Цифровой измеритель разности фаз

" СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ВРЕТ ПИ ра в х ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 690408, кл. 6 01 В 25/08, 1977.2. Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. И., "Советское радио", 1968, с. 380;54) (57) ЦИФРОВОИ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ, содержащий генератор гармо-. нического напряжения, выход которого соединен с входом фазосдвигающей цепи Т(/2, последовательно соединенные первые перемножитель и цифровой интегратор, последовательно соединенные вторые перемножитель и цифровой интегратор, блок деления, первый вход которого соединен с выходом первого цифрового интегратора второй вход - с выходом второго цифрового интегратора, а выход - с входом тригонометрического блока агс 19, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений при наличии помех и расширения функциональных вазможностей измерителя, в него введены последовательно соединенные первые блок преобразования частоты, блок аналого-цифрового преобразования, первый дополнительный перемножитель, последовательно соединенные вторые блок преобразования частоты, блок аналогоцифрового преобразования и второй 8131033 щ С 01 В 25/00; 6 01 В 25/08 дополнительный перемножитель, последовательно соединенные третьи блок преобразования частоты и блок аналого-цифрового преобразования, а также блок суммирования, блок вычитания и блок определения отношений, причем сигнальный вход первого блока преобразования частоты, соединен с сигнальным входом второго блока преобразования частоты и . шиной входного сигнала, гетеродинные входы первого и третьегоблоков преобразования частоты соединены с выходом генератора гармонического напряжения, сигнальный вход третьего блока преобразования частоты соединен с шиной опорного сигнала, а гетеродинный вход второго блока преобразования частоты соединен с выходом фаэосдвигающей цепи /2, вторые входы первого и второго дополнительных перемножителей соединены с выходами, соответственно пер- . вого и второго цифровых интеграторов, а выходы - с входами блока суммирования, выход которого соединен с первым входом блока вычитания, торой вход которого соединен с выодом третьего .блока аналого-цифрового преобразования, а выход - с первыми входами первого и второго пере- множителейвторые входы которых соединены с выходами соответственно, первого и второго блоков аналого-цифрового преобразования, а первый и второй входы блока определения отношений соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления.Изобретение относится к технике электрорадиоиэмерений и может быть использовано в фазометрическойаппаратуре с повышенными метрологическими характеристиками.Известно цифровое устройство для оптимального измерения Фазы сигнала, содержащее полосовой фильтр, генератор дискретных аргументов, соединенный с тригонометрическими блоками ь 1 пг",и соь , которые, в свою очередь, подсоединены к множительному блоку, один непосредственно, а второй через линию задержки, триго- нометрический блок аГс 1, цифровой вольтметр двойного интегрирования, вход которого соединен с выходом Множительного устройства, а выходс тригонометрическим блоком а"с, причем. сигнальный вход множительного устройства подключен к выходу полосового фильтра 1 1.Недостатком указанного устройства является ухудшение его точностных характеристик при наличии помех в канале сигнала.Известно также устройство для .оптимального измерения фазы, представ" дяющее корреляционный измеритель с ортогональной обработкой сигналов, в котором реализуется алгоритм оптимального измерения фазы для синусоидальных сигналов с известной амплитудой в условиях наличия помех в виде белого шума.Устройство содержит два перемно" жителя, на входы которых подают измеряемый и опорный сигналы, причем измеряемый сигнал поступает на перемножители синфазно, а опорный - на один иэ перемножителей непосредственно, а на.другой перемножительчерез фаэосдвигающую цепь л/2, 3 ва интегратора, блок деления и тригонометрический блок а гсйд 2 3.Указанное устройство характеризуется недостаточной точностью в случае сигналов. с неизвестной амплитудой, что обусловлено влиянием на результат измерения разности фаэ изменений амплитуды входного сигнала.Цель изобретения - повышение точности измерений, при наличии помех и расширение функциональных возможностей измерителя.