Устройство для измерения формы сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИН А П 9) 3 Д) 0.01 В 29/О РЕТЕНИЯ ЕТЕПЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 444991, кл. 0 01 В 19/04, 1972.2. Ивлиев А,Д., Зиновьев В.Е.Следящий измеритель амплитуды и фазы низкочастотных синусоидальныхсигналов. - "Приборы и техника эксперимента". 1978, Р 1, с, 101 прототип),(54 ) (57 ) 1,УСТРОЙСТВО,ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯФОРМЫ СИГНАЛОВ, содержащее фильтр,блок фазовой автоподстройки частотыи блок измерения амплитуды, соединенный с выходом фильтра, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения и расиирения Функциональных воэможностей, в .него дополнительно введеныблок синхронизации, блок управляемыхзадержек, восстанавливающий Фильтри бинарный квантователь, при этомвыход фильтра подклчюен к входамблока синхронизации и бинарногоквантователя, выход бинарного квантователя соединен с сигнальнымвходом блока фазавой автоподстройкичастоты, выходы блока синхронизации соединены с управляющими входамиблока Фаэовой автоподстройки частоты и с управляющим входом блокауправляемых задерЖек, выходы блокафазовой автоподстройки частоты соединены с иыформационными входамиблока управляемых задержек, первыйвыход которого подключен к первомувходу восстанавливающего фильтра,а второй выход подключен к управляющему входу блока измерения амплитуды, выход которого подключен квторому входу восстанавливающегофильтра.1061070 2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок фазо- вой автоподстройки частоты выполнен 8 -канальным, при этом каждый канал состоит иэ последовательно соединенных фазового детектора, цифрового интегратора, цифрового фаэовращателя и двухвходового элемента И, причем входы фазовых детекторов объединены и подключены к сигнальному входу блока фаэовой автоподстройки частоты, вторые входы двухвходовых элементов И соединены с соответствующими М управляющими входами блока фаэовой автоподстройки частоты, а ныходы двухвходовых элементов И соединены с упранляющими входами фазовых детекторон и с М выходами блока фаэовой авто- подстройки частоты.3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок изм рения амплитуды выполнен в виде Изобретение относится к областиэлектроизмерений, в частности кустройствам для измерения Формы сиг-.налов, и может быть использованодля измерения Формы сигналов, излучаемых станциями импульсно-фазовыхрадионавигационных систем.Известно устройство для измеренияформы сигнала, содержащее элементсравнения (нуль-орган 1, первый вход 10которого является входом устройства,преобразователь код-напряжение,выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, генераторобразцовой частоты, соединенный через счетчик импульсов с входом преобразователя код - напряжение, анализатор, вход которого соединен свыходом элемента сравненйя, а выходчерез блок выбора адреса подключенк первому входу запоминающего блока,два других входа которого подключены соответственно к преобразователюкод - напряжение и счетчику импуль-сов 1 .Это устройство является устройством неследящего типа, осуществляюцим регистрацию параметров сигналапо одной реалинации. Особенностьюизвестного устройства является измерение формы сигнала по ссобым точкам - точкам чередующихся наиболь"ших и наименьших значений сигналаи моментов их наступления,Недостатком устройства являетсябольшая флюктуационная погрешность 35 элемента сравнения, первый вход Которого соединен с входом блока измерения амплитуды, входного коммутатора, соединенного с выходом элемента сравнения, М цифровых фильтров, состоящих из дискретных усредняющих элементов и цифровых интеграторов, причем сигнальные входы цифровых фильтров подключены к выходам входного коьиутатора, их управляющие входы объединены и подключены К управляюцему входу блока измерения амплитуды, а входы Н цифроных Фильтров подключены к информационным входам выходного коммутато" ра, и цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходами блока измерения амплитуды и выходного коммутатора, а выход подключен к второму входу элемента сравнения, причем управляющие входы коммутаторов сОединены с управляющим входом блока измерения амплитуды. измерения при малых соотношениях сигнал-шум. Попытка увеличения соотношения сигнал - шум для увеличения точности измерения путем предварительной фильтрации сигнала линейными избирательными цепями приводит к искажению формы сигнала.