Устройство для измерения формы сигналов

Устройство для измерения формы сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ СИГНАЛОВ, содержащее фильтр, блок фазовой автоподстройки частоты и блок изменения амплитуды, соединенный с выходом фильтра, о т л ич а ю 14 е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расччирения функциональных возможностей , в него дополнительно введены блок синхронизации, блок управляемых задержек, восстанавливающий фильтр и бинарный квантователь, при этом Выход фильтра подклчюен к входам блока синхронизации и бинарного квантователя, выход бинарного квантователя соединен с сигнальным входом блока фазовой автоподстройки частоты, выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами блока фазовой автоподстройки частоты и с управляющим входом блока управляемых задержек, выходы блока фазовой автоподстройки частоты соединены с информационными входами блока управляемых задержек, первый выход которого.подключен к первому (Л входу восстанавливающего фильтра, а второй выход подключен к управляющему входу блока измерения амплитуды , выход которого подключен к второму входу восстанавливающего фильтра. ,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) gyes 0.01 R 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3443981/18-21 (22) 01.04.82 (46) 15.12.83. Вюл. )) 46 (72) И,O. Ларин, С.А. Гурьянон, В.A. ИсаЕв и П.В. Иарапов (71) Новгородский политехнический институт (53) 621.317 ° 7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 444991, кл. 0 01 R 19/04, 1972.

2. Ивлиев A.Ä., Зиновьев В.Е.

Следящий измеритель амплитуды и фазы низкочастотных синусоидальных сигналов. — "Приборы и техника эксперимента". 1978, )) 11, с. 101 (прототип) . (54)(57) 1,УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ фОРМц СИГНАЛОВ, содержащее фильтр блок фазовой автоподстройки частоты и блок измерения амплитуды, соединенный с выходом фильтра, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введены блок синхронизации, блок управляемых задержек, восстанавливающий фильтр и бинарный квантователь, при этом выход фильтра подклчюен к входам блока синхронизации и бинарного квантователя, выход бинарного квантователя соединен с сигнальным входом блока фазавой автоподстройки частоты, выходы блока синхронизации соединены с упранляющими входами блока фаэоной автоподстройки частоты и с управляющим входом блока управляемых задерЖек, выходы блока фазоной автоподстройки частоты соединены с иыформационными нходами блока управляемых задержек, первый выход которого подключен к первому входу восстанавливающего фильтра, а второй выход подключен к управляющему входу блока измерения амплитуды, выход которого подключен к второму входу восстанавливающего фильтра.

1061070

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок фазо- вой автоподстройки частоты выполнен

И -канальным, при этом каждый канал состоит иэ последовательно соединенных фазового детектора, цифрового интегратора, цифрового фаэовращателя и двухвходового элемента И, причем входы фазовых детекторов объединены и подключены к сигнальному входу блока фаэовой автоподстройки частоты, вторые входы двухвходовых элементов И соединены с. соответствующими И управляющими входами блока фаэовой автоподстройки частоты, а выходы двухвходовых элементов И соединены с управляющими входами фазовых детекторов и с N выходами блока фаэовой автоподстройки частоты.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок изм рения амплитуды выполнен в виде

Изобретение относится к области электроизмерений, в частности к устройствам для измерения формы сиг-. налов, и может быть использовано 4 для измерения формы сигналов, излучаемых станциями импульсно-фазовых радионавигационных систем.

Известно устройство для измерения формы сигнала, содержащее элемент сравнения (нуль-орган), первый вход 10 которого является входом устройства, преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, генератор образцовой частоты, соединенный че- 15 рез счетчик импульсов с входом преобразователя код — напряжение, анализатор, вход которого соединен с выходом элемента сравненйя, а выход через блок выбора адреса подключен к первому входу запоминающего блока, два других входа которого подключены соответственно к преобразователю код — напряжение и счетчику импуль- сов (1) .

Это устройство является устройством неследящего типа, осуществляющим регистрацию параметров сигнала по одной реализации. Особенностью известного устройства является измерение формы сигнала по ссобым точкам — точкам чередующихся наиболь= ших и наименьших значений сигнала и моментов их наступления.

