Способ коррекции уровня нелинейных искажений сигналов

(51) 05 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ к источникам образцовых сигналов является требование малости уровня нелинейных искажений(порядка десятых долей ) в максимально широком частотном диапазоне (от долей Гц вплоть до частоты, равной половине частоты дискретизации). Способ коррекции уровня нелинейных искажений генераторов равномерно дискретизированных периодических сигналов, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, связанных с генерацией периодических сигналов разной формы, проводят измерение формы сигнала с помощью идентификационного тестера, сравнивают показания этого тестера с эталонным значением для данной формы сигнала и вводят корректирующее воздействие путем изменения частоты дискретизации и объема выборки так, чтобы свести разность показаний тестера и эталонного значения к минимуму.(76) Кошеков Кайрат Темирбаевич , Кликушин Юрий Николаевич , Кобенко Вадим Юрьевич(54) СПОСОБ КОРРЕКЦИИ УРОВНЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к области статистической обработки сигналов и может быть использовано при конструировании виртуальных(компьютерных) приборов (ВП) и программно-аппаратных комплексов, в частности для обеспечения качественной и высокоточной работы указанных устройств необходимо повысить качества источников сигналов, используемых как эталоны при настройке, калибровке и поверке измерительных каналов. Одним из основных требований 20342 Изобретение относится к области статистической обработки сигналов и может быть использовано при конструировании виртуальных (компьютерных) приборов(ВП) и программно-аппаратных комплексов, в частности для обеспечения качественной и высокоточной работы указанных устройств необходимо повысить качества источников сигналов, используемых как эталоны при настройке,калибровке и поверке измерительных каналов. Одним из основных требований к источникам образцовых сигналов является требование малости уровня нелинейных искажений (порядка десятых долей ) в максимально широком частотном диапазоне (от долей Гц вплоть до частоты, равной половине частоты дискретизации),В среде графического программированияимеются виртуальные инструменты генераторы периодических сигналов. На их основе можно создавать ВП, пригодные для моделирования. Однако, чтобы использовать их в качестве источников образцовых сигналов промышленных систем, необходимо решить проблему, связанную с ростом нелинейных искажений вследствие изменений фазировки отсчетов при вариации частоты сигнала. Визуально данный эффект проявляется на некоторых частотах в виде срезания верхушек сигнала. По форме - это аналогично ограничению амплитуды сигнала выходными каскадами усилителя, входящими в насыщение на высоких частотах при большом уровне выходной мощности. Известен способ 3 аявка РФ 200513481/09, кл. 05 5/00, 2006 статистической коррекции сигнала,включающий статистический анализ сигнала и формирование корректирующих воздействий,отличительными особенностями которого являются- сигнал подвергают статистическому анализу до выдачи потребителю и в течение интервала времени, достаточного для принятия решения о внесении корректирующих изменений в него по результатам упомянутого анализа, при этом сигнал задерживают на время, не меньшее времени анализа,корректирующие изменения вносят в задержанный сигнал, после чего задержанный сигнал доставляют потребителю- вносимые в сигнал корректирующие изменения сводятся к изменениям его уровня и формы спектра сигнала, к добавлению к сигналу дополнительного сигнала, содержащего дополнительную информацию для потребителя- статистический анализ проводят для оценки максимального значения сигнала и для определения спектра сигнала- корректор на основе способа имеет блок задержки, выполненный на основе запоминающего устройства и жестких магнитных дисках, а управляемый блок - в виде усилителя с управляемым коэффициентом усиления и эквалайзера с электронным управлением. Недостатком указанного способа является то, что не рассматривается коррекция нелинейных 2 искажений, которые возникают при проведении статистического анализа и обусловлены фазировкой отсчетов при вариации частоты сигналов. Для реализации способа используются корректор,реализованный на аппаратных электронных блоках,следовательно, его недостатком является - не применимость при конструировании компьютерных виртуальных приборов и программно - аппаратных комплексов. В указанном способе управляемый блок управления выполнен в виде эквалайзера с электронным управлением, что подчеркивает его применимость в ограниченном диапазоне час гот,например, для обработки сигналов звуковой частоты, а также необходимость адаптации корректора к форме сигнала. Задача изобретения - уменьшение уровня нелинейных искажений генераторов периодических сигналов на основе использования системы автоматического регулирования формы сигнала. На фиг. 1 представлена структурная схема генератора периодических сигналов с управляемой формой сигналов. Технический результат уменьшение уровня нелинейных искажений периодических сигналов. На фиг. 1 представлена структурная схема генератора периодических сигналов с управляемой формой сигналов. Основные элементыидентификационный компаратор, состоящий из вычитающего и порогового устройствавнутренняя база данных, предназначенная для перевода имени генерируемого сигнала в числовой эквивалент, равный эталонному значению его формы-- идентификационный тестер специальный инструмент для измерения формы сигнала, , , - управляемый генератор сигналов. На фиг.2 изображены панель управления (слева) и структура программного кода(справа) виртуального прибора, реализующего заявляемый способ в среде -7 и с помощью которого проведены сравнительные исследования характеристик двух генераторов - без и с коррекцией нелинейных искажений. На дисплее панели управления показана частотная характеристика генератора