135856 (Измеритель отношения сигнал/шум ТВ канала), страница 2

Выборка мгновенных некоррелированных значений шума и запоминание их на время между выборками производится следующим образом. Пакеты усиленного шума (рис.4.3е) с выхода каскада 4 поступают на один вход амплитудно-импульсного модулятора (АИМ) 6, на другой его вход поступают импульсы выборки с выхода формирователя 5 (рис 4.3ж). Частота повторения импульсов выборки - 25Гц., а длительность на уровне амплитуды - приблизительно 20нс. Формирователь 5 запускается строб-импульсами с выхода формирователя 7 и обеспечивает положение импульса выборки посередине временного интервала строб-импульса.

На выходе АИМ образуются импульсы, модулированные по амплитуде шумом (рис.3 з), т.е. размах каждого из этих импульсов U_к пропорционален мгновенной величине шума в момент выборки

U_k U_ш.р-р

где k=1....n, n - число выборок мгновенных значений некоррелированных значений за цикл измерения.

Модулированные шумом импульсы поступают на пиковый детектор 7, который осуществляет “запоминание” размаха каждого очередного импульса до прихода последующего, т.е. в момент прихода k-го импульса на выходе пикового детектора формируется напряжение U_k , а предыдущее напряжение принудительно сбрасывается (рис.4.3и; рис.4.4б). В момент прихода (к+1)-ого импульса сбрасывается напряжение U_k и формируется U_k+1.

Таким образом, на выходе детектора 7 формируется преобразованный шум - дискретный случайный процесс, име-ющий те же статистические характеристики (среднее значение и дисперсию), что и шум на входе измерителя.

Дальнейшее измерение эффективной величины шума производится в соответствии с алгоритмом (3.3), при использовании которого нет необходимости производить, как промежуточную операцию, определение среднего значения, или центрирование, преобразованного шума. Алгоритм измерения ОСШ (3.2) принимается с учетом алгоритма (3.3) вид (3.4).

Операция вычитания, возведения в квадрат, суммирование и логарифмирование в последовательности, определенной алгоритмом (3.4), осуществляют цифровые блоки измерителя. Предварительную трансформацию преобразованного шума в цифровой код производят широтно-импульсный модулятор 10, расположенный в блоке автоматической регулировки усиления, и преобразователь длительность-код 12, расположенный на плате вычитателя и квадратора арифметического блока.

Широтно-импульсный модулятор запускается строб-импульсами с выхода формирователя 9. На выходе модулятора 10 образуется широтно-модулированные импульсы (рис.4.4в), длительность которых пропорциональна размаху преобразованного шума в момент запуска модулятора 10, т.е.

(4.1)

где к=1....n.

Широтно-модулированные импульсы поступают на преобразователь длительность-код 12, на выходе которого формируется число-импульсный код шума, представляющий со-

бой пачки (рис.4.4г), число импульсов в которых N_k пропорционально величинам, т.е.

с учетом (4.1)

где К - коэффициент преобразования аналог-код.

После преобразования аналог-код алгоритм (3.4) принимает вид :

где

На выходе вычитателя 13 формируется число-импульсный код разности двух соседних кодов шума (рис.4.4д), т.е. пачки, число импульсов в которых N_k определяется в соответствии с выражением (4.2) :

(4.2)

где к=1....n.

Квадратор 14 производит возведение в квадрат число-импульсных кодов разностей, поступающих на его вход с выхода вычитателя 13. На входе квадратора 14 формируются пачки (рис.4.4е), число импульсов в которых N_k определяется в соответствии с выражением (4.3):

(4.3)

где к=1....n.

С выхода квадратора число-импульсный код подается на вход буферного счетчика 17 блока дешифраторов. Счетчик 17 выполняет две операции: суммирование за цикл измерения (накопление) кода квадратов разностей N и деление накопленного числа импульсов на n, т.е. на выходе счетчика образуются импульсы, число которых за весь цикл измерения N определяется в соответствии с выражением

.

Логарифмирование числа N в соответствии с алгоритмом производится блоком дешифраторов, а затем дешифрированный код выводится на индикатор. Не пригодность прибора ИСШ-4 заключается в его недостаточной точности, неэкономичности и сложности схемотехники, что затрудняет техническое обслуживание и ремонт.

5. Обоснование выбора структурной схемы модуля измерения ОСШ.