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения формы сигналов, содержащее последовательно включенные усилитель и фильтр, блок автоматической регулировки амплиту- . ды, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход подключен к упранляющему нходу усилителя, блок фазовой автоподстройки частоты, первый вход которого соединен с выходом фильтра, а второй вход подключен к выходу источника опорного напряжения, блок измерения амплитуды, три входа которого соединены соответственно с входом усилителя, выходом блока автоматической регулировки амплитуды и с выходом блока фазоной антоподстройки частоты, и блоки регистрации фазы и амплитуды, соединенные соответственно с выходами блоков фазовой автоподстройки частоты и измерения амплитуды 2,Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что Фильтр вносит искажения в Форму сигнала вследствие неравномерности его амплитудно-частотной характеристики, а также различных фазовых сдвигов гармоникразличной частоты, определяемых Фазочастотной характеристикой. К недостаткам данного устройства относится также воэможность измеренияамплитуды и фазы лишь в одной точкесигнала, а также исполнение на аналоговой элементной базе, не позволяющей добиться большой стабильности параметров и как следствие этого, высокой инструментальной точности измерения.Цель изобретения - повышениеточности измерения, а также расширение Функциональных возможностейза счет реализации одновременногоизмерения сигнала с Й точках с последующим восстановлением формырадиоимпульса,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измеренияформы сигналов, содержащее фильтр,блок Фазовой автоподстройки частотыи блок измерения амплитуды, соединенный с выходом фильтра, дополни"тельно введены блок синхронизации,блок управляемых задержек, восстанавливающий Фильтр и бинарный квантователь, при этом выход фильтра подключен к входам блока синхронизациии бинарного квантователя, выходбинарного квантователя соединен ссигнальным входом блока фазовойавтоподстройки частоты, выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами блока Фазовой автоподстройки частоты и с управляющимвходом блока управляемых. задержек,выходы блока фазовой автоподстройкичастоты соединены с информационнымивходами блока управляемых задержек,первый выход которого подключенк первому входу восстанавливающегофильтра, а второй выход подключенк управляющему входу блока измерения амплитуды, выход которого подключен к второму входу восстанавливающего фильтра. Блок фазовой автоподстрояки частоты выполнен Й -канальным, при этом каждый канал состоит из последовательно соединенных Фазового детектора, цифрового интегратора, цифрового фазовращателя и двухвходового элемента И, причем входы фазовых детекторов объединены и подключены к сигнальному входу блока фазовой автоподстройки частоты, вторые входы двухвходовых элементов И соединены с соответствующими М управляющими входами блока .Фазовой автоподстройки частоты, а выходы двухвходовых элементов И соединены с управляющими входами фазовых детекторов и с й выходами блока фазовой автоподстройки частоты. Кроме того, блок измерения ампли-.туды выполнен в виде элемента сравнения, первый вход которого соединен с входом блока измерения амплитуды, входного коммутатора, соединенного с выходом элемента сравненияМ цифровых фильтров, состоящихиз дискретных усредняющих элементови цифровых интеграторов, причемсигнальные входы цифровых фильтров 10 подключены к выходам входного коммутатора, их управляющие входы объединены и подключены к управляющемувходу блока измерения амплитуды,а выходы й цифровых Фильтров под ключены к инФормационным входам выходного коммутатора, и цифро-аналогового преобразователя, вход которого соединен с выходами блока измерения амплитуды и выходного коммутатора а выход подключен к второмуУвходу элемента сравнения, причемуправляющие входы коммутаторов соединены с управляющим входом блока измерения амплитуды.