Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



ния в связи с многофункциональностью этих приборов.

в настоящее время поверка анализаторов спектра ведется с помощью генераторов синусоидальных колебаний, широкополосных вольтметров и аттенюаторов, т. е. с по-мсвдью устройств широкого назначения. Поверка анализаторов спектра с помощью только синусоидального сигнала не позволяет выявить погрешность, связанную с нелинейностью входных узлов анализаторов спектра. Точность широкополосных вольтметров для поверки анализаторов спектра (АС) на малых уровнях недостаточна. Стабильность выходных напряжений генераторов низка. В настоящее время существует только два узаконенных документа по метрологическому обеспечению анализаторов спектра. Это методические указания по поверке анализаторов спектра (МУ-204). Они распространяются только на три типа приборов (С4-5, С4-8, С4-9) и уже устарели.

С 1979 г. введен в действие ГОСТ 22741 - 77, который устанавливает общие технические требования на АС и дает общие рекомендации по их испытаниям. Наряду с поверкой по синусоидальным сигналам ГОСТ допускает возможность поверки АС по сигналам с нормированными спектральными составляющими. Способы оценки погрешности измерения частоты спектральных составляющих и частотных интервалов между ними, существующие в настоящее время, удовлетворяют современным требованиям. Способы поверки амплитудных характеристик, т. е. способы оценки погрешности измерения амплитуд и отношения амплитуд спектральных составляющих, нуждаются в доработке.

В настоящее время разрабатываются методы и средства поверки анализаторов спектра по сигналам с нормированными спектральными составляющими.

Для оценки погрешности измерения абсолютных уровней амплитуд составляющих разработан способ, использующий последовательность однополярньк прямоугольных видеоимпульсов. Калибровка абсолютных значений амплитуд составляющих производится путем формирования импульса с требуемыми параметрами. Вместо высоты импульсов устанавливают требуемую постоянную составляющую, что приводит к уменьшению погрещности. При этом импульсы пропускают через фильтр нижних частот, имеющий частоту среза ниже частоты следования импульсов. Длительность импульса с большой точностью устанавливается по обращению в нуль определенных составляю-

щих. Сформированный таким образом сигнал подают на вход анализатора спектра, измеряют амплитуду составляющей, значение которой рассчитано, и по расхождению значений определяют погрешность АС. Установить калиброванные значения амплитуд можно на уровнях порядка сотых долей вольта и выше.

Для поверки более чувствительных приборов разработан способ калиброванного относительного изменения амплитуд спектральных составляющих. Он базируется на связи между изменением числа импульсов в серии или изменением периода следования серий, с одной стороны, и относительным изменением амплитуд определенных составляющих, с другой стороны. Серии импульсов формируют следующим образом.

Из каждых /и, импульсов периодической последовательности оставляют только некоторое число Pi импульсов. Амплитуды спектральных составляющих на частотах, кратных частоте следования импульсов в пачках J7„ , пропорциональны Pi/mj:

Изменяя р и m, можно получить различные изменения амплитуд составляющих

К = U„JV„, = (P2"5i)/(Pln2).

Можно использовать спектральные составляющие серий импульсов на частотах, меньших частоты следования импульсов.

Отношение амплитуд составляющих при различных чирлах импульсов в сериях определяется формулой

£3.=

р2 - 1 \ 2

сов2п/сГх\ +

г = 0, 1.2... 7

Pi-I \2

X cos2K/,rTJ -1-

= 0,1.2...

/ Рг-1 \2

sm2n/„rxl

\г = 0.1.2... /

{ y. sm2nfj-z\

Vr = 0.1.2... /

Форма импульсов для указанных случаев может быть любой, но она не должна меняться в процессе измерений.

Описанный способ калиброванного изменения амплитуд составляющих позволяет оценить погрешность АС при измерении как напряжений амплитуд составляющих, так и их отношений с большой точностью.

Если в сериях, сформированных описанным выше способом, используются прямоугольные импульсы, то их можно исполь-



зовать для получения калиброванного отношения амплитуд двух составляющих. Отношение амплитуд определяется формулой

-£ =

р{т+\)

mcos

\,=0.1,2...

cos --г I -I-т

I sm - г

Для случая, когда необходимо оценивать погрешность измерения малых изменений составляющих, например через 0,1 дБ, можно использовать способ плавного калиброванного изменения амплитуд составляющих. Этот способ основан на свойстве спектральных составляющих, коротких по сравнению с периодом следования импульсов.

Неравномерность АЧХ можно определять двояко. Можно изменять частоту одной составляющей, поддерживая ее амплитуду или высоту отклика. Можно использовать широкополосный спектр, у которого заведомо известно отношение амплитуд составляющих. О неравномерности АЧХ в этом случае судят по изменению отношений высот откликов. Наиболее удобен спектр, в котором есть составляющие с одинаковыми амплитудами. Если длительность импульсов отличается от половины периода на малую величину Дтп, то четные составляющие в определенном интервале частот имеют примерно одинаковую амплитуду:

а, = (-1) к/2 (2AJkn) sin кп (Дт„/Т) =

= (-1)/с/2 2Л,(Атп/П

где А: = 2, 4, 6 ...

Методические указания и ГОСТ, определяющие основные параметры АС и их испытания, распространяются только на анализаторы спектра последовательного типа. Определение метрологических характеристик приборов другого типа производится по их техническим условиям и инструкциям эксплуатации, поэтому приведем перечень и краткие определения метрологических характеристик цифровых и аналого-цифровых анализаторов спектра. Использование этих характеристик позволяет в большинстве практических случаев определить возможность и целесообразность применения конкретного анализатора спектра для решения той или иной задачи спектральной обработки и отображения информации.