Так как метод измерения в разрабатываемом приборе будет такой же как в приборе ИСШ-4, то принципиально схема не изменяется. Структурная схема модуля измерения ОСШ изображена на рисунке 5.1.

Для обеспечения точости обработки сигнала и требований предъявляемых в ТЗ к входным параметрам разрабатываемого прибора входной сигнал подается на элемент структурной схемы - входной усилитель. Задачей которую должен решить этот блок является усиление входного сигнала и его отбор для дальнейшей обработки по выделению синхросигналов, а также обеспечение соответствия входного сопротивления и емкости данным указанным в ТЗ.

Для обеспечения работы всей схемы обработки алгоритма 3.5 вводится блок выделения синхросигналов. Блок выполняет задачу синхронизации всего процесса измерения либо с внешним источником синхронизации либо внутренне от импульсов синхронизации кадров и строчных синхроимпульсов входящих в состав полного видеосигнала. В функции этого блока входит также вывод на внешнее видеоконтрольное устройство (ВКУ) яркостной метки, указывающей место растра, где происходит измерение величины ОСШ. Выходными сигналами блока является синхроимпульс строки в которой производится измерение величины ОСШ и синхроимпульс по которому производится стробирование сигнала.

После блока входного усилителя полный видеосигнал попадает на первый коммутатор, задачей которого является выделение из полного видеосигнала сигнала строки в которой производится измерение.

Затем сигнал выделенной строки подается на устройство линейного сравнения и компенсации (УЛСК) которое производит нормировку в соответствии с формулой 3.2 и компенсацию величины В_о в составе сигнала выделенной строки.

После этого сигнал подается на второй коммутатор, который должен произвести стробирование при поступлении синхронизирующего импульса от блока выделения синхро-сигналов. Выходной величиной блока является U_k.

Для обеспечения дальнейшей обработки выборок шума, которая является уже чисто математически-статистической, производится преобразование аналог-код. Для этого вводится блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) результатом работы которого является код соответствующий U_k - N_k .

В дальнейшем N_k подается на блок цифровой обработки и управления (БЦОиУ). Функциями блока является накопление массива N_k, вычисление ОСШ по формуле 3.5 по совокупности выборок N_k, управление УЛСК , выдача результата измерения на отображающее устройство.

И последним блоком структурной схемы является устройство отображения результата измерения (УОРИ).

6. Предварительный анализ погрешностей.

Упрощенная структурная схема модуля измерения ОСШ для предварительного анализа погрешностей имеет вид:

Структурная схема является разомкнутой.

Уравнение преобразования для приведенной выше схемы имеет вид:

где К₁ - К₆ коэффициенты преобразования соответствующих блоков.

Таким образом суммарная мультипликативная погрешность прибора равна:

где коэффициенты влияния соответствующего блока на погрешность в целом.

Определим коэффициенты влияния первого блока на мультипликативную погрешность

Аналогично .

Для мультипликативных погрешностей

Суммарная систематическая погрешность

Суммарная случайная погрешность (предварительно предположив нормальный закон распределения погрешностей блоков):

, где

- среднеквадратическое отклонение случайной состав-ляющей мультипликативной погрешности i - блока.

- коэффициент, учитывающий вид закона распределения и доверительную вероятность (Р=0,997; k=3).

По требованию ТЗ предел относительной допускаемой основной погрешности

%

Общая допустимая мультипликативная погрешность

Распределим мультипликативную составляющую погрешности таким образом:

Тогда мультипликативная составляющая систематической погрешности между блоками схемы распределена следующим образом:

Для аддитивной погрешности: (Uвх=0)

где - аддитивная погрешность, действующая на вход i - го блока.

Приведенная ко входу устройства аддитивная погрешность:

Относительная приведенная ко входу аддитивная погрешность:

Номинальные коэффициенты предачи блоков 2,4,5,6 равны 1.

Тогда уравнение для аддитивной погрешности упрощается:

Основное влияние на общую аддитивную погрешность вносят так как в первом блоке происходит умножение на К₁. Следовательно, основное внимание необходимо уделить уменьшению этой погрешности.

При номинальном значении Uвх (т.е. при К₃=1 )

где аддитивная погрешность i - го блока.

Случайную составляющюю аддитивной погрешности, предположив ее нормальный закон распределения можно найти как:

.

Суммарная относительная аддитивная погрешность по ТЗ не должна превышать 1%.

Распределим эту погрешность следующим образом:

(определяется шумами и квантования)