Цифровой фазометр

;дд" д :ч:л - ТФ - .тддл д 1 Яр л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Йр дскб . Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпп пдддч чиппддлпа ч пллппд(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт морской геологии и геофизики(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 576547, кл. 601 й25/00, 1975,2. Авторское свидетельство СССР В 765751, кл., 601 В 25/08, 1978, (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР, содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель измеряемогосигнала, импульсный Фазовый дискриминатор, реверсивный счетчик долей Фазового цикла и реверсивный счетчик целых Фазовых циклов, счетчик иьшульсов блок сравнения весов кодов, блок квантующих импульсов, выход ревер" снвного счетчика долей Фазового цик-. ла соединен с входом блока сравнения весов кодов, второй вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, вход счетчика импульсов соединен с выходом блоха квантующих импульсов о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения надежности и,помехоустойчивости при одновременном повышении точности, в него введены генератор стимулирующих импульсов, элемент ИЛИ, блок адаптивного счета, 1 поичем выход генератора стимулиру,ющих импульсов .соединен с вторым входом блока адаптивного счета и с первым входом элемента ИЛИ, второй ,вход которого соединен с выходом блока сравнения весов кодов, а выход элемента ИЛИ - с первым входом блока адаптивного счета, с вторым входом блока квантующих импульсов, а также с входом установки в ноль счетчйка ,импульсов, выход которого соединен с третьим . входом блока адаптивного счета, а его четвертый выход - с вторым входом импульсного Фазового дискриминатора.2,фазометр по и. 1, о т л н ч аю щ и й с я тем, что блок адаптивного счета содержит дешифратор адап- Е тивного счета, счетчик импульсов совпадений, дешифратор цикловых импульсов и счетчик цикловых импульсов причем вход дешифратора цикловых им- С, пульсов соединен с третьим входом блока адаптивного счета, а выходс входом счетчика цикловых импульсов, другой вход которого соединен с вторым входом блока адаптивного счета, а его выход - с входом дешиф,ратора адаптивного счета, выход .которого соединен с входом счетчика Ь.ф импульсов совпадений, его второй вход - с первым входом блока адап- СЗЪ тнвного счета, выход счетчика импульсов совпадений соединен с четнертым выходом блока адаптивного 3 ;счета. ООИзобретение относится к радиотехническим измерениям и предназна".чена для измерения разности фаз двухсигналов радиогеодезических систем(частота биений 460, 660 Гц).Известен цифровой Фазометр, состоящий из генератора счетных импуль.сов, усилителей-ограничителей опорного и измеряемогосигналов, формирователей импульсов, формирователяимпульсных последовательностей счетдных импульсов со сдвигом 180 и 90между ними, двух триггеров, двухключей.коммутатора, измерительногореверсивного счетчика, блока сравнения весов кода, реверсивного счетчика полных углов (1).Недостаток известного цифровогофазометра состоит в снижении точности иэ-за отсутствия привязки Фазыгенератора счетных импульсов к фазе 20опорного сигнала, а также низкойпомехоустойчивости,Наиболее близким Hо техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровой Фазометр, содержащий усилители-ограничители опорного и измеря:емого сигналов, триггер запуска,счетчик импульсов, ждущий. генераторсчетных импульсов, являющийся блокомквантующих импульсов, блок сравнениявесов кодов, цифровой Фазовый дискриминатор, измерительный реверсивныйсчетчик и реверсивный счетчик полныхуглов, вход реверсивного счетчикасоединен с входом блока сраВнениявесов кодов, второй вход которогосвязан с выходом счетчика импульсов,а вход счетчика импульсов - с выходом блока квантующих импульсов ,2).Однако внешние помехи, проникающиев контур слежения, нарушают устойчивость работы Фазометра, .а в рядеслучаев вызывают срыв работы (пропадание следящего импульса, что приводит к понижен.ю надежности егоработы). ЦиФровая следящая система 45обладает астатизмом первого порядкаи имеет ручную регулировку скоростислежения, что в одном случае приводит.к накапливающейся динамической ошибке при неправильном выборе скоростислежения, а в другом - к ухудшениюпомехоустойчивости. При использовании данного Фаэометра в приемоиндикаторах гетеродинных фазовых радиогеодезических систем взаимный раз-ностный уход частоты измеряемого иопорных сигналов приводит к ошибкамизмерений Фазы (снижению точности),так как частота ждущего генератора,формирующего квантующие импульсы,является постоянной и выбирается 60кратной только некоторой среднейчастоте измеряемого и опорногосигналов. Кроме того, ждущий режимгенератора квантующих импульсов приводит к ошибкам измерения Фазы на. малых углах вследствие переходных процессов, связанных с конечным временем установления собственных колебаний.