Файл: Калинчук, Б. А. Анализаторы инфразвуковых случайных процессов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 105

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

распределения. При этом D e может быть определена из соотноше­ ния:

д : = — •

( 1- 101)

8

3S2

 

Относительное уменьшение дисперсии сигнала ошибки (выигрыш в точности) при оптимальном квантовании будем оценивать в виде:

а- DЕ Реорі -100.

( 1- 102)

D.

Приведенные выше рассуждения были сделаны для нормаль­ ного случайного сигнала. Пусть теперь входной сигнал квантиза­ тора распределен по закону Лапласа:

W(x)

JL е-м*і

(1-103)

 

 

2

 

 

Математическое ожидание сигнала:

 

 

тг = - X

-і-со

 

 

 

хе

ах —0.

(1-104)

Дисперсия:

 

 

 

 

1 + ° °

 

о

 

-•-ff

 

г2

(1-105)

 

 

 

 

Симмметрично расположенный относительно тх интервал для доверительной вероятности найдем в виде:

0s+i

O,9965 = P ( + 0 , < * < O S+1) = 2 j" у - е_?ьМ dx = 1 e-Х|Ѳ5+і|

(1-106)

Откуда

Ѳ

е

0

= 4 а

(1-107)

us+ i— X ’

С'

S+1

Ujc'

 

Запишем согласно (1-73) закон распределения сигнала ошибки кван­ тования случайного сигнала с распределением Лапласа в виде:

е-"іЕ+Ч Ѳ - т 1/< 8 < Ѳ /+1- т і/.

(1-108)

z / = і

Тогда дисперсия сигнала ошибки найдется из выражения:

о

s

 

ѳу+і-1Ѵ

 

DE= M {е2(0} = У

f s2e le+T|ylde.

(1-109)

 

/-1

2

_ J

 

 

 

 

Ѳ-Л/

 

55


Откуда:

 

 

 

 

 

 

 

 

De=^ 2^{в~МѲ/І КѲ/ -

11/)аА'а+ 2Ч Ѳ /-т]/) +

2 ] -

 

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

е — Х 10

/ ' :

!

Х2( + 0

2к(&; - .+, - ^ )

+

г 2] .

]) ( “ }1

- . 1 1

Оптимальный уровень выходного сигнала квантизатора

при

попадании х (t) в у'-й интервал квантования найдется тогда в виде:

Л/ o p l = Г

Ѳ/ exP ( - ^

19/1) — 0/: 1exp ( - ^

/-.-1 I)

(1-111)

 

 

exp (—Ä, I 0y [) — exp (—Л, I Ѳ/+1 |)

 

 

 

В практических

приложениях

корреляционного

анализа —

при исследовании спектров, измерении фазовых сдвигов регуляр­ ных сигналов в присутствии сильных помех и т. п.— часто при­ ходиться иметь дело с сигналами, распределенными по арксинусоидальному закону:

(

----- ^

1

___ ,

(je I< а ;

№ ( * ) =

л а ] " ‘

1 —

(х/а)2

( 1 - 1 1 2 )

(

 

0

 

, |х |> п ,

где а — амплитуда неслучайной синусоидальной функции случай­ ного аргумента (фазы), причем закон распределения аргумента —■ равномерный в пределах + я.

Опуская промежуточные выкладки, запишем для указанного закона распределения оптимальный выходной уровень у-го интер­ вала квантизатора (при а = 1):

(1-113)

arcsin Q- — arcsin 0yj_t

Дисперсия сигнала ошибки запишется в виде:

 

s

 

____

 

0 . = 2 Д 1

[ 1-

ѳн . ( 2ч , - 9/,.) + 1/ і - ѳ?(ві-

2Ч/)] +

/= 1

 

 

 

+

[(1 +

і]у) (arcsin 0;. , j —arcsin Ѳ;.')] j .

(1-114)

В табл. 1-7 и 1-8 приведены значения соответственно т .орі и TJ.орі

для квантизатора, работающего с входным сигналом, распределе­ ние которого подчиняется (1-112) (при а = 1).

56


 

 

 

 

Таблица 1-7

5

 

2

■1

6

8

б

 

1.000

0.500

0,333

0,250

,И 1 o p t

0 ,3 6 3 4

0 ,3 4 6 0

0 ,3 4 9 8

0 ,3 3 7 6

 

 

 

 

" h

o p t

0 ,6 3 6 6

0 ,4 8 8 2

0 ,4 7 5 4

0 ,4 4 1 2

 

 

 

 

" '3

o p t

0 ,5 1 1 8

0 ,4 9 1 0

0 ,4 8 8 8

 

 

 

 

'"<1

o p t

0 ,6 5 4 0

0 ,5 0 0 0

0 , 4 9 8 4

 

 

 

 

" '5

o p t

0 ,5 1 5 6

0 ,5 0 1 6

 

 

 

 

n4 o p t

0 ,6 7 1 0

0 ,5 1 1 2

m 7 o p t

0 ,5 1 9 2

m 8 o p t

0 ,6 6 2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1-8

 

s

2 ,0 0

4 ,0 0

6 ,0 0

8 ,00

 

6

1,000

0,500

0,333

0 .250

'U

o p t

— 0 , 6 3 6 6

— 0 ,8 2 7 0

— 0 , 8 8 6 2

— 0 ,9 1 5 6

 

 

 

 

'І2

o p t

+ 0 , 6 3 6 6

— 0 ,2 5 5 9

— 0 ,5 0 6 3

— 0 ,6 2 9 8

 

