Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале

)5 6 ЗОБ РЕТЕ Ани ДЕТЕЛЬ ТВУ К АВТОРСКОМ 0=2 Р вп 2 пв - Е 1 пп 1)п 1), 3 ил. зовогп(1) ны несущего коле- а фаз представлена Ь 0= 180 несущее М-сигнала исчезает, ина максимальна и нного способа являзмерения, обусловенчатостью (после требуется произвеснятия манипуляции змеряется величина об характеризуется связано с использозмерений. ОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР(71) Казанский авиационный институт им.А,Е. Туполева(56) Авторское свидетельство СССРВ 1552119, кл. 0 01 В 25/00, 1988.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГАФАЗ В ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОМСИГНАЛЕ(57) Использование: в области радиоиэмерений, а именно в фазометрии, а также в технике связи и радиолокации, где широкоприменяются фазоманипулированные сигналы, Сущность изобретения: способ сокраИзобретение относится к области радиоизмерений, а именно к фазометрии, и может быть использовано в технике связи и радиолокации, где широко поименяются фазоманипулированнье (ФМ) сигналы.Известен способ определения сдвига фаз в ФМ сигнале спектральным методом 1, Молебный В.В, Некоторые вопросы измерения быстрых изменений фазы. - В кн.: Автоматический контроль и методы электрических измерений (труды 5 конференции), - Новосибирск, Изд-во "Наука" СО АН СССР, 1965 г., с. 87 - 93), основанный на использовании спектрального анализа периодического ФМ-сигнала, состоящего иэ двух субимпульсов одинаковой длительности, при котором с помощью анализатора спектра измеряют величину(амплитуду) несущего колебания О. нормирует ее к величине несущего колебания неманипулированного щает время измерения сдвига фаэ и реализуется подачей на вход анализатора спектра фазоманипулированного сигнала с известной несущей частотой, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности т, фиксацией положения частоты Рпь), соответствующей ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, и частоты Рпьсоответствующей следующему от несущей минимуму огибающей спектра, измерением интервала частот от Ее 1 пдо Рющ и определением величины фазового сдвига по формуле сигнала О 0 и определяют величинусдвига по формуле; ЛО=2 агссоз(О,/О и),Зависимость величбания от величины сдвив 1 с, 91 рис. 51). Приколебание в спектре Фпри ЬО= 0 его велиравна О 0.Недостатком указается большое время иленное его двухступизмерения величины 0сти переключения дляи только после этого иОо). Кроме того, споснизкой точностью, чтованием амплитудных и(2) Л О =Л(1 - 2 т( Е вп 1 - Е о ,где Ео - несущая частота.г - длительность субимпульса,Недостатком указанного способа является большое время измерения, обусловленное его двухступенчатостью (послефиксации положения частоты Епь требуется произвести переключение для снятия манипуляции и установление режима 35"непрерывной" генерации гармоническогосигнала и только после этого измеряетсявеличина (Епь-Ео). Как видно из Приложения 1, в способе определения сдвига фаз,принятом за прототип, операции ММ 34 40(свяэанные с переключениями рода работ)удваивают общее количественное операцийпри измерении, Это увеличивает время измерения в 2,5 - 3 раза.Целью изобретения является сокращение времени определения сдвига фаэ, Поставленная цель достигается тем, что визвестном способе определения сдвига фазв ФМ-сигнале, основанном на использовании спектрального анализа периодического 50ФМ-сигнала 0(т), состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности х, прикотором е процессе анализа фиксируют значение частоты Епп, соответствующее ближайшему к несущей частоте минимумуогибающей спектра, дополнительно фикси-.руют значение частоты Епь, соответствующее следующему от несущей частотыминимуму огибающей спетра. измеряют Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения сдвига фаз в ФМ-сигнале (Вяселев М,Р., Гимадеева Л.А. Пейсахов Л,А. Пичугин А,Ю., Раскин В.