На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства, на фиг. 2 - временныедиаграммы, поясняющие работу устройства.устройство содержит Фильтр 1,блок 2 синхронизации, бинарный квантователь 3, Н каналов блока фазовой автоподстройки частоты, каждыйиз которых сбстоит из фазового детектора 4, цифрового интегратора 5,цифрового фазовращателя 6, двухвхоЗ 5 дового элемента 7 И, блок 8 управляемых задержек, блок измеренияамплитуды, который состоит из элемента 9 сравнения, входного коммутатора 10, Й цифровых фильтров, реали зованных как последовательное соединение дискретного усредняющегоэлемента 11 и цифрового интегратора12, выходного коммутатора 13, цифроаналогового преобразователя 14, 45 а также восстанавливающий Фильтр 15.Рассмотрим работу устройства напримере измерения формы сигналовимпульсно-фазовой радионавигационной системы, представляющих радиоимпульс с экспоненциальностепеннойфункцией огибающей, изменяющейсяпо телу сигнала частотой заполненияи средней частотой заполнения равной 100 кГц фиг, 2 а).Устройство осуществляет измерениевременного положения точек переходасигнала через ноль и измерение значений амплитуды полупериодов высокочастотного заполнения, временноеположение которых жестко связано 60 с временным положением переходовсигнала через ноль. Получаемый приэтом объем информации при узкойполосе сигнала полностью характери-.зует Фазу и амплитуду исследуемогорадиоимпульса, т.е. всю форму сигнала, 1061070Входной сигнал поступает на входфильтра 1, представляющего собойактивный полосовой фильтр, настроенный на частоту 100 кГц. Фильтр 1осуществляет усиление нходного сиг-нала и его фильтрацию на фоне помех. Выходной сигнал фильтра 1 поступает на вход блока 2 синхронизации, который производит поиск сигнала и,определяет моменты времениего начала. Необходимость этого связана с тем, что длительность сигнала мала по сравнению с периодом егоповторения (длительность сигнала120-150 мкс, а период повторенияне менее 1 мс) . 15Блок 2 синхронизации осуществляетформирование временных "окон"(фиг. 2 б, в), которые поступают навторые входы двухвходоных элементов 7 И каналов блока фаэоной антопод.0стройки частоты для определения периода, в котором пройзводится измерение.Каждый из каналов блока фаэовойавтоподстройки частоты работает следующим образом.Сигнал с выхода бинарного квантователя 3 поступает на вход фазовогодетектора 4, где производится сравнение фаз входного сигнала и сигналас выхода цифрового Фазонращателя би вырабатывается сигнал ошибки ввиде соответствующей кодовой комбинации, который определяет разностьФаэ входных сигналов в момент сравнения. Выходной сигнал цифрового З 5фазового детектора 4 подвергаетсяобработке в цифровом интеграторе 5,который подобно обычному Фильтрунизких частот производит коррекциюпередаточной функции блока фаэовой 40автоподстройки частоты. Это достигается усреднением отсчетов мгновенных значений сигнала с цифровогофазового детектора 4. Цифровой фаэовращатель б изменяет Фазу выходного 4сигнала с определенным дискретомв соответствии с поступающими сигналами с выхода цифрового интегратора 5 таким образом, чтобы ее расСогласование с фазой измеряемогосигнала было минимальным,Сигнал цифрового фазонращателяб (Фиг, 2 г, д) поступает на первыйвход двухвходового элемента 7 И,где происходит выделение необходимого строба слежения (Фиг. 2, е,ж) .Слежение за экстремальными точками сигнала, а именно за амплитудой полупериодов высокочастотногозаполнения, осуществляется в моменты времени, определяемые стробами 60с выхода блока 8 управляемых задержек (Фиг, 2, э) . Эти стробы формируются по стробам слежения каналовблока фазовой антоподстройки частоты (Фиг. 2, е, ж) эа моментами пере додон через ноль полупериодон высокочастотного заполнения с задержкой равной Т/4, где Т - период высокочастотного заполнения, известный априорно с достаточной точностью. В общем случае длительность периода меняется по телу сигнала, так как в сигналах ИФРНС наблюдается некоторая частотная модуляция, известная для сигналов ИФРНС "Лоран-С". Поэтому задержка может быть различной для различных полупериодон высокочастотного заполнения.