Controllo dei correlatori digitali in presenza delle unità di limitazione

Controlli finali

I controlli del correlatore digitale, sviluppati nella lezione precedente in assenza delle unità di limitazione, devono essere ripetuti in presenza dei limitatori che trasformano le $f(t)$ in $X(t)$ ciò allo scopo di verificare che la presenza di questi dispositivi non alteri il regolare funzionamento del correlatore

Questo tipo di verifica è molto importante quando si debba impiegare il correlatore digitale per l'elaborazione dei segnali tipo $f(t),$ cosa molto frequente nelle applicazioni pratiche.

Il controllo si esegue mediante la misura della funzione di correlazione incrociata tra due segnali standard che definiamo come $n1(t)\ e\ n2(t).$

I due segnali standard non sono assolutamente legati da alcuna legge di interdipendenza; dalla correlazione incrociata di essi ci si aspetta pertanto che il correlatore fornisca un'uscita nulla; cioe $C(\tau )x1,2=0.$

I segnali $n1(t)\ e\ n2(t)$ non avendo alcun legame tra loro si dicono grandezze incoerenti.

Condizioni di incoerenza tra f1 (t) , e f2 (t)

Il caso di correlazione incrociata tra $f1(t)$ e $f2(t)$ nella quale si abbia $C(\tau )x1,2=0$ per qualsiasi valore di $\tau$ evidenzia che $f1(t)$ e $f2(t)$ sono tra loro incoerenti.

Un esempio fisico dell'incoerenza tra segnali si verifica tra le tensioni generate da due sensori acustici immersi in mare a centinaia di metri l'uno dall'altro allo scopo di misurare il livello di pressione generato dal moto ondoso in due diverse zone di mare.

La misura di C(tao )x1,2 = 0

Nella fase di misura di $C(\tau )x1,2=0$ si osserverà la presenza di una certa ondulazione attorno allo zero dovuta all'inevitabile varianza provocata dai segnali applicati, l'ondulazione sarà tanto più piccola quanto sara piccola la $Ft$, frequenza di taglio dell'integratore.

Dato che per questo tipo di misura è indifferente il valore di $\tau$ introdotto dall'unità di ritardo e non ne è prevista alcuna variazione si potrà, solo allo scopo di misura, ridurre di molto il valore $Ft$ (aumentando ad esempio la capacita dell'integratore) fino a ridurre l'ondulazione a valori non percettibili; in questo modo si potrà valutare meglio i valore dello zero della $C(\tau )x1,2.$

Rilievi di C( tao )x1,2 = 0

Per illustrare meglio la misura da eseguire ci serviremo dello schema a blocchi di figura 1:

figura 1 -- Nello schema s'intendono sostituiti i segnali $f1(t)$ con $n1(t)$ e $f2(t)$ con $n2(t)$ --

Come si vede dalla figura la grandezza $n1(t)$ è applicata all'ingresso del primo limitatore e dall'uscita di questo raggiunge, tramite la cellula di compensazione CC, il moltiplicatore di segni.

La grandezza $n2(t)$ è applicata all'ingresso del secondo limitatore e raggiunge il moltiplicatore tramite la cellula CC e la catena di ritardo.

Per la misura di $C(\tau )x1,2=0$ l'uscita del correlatore deve essere collegata ad un voltmetro elettronico in c.c.

Valori di fuori zero della $C(\tau )x1,2$ dell'ordine di $\pm 10\ mV$ sono accettabili.

Valori superiori indicano che le unità limitazione hanno qualche anomalia.

Sui segnali n1(t) e n2(t)

I segnali $n1(t)\ e\ n2(t)$ devono essere generati mediante due dispositivi distinti che producono tensioni ad andamento casuale sia d'ampiezza sia di polarità; tensioni di questo tipo sono dette "tensioni di rumore bianco" perché il loro spettro è distribuito uniformemente in un ampio campo di frequenze.

La realizzazione di questi dispositivi è abbastanza semplice nel campo delle basse frequenze, dato che si basa sull'amplificazione della somma delle potenze di rumore generate in parte in appositi resistori ed in parte dai dispositivi stessi che sono preposti all'amplificazione.

Sulle caratteristiche dei limitatori

Per la ricerca di eventuali anomalie sulle cellule di limitazione poniamo in evidenza i punti critici di queste strutture:

• Il limitatore trasforma i segnali $f(t)$ in grandezze del tempo del tipo $X(t)$, a due stati, per poterle poi trattare con i circuiti digitali.

• Il limitatore deve poter trasformare le $f(t)$ in $X(t)$ entro un'ampia dinamica d'ampiezza; deve pertanto operare correttamente sia ai massimi livelli della $f(t)$ sia ai livelli minimi.

• L'onda d'uscita $X(t)$, qualora la $f(t)$ sia del tipo $f(t)=\sin \ \omega t$ deve essere un'onda rettangolare in cui la presenza della seconda armonica di $f(t)$ sia attenuata almeno di $40\ dB$ rispetto all'ampiezza dell'onda rettangolare d'uscita. .

• Il limitatore deve presentare le caratteristiche di cui ai punti precedenti in tutto il campo delle frequenze in cui e definita la $f(t).$

• Il limitatore deve essere intrinsecamente stabile anche se eccitato da tensioni impulsive di ingresso.

• Ogni unità di limitazione deve essere costruita in distinto contenitore schermato con batterie incorporate.

Bibliografia

• J. J. Faran Jr e R. Hills Jr, Correlators for signal reception, in Office of Naval Research (contract n5 ori-76 project order x technical memorandum no. 27), Cambridge, Massachusetts, Acoustics Research Laboratory Division of Applied Science Harvard University, 1952.

• R. J. Urick, Principles of underwater sound, 3ª ed., Mc Graw – Hill, 1968.

• C. Del Turco, La correlazione , Collana scientifica ed. Moderna La Spezia,1993

• C. Del Turco, Principi ed applicazioni dei metodi di autocorrelazione "Rivista L'Antenna anno XXXII n° 6 1960".