что при использовани  этого критери  оптимальными интервалами разбиени   вл ютс  интервалы

. (.)

V ы(11Ш

piПоскольку имеетс   вное выражение дл  интервалов, на которые необходимо разбивать интервал наблюдени , коэффициенты А и & можно определить с точностью до посто нного коэффициента и ввести в  чейку 8 пам ти предварительно , т.е. настроить измеритель на выборку нуль-пересечений заданной длины. При необходимости изменени  длины выборки коэффициенты пересчитываютс  и измен ютс .

Проведенный сопоставительный анализ точностных характеристик предлагаемого устройства с устройс- вами, реализуклцими оптимальные процедуры измерени , показывает, что они имеют дисперсии ошибок измерени  одного пор дка и предлагаемый измеритель лишь незначительно уступает им в точности.

Claims (2)

1. Таким образом, предлагаемое устройство дл  измерени  периода и его производной существенно превосходит известное устройство по быстродействию , обладает значительно меньшим аппаратурным объемом и практически н уступает в точности измерени  указан ных параметров. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  периода и его производной, содержащее формирователь нуль-пересечений, выход которого подключен ко входам формировател  чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений, и счетчика числа нуль-пересечени, и решающий блок, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  быстродействи  и уменьшени  аппаратурного объема измерител , в него введены пакапливаю1ций сумматор, блок сравнени , элемент 1ШИ, буферный регистр и  чейка пам ти, причем выходы формировател  чисел, соответствующих П10 моментам нуль-пересечений, через накапливающий сумматор подключены ко входам буферного регистра, выходы которого соединены с первой группой входов решак цего блока, втора  группа входов которого подключена к первой группе выходов  чейки пам ти, выходы счетчика числа нуль-пересечений подключены к первой группе входов блока сравнени , ко второй группе входов которого подключена втора  группа выходов  чейки пам ти, выходы блока сравнени  через элемент ИЛИ соединены управл ющим входом буферйого регистра. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР по за вке IP 2594953, кл. G 01 R 23/00, 1978.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 257331.7,кл. G 04 F 10/00, 1978 (прототип).

   v

   . 2

   ii