Цифровое устройство для измерения частоты сигнала

(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛА Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано .в радиолокации, радионавигации,радиоуправлении, а также в других областях техники, где необходимо измерение частоты радиосигналов на фоне шума.Известно устройство измерения час тоты, состоящее из К пар основных и дополнительных фильтров, Й амплитудных1 н детекторов с подключенными к их выходам блоком определения номера каналов, .управляемого коммутатора, двух фазометров, сумматора, блока формирования оценки частоты и блока вычислениячастотной поправки 1Недостаток устройства в том, что оно не обладает возможностью оперативной перестройки при смене характера сигнала. 20Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из полосового фильтра, аналого-цифрового преобразователя(АЦП), умножителя, генератора, аргументов, двух тригонометрических преобразователей з 1 пт и соэУ генератора амплитуд, четырех накопителей, квадраторов, сумматоров, блоков извлечения квадратного корня, вычитающих устройств, формирователей коэффиииентов и управляющего устройства 1.2.Недостатком этого устройства является невысокая точность, обусловленная нелинейностью и невысокой крутизной дискриминаторной характеристики амплитудно-частотных дискриминаторов, на основе которых оно построено, а также влияние на точность измерения частоты погрешностей определения амплитуд ортогональных составляющих сигнала.Цель изобретения - повышение точности измерения частоты.Эта цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения частоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор875292 50 мА= Е И(к)соИ,К=ОМА - Е 1 к)сов 9,ВЕ м(к) виЧ, МВ 1 ч(к) 51 и 9 у К=О аргумента, основной преобразовательсоз, основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисленияотношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя,последовательно соединенные фильтр ианалого-цифровой преобразователь, блокуправления, выход которого подключенк входу второго генератора аргументаи к входу первого генератора аргумен- Ота, выход которого соединен с входомосновного преобразователя зИЧ, блокформирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а также третий и чет-.вертый накопители и блок разности,введены блок обнуления фазы, дополнительные преобразователи сози 51 п,три дополнительных умножителя, дополнительныи блок вычисления отношения,первый и второй преобразователи аГФСГ"и блок определения частотной поправки, вход которого соединен с выходомблока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователяагсйсф, вход последнего соединен с вы-.ходом блока вычисления отношения, приэтом выход блока обнуления фазы подключен к входу фильтра, входы дополнительных преобразователей соБЧ и 51 й тобъединены и соединены с выходом второго генератора аргумента, выходы первого и второго дополнительных преобразователей созе и з 1 п Ч подключены кпервым входам третьего и четвертого35дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединеныи соединены с первым входом второгодополнительного умножителя, с вторымвходом основного умножителя и с выхо 40дом аналого-цифрового преобразователя,выходы второго, .третьего и четвертогодополнительных умножителей подключенык входам второго, третьего и четвертого накопителей, выходы третьего и45четвертого накопителей соединены с вхоДами дополнительного блока вычисления.отношения, вь 1 ход последнего подключен к входу второго преобразователя агсйд)", выход которого соединен с.вторым входом блока разности, выходблока определения частотной поправкисоединен с вторым входом блока формирования оценки частоты, а выход основного преобразователя з(п подключенк второму входу второго дополнитель,ного усилителя,На фиг. 1 приведена блок-схемацифрового устройства для измерения 4частоты сигнала; на фиг. 2 - фазочастотные характеристики коррелято- ров и характеристика фазочастотного дискриминатора.Устройство содержит блокобнуления фазы, полосовой фильтр 2, АЦП 3, генераторы 4 и 5 аргументов, преобразователи 6 и 7 созг, преобразователи 8 и 9 51 п, умножители 10, 11, 12 и 13, накопители 14, 15, 16 и 17, блоки 18 и 19 вычисления отношения, преобразователи 20 и 21 агсйд блок 22 разности ( сумматор), блок 23 определения частотной поправки, блок 24 формирования оценки частоты и блок 25 управления.Устройство работает следущцим образом. Входной сигнал О = соз(27 гГ 1 ФЯ , где . - подлежащая измерению частота сигнала, а 1 О - начальная фаза, после прохождения через блок 1 обнуления фазы, где частота сигнала делится в г раз, становится равен О(й) = соз 2 Ий, Пройдя через полосовой фильтр 2, сигнал кодируется в АЦП 3 в дискретные моменты времени сМ (с = 0,1,2). Интервал дискретизации Д, выбираемый из условия дискретизации узкополосных Сигналов, равенн , где Д Р - полоса пропускания полосового фильтра 2, В моменты времени Мс в генераторах 4 и 5 формируются аргументы У = 27 С(Фо-ЬУ)1 М и Ч=: йЛо+М)М, где о2ожидаемое значение частоты сигнала, й- ширина частотного дискриминатора. В преобразователях 6 и 8 формируются дискретные значения функций соз Ч.4 и 51 п%, а во вторых преобразователях (созг) и (51 пт) 7 и 9 формируются дискретные значения функций созе 51 п 3, которые поступают на умно- жители 10, 11, 12 и 13 соответственно, где перемножаются с кодами выборок сигнала Й(М). Пройзведения поступают на накопители 14, 15, 16 и 17, на выходах которых соответственно образуются суммы где количество слагаемых М определяется длительностью сигнала Т и интервалом дискретизации ай.5 875292Эти суммы являются дискретными аналогами корреляционных интегралов А= О% соВЧ 1 аЬ, о ТАУО соэЧ 2 о 3= 0) уи 9 ИОВй.