СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
FREQUENCY DISTORTION ESTIMATION METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсниками в исходный случайный сигнал с нормальным распределением. В частности, способ и устройство могут найти применение в задачах контроля качества прохождения сигнала в аудиотрактах.
Известен способ (прототип) оценки частотных искажений, согласно которому определяют нормированные автокорреляционные функции сигналов, а для оценки вносимых искажений полученные величины сравнивают между собой [пат. РФ №2280878. Опубл. 27.07.2006. Бюл. №21].
Устройство, реализующее способ-прототип, содержит два коррелятора, два блока нормирования и блок сравнения [пат. РФ №2280878. Опубл. 27.07.2006. Бюл. №21].
Существенным недостатком прототипа как способа, так и устройства, является сложность получения нормированных корреляционных функций исходных аналоговых сигналов.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящих изобретений, заключается в упрощении технических решений за счет упрощения процесса определения автокорреляционных функций.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсником, предусматривающим для получения оценки частотных искажений сравнение автокорреляционных функций, согласно изобретению, преобразуют входной сигнал в последовательность импульсов постоянной амплитуды и переменной длительности, преобразуют выходной сигнал в последовательность импульсов постоянной амплитуды и переменной длительности, после чего определяют автокорреляционные функции полученных последовательностей импульсов.
Последовательности импульсов постоянной амплитуды и переменной длительности могут быть как биполярными, так и униполярными.
Технический результат достигается также тем, что в устройство для оценки частотных искажений, содержащее два коррелятора и блок сравнения, выход которого является выходом устройства, выходы корреляторов подключены ко входам блока сравнения, согласно изобретению, введены два компаратора, выход первого компаратора подключен ко входу первого коррелятора, выход второго компаратора подключен ко входу второго коррелятора, сигнальные входы компараторов являются входами устройства, а входы опорных напряжений компараторов подключены к общей шине.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже показана функциональная схема устройства с подключенным тестируемым четырехполюсником.
L
Схема по чертежу содержит компараторы 1, 2, корреляторы 3, 4, блок 5 сравнения и тестируемый четырехполюсник, представляющий собой усилитель 6 с подключенной нагрузкой сопротивлением R. Сигнальный вход компаратора 1 служит первым входом устройства, вторым входом которого служит сигнальный вход компаратора 2, к первому входу устройства подключен выход тестируемого усилителя 6, вход которого объединен со вторым входом устройства, выходы компараторов 1, 2 подключены ко входам корреляторов 3, 4 соответственно, выходы которых подключены ко входам блока 5 сравнения, выход которого является выходом устройства. Входы опорных напряжений компараторов 1, 2 подключены к общей шине устройства.
вых
вх
вых
Известно, что корреляционные характеристики стационарных случайных процессов на входе и выходе линейной инерционной цепи связаны между собой функциональной зависимостью, учитывающей физические параметры самой цепи: автокорреляционная функция выходного сигнала R(τ) определяется как свертка автокорреляционной функции входного сигнала R(τ) и автокорреляционной функции импульсной характеристики цепи. Из чего следует, что при заданном входном воздействии корреляционные свойства выходного сигнала линейной инерционной цепи зависят от ее импульсной характеристики. В свою очередь, преобразование Фурье для импульсной характеристики дает нам комплексный коэффициент передачи цепи K(jω), который однозначно и исчерпывающе определяет ее частотные свойства. Связь между R(τ) и K(jω) известна и имеет вид
,
вх
вых
2
откуда видно, что в идеальном случае отсутствия частотных искажений, когда =K функции автокорреляции R(τ) и R(τ) на входе и выходе будут отличаться только постоянным коэффициентом K:
,
так как
.
вых
вх
Если в диапазоне рабочих частот K(jω)≠const, то условие (1) не соблюдается, т.е. R(τ)≠cR(τ), для любого с, что соответствует наличию частотных искажений.
Из представленных зависимостей следует, что задача оценки частотных искажений может быть обоснованно сведена к корреляционному анализу отдельно входного и выходного стационарных случайных сигналов линейной системы, а именно к сравнению их автокорреляционных функций.
Для исключения влияния на результат сравнения масштабирующих свойств цепи (абсолютного усиления сигналов) следует перейти к нормированным функциям:
и
вх
вых
где ρ(τ), ρ(τ) - нормированные автокорреляционные функции входного и выходного сигналов соответственно.
В то же время известно, что между нормированной корреляционной функцией ρ(τ) и знаковой функцией А(τ) существует строгая связь, справедливая для процессов с нормальным распределением:
.
Одной из особенностей знаковой корреляционной функции А(τ) является ее равенство единице при τ=0, что освобождает исследователя от введения дополнительной операции нормирования, необходимой при сравнительном анализе.
вх
вых
0
0
В силу вышеизложенного критерий оценки частотных искажений может быть выражен через знаковые автокорреляционные функции А(τ), А(τ) соответственно входного и выходного сигналов. Им может быть коэффициент f(A(τ)), не зависящий от абсолютных значений сравниваемых функций (обладающий свойством: 0≤f(A(τ))≤1 и имеющий вид):
Таким образом, согласно записи (2) осуществляется сравнение автокорреляционных функций входного и выходного сигналов. Причем поскольку в приведенном выражении фигурируют знаковые автокорреляционные функции, то под сигналами, автокорреляционные функции которых находят, следует понимать последовательности импульсов постоянной амплитуды и переменной длительности, полученные путем преобразования исходных аналоговых сигналов (входного и выходного). Последовательности импульсов могут быть как биполярные, так и униполярные. Т.е. квантование может быть как трехуровневое, так и двухуровневое. В последнем случае речь идет о клиппированных сигналах.
Упрощение способа оценки искажений и измерителей, его реализующих, достигается как за счет исключения операций нормирования автокорреляционных функций, так и за счет перехода от многоразрядных операндов к одноразрядным, которые необходимы для представления импульсов постоянной амплитуды.
Для реализации способа, предусматривающего формирование униполярных последовательностей импульсов, предложено устройство, показанное на чертеже.
Компараторы 1 и 2 служат для преобразования исходных аналоговых сигналов в униполярные последовательности импульсов с постоянной амплитудой и переменной длительностью, т.е. для их клиппирования. В корреляторах 3, 4 определяются автокорреляционные функции последовательностей импульсов, что позволяет считать их знаковыми автокорреляционными функциями, которые не требуют дополнительного нормирования. Полученные функции направляются в блок 5 сравнения для нахождения оценки частотных искажений согласно критерию (2).