Устройство для измерения фазовых сдвигов

, А, 111 уроников МшЙ М СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4121872/24-21 (22) 30.06.86 (46) 30.01,88. Бюл, У 4 (71) Омский политехнический институт (72) С.11,Седельников, И С,И.Журавлев и В.Г.Мель (53) 621.317(088.8) (56) Аналоговые и цифровые интегральные схемы/Под ред. С,В.Якубовского, М.: Соврадио, 1979, с. 527.Авторское свидетельство СССР У 1041956, кл, 0 01 В 25/00, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов наложенных радиоимпульсных сигналов, Устройство содержит вычислитель 1-1, сумматор 2-1, делитель 4-1, фазовраО(1 щатель 3-1, два канала, включающиеамплитудные детекторы 5-1 и 5-2, элемент 6-1 выделения квадратов огибающих, блок 11-1 выборки-хранения иблок 12-1 вычисления арктангенса.Введение вычислителей 1-2 и 1-3, сумматора 2-2, фаэовращателя 3-2, делителя 4-2, а в каналы - элемента6-2 выделения квадратов огибающих,фильтров 7-1 и 7-2 верхних частот,дифференциатора 8, преобразователя9 полярности импульсов, формирователя 1 О управляющих сигналов, блока11-2 выборки-хранения, блока 12-2вычисления арктангенса и образованиеновых Функциональных связей повьппают точность измерения фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным. 4 ил.11, (С)=А,я 1 п(с,с+ М+Ч,)С 1(С-С,)-1(С-С,)1+А 2 яЫ(ы 2 С+сг,+Ь,) Г 1(С-С )-1(С-С )3;12 (С)=А,я 1 п(ыс+р,-,ц) 1(С-С,)-1(С-С,)+А 2 я).п(ы 2 С+2- ) 1(С С 2) (С Сз Я, (1)- фазовый сдвиг между2вторыми радиоимпульсами по каналам;время начала и концапервого радиоимпульса;С - время начала и концавторого радиоимпульса.На входах сумматора 2-1 и вычитателя 1-1 Формируются сигналы: где А ,амплитуда, частота иначальная фаза первого радиоимпульса;фазовый сдвиг междупервыми радиоимпульсами по каналам;амплитуда, частота иначальная фаза второгорадиоимпульса; 551 3 ( С )=2 А, СОЯ ( ,2) ЯП(Ьс+Ч 1 П ( С - , )- 1 ( С С, ) 2 А 2 СОЯ (2) ЯЗП(Д 2 С+)1 ( С-С)- 1 ( С, -С ЦП,(С ) =2 А, яп(у,) соя(шс+ г, ) (1(С-С, )-1(С-С, )+2 А, япЬ ) соя(ы 2 С+ у, )(1 (С-С)-1(с-С 1 1 1370597Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовыхсдвигов наложенных радиоимпульсныхсигналов.Цель изобретения - повышение точности измерений фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях ихчастот, близких к когерентным.На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2, 3 и 4 - временныедиаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство содержит вычитатели1-1, 1-2, 1-3, сумматоры 2-1, 2-2,фазовращатели 3-1, 3-2, делители 4-1,4-2, первый и второй каналы, в которые входят соответственно первый 5-1и второй 5-2 амплитудные детекторы, 20первый 6-1 и второй 6-2 элементы выделения квадратов огибающих, первый7-1 и второй 7-2 фильтры верхних частот, дифференциатор 8, преобразователь 9 полярности импульсов, формирователь 10 управляющих сигналов,блоки 11"1, 11-2 выборки-хранения,блоки 12-1, 12-2 вычисления арктангенса.Входы вычитателя 1-1 и сумматора2-1 объединены и являются входнымишинами устройства, К первой входнойшине устройства присоединены также входы линейного амплитудного детектора 5-1 и дифференциатора 8. Выходсумматора 2-1 связан с входом фазовращателя 3-1, а выход фазовращателя 3-1 соединен с одним из входовделителя 4-1, другой вход которогосоединен с выходом вычитателя 1-1,Выход делителя 4-1 связан с информационным входом блока 11-1 выборки- хранения, управляющий вход которого подключен к прямому выходу формирователя 10 управляющих сигналов. Вход формирователя 10 управляющих сигналов через преобразователь 9 полярности импульсов соединен с выходом дифференциатора 8. Выходы линейных амплитудных детекторов 5-1 и 5-2 связаны с входами элементов 6-1 и 6-2 выделения квадратов огибающих соответственно, причем вход линейного амплитудного детектора 5-2 подключен к второй входной шине устройства. Выходы элементов 