Недостатком устройства является большая флюктуационная погрешность З5 элемента сравнения, первый вход

Которого соединен с входом блока измерения амплитуды, входного коммутатора, соединенного с выходом элемента сравнения, N цифровых фильтров, состоящих из дискретных усредняющих элементов и цифровых ин-теграторов, причем сигнальные входы цифровых фильтров подключены к выходам входного коьиутатора, их управляющие входы объединены и подключены К управляюцему входу блока измерения амплитуды, а входы Н цифровых фильтров подключены к информационным входам выходного коммутатора, и цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходами блока измерения амплитуды и выходного коммутатора, а выход подключен к второму входу элемента сравнения, причем управляющие входы коммутаторов сОединены с управляющим входом блока измерения амплитуды. измерения при малых соотношениях сигнал-шум. Попытка увеличения соотношения сигнал — шум для увеличения точности измерения путем предварительной фильтрации сигнала линейными избирательными цепями приводит к искажению формы сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения формы сигналов, содержащее последовательно включенные усилитель и фильтр, блок автоматической регулировки амплиту-ды, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход подключен к управляющему входу усилителя, блок фазовой автоподстройки частоты, первый вход которого соединен с выходом фильтра, а второй вход подключен к выходу источника опорного напряжения, блок измерения амплитуды, три входа которого соединены соответственно с входом усилителя, выходом блока автоматической регулировки амплитуды и с выходом блока фазовой автоподстройки частоты, и блоки регистрации фазы и амплитуды, соединенные соответственно с выходами блоков фазовой автоподстройки частоты и измерения амплитуды (2j .

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что фильтр вносит искажения в форму сигнала вследствие неравномерности его амплитудно-частотной характеристики, а также раз.1061070 личных фазовых сдвигов гармоник различной частоты, определяемых Фа зочастотной характеристикой. K недостаткам данного устройства относится также воэможность измерения амплитуды и фазы лишь в одной точке сигнала, а также исполнение на аналоговой элементной базе, не позволяющей добиться большой стабильности параметров и» как следствие этого, высокой инструментальной точности измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения, а также расширение Функциональных возможностей за счет реализации одновременного измерения сигнала с Й точках с последующим восстановлением формы радиоимпульса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения формы сигналов, содержащее фильтр, блок фазовой автоподстройки частоты и блок измерения амплитуды, соединенный с выходом фильтра, дополнительно введены блок синхронизации, блок управляемых задержек, восстанавливающий фильтр .и бинарный квантователь, при этом выход фильтра подключен к входам блока синхронизации и бинарного квантователя, выход бинарного квантователя соединен с сигнальным входом блока фазовой автоподстройки частоты, выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами блока фазовой автоподстройки частоты и с управляющим входом блока управляемых. задержек, выходы блока фазовой автоподстройки частоты соединены с информационными входами блока управляемых задержек, первый выход которого подключен к первому входу восстанавливающего фильтра, а второй выход подключен к управляющему входу блока измерения амплитуды, выход которого подключен к второму входу восстанавливающего фильтра.

Блок фазовой автоподстрояки частоты выполнен Й -канальным, при этом каждый канал состоит из последовательно соединенных фазового детектора, цифрового интегратора, цифрового фазовращателя и двухвходового элемента И, причем входы фазовых детекторов объединены и подключены к сигнальному входу блока фазовой автоподстройки частоты, вторые входы двухвходовых элементов

И соединены с соответствующими

М управляющими входами блока .Фазовой автоподстройки частоты, а выходы двухвходовых элементов И соединены с управляющими входами фазовых детекторов и с и выходами блока фазовой автоподстройки частоты.