Указанная цель достигается тем, что в цифровой измеритель разности фаэ, содержащий генератор гармонического напряженйя, выход которого соединен с входом фазосдвигающей цепи ,7 Г/2, последовательно соединенные первые перемножитель и цифровой интегратор, последовательно соединенные вторые перемножитель и цифровой интегратор, блок деления, первый вход которого соединен с выходом первого цифрового интегратора, Второй вход - с выходом второго циф рового интегратора, а выход - с вхо дом тригонометрического блока агсйд введены последовательно соединенйые первые блок преобразования частоты, блок аналого-цифрового преобразоВа" теля, первый дополнительный перемножитель, последовательно соединенные вторые блок преобразования частоты, блок аналого-цифрового преобразования и второй дополнительный перемно 510 житель, последовательно соединенныетретьи, блок преобразования частоты иблок аналого-цифрового преобразования, а также блок суммирования, блок 15 вычитанияи блок определения отношений, причем сигнальный вход первого блока преобразования частотысоединен с сигнальным входом второго блока преобразования частоты ишиной входного сигнала, гетеродин"ные,входы первого и третьего блоковпреобразования частоты соединены свыходом генератора гармоническогонапряжения, сигнальный вход третьегоблока преобразования частотысоеди нен с шиной опорного сигнала, а гетеродинный вход второго блока преобразования частоты соединен с выходом фазосдвигающей цепи /7/2, вторыевходы первого и второго дополнИ 30 тельных перемножителей соединены с выходами, соответственно первого ивторого цифровых интеграторов, авыходы - с входами блока суммирования, выход которого соединен с пер" 35. вым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходомтретьего блока аналого-цифровогопреобразования, а выход - с первымивходами первого. и второго перемножителей, вторые входы которых соеди 40 иены с выходами соответственно первого и второго блоков аналого-цифрового преобразования, а первый и второй, входы блока определения отношений соединены соответственно спервым и вторым входами блока деления. На чертеже представлена схемаоптимального цифрового измерителя 50 Разности Фаз.Устройство содержит блоки 1-3 преобразования частоты, генератор 4 гармонического напряжения, Фазосдвигающую цепь 5 Х/2, блоки 6-6 аналогоцифрового преобразования, .перемножители 9 и 10, дополнительные перемножители 11 и 12, цифровые интеграторы 13 и 14, блок 15 деления, блок 1 бсуммированйя, блок 17.вычитания, три"гонометрический блок 18 агай 9 ,блок 60 19 определения отношений, входйуюшину 20 измеряемого сигнала и входную шину 21 опорного сигнала.Измеряемый сигнал на шине 20,является Входным сигналом блоков 1 65 и 2 преобразования частоты, на кото10339 рых выделяются сигналы более низкой частоты, сдвинутые по фазе на У/2 и образующие синфазную и ортогональную составляющие измеряемого сигнала путем подачи на гетеродинный вход блока 1 преобразования частоты сиг нала с выхода генератора 4 гармонического напряжения, а на гетеродинный вход блока 2 преобразования частоты выходного сигнала с Фазосдвигающей цепи 5 .л/2. .Опорйый 30 сигнал на шине 21 является входным сигналом блока 3 преобразования частоты, на гетеродинный вход которого поступает сигнал с выхода генеФ ратора 4 гармонического напряжения, Выходы блоков 1-3 преобразования частоты соединены соответственно с входами блоков 6.-8 аналогоцифрового преобразования, причем вы" ход блока 6 соединен с входами первого перемножйтеля:9 и пбрвого дополнительного перемножителя 11, выход блока 7 соединен с входами . второго перемножителя 10 и второго дополнительного перемножителя 12. Выходы перемножителей 9 и 10 соединены с входами интеграторов 13 и 14, выходы которых соединены с вторыми входами дополнительных перемножителей 11 и 12, выходы которых соединены с входами блока 16 суммиро-: З 0 вания.Входы блока 17 вычитания соединены с выходами блока 16 суммирования и блока 8, а выход - с вторыми входами перемножителей 9 и 10. Вы ходы интеграторов 13 и 14 соединены также с входами блока 19 определения отношений и блока 15 деления, выход которого соединен с входом тригонометрического блока 18 агссд 40 Информация тригонометрического блока 18 агсй 9 и блока 19 определения . отношений является выходной информацией измерителя.В йзмерителе выполняется перенос измеряемого и опорного сигналов на более низкую частоту, выделение синфазной и ортогональной составляющих измеряемого сигнала, аналого-цифровое преобразование сигналов, определение разности цифровых значений измеряемого и опорного сигналов, определение весовых коэффициентов, пропорциональных коэффициенту корреляции между полученной разностью и синфазной и орто. гональной составляющими измеряемого сигнала, перемножение дискретных значений синфазной и ортогональной составляющих измеряемого сигнала на полученные весовые коэффициенты, суммирование указанных составляющих и регистрации значений разности фаэ и отношений амплитуд измеряемого и опорного сигналов по установившимся значениям весовых коэфФициентов. 