6-1 и 6-2 выделения квадратов огибающих соответственно через фильтры 7-1 и 7-2 верхних частот соединены с входами вычитателя 1-2 и сумматора 2-2, Выход сумматора 2-2 через фазовращатель 3-2 связан с одним из входов делителя 4-2. Выход последнего подключен к информационному входу блока 11-2 выборки- хранения, управляющий вход которого связан с инверсным выходом формирователя 10 импульсов. Выходы блоков 11-1 и 11-2 выборки-хранения через блоки 12-1 и 12-2 вычисления арктангенса соответственно подключены к входам вычитателя 1-3. Выход блока 12-1 вычисления арктангенса подключен к первой выходной шине устройства, а выход вычитателя 1-3 - к второй выходной шине устройства.Устройство работает следующим образом.Пусть на входы поступают два наложенных радиоимпульсных сигнала с неизвестными частотами и прямоугольными огибающими 3(С) и П 2(с) (фиг,2)I фгде (С и ).,(С) - соответственно пает па вход делителя 4-1, а на втосуммарный и раз- рой вход делителя поступает сигналностный сигналы. (С). На выходе делителя формируетСигнал (1,(С) с помощью фазовраща- ся напряжение5теля 3-1 сдвигается на угол и посту 2 А, я 1 п(4 и)соя(ы, С+ о,)(1(С-С )-1(С-С+2 А я 1 п(+гг) соя(юг С+ цг) 1(С-С 1)-1(С-С. )(3) где (1(С) - выходной сигнал делителя.Вместе с этим дифференциатор 8 формирует короткие импульсы импульсы положительной полярности , (С) (Фиг. 4). Формирователь управляющих сигналов формирует импульсы П(с) управления работой блоков выборки-хранения с предварительной задержкой Фронта. Так, в момент времени С, управляющий импульс где (1(С) - сигнал производной огибающей, соответствующиймоментам С Споявления и Сг, С наложениярадиоимпульсов (фиг. 4),Преобразователь полярности им 25 пульсов преобразует импуль-; отрицательной полярности, соответствующиеО .) (С) отрицательному значении в в - , вс)С(С)=1(С-С,+)-1(С-С ), (4) где г - время задержки импульса, необходимое для устранения переходных процессов,поступает на управляющий вход блока11-1 выборки-хранения и обеспечивает выборку из (3) части сигнала,соответствующей открытому участку(С) -2 А,я 1 п(Мг)соя(ы,С+ ",) )1(С-С,+) - 1(С-С. Ць 7 А, ссяТМ 7 сояГы С+ ,7(17 С-С,+".7-1 ГС-С г 71пгчто также соответ:твует СЕ Мг. вой и второй паройПараллельно с работой сумгатора наложенных радиоим-1 и вычитателя 1-1 линейные ам- пульсов. плитудные детекторы 5 .1 и 5-2, зле После суммирования и вычитания менты 6-1 и 6-2 выделения квадратов сумматором 2-2 и вычитателем 1-2 и огибающих и Фильтры 7-1 и 7-2 верх- сдвига раэностного сигнала на Г/2 них частот выделяют и преобразуют фазовращателем 3-2 выражения (6) и сигналы огибающих, которые перед по- (7) принимают следующий вид (фиг.3): ступлением на входы сумматора 2-2 и40П С = А,А соя ДС+т сояя вычитателя 1-2 имеют следующий вид:8, (С)=2 А,А.соя(ЯС+у+г)2); (6)(С)= А,А,соя(ДС+)япгг, (9)Делитель 4-2 работает аналогично45 делителю 4-1, и на его выходе Формигде ( )3 (С) - выражение перемен- руется напряжение, соответствующееных составляющих впервом и втором ка(10)налах соответствен- где ) и- фаэовые сдвиги междуно;50первой и второй паройЯ = ы, - и, - частота биений оги- наложенных радиоимпульбающих радиоимпуль- сов.сов; Блоки 12-1 и 12-2 вычисления аркразность начальных тангенса формируют напряжения иэ (,5)Фаз первого и второ- и (10), соответствующие значениямго наложенных радио 5 углови у -соответственно,ггг г 3)гимпульсов; а вычитатель 1-3 из этих напряжениЯ- разность фазовых формирует напряжение, соответствуюсдвигов между пер- щее углу - М . 