Способ определения сдвига фаз

(5)5 6 01 Й 25/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТ стной структурой и несущей частотой. Устройство, реализующее способ, содержит четыре фазовых детектора 1, 2, 3, 4, генератор опорного сигнала 5 и фазовращатель 6 на 90, четыре фильтра низкой частоты (ФНЧ) 7, 8, 9 и 10, четыре перемножителя 11, 12, 13 и 14, четыре интегратора 15, 16, 17 и 18, блок 1.9 вычитателя, сумматор 20, блок деления 21 и блок вычисления арктангенса 22, Особенностью изобретения является выделение на выходе ФНЧ 7, 8, 9. 10 низкочастотных сигналов. Определение искомой фазы производится по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 1 ил. ВИГА адиотехнике я измерения ми сигналамиповышение лов с неизве ГОСУДАРСГВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1348747, кл. 6 01 В 25/00, 1986. ПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН ФАЗ(57) Изобретение относится к р и может быть использовано дл сдвига фаз между узкополосны Целью изобретения является точности при измерении сигна1663572та Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано дляизмерения сдвига фаз между узкополосны-ми сигналами с априорно неопределеннойструктурой и неизвестной несущей частотой.Целью изобретения является повышение точности при измерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства измерениясдвига фаз между узкополосными сигналами, реализующего способ измерения сдвигафаз.Устройство определения сдвига фаз содержит первый- четвертый фазовые де-.текторы (ФД) 1 - 4, генератор 5 опорногосигнала, фазовращатель 6 на 90 о, первый- четвертый фильтры 7 - 10 низкой частоты ( ФНЧ), первый-четвертый пере, множители 11 - 14, первый-четвертыйинтеграторы 15 - 18, блок 19 вычитания, сумматор 20, блок 21 деления, блок 22 вычисления арктангенса.Входы устройства соответственно соединены с попарно объединенными первыми(сигнальными) входами первого 1 и второго2, а также третьего 3 и четвертого 4 фазовыхдетекторов, вторые входы которых подключены к генератору 5 опорного сигнала непосредственно (ФД 1 и ФД 4) и черезфазовращатель 6 (ФД 2 и ФД 3).В ь) ход ФД 1 через последовательно соединенные ФНЧ 7, перемножитель 11 и интегратор 15 подключен к первому входублока 19. Выход ФД 2 через последовательно соединенные ФНЧ 8, перемножитель 12и интегратор 16 подключен к второму входублока 19, выход которого подключен к первому входу блока 21 деления, выход ФД 3через последовательно соединенные ФНЧ9, перемножитель 13 и интегратор 17 подключен к первому входу сумматора 20, выход ФД 4 через последовательносоединенные ФНЧ 10, перемножитель 14 иинтегратор 18 соединен с вторым входомсумматора 20, выход которого подключен квторому входу блока 21 деления, выход которого подключен к блоку 22 вычисленияарктангенса,Выход ФНЧ 7 дополнительно подключен к второму входу перемнокителя 14, выход ФНЧ 8 дополнительно подключен квторому входу перемножителя 13, выходФНЧ 9 дополнительно подключен к второмувходу перемножителя 11, а выход(ФНЧ 10дополнительно подключен к второму входуперемножителя 12.Устройство измерения сдвига фаз рабоет следующим образом, ВХОДНЫЕ СИГНЫЛЫ Х 1(1) = Оо(1)З)ПВ 1++ у)(1 Я,х 2(1) = Оо(1)зп (ВВ 1+ ГР (1)+,РЗ,где Ос(1) - огибающая измеряемого узколосного сигнала; во - несущая частота сигнала; .