К. 5 Способ определения сдвига фаз в фаэоманипулированном сигнале, Положительное решение от 25,11.88 г; по заявке ЬЬ 4442128/24-21, основанный на использовании спектрального анализа исследуемого 10 периодического ФМ-сигнала с заранее известной несущей частотой Ео, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длитель. ности г, В процессе анализе фиксируют положение частоты Епп, соответствующей 15 ближайшему к несущей частоте минимум огибающей спектра на экране анализатора. Затем анализируют спектр гармонического сигнала, частота которого равна несущей частоте ФМ-сигнала Е измеряют интервал 20 частот между зафиксированной частотой Еюп и частотой Е, и по измеренной разности частот определяют величину фазового сдвига по формуле;интервал частот от Евп до Епь и по измеренной разности частот определяют величину сдвига фаэ по формуле: Ь О = 2 лт ( Е аь 2 - Е щв 1 ) -- ж эмап ( Е в 1 п 2 Е щ 1 п 1 )(3) Данное выражение получено следующим образом. В материалах заявки М 4442128/24-21 от 12,05,88 гпринятой эа прототип, получено аналитическое выражение для огибающей спектра (Я(ю)периодического фазоманипулированного сигнала 0(1) с несущей частотой Ео, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности г со сдвигом фаз Ь О . Считая форму сигнала близкой к идеальной, т.е, практически отсутствуют переходные процессы ( е = 1 ) и паразитная амплитудная модуляция (е = 1);4,51 й(юо 1 , /2316 а Ц,1 1й 1 ъю-ао Р 3с )= +л, откуда 2 гт(Е вщ - Е оЕ пйщ = Е о + 11где(1=1,2,3,определяют положение зависящих от нулейминимумов) Е пь 1 огибающей спектра: 2 7 г( Е в 1 п 1 м Е о ) т к+2(к 0,123)Положение ближайшего к несущеи тоте минимума Емщотносительно Е, ис зуется в способе, принятом за прототип определения сдвига фаз: 1.7 г (6) час- поль, для( Е,пп 1 - Е,ЬО=л ом способе сдвиг фазосительному расположающей спектра Емп 1,следующего минимумго не зависит от ЛО Ем отдельно сл- е(-.7 г;О)Е(0; тг) пре- нию В заявляем еляется по отн минимума огиб жайшего к Е, и ожение которо Рассмотри ЬМО;жи ЬО(по, При ЛО АтПервый сомножитель 2 задает масштаб огибающей спектра.Второй сомножит е л ь Мп( Ю - а г/2,йщ 7-р определяет поло"жение не зависящих от ЬО нулей (минимумов) Евам огибающей. спектра:-1 если х 0 вдп(х) = 0 х=О 1 х 0 Е вл го и положение следующего минимума определим из(4) как Рвы - Ро+ + 1/ х (пРи этом Еюп 2-РоО)ОтКУДа Ро - РЮп 2-1/ Х.Подставляя это значение Ро в (7), пол- учим ЬО=а(1 - 2 Х(Р в 1 п 1 - Р вЬ 2) --2) =2 дх(Р оп 2 - Евь 1) тх (8) 2. При ЬО( - д; О)Рвь 1Ро и положение слеДУюЩего минимума определим из (4) как Рвп 2- Ео/ х (при этом Евп 2-ЕвЬ 1О)откудаЕо = Рвь 2+1/ х,Подставляя это значение Ро в (4) получим60 1-ы(;, - Р,щ 1+23:фа)Используя функцию здп(х) ( см. 6, Корн Г., Корн ТСправочник по математике. Для научных работников и инженеров, пер, с анл. под ред, Арамановича И,Гизд. 2, "Наука" М., 1970 г., с, 677). Можно объединить Формулы (5) и (5 а) ЬО = 2 ЛХ(Р вп 2 - Р вЬ 1) -- Ж ЗЯП ( Р вп 2 Р вЬ 1 ),Предлагаемый способ отличается от известных технических решений тем, что использует новую последовательность операций (не требующую переключения рода работы генератора) и поэтому соответствует критерию "новизна", а также соответствует и критерию "существенные отличия", т.к. предложен новый признак - определение сдвига Фаз в ФМ сигнале с использованием зависимости между ЬО и ЧаСтОтНЫМ ИНтЕРВаЛОМ Рвъ 2-Евп 1 В. ЕГО спектре, Этот признак не только не использован ранее для определения сдвига фаз, но и количественно не описан.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предполагаемый способ, а на фиг, 2 - зависимость интЕРвала частот Ев 1 п 2 Рвп 1 Ь Е От сдвига Фаз Л О. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фиг. За представлен периодический ФМ-сигнал О(т), а на фиг, 3 б - спектр этого сигнала вблизи несущей частоты РоУстройство состоит из генератора СВЧ- колебаний 1, подключенного через фазовый манипулятор 2 к входу анализатора спектра 3, а также иэ последовательно соединенных генератора импульсов 4, блока временной задержки 5 и генератора импульсов 6, причем выход генератора импульсов 4 подключен одновременно к входу внешней импульсной модуляции генератора СВЧ-колебаний 1, а выход генератора импульсов 6 к управляющему входу фазового манипулятора 2.