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
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 ( - ^ |
1Ѳ/-.-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