Цифровой следящий астатический фазометр

(22) Заявлено 260831 (21) 3331069/18-21 РМ Кп з 6. 01 й 25/08 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам . изобретений и открытийОпубликовано 300 1.8 3. Бюллетень йо 4 Дата опубликования описания 30,0183 533 УДК 621. 317,. 373( 088. 8).(54) ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ АСТАТИЧЕСКИЙ ФАЗОМЕТР Изобретение относится к электрик ческим измерительным устройствам.и может быть использовано для измерения разности фаз, например, непрерывно изменяющейся в пределах значительно больше полного угла ( 360), в условиях воздействия шумов и флуктуационныхпомех, например в приемо- индикаторных фазовыхрадиогеодезических и радионавигационных систем, -Известны цифровые фазометры выборочных значений,в которых повышение помехоустойчивости достигается усреднением отсчетов по ряду выборок с .постоянным измерительным временем 1-.1. 15Недостатком фазометров является .сложность получения следящего рода работы, а также большие ошибки при измерении непрерывно изменяющейся разности фаз. 20 Известен цифровой следящий фазометр (ЦСФ), содержащий формирователь интервалов, генератор счетных (квантущ 4 их) импульсов д "ители реверсивный и 25 линейный счетчики и блок вычитания - йли ключи параллельного переноса содержимого реверсивного счетчика в ли нейный в дополнительном коде, которые обеспечивают непрерывное измерение разности фаз, изменяющейся в пределах,значительно превышающих 360 (пределизмерений ограничен емкостью ревер-,сивного счетчика целых циклов, являющегося составной частью ЦСФ ) (2)Известный фазометр обладает некоторой помехоустойчивостью благодаряограниченной скоростиотработки,однако при воздействии на входные сигналы шумов и помех, которые вызываютФлуктуации мерного интервала, отсчеты в них также флуктуируют, особеннов области низких частот, что снижаетих точность,Цель изобретения - повышение точности цифрового следящего фазометра в условиях воздействия флуктуационных шумов и помех.Указанная цель достигается тем, что в ЦСФ, содержащий генератор квантующих импульсов, подключенный к Формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям на М и на й, реверсивный и линейный счетчики по модулю М, подключенные к блоку вычитания содержниах реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на М, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейным счетчиком, два ключа ввода приращений в реверсивный счетчик, 993152блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимоголинейного счетчика, дополнительновведены сумматор-накопитель, одинвход которого через первый ключ ввода в сумматор соединен с выходом блока вычитания, а первая пара выходовс первыми входами элементов совпадений, причем управляющий вход ключасоединен с входом блока задержки ивыходом делителя на М, пороговые 1 Оэлементы с дискриминаторами знака,входы которых соединены с второй парой выходов сумматора-накопителя,а выходы через элементы совпаденийс первыми входами ключей ввода приращений, вторые входы которых соединены с выходом блока задержки, второй блок задержки на один такт, блокхранения константы затухания, соединенный с другими входами сумматора Онакопителя через второй и третийключи ввода в сумматор, управляющиевходы которых соединены с выходамиэлементов совпадений и второго блоказадержки и, вход которого соединенс выходом первого блока задержки.На Фиг. 1 приведена схема фазометра; на фиг, 2 и 3 - переходныехарактеристики устройства.Устройство содержит генератор 1,формироватепь 2, делители 3 - 5, блоЗОки 6 и 7 задержки, счетчики 8 и 9,блок 10 вычитания иэ содержимогосчетчика 8, ключи 11, 17 и 19, 18 и20, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим ключами вводав сумматор-накопитель 12 и ключамиввода приращений в счетчик 9, пороговые элементы 13 и 14 соответственнодля отрицательного и положительногосодержимого сумматора 12, потенциальОные элементы 15 и 16 совпадений,блок 21 хранения кОчстанты С в прямом и дополнительном кодах,Устройство работает следующим образом.