Кроме того, блок измерения ампли-. туды выполнен в виде элемента сравнения, первый вход которого соединен с входом блока измерения амплитуды, входного коммутатора, соединенного с выходом элемента сравнения

М цифровых фильтров, состоящих из дискретных усредняющих элементов и цифровых интеграторов, причем сигнальные входы цифровых фильтров

10 подключены к выходам входного коммутатора, их управляющие входы объединены и подключены к управляющему входу блока измерения амплитуды, а выходы Й цифровых. фильтров под15 ключены к инФормационным входам выходного коммутатора, и цифро-аналогового преобразователя, вход которого соединен с выходами блока измерения амплитуды и выходного комму20 татора а выход подключен к второму

У входу элемента сравнения, причем управляющие входы коммутаторов соединены с управляющим входом блока измерения амплитуды.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства. устройство содержит фильтр 1, блок 2 синхронизации, бинарный кван тователь 3, Н каналов блока фазоsoA автоподстройки частоты, каждый из которых состоит из фазового детектора 4, цифрового интегратора 5, цифрового фазовращателя 6, двухвходового элемента 7 И, блок 8 управляемых задержек, блок измерения амплитуды, который состоит из элемента 9 сравнения, входного коммутатора 10, N цифровых фильтров, реали40 зованных как последовательное соединение дискретного усредняющего элемента 11 и цифрового интегратора

12, выходного коммутатора 13, цифроаналогового преобразователя 14, 45 а также восстанавливающий фильтр 15.

Рассмотрим работу устройства на примере измерения формы сигналов импульсно-фазовой радионавигационной системы, представляющих радиоимпульс с экспоненциальностепенной функцией огибающей, изменяющейся по телу сигнала частотой заполнения и средней частотой заполнения равной 100 кГц (фиг. 2а).

Устройство осуществляет измерение . временного положения точек перехода сигнала через ноль и измерение значений амплитуды полупериодов высокочастотного заполнения, временное положение которых жестко связано

i5O с временным положением переходов сигнала через ноль. Получаемый при этом объем информации при узкой полосе сигнала полностью характери-. зует фазу и амплитуду исследуемого

6у радиоимпульса, т.е. всю форму сигнала.

1061070

Входной сигнал поступает на вход фильтра 1, представляющего собой активный полосовой фильтр, настроенный на частоту 100 кГц. Фильтр 1 осуществляет усиление входного сиг- нала и его фильтрацию на фоне помех. Выходной сигнал фильтра 1 поступает на вход блока 2 синхронизации, который производит поиск сигнала и,определяет моменты времени его начала. Необходимость этого связана с тем, что длительность сигнала мала по сравнению с периодом его повторения (длительность сигнала

120-150 мкс, а период повторения не менее 1 мс) . 15

Блок 2 синхронизации осуществляет формирование временных "окон" (фиг. 2б, в), которые поступают на вторые входы двухвходовых элементов 7 И каналов блока фаэовой автопод-ъ0 стройки частоты для определения периода, в кОтОрОм пройзводится измерение.

Каждый из каналов блока фаэовой автоподстройки частоты работает следующим образом.

Сигнал с выхода бинарного квантователя 3 поступает на вход фазового детектора 4, где производится сравнение фаз входного сигнала и сигнала с выхода цифрового фазовращателя 6 и вырабатывается сигнал ошибки в виде соответствующей кодовой комбинации, который Определяет разность фаэ входных сигналов в момент сравнения. Выходной сигнал цифрового фазового детектора 4 подвергается обработке в цифровом интеграторе 5, который подобно обычному фильтру низких частот производит коррекцию передаточной функции блока фаэовой 40 автоподстройки частоты. Это достигается усреднением отсчетов мгновенных значений сигнала с цифрового фазового детектора 4. Цифровой фаэовращатель б изменяет фазу выходного 45 сигнала с определенным дискретом в соответствии с поступающими сигналами с выхода цифрового интегратора 5 таким образом, чтобы ее расСогласование с фазой измеряемого сигнала было минимальным.

Сигнал цифрового фазовращателя б (фиг. 2 г, д) поступает на первый вход двухвходового элемента 7 И, где происходит выделение необходимого строба слежения (Фиг. 2, е,ж) .

Слежение за экстремальными точками сигнала, а именно за амплитудой полупериодов высокочастотного заполнения, осуществляется в моменты времени, определяемые стробами 60 с выхода блока 8 управляемых задержек (фиг, 2, э) . Эти стробы формируются по стробам слежения каналов блока фазовой автоподстройки часто- ты (Фиг. 2, е, ж) эа моментами пере- 5

p,oäoâ через ноль полупериодов высокочастотного заполнения с задержкой равной Т/4, где Т вЂ” период высокочастотного заполнения, известный априорно с достаточной точностью.

