Способ измерения частоты сигналов
Патент 2665363
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
- G01R25 - Устройства для измерения фазового угла между напряжениями или токами (измерение коэффициента мощности G01R 21/00; измерение положения отдельных импульсов в серии импульсов G01R 29/02; фазовые дискриминаторы H03D)
- G01R23/06 - путем преобразования частоты в амплитудные изменения тока или напряжения
- G01R23/12 - путем преобразования частоты в сдвиг по фазе
Способ измерения частоты сигналов
Иллюстрации
Изобретение может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой и для измерения несущей частоты сигналов. В способе измерения частоты радиосигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, далее разделяют сигнал на два синфазных сигнала, при этом один из этих сигналов задерживается по времени. Далее производят линейное детектирование сигнала, получают при этом функции, близкие к Sinωτ, Cosωτ и преобразуют полученные сигналы в цифровой двоичный код. После этого осуществляют вычисление, запоминание и компенсацию постоянного напряжения в отсутствие радиосигналов, формируют старшие разряды выходного кода на основе сравнения цифровых кодов обоих сигналов с нулем и между собой и вычисляют частоту контролируемого сигнала. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.
Реферат
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой или для измерения разности фаз или несущей частоты сигналов.
Известен способ измерения разности фаз, в котором после усиления и ограничения двух сигналов осуществляется их фазовая демодуляция в сигналы пропорциональные SinΔϕ, CosΔϕ, преобразование их в цифровой двоичный код и вычисление разности Δϕ в цифровом виде сравнением SinΔϕ, CosΔϕ с нулем, модулей SinΔϕ, CosΔϕ между собой и вычислением (Авторское свидетельство №1506382, приоритет 22 января 1988 г., В.Н. Смирнов, А.В. Шереметьев. «Цифровой фазометр»).
Известен способ измерения частоты, в котором после усиления и ограничения сигнала осуществляется его синфазное деление на два по мощности, задержка τ одного из сигналов относительно другого, демодуляция этих сигналов по фазе и получение аналоговых сигналов близких к Sin(2πfτ), Cos(2πfτ), преобразование их в цифровой двоичный код и вычисление несущей частоты f в цифровом виде сравнением Sin(2πfτ), Cos(2πfτ) с нулем, модулей Sin(2πf), Cos(2πfτ) между собой и вычисление (В.Н. Смирнов, А.А. Ткач. «Помехоустойчивость широкополосного приемного устройства с мгновенным измерителем частоты». ОАО «ЦРИИ «Электроника», ОАО «ЦКБА». Вопросы радиоэлектроники, Серия Общетехническая. Выпуск 4. М., 2009, с. 22-23).
В реальных условиях функции y(C)=SinΔϕ и y(S)=CosΔϕ лишь близки к идеальным и, поэтому при вычислении появляется регулярная (периодическая) ошибка, имеющая восемь периодов в интервале от 0 до 360° и достигающая 8° (экспериментальные данные и результаты математического моделирования).
При демодуляции сигналов может возникнуть дополнительное смещение, которое приводит к дополнительной ошибке измерения разности фаз или частоты.
Таким образом, недостатками таких способов измерения разности фаз и измерения частоты являются повышенные ошибки измерения при наличии постоянного смещения после демодуляции сигналов по фазе и в случае неточного вычисления Sin, Cos функций, например, при линейной демодуляции.
Целью изобретения является повышение точности в способе измерения разности фаз или в способе измерения частоты сигналов.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения частоты радиосигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, разделяют сигнал на два синфазных сигнала, один из этих сигналов задерживается по времени, отличающийся тем, что производят линейное детектирование сигнала, получают при этом функции, близкие к Sinωτ, Cosωτ и преобразуют полученные сигналы, в цифровой двоичный код, затем осуществляют вычисление, запоминание и компенсацию постоянного напряжения в отсутствие радиосигналов, формируют старшие разряды выходного кода на основе сравнения цифровых кодов обоих сигналов с нулем и между собой, и вычисляют частоту контролируемого сигнала.
Для уменьшения или исключения ошибок необходимо измерить постоянную составляющую после преобразования в двоичный код в отсутствие сигнала и компенсировать ее, а вместо функции arctg, обратную функции tg, использовать функцию обратную линейной, так как для вычисления функций, близких к Sin, Cos, часто используется линейное детектирование.
Для примера приведен расчет ошибок, возникающих из-за наличия смещения Uсм после фазового детектирования: , где Δϕ - измеряемая разность фаз; А1⋅А2 - амплитуды сигналов после ограничения; К - коэффициент пропорциональности. Ошибка δϕ, возникающая при сравнении с нулем, вычисляется следующим образом:
Если Uсм=0 δϕ=0
Если , то δϕ=arcsin0, 1=6,9°.
При введении компенсации Uсм δϕ=0.
Покажем также возможность вычисления с обратной линейной функцией.
На фиг. 1 показаны модули сигналов с линейным детектированием.
| y1=кх к=1/90 | х=0 y1=0 |
| x=90 y1=1 | |
| x=45 y1=1/2 | |
| y2=-к(х-90) к=1/90 | х=0 y2=1 |
| x=90 y2=0 | |
| x=45 y2=1/2 |
Разрешая систему из y1 и y2 можно получить . Это и есть обратная функция.
Таким образом, компенсация постоянной составляющей после демодуляции с последующим преобразованием и применение функции, обратной линейной отражают технический результат изобретения.
Способ измерения частоты, в котором радиосигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, разделяют сигнал на два синфазных сигнала, один из этих сигналов задерживается по времени, отличающийся тем, что производят линейное детектирование сигнала, получают при этом функции, близкие к Sinωτ, Cosωτ, и преобразуют полученные сигналы в цифровой двоичный код, затем осуществляют вычисление, запоминание и компенсацию постоянного напряжения в отсутствие радиосигналов, формируют старшие разряды выходного кода на основе сравнения цифровых кодов обоих сигналов с нулем и между собой и вычисляют частоту контролируемого сигнала.