В формирователе 2 создаются пакеты квантующих импульсов, количество кОторых в пакете пропорционально разности фаэ входных сигналов. Эти пакеты через делитель 3 подаются на вход счетчика 8. Импульсы с выхода генератора 1 одновременно поступают через делитель 4 на делитель 5, и на выходе последнего образуются управляющие импульсы. Отсчет разности фаэ Формируется в счетчике 9 следующим образом. Пусть содержимое счетчика 8 а(М М ), содержимое счетчика 9 и(иХМ ) отношение длительности пакета к периоду входных сигналов а; частота следования импульсов генератора 1 1Тогда частота следования управляющих импульсов на выходе делителя 5 будет Г=1 /ИМ, а период Т ММ/Г. М выбирается так, чтобы Г 65 была ниже наименьшей возможной частоты входных сигналов, а выбирается из условия, чтобы Г/М была вышенаивысшей возможной частоты сигналов.Управляющий импульс с выхода делителя 5, воздействуя на ключ 11, производит занесение .разности а-и (по мо- дулю М), образовавшейся в вычитающем устройстве 10, в сумматор 12, где она добавляется к содержимому сумматора 12, .а затем, пройдя через блок 6 задержки, производит очистку счетчика 8. После этого счетчик считает импульсы с выхода делителя 3.К моменту прихода следующего управляющего импульса в счетчике накопится а= - а,ЕТ/И = а М импульсов. При кратности частот входных сигналов и генеоатора 1 это соотношение выполняется точно, при некратности статистически. Если иа, каждый управляющий импульс заносит в сумматор 12 разность а-и (с ее знаком).Как только его содержимое превысит заданный порог, на вьходе пороговых элементов 13 или 14 (в зависимости от знака содержимого ) появляется разрешающий потенциал, прикладываемый к ключам 15 или 16, на второйвход этих ключей поцается потенциалего знаковых выходов сумматора 12,так что в зависимости от знака открытключ 15 или 16. Выходные потенциалыпоследних открывают ключи либо 17и 18 (при положительном знаке содержимого сумматора ), либо 19 и 20(при отрицательном знаке ), Управляющий импульс с выхода схемы 6 задержки, пройдя через открытый ключ 18или 20, занесет в счетчик 9 положительное или отрицательное приращение, приблизив к а его содержимое и.Содержимое сумматора будет возрастать до тех пор, пока количествовведенных приращений не сделает и=а.Однако, если в систему не ввестизатухание, то возникнет колебательный процесс - и будет колебаться вокруг а как центрального значения. Дляустранения этого явления содержимоеаккумулятора после занесения в негоразности а-и и сформирования импульса приращения в счетчик 9, уменьшается по абсолютной величине на некоторую константу С, значение которой хранится в блоке 21 и вводитсяв сумматор 12 через ключи 17 и 19 в;прямом и дополнительном коде привоздействии разрешающего потенциалас выхода одного иэ элементов 15 или16 совпадений и уйравляющего импуль-.са, прошедшего через блоки 6 и 7задержки,Работу устройства можно пояснить графически, построив его переходную характеристику - зависимость содержимого счетчика 9 и сумматора 12 отвремени нри скачкообразном изменениивходной разности фаз (фиг. 2 ), Та. -кая же зависимость при фиксированноймаксимальной скорости нарастанияразности фаз. Эта скорость равна Ечастоте поступления. управляющихимпульсов с выхода делителя 5 (фиг.З)Пусть, например, порог равен 8 единицам,. принятым для.измерения разности фаз, константа затухания С 4.Номера моментов по оси времени ссоответствуют последовательным моментам поступления управляющих импульсов, заносящих приращения в счетчик 9..В исходном состоянии устройство находится в равновесии (а=п ). Пустьв момент с=О входная разность фазизменилась скачком на 5 единиц(фиг. 2) , Тогда в-пф 5 и в сумматор12 будет занесена эта величина,Поскольку 5 меньше порога, отработки,не будет. В момент с=1 следующийуправляющий импульс заносит в сумматор 12 снова а-и = 5, происходитпревышение порога, в счетчик 9 заносится 1 и становится в-п=4, в моментс=1, 5 вводится затухание и содержимое сумматора 12 становится 10-4=6,В момент с=2 в сумматор снова заносится е-п, равная теперь 4, сновапревышается порог, в счетчик 9 заносится еще 1, так что теперь становится а-п=З, в момент с=2, 5 сновавносится затухание С = 4 и т.