Цель изобретения - повышение надежности и помехоустойчивости при одновременном повышении точности путем автоматизации слежения за скоростью изменения Фазы.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой Фазометр, содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель измеряемого сигнала, импульсный фазовый дискриминатор, реверсивный счетчик долей фазового цикла и реверсивный счетчик целых фазовых циклов, счетчик импульсов, блок сравнения весов кодов, блок квантующих импульсов, выход реверсивного счетчика долей Фазового цикла соединен с входом блока сравне" ния весов кодов, второй вход которого соединен с выходом счетчика импульс. сов, вход счетчика импульсов соеди нен с выХодом блока квантующих импульсов, введены генератор стимулирующих импульсов, элемент ИЛИ, блок адаптивного счета, причем выход генератора стимулирующих импульсов соединен с входом блока адаптивного счета и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения весов кодов, а выход элемента ИЛИ - с первым входом блока адаптивного счета, с вторым входом блока квантующих импульсов, а также.с входом установки в ноль счетчика импульсов, выход которого соединен с третьим входом блока адаптивного счета, а его четвертый выход - со вторым входом импульсного фазового дискриминатора.Блок адаптивного счета содержит дешифратор адаптивного сЧета, счетчик импульсов совпадений, дешифратор цикловых импульсов и счетчик цикловых импульсов, причем вход дешифрато" ра цикловых импульсов соединен с третьим входом блока адаптивного счета, а выход - с входом счетчика цикловых импульсов, другой вход которого соединен с вторым:входом блока адаптивного счета, а его вы" ход - с входом дешифратора адаптивного счета, выход которого соединен с входом счетчика импульсов совпадений, а его второй вход - с первым входом блока адаптивного счета, выход счетчика импульсов совпадений соеди". нен с четвертым выходом блока адаптивного счета.На фиг. 1 показана структурная; схема цифрового фазометра на фиг. 2 эпюры напряжений в импульсном фазовом дискриминаторе.фаэометр содержит блок 1 квантующих импульсов, содержащий нуль-орган 2, умножитель 3 опорногосигнала, ключ 4, счетчик 5 импульсов блок 6 сравнения весов кодов, реверсивный счетчик 7 долей фазового цикла, реверсивный счетчик 8 целых Фазовых циклов, элемент ИЛИ 9, генератор 10 стимулирующих импульсов, блок 11 адаптивного счета, содержащий дешифратор 12 цикловых импуль,сов, счетчик 13 импульсов совпадений, дешифратор 14 адаптивного счета, счетчик 15 цикловых импульсов, им пульсный Фазовый дискриминатор 16, содержащий инвертор-задерживатель 17У дискримийатор 18, усилитель-ограничитель 19.На фиг. 2 представлены эпюры напря 15 жений в импульсном Фазовом дискриминаторе: а - измеряемый сигнал; б - сигнал на выходе усилителя-ограничителя и на первом .входе дискриминатора, в - сигнал на входе инвертора-эадерживателя, г - импульс слежения; д - сигналы на входах реверсивного счетчика долей фазового цикла.Фазометр работает следующим образом.25 1Опорный сигнал поступает на входы умножителя 3 и нуль-органа 2. Умно- житель 3 Формирует квантующие импульсы,.начальная фаза и частота которых жестко связаны с фазой и частотой опорного сигнала. Коэффициент умножения равен И . На выходе умножителя 3 формируются импульсыт, = И Р , где И- коэффициент умножения ( И = 200 ), Г- частота измеряемого сигнала (Е.щ 460, 660 Гц). Нуль-орган 2 формирует импульс во время перехода опорного сигнала через ноль. Этот импульс открывает ключ 4, предварительно установленный в состояние 40 фЗакрыто". Импульсы умножителя 3 через ключ 4 подаются на счетный вход счетчика 5 импульсов емкостью И . Содержимое счетчика 5 импульсов сравнивается блоком 6 сравнения ве сов кодов с содержимым реверсивного счетчика 7 долей фазового цикла в такой же емкбсти И . В момент равенства кодов блок 6 сравнения весов кодов вырабатывает короткий импульс сравнения, длительность которого должна соответствовать нс 1 фсчЭтот импульс через .элемент ИЛИ 9 эакривает ключ 4, сбрасывает в П ;ееноль счетчик 5 импульсов и поступает на вход счетчика 13 импульсов совпадений, коэффициент пересчета которого управляется блоком, состоящим.