 

 

 

Л з

o p t

+ 0 , 2 5 5 9

— 0 ,1 6 8 4

— 0 ,3 7 7 8

 

 

 

 

'І4

o p t

+ 0 , 8 2 7 0

+ 0 , 1 6 8 4

— 0 ,1 2 5 4

 

 

 

 

^ 5

o p t

+ 0 , 5 0 6 3

+ 0 , 1 2 5 4

 

 

 

 

^ 6

o p t

+ 0 , 8 8 6 2

+ 0 , 3 7 7 8

 

 

 

 

'1 / o p t

+ 0 , 6 2 9 8

^ 8 o p t

+ 0 , 9 1 5 6

57


Система квадратных уравнений относительно г);, описывающих изменение дисперсии сигнала ошибки с изменением значений вы­ ходных уровней квантизатора, приведена в табл. 1-9. Табулиро­ ванные значения законов распределения сигнала ошибки при S = 2, -1, 6 для случаев выбора гр согласно (1-58) и (1-113) приведены в

табл.

1-10 и

1-11;

графики

этих

законов

показаны

соответственно

на рис. 1-26 и

1-27.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схемные решения устройств квантования сигналов по амплитуде

достаточно

 

разнообразны.

Конкретное исполнение

квантизаторов

 

JJV\

 

 

 

1

 

определяется

задачами,

реша­

 

 

 

 

 

емыми блоками, в которые

вхо­

 

*LS=6

 

 

 

дят эти устройства, допустимыми

 

 

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

погрешностями, заданным видом

 

 

 

IжіЧ-J/ '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s=o

 

представления

сигналов

на их

 

 

»

i'

 

 

Г

 

выходах и др. Удобство

работы

 

 

I

TjiT'

'

 

с кодовой

формой

информации

 

 

 

j

 

 

 

 

!!

 

определило

широкое

внедрение

 

 

 

\

i|?j?!

 

 

 

I

 

в измерительную практику пре­

 

 

 

\ и

!j

 

 

ä=г '

образователей

 

 

аналог—код

 

 

 

 

 

 

 

(ПАК).

Количество

уровней

 

 

 

 

 

i11

 

 

 

 

квантования ПАК определяется

 

 

 

 

и

 

 

 

 

их разрядностью. На

рис.

1-28

 

 

 

 

iW 11

 

 

 

 

приведена

 

функциональная

 

 

 

 

11

11

 

 

 

 

схема быстродействующегоПАК,

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

предназначенного

для

работы

 

 

 

 

1! Г

I

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

в информационно-измерительной

 

V

 

 

 

 

 

 

i - r M

 

 

 

системе при записи информации

 

'Ф-

Ji,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1t

/

 

в двоичном параллельном

коде

 

 

 

 

 

 

 

 

на магнитную ленту

[341.

Ос­

 

 

 

 

fiS

 

 

 

новными узлами ПАК поразряд­

 

1 Г Т 1

1

 

 

 

 

ного уравновешивания являются

 

1I

11[

 

 

 

 

распределитель импульсов,

пре­

 

1

é J11j -

j

 

о,о о,о

e

образователь код—аналог, нуль-

-о,в -о,б -0,0 -о,г

о

о,г

 

о,о

орган

и управляющее

устрой­

Рис.

1-26.

 

Законы

 

распределения

ство.

 

последовательность

 

 

определяет

сигнала ошибки

при

 

равномерном

Распределитель

 

импульсов

квантовании

 

сигнала с арксинусои-

включения

разрядов

преобразо­

 

дальным распределением

 

вателя

код—аналог

(ПКА);

он

построен на многофазном мультивибраторе с

ячейками M l М8.

ПКА, предназначенный для преобразования некоторой кодовой ком­ бинации в соответствующую величину компенсирующего напряже­ ния, состоит из триггеров Т1 -г- Т8, ключей К1-Т-К8, разрядной сетки на сопротивлениях R 2R и стабилитрона эталонного напряжения СН. Нуль-орган НО выполняет операцию сравнения измеряемого напряжения Ux и компенсирующего напряжения, которое является выходным напряжением ПКА, и управляет работой триггеров Т1 -і- Т8 через схемы совпадения И1 -ь- И8.

58


На рис. 1-29, а и б показаны соответственно принципиальные схемы разряда ключа ПАК с согласующими усилителями и нуль-

органа.

Номинальный

уровень напряжения на входе ПАК

^вх.ном =

г 6,3

 

число двоичных разрядов п ■-= 8, число преоб­

разований в

секунду /гпд

---■ 20000.

 

б,

 

 

В инфразвуковых коррелометрах экспресс-анализа успешно

используются триггеры

Шмитта (в узлах амплитудного квантова-

Ш)

Рис. 1-27. Законы распределения сигнала ошибки при оптималь­ ном квантовании сигнала с арксинусоидальным распределением

нмя), т. е. релаксационные схемы с одним устойчивым состоянием [48]. С целью упрощения схем квантизаторов анализу в таких кор­ релометрах подвергаются не исходные сигналы, а их модули. При этом количество блоков квантизатора удается сократить в два раза.

Основным недостатком триггеров Шмитта, используемых в ка­ честве амплитудных дискриминаторов, является сильно выражен­ ный гистерезис, т. е. отличие уровней срабатывания (опрокидыва­ ния) схемы при положительной и отрицательной производных сиг­ нала на его входных зажимах. Гистерезис принципиально неизбе­ жен. Однако существуют методы его уменьшения. Один из таких

59