65 82 4Оптимальный цифровой измерительразности Фаз работает следующимобразом,Блоки 1 и 2 преобразования частоты выполняют перенос измеряемогосигнала, поступающего по шине 20 наболее низкую частоту, а также дщцеление его синфазной и опт:ональной составляющих, обеспечиваемоетем, что на гетередийный вход бло.ка 1 преобрдования частоты поступает сигнал с генератора 4 гармони,ческого сигнала, а на .гетеродинныйвход блока 2 преобразования частоты - сигнал с фазосдвигающей .цепи 5У/2, Блок 3 преобразования частотывыполняет перенос опорного сигнала,поступающего по шине 21 на более низкую частоту.Сигналы с выхода блоков 1-3 преобразования частоты с помощью бло"ков 6-8 аналого-цифрового преобразования преобразуются в цифровую формуи далее выполняется обработка инФормации в цифровом виде.Код синфазной составляющей измеряемого сигнала поступает на первыевходы перемножителей 9 и 11, а ортогональной составляющей измеряемогосигнала - на первые входы перемножителей 10 и 12- На вторые входы перемножителей 9 и 10 поступаеТ .выход- -ной сигнал блока 17 вычитания, представляющий разность кодов, опорногои измеряеМого сигналов. Измеряемыйсигнал, поступающий на вход блока 17вычитания, образуется путем сложения в блоке 16 суммирования кодов свыходов перемножителя 11, выполняющего обработку синфазной составляющей сигнала, и перемножителя 12,выполняющего обработку ортогональнойсоставляющей сигнала.Код разности Е(ф.;)измеряемого иопорного сигналов, получаемый на.выходе блока 17 вцчитания, определяртся8(Ц:Р(Ц-Ю 1 ОР,.)+агХг(йД,где б; в :моменты времени, соответствующие дискретным выбор-.кам блока аналого-цифровогопреобразования,в 1.2:Х з 1 п(Яа;+ ), Х ,)с 3(ш +.)+Х ВФЯ +ЧЦ; Х 2(12- Хв Я+ХссозЯ 8 2; Х(1;)и Х (;)- циФровой. сигнал на выходе блоков б и 7, представляющий сумму сигнала и шума соответственно синфазной и ортогональной составляющийЯ - частота преобразованного ( на выходах блоков 1-3)измеряемого и опорного сигналов;Ч и Ч - соответственно фаза изс. Ьмеряемого и опорного сигналов;браэуе тся гХ 2(,.).,р) хф,.)Х 1 с(,)Полученный ц няется по време На выходе интег среднее значени Г(1, ) х И;) котор раженйем фровой сигнал усреди интегратором 13.атора 13 получимцифрового сигналае определяется выэ 15 В Ре деления дальней метриче ряемую(Ь,)Х Е (С) Х 1(.) -ча хг(,.) Аналогично4 будем иметь ыходе интегратора о Х)Хг = Р(а) 2(1;) Х 2 Ф,) стве атри и ор гнал рели Полагаякоторые мопомехи в .сных составмощности,лучим что со но расс нфаэной яющих с о не ко ные шумы, ать как огональравны по ованы, поразкажиме ве. -ыхо-Р(1;)- цифровой сигнал на выходе блока 8, являющийся опорным,) % и % - цифровой код весовых2 коэффициентов, вырабатываемый цифровыми интеграторами 13 и 14,Еад разности Я(1;) измеряемого и спнор налов умножается в умно- жителе 9 на ц овой код синфазной составляющей сигн а, который поступает с блока б.На выходе умножителя 9 о цифровой сигнал, определяемый= РКХ"(Ч-ф 1 Х" + )Х"( )-щ Х 1(1;)Р(;)=Х Х созда;.Х 2(;) Н(С;)=Х Хоз паМ;Х 1(,) Х 1(,): Хг+ Х 2;Х 2 (С;) Х 2(Ф,;) = Хо + Х а, (3)Х 1(С,)Х 2(;)= 0 ехг(,) х(а;) = ос о.Подставляя в уравнения (1) ивыражения (3 ) и приравнивая левчасти к нулю, т.е.,полагая, чтоностный сигнал ЕК;) на выходе бл17 вычитания в установившемся рстремится к нулю, определим устносившиеся оптймальЮые значениясовых коэффициентов ЧЧ 1, Э 2 на дах интеграторов 13 и 14вом видеХо.Х 1(;) Х 1(;1+ льтате деления блоком 15 олученных коэффициентов и го преобразования тригОно им блоком 18 получим измезность фаэ йЧ между опореряемым сигналами%2цатУ-ОАСЬ р Блок 19 определения отношенвычисляет функцию % 1+%та рави шц Хс )(и. 0сПри отношении мощности. шумов к мощности сигнала много меньшем еди. ницы (что обычно бывает на практике ) на выходе блока 19 определения отношений вырабатывается код, соответствующий отношению напряжений опорного и измеряемого сигналов.Таким образом, использование 40 оптимального цифрового измерителя разности фаэ позволяет выполнять определение разности фаэ с учетом отношений амплитуд входного и опорного сигналов, что обеспечивает расширение функциональных возмож ностей измерителя, а также выполнять оптимизацию измерения разност фаз, т.е, минимизацию ошибки измерения при наличии в измеряемом сигнале различного вида помех, а след 50 вательно, повысить точность измере-. ния разности фаз.При этом обеспечиваются пределы измерения разности фаз 0-360 о и отношений амплитуд, определяемых в 55 общем случае разрядностью блокованалого-цифрового преобразования.103398 Составитель М,КатановаВТехредИ.Яетелева Корректор О. Билак Ковач Редакт сно аказ ород, ул. Проектн 19/49 Тираж 710ВНИИПИ Государственногло делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра лиал ППП фПатентф, г. Уж По митета СС ткрытий ая наб.,