Способ измерения фазового сдвига

Союз Советскик Социалистическик Республик.Х 1.1969 ( ением заявк 1 С 01 г 2510 явлен с присо Комитет по делам обретений и открыт ПриоритетОпубликовано 01.Х.1971.Дата опубликования оп УДК 621.317,37(088,8) юллетень29 анпя ЗО.Х 1.1971 при Совете Министров СССРС - г, Н 1 д Я ОСОБ ИЗМЕРЕН АЗОВОГО СДВИГ Изобретение относится к области фазоизмерительной техники.Известен способ измерения фазового сдвига путем перемножения и интегрирования входных сигналов, определения синхронно мгновенных значений входных сигналов через равные промежутки времени, возведения их в квадрат, суммирования результата в течение периода, дополнительного перемножения суммы квадратов мгновенных значений, получае мых после окончания периода, извлечения из этого произведения квадратного корня, деления на этот корень суммы произведения мгновенных значений входных сигналов и определения по результату последней операции зна чения искомой величины.Недостатком известного способа является низкая точность и помехоустойчивость измерений фазовых соотношений регулярных сигналов в присутствии шумовых помех. Это 20 объясняется тем, что известный способ не обеспечивает подавления случайных шумовых составляющих, т. е. не повышает отношения сигнал-шум на входе прибора.Целью предлагаемого изобретения являет ся повышение точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии шумовых помех.Это достигается тем, что входной сигнал по одному из каналов сдвигают относительно 30 сигнала по другому каналу на целое числа периодов одного пз входных сигналов, определяемое величиной отношения сигнал - шум на входе прибора и видом энергетического спектра помехи.На фиг. 1 представлена блок-схема фазометра, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - корреляционная функция помехи и корреляционная функция спнусопдального сигнала; на фиг, 3 - зависимость дополнительной (приборной) задержки т, в функции от отношения шум - сигнал на выходе фазометра для различных значений параметра а, определяемого отношением сигнал - шум на входе прибора.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит нормирующие блоки 1 и 1, блок 2 задержки, блок 3 управления, измеритель 4 корреляционного момента и индикатор 5.Выход блока 1 подключен через последовательно включенный блок 2 к одному из входов измерителя 4, выход блока 3 подключен ко второму входу блока 2, а второй выход блока 3 подсоединен к третьему входу измерителя 4, выход которого подключен ко входу индикатора 5. Входные сигналы поступают на нормирующие устройства 1 и 1, Предварительная нормализация входных напряжений по амплитуде, которая может быть достаточнопросто осуитествлепа, позволяет избежать определения действующих значений сигналов, так как при этом обеспечивается постоянство действующего значения шумовой помехи О С выхода блока 1 входной сигнал поступасг 5 на вход блока 2, который обсспечиваст создание пеаоходимой приборп 011 задсржки ся Одного из сравниваемых сииусаидальных сигналов относительно другого, С выхода блока 2 задержанны 1 л па та сигнал поступает на ОДин 10 из входов измерителя 4, на второй вход которого наступает Втарои из сравниваемых сигналов с выхода блока 1. Измеритель 4 выполняет операции умножения, возведения в квадрат, суммирования, извлечеш 1 я квадрат ного корпя и деления, Сигнал с выхода измерителя 4 поступает на вход индикатора а, который может быть проградуирован непосредственно в градусах, шкала при этом нелинейная (косинусоидальная), пределы измерения 20 фазометра О - 180. Синхронизация работы устройства осуществляется алоком 3 управления.Фазовый сдвиг двух сипусоидальных сигпалов х =Ат 1 З 1 п(а 11+11) и у(1) =Ат;З 1 п(ы 1+12) определяется путем измерения ихвзаимокорреляционной функции:СОБР (1) 30Ат, Ат,где созц 1,= соз (р 2 - 1111) - значение искомогосдвига фаз,Л (т) - значение корреляЦИОННОЙ ФУНКЦИИ 35при данном сдвигефаз ( =- С у 1 етом известного свойства автокорреляционпой функции, согласно которому ее значение при Т=О есть дисперсля, выражение (1)можно записать следующим образом:-., = агс сов (2) 445где П=Ат - дисперсия сигнала х(1),В =Ат- дисперсия сигнала у(1).Таким образом, фазовый сдвиг двух синусоидальных сигналов может быть измерен путем вычисления арккосииуса отношения ихвзаимокорреляциончого момента, соответствующего данному сдвигу, к корша квадратному из произведений их дисперсий,При Ат 1=Ат=А выражение (2) уиращается, = агс сояху АВ случае измерения фазового сдвига спиу со лдальных сигналов 1 х (1)и у (1+т) при наличии случайных шумовых помех взаимокорреляционная функция сигналов 1 х(1) (Е) 1 и у(1+т)+г(+т)1 будет иметь 1 етыре составляющие: 654Лз ( ):Л у+Л+Л у +Л(4) где Л,(т) - взаимокоррсляциопная функ.ция сииусондальных сигналов,Лхг (т) Лгу (т) ВЗЗИМОКОррСЛЯЦИОПНЫЕ фунКции сигнала и помехи,Л (т) - автокорреляционная функцияпомехи,Объектом измерения является взаимокоррсляционная функция сигналов Л(т). При этом вози:,1 кает погрешносгь, обусловленная действием на отсчетное устройсгво взаимокорреляциоииых функции сигнала и помехи и автокорреляциопной функции помехи:(5) 11 Л. (Т) = Л (т) - . Л,(т) + Л(т) . В случае, когда верхняя граничная частота полосы шумовых помех высока по сравнению с частотой сигнала, справедливо утверждение, что длительность корреляции помехи значительно меньше длительности корреляции полезного периодического сигнала. Таким образом, с возрастанием т автокорреляцлонная функция помехи Л, (т) стремится к нулю, тогда как взаимокорреляциоппая функция сигнаЛа Лх(т) Пр:1 Лвбсй ЗадсржКЕ т ИМЕЕТ ВИД периодической незатухающей косинусолдальиой функции,Выбирая соответству 1 ощим образом дополнительную (приборную) задержку т, в зависимости от спектра шумовой помехи можно существенна повысить точность измерения корреляционной функции периодического сигнала и, следовательно, точность измерения фазового сдвига сравниваемых сигналов,Предмет изооретеп ля Способ измерения фазового сдвига путем перемножения и интегрирования входных сигналов, определения синхронно мгновенны з 11 ачений входных с 1 ьгпалов через равные промежутки времени, возведения их в квадрат, суммирования результата в течение периода, дополнительного перемножения суммы квадратов мгновенных значений, полученных после окончаш:я периода, извлечения из этого произведсни 11 квадратного корня, деления на этот корень суммы произведения мгновенных з:1 ачений входных сигналов и определения по результату последней операции значения искомой вели 11 лны, отлича 1 ощийся тем, что, с целью повьппения точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии помех, входной сигнал го одному из каналов сдвигают относ;1 тельно сигнала по другому каналу на целое число периодов одного из входных сигналов, которос определяют по величине отношения сигнал в ш на входе прибора и виду энергетического спектра помехи.-.Гс - ,с сек 1 0 Ог 0,304 Г 00 шпиг. 5 Составитель Г. Кучеренкодактор С. И. Хейфиц Техред А. А. Камышникова Корректор Е, Н, Зимина каз 3091/15 Изд.1281 Тираж 473НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп СовМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ипография, пр. Сапунов 09 0,7 Подп испоМинистров СССР