На Фиг. 1 не показаны блок и цепи питания, Измерение по предлагаемому способу с помощью устройства осуществляется следующим образом,Включают все блоки устройства, В генераторе СВЧ-колебаний 1 с помощью переключателя рода работы устанавливают режим внешний импульсной модуляции, Генератор импульсов 4 Формирует пеоиодически повторяющиеся импульсы с периодом Т и длительностью 2 х, которые поступают на вход внешней импульсной модуляции генератора СВЧ колебаний 1, а через блок временной задержки 5, с временем задержки х, на запуск генератора импульсов 6, При этом генератор СВЧ колебаний формирует радиоимпульсы с несущей частотой Ро длительностью 2 х и периодом следования Т. Генератор импульсов 6 при поступлении на его вход запускающих импульсов формирует видеоимпульсы длительностью х, которые подаются на управляющий вход фазового манипулятора 2, В момент прихода видеоимпульсов на управляющий вход, Фазовый манипулятор 2 скачкообразно изменяет фазу высокочастотного колебания в радиоимпульсена величину ЛО, Поскольку, благодаря наличию блока временной задержки 5, импульсы на управляющем входе фазового манипулятора 2 появляются с задержкой на х относительно переднего Фронта радиоимпульса, длительность последнего равна 2 х, то скачкообразное изменение фазы происходит в середине радиоимпульса, Таким образом, на выходе фазового манипулятора 2 формируется периодический фазоманипулированный сигнал Цт) (фиг, За) с несущей частотой Ро, состоящий из двух субимпульсов одинаковой длительности х с фазовым сдвигом ЬО,величину которого необходимо измерить.На экране анализатора спектра 3 наблюдают изображение спектра ФМ-сигна лэ, состоящее из совокупности линий (фиг. Зб). Огибающая этих линий соответствует огибающей спектра сигнала, а сам спектр будет близок к сплошному, Более подробно процесс получения изображения спектра изложен в 3. Мирский Г,Я. Электронные измерения. 4-е изд., перераб. и доп.М: Радио и связь, 1986 г., с. 232), Фиксируют положения частоты Гь 1, соответствующее ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, и частоты Ееьг, соответствующее следующему от несущей частоты минимуму огибающей спектра. Одним иэ методов, в зависимости от конкретно типа анализатора спектра например, с помощью встроенного частотомера и цифрового индикатора. измеряют интервал частот между Рва и Еюи и определяют сдвиг фаз по формуле;ЬО =2 лт Р е 1 пг г е 1 п 1 )- л зяп (Р в 1 огщ 1 п 1 ).Зависимость представлена на фиг. 2, Таким образом, в предлагаемом способе определения сдвига фаз в фаэоманипулированном сигнале по сравнению с прототипом исключается необходимость переключения рода работ генератора операции Йй 3.4 табл, П 1), Это сокращает время измерения в 25 - 3 раза(см. Приложение 1),В качестве блока 1 может быть применен, например, генератор высокочастотный Г 4-107 4, Радиоизмерительные приборы, 1981 г, Каталог-проспект, Центральный отраслевой орган научно-технической информации "ЭКОС". - М 1981, с, 2341. Блок 2 может быть выполнен, например, по схеме рис. 6, 1 б 5, Соколинский В.Г., Шейнман В,Г, Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. - М.: Радио и связь, 1983, с, 192, ил), В качества анализатора спектоа можно использовать серийные приборы, например, С 4-27 и С 4 - 744. с. 1401. Блоки 4;6 - генераторы импульсов, например Г 5 - 54 4, с. 209. Блок 5 времейной задержки может быть конструктивно совме щен с блоком 6, например, как в генеоатореГ 5-54.Формула изобретения Способ определения сдвига фаз в фэзомэнипулировэнном сигнале, основанный на 10 использовании спектрального анализа периодического фазоманипулированного с известной несущей частотой сигнала, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности к, при котором в процес се анализа фиксируют значение частотыРь, соответствующее ближайшему к несущей частоте первому минимуму огибающей спектра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени, необходимого 20 для определения сдвига фаз, в процессеанализа первый минимум определяют по его расположению между двумя наибольшими максимумами огибающей спектраа также дополнительно фиксируют значение 25 частоты Рпдг, соответствующее следующему от несущей частоты второму минимуму огибающей спектра, определяют разность частот между вторым и первым минимумами огибающей спектра и по полученной разно сти частот с учетом знака этой разностиопределяют величину ЬО сдвига фаз по формуле:ЛО=2 дт 1 Г впг Р щп 1)35 - я вял ( Г в 1 пгПФ 11 ),где г - длительность субимпульсов;Гьм - частота первого минимума огибающей спектра.,Рма - частота второго соседнего) минимума огибающей спектра;з 9 п - операция учета знака разности частот.