2 А,соя( 7 соя 7 ы,С+ о, ) (1(С-С, )-1(С-С 41 +2 А гсоя(ч, ) соя 7 о,С+ Ч 7( 17 С-С 17-17 С-С 111370597 ар(С )Б 1 яп 13 р(С )1+ Бр(С" )я 1 яп.1 р(С )1Ч,д 2 агсСК ,,.11 С, у 1, 1 С .,1 п 1 (С5Таким образом, выходные сигналы устройства 11 и 11 соответствуют фаэовым сдвигам Ю,и , соответственно,оПо сравнению с предлагаемым в базовом объекте фазовые сдвиги ц и1определяют иэ соотношения:(12) 40 где- измеряемые фазовые сдвиги; С , С - моменты времени, при которыхогибающая раэностного сигнала имеет максимум и минимум соответственно; 11 р(С),11 СС(С) - огибающие разностного исдвинутого суммарного сигналов соответственно;11,(С) ь11 СС(С) - разностный и сдвинутый суммарный сигналы соответственно. гоДопустим, что на вход устройствапоступил наложенный радиоимпульс,длительность которого равна половине1периода огибающей. Тогда с достаточной точностью (0,95)может быть определен только один из экстремумовогибающей разностного сигнала. Допустим, что экстремум в момент С"определен с точностью 0,9 от истинного значения, при этом значение огибающей Б(С ") также равно 0,9 от истинного значения, которое должнобыть в момент этого экстремума. По сле обработки сигналов получим 1-0 45 у =2 агсС в - в= -106 1 0,4-0,811+О 45М =2 агсСд в - -- =1000,4+0,81 Если экстремум огибающей раэностного сигнала в момент времени определен с точностью 0,8 от истинного значения, то полученные фазовые сдвиги равны ч, =-124; ц,=103 и по грешность определения составит для34; для ч, 5 . Рассмотрен далеко не самый худший случай. Длительность радиоимпульсов может быть в десятки раз меньше периода биений огибающей, который зависит от соотношения частот наложенных радиоимпульсных сигналов,Погрешности такого порядка могут вызвать и внешние шумы во входном воздействии или внутренние помехи как случайного, так и детерминированного характера. формула изобретения Устройство для измерения фазовшх сдвигов, содержащее первый сумматор, первый вычитатель, входы которых объединены и подключены к входным шинам устройства, первый фаэовращатель, вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый делитель, первый блок выборки-хранения и первый блок вычисления арктангенса, причем один вход делителя подключен к выходу первого фаэовращателя, а другой - к выходу первого вычитатеЛя, и два линейных амплитудных детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным, в него введены последовательно соединенные дифференциатор, преобразователь полярности импульсов и формирователь управляющих сигналов, первый и второй элементы выделения квадратов огибаюших, первый и второй фильтры верхних частот, второй сумматор, второй фазо" вращатель, второй и третий вычитатели, второй делитель, второй блок выборки-хранения и второй блок вычисления арктангенса, причем вход дифференциатора соединен с одним из входов устройства, входы первого и второго амплитудных детекторов соответственно соединены с входными шинами устройства, а выходы соответственно через первый и второй элементы выделения квадратов огибающих соединены с входами первого и второго фильтров верхних частот соответственно, вьмоды первого и второго фильтров верхних частот подключены к входам второго сумматора и второго вычитателя, выходы которых соединены с входами второго фазовращателя и второго делителя соответственно, причем второй вход второго делителя подключен к выходу второго фазовращателя, а выход соединен с информационным входом второго блока выборки- хранения, при этом выход первого блока вычисления арктангенса подклю 7 13 чен к первой выходной шине устройства и к первому входу третьего вычитателя, второй вход которого через второй блок вычисления арктангенса соединен с выходом второго блока выборки-хранения, управляющие входы 70597 8первого и второго блоков выборки-хранения соответственно подключены кпрямому и инверсному выходам формирователя управляющих сигналов, второй выходной шиной устройства является выход третьего вычитателя.1370597 ф оставитель Л.Воронина ехред А.Кравчук Корректор И,Иуска Редактор И.Рыбченко 46 Тираж 772 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений 113035, Москва,Ж, Рауш