из дешифратора 12 цикловых импульсов, счетчика 15 цикловых импульсов, дешифратора 14 адаптив ного счета. Счетчик 13 импульсов совпадений накапливает импульсы сравнения, Коэффициент накопленияй определяется скоростью изменения фазы измеряемого сигнала во времени. 65 Импульс накопления с выхода счетчика 13 импульсов совпадений поступает,на .третий вход дискриминатора 18,напервый и второй входы которогоподается прямой и инвертированныйс задержкой наО = 2 1 измеритель.ный сигнал, снимаемый с усилителяограничителя 19 и инвертора-задерживателя 17. В дискриминаторе 18сравнивается временное положениефронта прямой и инвертированной сзадержкой полуволны измерительногосигнала и М-го следящего импульса,временное положение которого определяется Фронтом М -ной (на й цикловзад) полуволны опорного сигнала:плюс число в реверсивном счетчике 8целых фазовых циклов. В зависимости.от того, с какой (прямой или инвертированной) полуволной будет совпадать следящий импульс, дискримина"тор 18 будет соответственно вырабатывать импульс заема или заноса,которыенакапливаясь в реверсивномсчетчике 7 долей фазового цикла,будут смещать в каждом цикле измерения временное положение М -го следящего импульса до тех пор, пока будетсовпадать точно с фронтом прямой илиинвертированной полуволны измерительного сигнала, а число в реверсивномсчетчике 7 долей фазового цикла приэтом будет определять соответствующий фазовый сдвиг в долях фазовогоцикла (счетчик 8 целых фазовых цикловсоответственно накапливает целыециклы).Таким образом, цикл измерениясостоит из подсчета импульсов в счетчике 5 до момента совпадения кода скодом в реверсивном счетчике 7 долейФазового цикла, А цикл слежения состоит в выработке М -го следящего импульса, временное положение которогов случае увеличения фазового сдвигасовпадает с фронтом прямой. полуволныизмерительного сигнала, а в случаеуменьшения фазы - с фронтом инвертированной волны. Задержка на (, -21 п введена для получения устойчивых измерений в статическом режиме(без изменения фазы ),Для повышения надежности работы фазометра введен генератор 10 стиму,лирующих импульсов, частота которого в 450-500 раз ниже частоты измеряемого сигнала. Импульсы этого генератора через элемент ИЛИ .9 имитируют импульс совпадения, подготавливая ключ 4 и счетчик 5 импульсов к очеред. ному циклу измерения, и исключают срывы в работе следящей системы, которые могут возникать из-за внешних помех, нарушающих работу блока 6 сравнения весов кодов. Поскольку между частотой измерительных сигналов и частотой импульсов стимуляции выбрано соотношение 500: 1, ошибка, вызываемая появлением этогоимпульса, не превышает величины младшего разряда, деленной на коэффициент усреднения,Введение счетчика 13 импульсовсовпадений в блок 11 адаптивного 5счета увеличивает помехоустойчивостьФаэометра эа счет увеличения накопления (что эквивалентно осреднениюизмерения на определенном интервале). Для исключения появления 10динамической ошибки, связанной срасхождением временного положенияфронта измерительного сигнала сМ-ым следящим импульсом, коэффициентсчета счетчика 13 импульсов совпадений устанавливается автоматическив зависимости от скорости измененияфазы во времени, что достигается спомощью дешифратора 12 цикловыхимпульсов, счетчика 15 цикловых импульсов, дешифратора 14 адаптивногосчета. Каждый раз, когда число в;счетчике 5 достигает значения 0,8 и,дешифратор 12 цикловых импульсоввырабатывает импульс, который посту-,пает на счетчик 15 цикловых импульсов;В последнем определяется скоростьизменения фазы, так как временнойинтервал, в течение которого накап"ливавтся число цикловых импульсов,определяется периодом работы генератора 10 стимулирующих импульсов Код со счетчика 15 цикловых импульсов, снимаемый в конце интервала, через дешифратор 12 цикловых импульсов управляет коэффициентом счета счетчика 13 импульсов совпадений, обес" печивая автоматическую настройку Фаэометра.В статическом режиме число ступеней пересчета счетчика 13 импульсов совпадений равно максимальной велиинее.В динамическом. режиме число ступеней автоматически выбирается из условияГ цикл 1ф-(. 3где Мф - скорость изменения фазы,Г - измеряемая частота;и - единица измерения (дискретность). Предлагаемый Фазометр эа счет улучшенных качественных характеристик (надежности, помехоустойчивости я точности) позволит при использова нии в приемоиндикаторах радионавигационных и радиогеодеэических систем повысить производительность работ путем сокращения времени привязки, более оперативной и точной координации работ при выходе на профиль и работе на профиле.