без коррекции нелинейных искажений. На фиг.3 изображен дисплей панели управления виртуального прибора в среде -7,представленного на фиг.2, на котором показана частотная характеристика генератора с коррекцией нелинейных искажений,На фиг.4 представлена структура программного кода виртуального подприбора - в среде-7, предназначенного для измерения формы сигналов, библиотеки заявляемых инструментов. На фиг.5 представлена структура программного кода виртуального подприбора -. в среде-7 - внутренней базы данных и идентификационного компаратора системы автоматического регулирования формы сигналов библиотеки заявляемых инструментов. На фиг.6 представлена структура программного кода виртуального подприбора -. в среде-7, предназначенного для генерации сигналов синусоидальной , треугольной ,прямоугольнойи пилообразнойформы с коррекцией нелинейных искажений библиотеки заявляемых инструментов. Предложение способа отличается от известного решения, основанного на спектральной оценке уровня нелинейных искажений тем, что, во-первых,форма сигнала измеряется непосредственно с помощью специального инструмента - идентификационного тестера-тестеры являются элементарными средствами идентификационных измерений. В них происходит измерение формы сигнала путем преобразования массива выборочных реализаций сигнала в одно,идентификационное число, по формуле (1). Существуют также тестеры, которые измеряют вариабельность сигнала или его характеристик. Кликушин Ю.Н. Библиотека виртуальных инструментов анализа и синтеза формы сигналов. Свидетельство об отраслевой регистрации,50200601945, Министерство образования и науки РФ, ОФАП, М. 2006. Во-вторых, для перевода имени генерируемого сигнала в числовой эквивалент, равный эталонному значению его формы, применяется внутренняя база данных (БД) (фиг.1). Эта БД формируется по результатам предварительных измерений формы тех сигналов, которые предполагается использовать в генераторе. В-третьих, сравнение измеренного значения идентификационного показателя формы выходного сигнала генератора и эталонного идентификационного показателя, поступающего с выхода БД, осуществляется с помощью идентификационного компаратора, состоящего из вычитающего и порогового устройств. Выход компаратора подключается ко входу управления генератора сигналов. Наличие БД. которая по заданному типу сигнала определяет необходимое эталонное значение идентификационного параметра о и задает погрешность сравнения для компаратора,позволяет классифицировать заявляемый генератор как интеллектуальное средство измерения. В соответствие со структурной схемой (фиг.1) был разработан виртуальный прибор (фиг.2), с помощью которого проведены сравнительные исследования характеристик двух генераторов - без и с коррекцией нелинейных искажений. Таблица 1. Эффективность коррекции По среднему квадрату Поотклонению 1000 10000 1000 10000 133 106 474 106 120 116 453 376 6 5 17 17 60 83 104 96 8 7 22 25 Данный ВП содержит стандартный генератор),предлагаемый генератор (.) с коррекцией нелинейных искажений, два Р-тестера -типа,предназначенные для измерения формы выходных сигналов этих генераторов. Параметр Указанные инструменты помещены в общий цикл типа -, с помощью которого формируется частотная характеристика (ЧХ) генераторов. В идеальном случае ЧХ должна представлять собой прямую линию, идущую параллельно оси абсцисс (частот) в диапазоне от 0 до частоты,равной половине частоты дискретизации. На дисплее панели управления (фиг.2) показана ЧХ генератора без коррекции нелинейных искажений. При этом отчетливо видны вариации ЧХ в виде бросков показаний -тестера. Эти вариации измеряются и сравниваются с показаниями ЧХ генератора с коррекцией в виде отношения среднеквадратических погрешностей (индикатор ) и в виде отношения максимальных погрешностей (индикатор -2). Если указанные отношения превышают 1, то можно считать коррекцию эффективной. Результаты измерения эффективности коррекции представлены в табл. 1. Из данных таблицы 1 следует, что по всей совокупности форм сигналов, погрешности откорректированного генератора от 5 до 100 раз меньше,чем у прототипа. Это подтверждается и визуально видом ЧХ (фиг. 3) откорректированного генератора. При одинаковом масштабе по оси амплитуд, на данной ЧХ броски измеренных значений формы практически отсутствуют. Таким образом, поскольку эффективность предлагаемого способа коррекции нелинейных искажений достаточно высока, его можно рекомендовать к применению, по крайней мере, в модельных генераторах периодических сигналов среды . В библиотеку заявляемых инструментов входят виртуальные подприборы, перечисленные в табл. 2. Назначение Генерация сигналов синусоидальной формы без коррекции нелинейных искажений Измерение формы сигналов Внутренняя БД и идентификационный компаратор системы автоматического регулирования формы сигналов Генерация сигналов синусоидальной ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ коррекции уровня нелинейных искажений сигналов, включающий анализ и обработку выходного сигнала путем сравнения с некоторой установкой - эталоном с последующим формированием корректирующих воздействий,отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, связанных с генерацией периодических сигналов разной формы,проводят измерение формы сигнала с помощью идентификационного тестера, сравнивают показания Структура программного кода Стандартная библиотекаПредлагаемая библиотека этого тестера с эталонным значением для данной формы сигнала и вводят корректирующее воздействие так, чтобы свести разность показаний тестера и эталонного значения к минимуму. 2. Способ коррекции уровня нелинейных искажений сигналов по п.1, отличающийся тем,что корректирующее воздействие вносится путем изменения частоты дискретизации. 3. Способ коррекции уровня нелинейных искажений сигналов но п.1, отличающийся тем,что корректирующее воздействие вносится путем изменения объема выборки.