д. Когда е-п=О, отсчет содержимое счетчика 9 равен разности фаз входных сигналов. Если флуктуации не выходятэа порог, то они не влияют на отсчет, изменения отсчета на 11 могутвызвать лишь большие флуктуации, редко встречающиеся. Таким образом, помехоустойчивость фазометра заметноповышается. 510 рС(С+1 )/4 15 20 25 30 Формула изобретения 35 40 45 50 55 60 65 щений,вторые входыкоторых соедиПри изменении входной разности фаз с постоянной максимальной скоростью (фиг.3 ) разность в - и возрастает с каждым шагом на 1, содержимое сумматора 12 возрастает как.сумма арифметической прогрессии до достижения порога. Как только достигнут порог, в счетчик 9 поступает единичное приращение, уменьшающее разность а-и на 1, а из содержимого сумматора 12 вычитается константа С=4 (момент с =4,5 ) после этого наступает динамическое- равновесие, содержимое счетчика 9 ак же и с той же скоростью возрастает, а содержимое сумматора 12 колеблется вокруг порогового значения, то возрастая на величину щ-п=4, то убывая на величину С=4, Между отсчетом (в счетчике 9 ) и входной разностью фаз существует постоянное запаздывание в 3-4 единицы, т.е фаэометр ведет себя как следящая система с астатизмом первого порядка. Таким образом, реверсивный счетчик 9 будет отрабатывать разность фаз входных сигналов, причем при переходах через О или 360 будут вырабатываться выходные импульсы переноса соответствующего знака в счетчик целых циклов.Поскольку содержимое сумМатора 12 при максимальной скорости отработки возрастает как сумма арифметической прогрессии, можно установить связь между величиной порога р и константой затухания С: Таким образом, выбранное для примера значение порога р=8 завышено, и при смене направления изменения разности фаз может возникнуть неустойчивость. Предлагаемая схема позволяет получать помехоустойчивые цифровые фазометры в микроэлектронном исполнении, при этом она обеспечивает измерение разности фаз, изменяющейся в самых широких пределах,Цифровой следящий астатический фазометр, содержащий генератор квантующих ймпульсов, подключенный к формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям на И и на И, реверсивный и линейный счетчики по модулю М, подключенные к блоку вычитания содержимых реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на И, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейным сетчиком, два ключа ввода приращений в реверсивный счетчик, блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимого линейного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности в условиях воздействия флуктуационных шумов и помех, в него дополнительно введены сумматор-накопитель, один вход кото. рого через первый ключ ввода в сумматор соединен с выходом блока вычитания, а первая пара выходов - с первыми входами элементов совпадений, причем управляющий вход ключа соединен с входом блока задержки и выходом делителя на й, пороговые элементы с дискриминаторами знака, входы которых соединены с второй парой выходов сумматора-накопителя, а выходы через элементы совпадений - с первыми входами ключей ввода прира 993152иены с выходом блока задержки, второй блок задержки на один такт, блокхранения константы затухания, соединенный с другими входами сумматоранакопителя через второй и третий ключи ввода в сумматор, управляющиевходы которых соединены с выходамизлементов совпадений и второго блоказадержки, вход которого соединен свыходом первого блока задержки. Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе 1. Глинченко А.С. и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Ново; сибирск, ".Наука", 1979, с. 23-29.2. Авторское свидетельство СССР 9 661399, кл. В 01 й 25/00, 19,77.993152 О 10 Составитель А. Подорольскиактор А. Фролова Техред М.Надь ректор О. Билак Подписн ал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,акаэ 448/60 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035 Москва, Ж