В общем случае длительность периода меняется по телу сигнала, так как в сигналах ИФРНС наблюдается некоторая частотная модуляция, известная для сигналов ИФРНС "Лоран-С". Поэтому задержка может быть различной для различных полупериодов высокочастотного заполнения.

Так для первого периода высоКОчастотного заполнения величина задержки равна 1 для второго и т.д. Незадержанные стробы (Фиг. 2, е, ж) поступают на первый вход вос-::. станавливающего фильтра 15 с первого выхода блока 8 управляемых задержек.

Одновременно входной сигнал с выхода фильтра 1 поступает на вход элемента 9 сравнения (фиг. 2, a) . В моменты времени, определяемые временным положением стробов с выхода блока 8 управляемых задержек (фиг. 2, э), результат сравнения входного сигнала (фиг. 2, а) и выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 14 через входной коммутатор 10 поступает на вход соответствующего цифрового фильтра, состоящего иэ дискретного усредняющего элемента 11 и цифрового интегратора

12. Сигнал переполнения с выхода дискретного усредняющего элемента 11 поступает на вход цифрового интегратора 12, изменяя его состояние.

Через выходной коммутатор 13 замыкается петля слежения за экстремальными значениями сигнала. Последовательное подключение цифровых фильтрОВ позволяет организовать слежение за несколькими экстремальными точками сигнала. Причем в каждом цифровом интеграторе 12 хранится информация об одной точке измерения. Цифроаналоговый преобразователь 14 преобразует состояние цифрового интегратора 12 каждого цифрового фильтра в аналоговую величину выходного напряжения, которое поступает на второй вход элемента 9. Кроме того, выходной коммутатор 13 обеспечивает также передачу состояния каждого цифрового интегратора 12 на вход восстанавливающего фильтра 15.

Восстанавливающий фильтр 15 представляет собой специализированное вычислительное устройство, которое производит интерполяцию сигнала по отсчетам, полученным с блока измерения амплитуды и блока 8 управляемых задержек, а также выполняет цифровую свертку интерполированного сигнала со значениями импульсной характе1.истики цифрового Фильтра, реалиэ;.ю1061070

8 г д е фиа 2.Составитель В.Костин

Редактор Л.Веселовская Техред С.Легеза Корректор Г. Решетник

Тираж 710 Поддисное

ВНИИПИ.ГосударСтвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10034/48

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щего выбранный алгоритм восстановления сигнала.

Для достаточного восстановления формы сигнала импульсно-фазовой радионавигационной системы необходимо иметь не менее 4-5 отсчетов за период высокочастотного заполнения интерполированного сигнала, т.е. выборки необходимо брать череэ

2-2,5.мкс (f> = 100 кГц). Для в его же сигнала требуемое число выборок, следовательно, составит 50-.60. .Число отсчетов импульсной характеристики восстанавливающего фильтра 15 определяется требуемой точностью из- . мерения и формой передаточной харак- )5 теристики фильтра 1 и на практяке с ставляет 15-20.

Так как для измерения в условиях малого отношения сигнал/шум инерционность каналов блока фазовой автоподстройки частоты и цифровых фильтров блока измерения амплитуды „,выбирают достаточно большой, то требования к быстродействию восстанавливающегО фильтРа невысоки. На прак- 25

I тике значения результатов измерения изменяются на 1-2 дискрета не чаще чем через 2-5 с, что позволяет успешно решить задачу восстановления сигнала с большой точностью в реальном масштабе времени когда обработка результатов измерения производится одновременно с измерением сигнала, и, следовательно, устранить искажения формы сигнала, вносимые фильтром 1.

Изобретение позволяет значительнб увеличить точность измерения формы сигналов, в частности в условиях малого отношения сигнал/шум, и устранить влияние искажений формы сигнала при прохождении его через изби." рательные цепи линейного тракта.

Кроме того, выполнение устрочства на цифровой элементной базе (например, восстанавливающий фильтр может быть-выполнен на основе микропроцессорных комплектов) позволяет обеспечить высокую стабильность параметров устройства.