Способ измерения фазы сигнала и устройство для его осуществления

Способ измерения фазы сигнала и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиии

Социапистичесиик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

980014 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 11.03.81 (2l ) 3260737/18-21. (51)М. Кл.

G 01R 25/00 с присоединением заявки № фкудоретвкииый комитвт

СССР ао долам изабрвтвиий и открытий (23) Приорнтет— 5З) "Д 621.317. .77(088.8) Опубликовано 07.12.82. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 07.12.82 н

5 т т

М, И. Малыкин (72) Автор изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ СИГНАЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано дпя измерения фазы сигнала на фоне шума.

Известен способ измерения разности фаз сигналов, обеспечивающий оптимальное измерение фазы сигнала при наличии некоррелированных помех, основанный на корреляционных методах обработки с помощью перемножителей, фазовращателя на 90о, интеграторов, определителя отношений и преобразователяс1гс®) .

Недостаток — невысокая точность изэа невозможности выполнения в аналогОвом виде указанных элементов со строго

15 заданными характеристиками, а также нестабильность во времени и под воздействием изменений среды.

Наиболее 6пизким к предлагаемому является способ определения разности 2о фаз, гармонических сигналов, основанный на сопоставлении полярностей двух сигналов, суммирования интервалов несовпадения с весом "1, интервалов совпадения

2 положительных полярностей с весом «2 если на бпижайцем предществукицем интервале несовпадения полярностей пер вый сигнал был отрицательным, и с весом 0", если он был попо5китепьным, и интервалов совпадения отрицательных полярностей, взятых с весом 2, если на 6пижайшем предшествующем интервале несовпадения полярностей первый сигнал был положительным, и с весом «О, если он был отриаательньм 2) .

Йедостаток этого способа — низкая точность при наличии некоррепированных помех.

Известно устройство, обеспечивающее оптимальное измерение фазы сигнала, состоящее из полосового фильтра, преобразователя напряжения в код, генератора дискретных аргументов, тригонометрическихх преобразователей, линий задержки, генератора дискретных амплитуд и блока оттределения отношения. Благодаря пифровому выполнению, параметры этого устрой4 4 рого сумматора соединены с выходами третьего элемента совпадения и первого инвертора, входы преобразователя кодфаза соединены с выходами первого и второго сумматоров, выход формирователя подключен также к первым входам третьего и четвертого элементов совладения, выход первого элемента совпадения через второй инвертор соединен с первым входом первого сумматора, выход второго элемента совпадения соединен с вторым входом первого сумматора, а выход четвертого элемента совпадения соединен с входом первого инвертора.

Сумматоры выполнены в виде двух элементов совпадения, к входам которых подключен генератор импульсов счета, а выходы соединены с входами реверсивного счетЧика, выходы которого соединс ны с выходами сумматора, а входами сумматора соединены с входами двух элементов совпадения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего способ измерения фазы сигнала, на фиг. 2— графики, поясняюшие работу устройства для осуществления способа измерения фа,зы сигнала, на фиг. 3 — графики зависимости сформированных сумм от разности фаз между входным сигналом и опорными колебаниями (3> и Е) и зависимость полученной оценки фазы от фазы входного сигнала (36).

Устройство для осуществления способа измерения фазы сигнала содержит формирователь 1, генераторы 2 и 3 опорных сигналов, элементы 4-9 совпадения, сумматоры 10 и 11, инверторы 12 и 13, генератор 14 импульсов счета, реверсивный счетчик 15 и преобразователь 16 код-фаза.

Устройство работает следуюшым обUH.) Мсо

Входной сигнал p(g$ yQ . q(g) ) (фиг. 20) поступает на вход формирователя 1. На выходе формирователя 1, обладающего характеристикой идеального ограни ит ля, образуетс сигнал 0„=5jgg са5 (.1(-м () о))т.е. сигнал, у которого разI рушена информация об амплитуде сигнала, представляющий собой меандровое колебание с единичной амплитудой (фиг. ®), поступающий на входы элементов 4 — 7 совпадения.

Генераторы 2 и 3 опорных сигналов формируют сдвинутые между собой на

90 меандровые колебания Ц и (), (фиг. 24 и 2 ) с периодом Т . Колебание

3 98001 ства могут быть выдержаны с любой точностью 5 33 ..