1. Суммарная погрешность спектрального анализа 5 характеризует меру количественного соответствия экспериментального и аналитического спектров. Оценивается по отношению максимума суммарной погрешности определения модуля спектра sup I AS (и) I в заданном диапазоне частот к максимально возможному показанию анализатора спектра supf(co). Допускается раздельное представление составляющих суммарной погрешности: погрешности взвешивания 5g3, погрешности дискретизации 8д„с. погрешности квантования 8, различных инструментальных погрешностей 5, (i = 0,1,...). При этом суммарная погрешность определяется как среднеквадратическое значение локальных погрешностей. При метрологических испытаниях анализаторов спектра суммарная или локальные погрешности обычно оговариваются по отношению к группе тестовых сигналов в виде отрезков гармонических колебаний с заданными частотами, фазами и длительностями. От оценки суммарной погрешности 6 можно перейти к оценке суммарной погрешности определения пар-циональных характеристик спектра: ортогональных составляющих и фазы.

2. Интервал анализа Та определяет максимально возможную длительность исследуемых сигналов Тс без их усечения, должен согласовьшаться с интервалом существования исследуемых сигналов, если исходить из условия

ГсбГа.

Интервал анализа косвенно определяет одно из условий полноты представления спектра - шаг дискретности по частоте:

Дш < 2я/Га.

Для дискретно-аналоговых и цифровых анализаторов спектра интервал анализа совместно с интервалом дискретизации определяет количество учитываемых отсчетов сигнала N = Та/А/, что весьма важно для оценки погрешности этих приборов.

3. Верхняя граничная частота анализа Qb определяет рабочий диапазон частот. Она согласуется по априорно известным сведениям о граничной частоте спектра исследуемых сигналов или частоте среза ограничивающего фильтра. Эту величину для ди-скретно-аналоговьгх и цифровых анализаторов спектра косвенно определяет интервал дискретизации исследуемых сигналов

Af = я/пгПв,

где т - коэффициент запаса по частоте дискретизации, зависящий от крутизны спада исследуемого спектра рабочего диапазона



14.5. Метрологическое обеспечение СИ характеристик спектра

частот и допустимой погрешности дискретизации.

Для анализаторов спектра полосовых сигналов (дисперсионных анализаторов в частности) этот параметр заменяется шириной полосы рабочего диапазона частот

4. Чувствительность А определяет минимальный уровень (амплитуду) сигнала заданной длительности, при котором обеспечивается индикация максимального значения модуля исследуемого спектра supf (w) с заданным превышением над уровнем собственных помех. При метрологических испытаниях анализаторов спектра чувствительность оговаривается по отношению к отрезку гармонического сигнала, настроенного на центральную частоту анализа.

Следует отметить, что чувствительность по модулю А при известном уровне собственных помех определяет чувствительность по отношению к ортогональным со-ставляюшим и фазе.

5. Динамический диапазон анализа Д определяется как отношение максимального регистрируемого при заданной степени искажений значения модуля спектральной плотности гармонического сигнала максимальной длительности к минимальному регистрируемому при заданном превышении над

уровнем собственных помех значению модуля спектральной плотности гармонического сигнала. Динамический диапазон для сложных сигналов вследствие распределения энергии по диапазону частот уменьшается в /в раз, где В = FT- сложность сигнала.

6. Время запаздывания готовности результатов т характеризует задержку определения н регистрации всего множества определяемых отсчетов спектра исследуемого сигнала по отношению к моменту окончания его регистрации. В аналоговых и дискретно-аналоговых АС оно отсчитывается от конца интервала анализа Га, в цифровых - от момента регистрации последнего из учитываемых отсчетов сигнала. Косвенно время запаздывания характеризует быстродействие анализаторов спектра.

В ряде случаев вместо времени запаздывания т удобно использовать его относительную меру - коэффициент запаздьшания К, равный отношению времени запаздывания к реальному или гипотетически допустимому интервалу дискретизации Дг = п/Пв:

/С, = т/М.

Подробнее о погрешностях, их природе и учете их влияния изложено в специальной литературе.

РАЗДЕЛ ПЯТНАДЦАТЫЙ ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

15.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Модуляцией называется физический процесс преобразования несущего сигнала, при котором один из параметров его подвергается изменению, соответствующему закону информативного сигнала. Несущий сигнал, параметр которого подвергнут изменению, называют модулированным, а сигнал, в соответствии с законом изменения которого производят модуляцию,- модулирующим.

Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай, когда в качестве несущего используется синусоидальный сигнал вида

и (f) = t/o sin(tOot -I- фо) = [/о sin Ф(г),

(15.1)

где t/o ~ амплитуда сигнала; Wp - круговая частота сигнала; Фо и Ф - соответственно начальная и текущая фазы сигнала.

В зависимости от того, какой параметр данного сигнала подвергается изменению, различают следующие виды модуляции:

амплитудную, при которой получается амплитудно-модулированный сигнал (AM сигнал);

частотную (ЧМ сигнал);

фазовую (ФМ сигнал).

Модуляцию двух последних видов ввиду существующей тесной связи между ними часто объединяют под единым термином «угловая модуляция».

Модулированные сигналы как единственный возможный носитель информации чрезвычайно широко используются в радиоэлектронике и других областях науки и техники. В частности, AM сигналы применяют в радиовещании и во многих специальных радиоэлектронных устройствах. Сигналы с угловой модуляцией используют в системах связи, телевидении, радионавигации, системах телеуправления и др.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 [152] 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0142