Так для первого периода высоКочастотного заполнения величина задержки равна 1 для второго и т.д. Незадержанные стробы (Фиг, 2, е, ж) поступают на первый нход вос-:, станавливающего фильтра 15 с первого выхода блока 8 упранляемых задержек.Одновременно входной сигнал с выхода фильтра 1 поступает на вход элемента 9 сравнения (фиг. 2, а) . В моменты времени, определяемые временным положением стробон с выхода блока 8 управляемых задержек (фиг. 2, э) , результат сравнения входного сигнала (фиг, 2, а) и выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 14 через входной коммутатор 10 поступает на вход соответствующего цифрового фильтра, состоящего иэ дискретного усредняющего элемента 11 и циФрового интегратора 12. Сигнал переполнения с выхода дискретного усредняющего элемента 11 поступает на вход цифрового интегратора 12, изменяя его состояние. Через выходной коммутатор 13 замыкается петля слежения за экстремальными значениями сигнала, Последовательное подключение цифровых фильтров позволяет организовать слежение за несколькими экстремальными точками сигнала. Причем н каждом цифровом интеграторе 12 хранится информация об одной точке измерения. Цифроаналоговый преобразователь 14 преобразует состояние цифрового интегратора 12 каждого цифрового фильтра в аналоговую величину выходного напряжения, которое поступает на второй вход элемента 9. Кроме того, выходной коммутатор 13 обеспечивает также передачу состояния каждого цифрового интегратора 12 на вход восстанавливающего фильтра 15.Восстанавливающий фильтр 15 представляет собой специализированное вычислительное устройство, которое производит интерполяцию сигнала по отсчетам, полученным с блока измерения амплитуды и блока 8 управляемых задержек, а также выполняет циФровую снертку интерполированного сигнала со значениями импульсной характе 1.истики цифрового Фильтра, реализт,Составитель В.КостинТехред С,Легеза Корректор Г, Решетник Редактор Л,Веселовская Заказ 10034/48 Тираж 710 ПодписноеНИИПИ.ГосударСтвенного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Фил щего выбранный алгоритм восстановления сигнала.Для достаточного восстановления формы сигнала импульсно-фазовой радионавигационной системы необходимо иметь не менее 4-5 отсчетов за период высокочастотного заполне" ния интерполированного сигнала, т.е. выборки необходимо брать череэ 2-2,5.мкс 10 = 100 кГц). Для вего же сигнала требуемое число выборок, 10 следовательно, составит 50-.60Число отсчетов импульсной характеристики восстанавливающего фильтра 15 определяется требуемой точностью из- . мерения и формой передаточной харак теристики фильтра 1 и на практяке с ставляет 15-20.Так как для измерения в условиях малого отношения сигнал/шум инерционность каналов блока фазовой авто- подстройки частоты и цифровых фильтров блока измерения амплитуды ,выбирают достаточно большой, то требования к быстродействию восстанавливающегр фильтра невысоки. На прак тике значения результатов измеренияизменяются на 1-2 дискрета не чащечем через 2-5 с, что позволяет успешно решить задачу восстановления сигнала с большой точностью в реальноммасштабе времени, когда обработкарезультатов измерения производитсяодновременно с измерением сигнала,и, следовательно, устранить искажения формы сигнала, вносимые фильтром 1. Изобретение позволяет значительнО увеличить точность измерения формы сигналов, в частности в условиях малого отношения сигнал/шум, и устранить влияние искажений формы сигнала при прохождении его через избиг рательные цепи линейного тракта.Кроме того, выполнение устройства на цифровой элементной базе (например, восстанавливающий фильтр может быть-выполнен на основе микропроцессорных комплектов) позволяет обеспечить высокую стабильность параметров устройства.