Однако повышение точности связано с серьезным усложнением аппаратуры, а именно, с созданием многоразрядного аналого-цифрового преобразователя и элементов спецвычислителя большой разрядности. Другим его недостатком является наличие погрешносТей специфичных для . устройств цифровой фильтрации, а именно погрешностями дискретизации и квантования, погрешностью вносимой полосовым фильтром и дрНаиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее способ определения разности фаз гармонических сигналов, и содержащее два формирователя, два инвертора, четыре элемента совпадения, триггер, суммируюший и усредняющий блок $2) .

Недостаток его — низкая точность при наличии некоррелированных помех.

Цель изобретения — повышение точности измерения фазы сигнала при наличии некоррелированных помех, 25

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения фазы сигнала, по которому сопоставляют полярности сигнала с полярностью опорного колебания

H формируют первую нормированную к периоду сигйала сумму интервалов совпадения и несовпадения полярностей, полярность сигнала дополнительно сопоставляют с полярностью сдвинутого на 90 опорного колебания и формируют вторую нормированную сумму совпадения и несов-З5 падения полярностей, причем суммы формируют, беря интервалы совпадения со знаком плюс, интервалы несовпадения со знаком минус, а опеку фазы получают прибавлением 7/2 к взятому с обратным 4О знаком значению первой суммы, если вторая сумма отрицательна, или прибавлением 3/4 K к значению первой суммы, если вторая сумма пспожительная..

В устройство для осушествления способа измерения фазы сигнала, содержащее четыре элемента совпадения, формирователь, соединенный с первыми входами первого и второго элементов совпадения, два инвертора и сумматор, введены два 50 генератора опорного сигнала, второй сумматор и преобразователь код-фаза, причем выход первого генератора опорного сигнала соединен с вторыми входами первого и второго элементов совпадения, SS выход второго генератора опорного сигнала — с вторыми входами третьего и четвертого элементов совпадения, входы вто9800

Цо поступает на вторые входы первого и второго элементов 4 и 5 совпадения, а копебание 0 на вторые входы третьего и четвертого элементов 6 и 7 совпадения.

Элементы совпадения формируют на свс $ их выходах логическую 1" npm совпадении полярностей и логический "0" при несовпадении полярностей, поступакпцих на их входы сигналов. Инверторы 12 и

13 преобразуют «1«в «О, и наоборот 10

0 1

На выходах инвертора 12 (фиг. 2)к) и второго элемента 5 совпадения (фиг.2$) образуются стробы единичной амплитуды, длитепьность. которых равна ссответствен- $ но времени несовпадения и времени совпаI дения попярностей сигналов 0 и Цо .

На выходах инЬертора 13 (фиг. 2 ) и третьего элемента 6 совпадения (фиг.2к) образуются стробы единичной амплитуды, длительность которых равна соответственно времени несовпадения и времени совпадения полярностей сигналов U1 и Îo .

На фиг. 2д и 2 с показаны результаты сопоставления полярностей сигналов

Ц„c Uo„,и 0 с Uo соответственно. При этом ийтервапам совпадения полярностей придан знак плюс, а интервалам несовпадс.ния полярностей — знак минус.

Можно видеть, что указанное сопостав-ЗО ление сигнала и опорных колебаний, адекватно их перемножению.

Сумматор 10 работает следующим образом.

На входы входяшнх в него элементов

8 и 9 совпадения поступают временные стробы. На вторые их входы поступают импульсы счета от генератора импульсов 14, и производится заполнение стробов импульсами счета. Полученные пачки импульсов счета HB выходе элемента 9 совпадения соответствуют интервалам совпадения полярностей входного H опорного сигналов и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15. Пачки импульсов с выхода элемента 8 совпадения соответствуют интервалам несовпадения полярностей входного и опорноного сигналов и подаются HB вычитающий вход реверсивного счетчика 15. Как вид93 но из фиг. 2, сумма сигналов (фиг. 2Ж и)) с учетом того, что сигнал (фиг. 2 к) суммируется со знаком минус, равна произведению сигналов (З„и Д <>„(фиг. 2a).