-о И)й 1 й ЧЮ,о 50 Формула изобретения 15 20 30 где со 594, со 59, 5 пЮ, - непрерывные5 п 92, аналоги функций со 5 Ч 4 р,С 052, 5 ПК 5 П 70 еНа выходе 1 локов 18 и 19 образуются отношения - и в , которые равны4 Э 28 З Дет Д 2А КД 2 Х Следовательно, на выходах преобразователей 20 и 21 имеют место значения угловД:СЦр" 6 = О 1" С 1 -в В.При равенстве нулю начальной фазыи решении интегралов имеем1-сОБ ЙВдТ1 0 МЬ 1 Л КТ-СОЕ 2 дтдТ9,-ОЯ,.Т где =Р-И -ьХ), д,=Х-И+ьИ.Эти выражения являются линейными функциями частотных расстроек Д и Д и представляют собой фазочастотные характеристики корреляторов, показанные на фиг. 2 а.Сумма 11 = ЯЯ 2 образуемая на выходе сумматора 22, также является линейной функцией частотной расстройки д = Х - Э и представляет 40 собой дискриминаторную характеристику Ц =КС", показанную на фиг. 2 б.Поделенное в блоке определения частотной поправки 23 на величину,Кзначение Ц в виде частотной поправ ки д складывается в блоке 24 формирования оценки частоты с величиной о, на выходе которого образуется истинное значение частоты сигнала. 50В данном случае крутизна дискримииаториой характеристики раааа р ф-. Если размах характеристики равен + йф и точность измерения фазы составляето1 , то относительная точность измерения фазы и разрешающая способность по частоте будет составлять 1/180, т.е. приблизительно в 20 раз выше, чем у прототипа,6Таким образом, в цифровом устройстве для измерения частоты сигнала,основанном на фазочастотных различиях сигнала, реализуется повышение точности измерения частоты сигнала благодаря принципиально линейной дискри"минаторной характеристике, отсутствию зависимости измерения частоты отпогрешностей измерения амплитуды, атакже большой крутизне дискриминаторной характеристики,Цифровое устройство для измерениячастоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор аргумента, основной преобразователь соэй, основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисления отношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя, последовательно соединенные фильтр и аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого подключен к входу второго генератора аргумента и к входу первого генератора аргумента, выход которого со.единен с входом основного преобразователя 5 п, блок формирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а также третий и четвертый накопители и блок разности, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обнуления фазы, дополнительные преоб- РаЭОВатЕЛИ СО 59 И 5 ПйГр тРИ ДОПОЛНИ- тельных умножителя, дополнительный блок вычисления отношения, первый и второй преобразователи агс йциблок определения частотной поправки, вход которого соединен с выхбдом блока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователя агс 1 д вход последнего соединен .с выходом блока вычисления отношения, при этом выход блока обнуления фазы подключен к входу фильтра, входы дополнительных преобразователей со 5 Ги 5 ПГобьединены и соединены с выходом второго генератора аргумента, выход первого и второго дополнительных преобразователей со 5 т и 5 и У подключены к первым,входам третьего и четвертого дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом второго дополнительного умножителя, с вторым7 875292 8входом основного умножителя и с выхо- правки соединен с вторым входом блокадом аналого-цифрового преобразовате- формированИя оценки частоты, а выходля, выходы второго, третьего и чет- основного преобразователя з 1 пт подклю,верто 1 о дополнйтельньгх умножителейчен к второму входу второго дополниподключены к входам второго, третьеготельного усилителя.и четвертого накопителей, выходы третьего и четвертого накопителей со- Источники информации,единены с входами дополнительного бло- принятые во внимание при экспертизека вычисления отношения, выход послед. Авторское свидетельство СССРнего подключен к входу второго преоб в В 566200, кл. 6 01 й 23/06, 1977,разователя асс 1 ц, выход которого со- . 2. Авторское свидетельство СССРединен с вторым входом блока разности,вы 478261, кл. 6 О 1 й 23/00, 1975 (проход блока определения частотной по- то тип),Составитель Л, Воронинактор Т, Кугрышева Техред А.Бабинец рректор А. Дзядписное Заказ 9326/70 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035 Москва 1Тираж 735 Порственного комитета СССРзобретений и открытийЖРарпская наб. д. 4/5ал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4