ф(1) - текущий фазовый угол; л р - измеряемый фазовый сдвиг, поступают на фазовые детекторы ФД 1-ФД 4, где перемножаются ) с опорным сигналом генератора 5 О го н 1 = Ооэ) П В, 1 НЕПОСрЕдСтВЕННО (На ФД 1 и ФД 4) и с опорным сигналом, сдвину 10 тым на 90", Огон 2 = Оосоз Во 1 (на ФД 2 и ФДЗ), где и, - частота опорного сигнала, в общем случае не совпадающая с несущей частотой измеряемого сигнала, В результате на выходах ФНЧ 7 - ФНЧ 10 выделяются низкочастотные составляющие, которые в соответствии с правилами перемножения тригонометрических функций и явления подавЛения высокочастотных составляющих результатов перемножения в ФНЧ имеютследующий вид:А 1(1) = К 10 с(1)ОоСОЗ (Вс - Во )1 +(1) ):В 1(1) = К 10 С(1)Ооз)г 1 1( вВ - во )1+ ф (1 ЯА 2(1) = К 20 с(1)ОоСОЗ( В Во )1 + ф (1) + Лфз В 2(1) = К 20 с(1)Ооз)п 1( Гс)о во )1+ ф (1) + ЛЯ 30 где К 1 и К 2 - коэффициенты передачи соответствующих каналов до выходов ФНЧ 7 - 10. После попарного перемножения этихсигналов в перемножителях 11 - 14 и интегрирования результатов этоо перемноже 2 К 1 К 2 Ос (1) Я сов зг)ко) После вычисления функции блоке 22 имеем искомый ре меренный фазовый сдвиг Ь ртангенса ьтат, т,е,н ия в и нтеграто рах 15 - 18 на .выходах последних по аналогии с полученным выше результатом сигналы имеют следующий 40 зис А 1 О)Вз(1) = к 1 к 2 ОсВ)Оозо зз)о Асз)А 2 В) = К 1 К 2 Ос)1)Оо соз Ь)зАз)1) ВКз) = К 1 К 2 Ос(С) Оозо Лзо 4 В В 1 О) В 2 В) = К 1 КзОсО)Оо соз Лр;. ГДЕ Оо(1) - ЭНЕРГИЯ СИГНаЛа За ВРЕМЯ ИЗМЕРЕ 2 ния,После соответствующего вычитания исуммирования полученных результатов в 50 облоке 19 и сумматоре 20, а также деления в блоке 21 на входе блока вычисления арктангенса сигнал имеет след ющий видТираж 413 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 аказ 2264 ВНИИПИ Госуд оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Другим вариантом реализации предлагаемого способа является использование средств вычислительной техники. Для этого в описанном устройстве нэ выходах ФНЧ 7-10 с помощью АЦП формируют совокупность выборок сигналов в цифровом коде. которая поступает в ЭВМ и далее по соответствующей программе вычисляется значение фазового сдвига; В этом случае формула для вычисления фазового сдвига преобразуется следующим обрэзом:ИЯ А 1 В 2-А 2 В 11=1 . 1=1ЛР = дГСЦА 1 А 21. + В 11 В 21=1в где А 1 ь В 1 ь А 2 ь 821 - выборки из А 1(1), В 1(1), А 2(т), 82(т), соответственно взятые в 1-,й момент времени; Й - количество выборок, взятое с выходов каждого ФНЧ за время измерения.ИЗ приведенного описания видно, что результат измерения фазового сдвига не зависит ни от структуры сигнала; т,е, от вида функции Ос(1) и д) (1), ни от того, совпадает несущая частота измеряемых. сигналов с частотой опорного генератора 5 или нет.Эти фун кции, оп редел яющие тон кую структуру сигнала, в процессе обработки исключаются и не участвуют в формировании конечного результата по измерению относительного фазового сдвига.5 Формула изобретенияСпособ определения сдвига фаз, заключающийся в том, что перемножают каждый из исследуемых сигналов с опорным сигналом и с опорным сигналом, сдвинутым нэ 10 90 О, с получением соответственно сигналова 1(1), Ь 1(1) и а 2(т), Ь 2(т), второй раз перемножают и интегрируют перемноженные сигналы, вычисляют искомый параметр по результатам интегрирования, о т л и ч а ю щ и й с я 15 тем, что, с целью повышения точности приизмерении сигналов с неизвестной структурой и несущей частотой, дополнительно выделяют из полученных в результате первого перемножения сигналов их низкочастотные 20 составляющие соответственно Аф), В 1(1) иА 2(1), 82(1), при повторном перемножении соответственно перемножают сигналы Авф)В 2(1); Аф) А 2(1); А 2(1) 81(1); 81(1) В 2(1), а фазовый сдвиг р между исследуемыми сигнала ми определяют по фоле РВА (х) Аа щ + ВтВ ),где А 1(т) 82(т), А 1(1).А 2(1), А 2(т).81(т) в%7 Г В ЙГ-ввв ,рзначения сигналов.