Аналогично работает сумматор 11.

$$

Сумматоры 10 и 11 образуют на своих выхолах соответственно алгебраические суммы Й1 и 4 количество импульсов счета, поступающих на их входы за время

14 6 накопления Г. Зависимость чисел Й H

И от фазы входного сигналя показана на фиг. Зо но, при этом фаза сигнала определяется относИтеаьно фазы опорного коебания 3о1 °

Модуль и знак числа Й и знак числа

К поступают на преобразователь 16 кодфаза, который формирует оценку фазы сигнала как где — частота колебаний генератора импульсов счета.

График зависимости оценки фазы от фазы входного сигнапа показан на фиг.38, откуда видно, что оценка фазы с точностью до флюктуационной погрешности повторяет фазу входного сигнала.

Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известного свободен от погрешностей нелинейного характера и обеспечивает оптимальное измерение фазы сигнала.

Как оптимальный измеритель фазы предлагаемое устройство, осуществляющее способ измерения фазы, сочетает в себе достоиствя аналоговых и цифрового устройств измерения фазы, а именно, оно просто в исполнении, так как реализовано полностью на цифровых интегральных схемах, его характеристики стабильны и легко поддаются перестройке в широком диапазоне. Оно свободно от неточности, нестабильности и трудности перестройки аналоговых устройств, а также от недостатков устройств, основанных на цифровой фильтрации, заключающихся в нестабильности фазового сдвига в полосовом фильтре, погрешностях дискретизации и квантования, аппаратурной сложности.

Формула изобретения

1. Способ измерения фазы сигнала, по которому сопоставляют его псщярности с полярностью опорного колебания и формируют первую нормированную к периоду сигнала сумму интервалов совпадения и несовпадения полярностей, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с цспью пс» вышения точности измерения, полярность

7 9800 14 8 сигнала допапнительно сопоставляют с ro инвертора, входы преобразователя кодо полярностью сдвинутого на 90 опорно- фаза соединены с выходами первого и го колебания и формируют вторую норми- второго сумматоров, выход формирователя рованную сумму совпадения и несовпа- подключен также к первым входам третьедения со знаком плюс, интервалы несовпа- > го и четвертого элементов совпадения, дения со знаком минус, а оценку фазы выход первого элемента совпадения через поцучают прибавлением Ф2 к взятому, второй инвертор соединен с первым вхос обратным знаком значению первой сум- дом первого сумматора, выход второго мы, если вторая сумма отрицательна, элемента совпадения соединен с вторым

pe прибавлением 3/48; к значению itepaoA; <> входом первого сумматора, а выход четсуммы, если вторая сумма положительна. вертого элемента совпадения соединен с

2. Устройство для осуществления спо- входом первого инвертора. соба измерения фазы сигнала, содержащее 3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ючетыре элемента совпадения, формирова- щ е е с я тем, что сумматоры выполи l тель, соединенный с первыми входами ны в виде двух элементов совпадения, к первого и второго элементов совпадения, входам которых подключен генератор имдва инвертора и сумматор, о т л и ч а ю - пульсов счета, а выходы соединены с вхощ е е с я тем, что, с целью повышения дами реверсивного счетчика, выходы кототочности измерения, в него введены два рого соединены с выходами сумматора, генератора опорного сигнала, второй сум- входы сумматора соединены с входами матор и преобразователь код-фаза, причем двух элементов совпадения, выход первого генератора опорного сиг» Источники информации, нала соедийен с вторыми входами перпринятые во внимание три экспертизе вого и второго элементов совпадения, l. Авторское свидетельство СССР выход второго генератора опорного сигна- % 174711, кл. G01. Й 25/OOi 1964. ла - с вторыми входами третьего и чет- 2. Авторское свидетельство СССР вертого элементов совпадения, входы вто- M 226723, кл. G01R 25/00, 1967. рого сумматора соединены с выходами 3. Авторское свидетельство СССР третьего элемента совпадения и перво- l4 412565, кл. 501 Р 25/00, 1972.

960014

-и, Ф

Г7Р РЮ

Составитель Н. Агеева

Редактор И. Ковальчук Техред М.Гергель Корректор А. Йзятко

Заказ 9352/35 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4