Способ измерения фазы сигнала и устройство для его осуществления

Союз СоветсиииСоциапистичесиикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 980014. (51)М. Кл. 601% 25/00 с присоединением заявки,В Ркудоретекииый комитет СССР ао делам иэабрвтеиий и открытий(5 З) ДК 621,317, .77 (088. 8) Опубликовано 07.12.82. Бюллетень45 Дата опубликования описания 07.12.82 М, И, Малыкин(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ СИГНАЛАИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано дпя измерения фазы сигнала на фоне шума.Известен способ измерения разности фаз сигналов, обеспечивающий оптимальное измерение фазы сигнала при наличии некоррелированных помех, основанный на корреляционных методах обработки с помощью перемножителей, фазовращателя на 90 о, интеграторов, определителя отношений и преобразователяС 1 ГС 1 .Недостаток - невысокая точность изэа невозможности выпсцтнения в аналоговом виде укаэанных элементов со строго15 заданными характеристиками, а также нестабильность во времени и под воздействием изменений среды,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения разности фаз, гармонических сигналов, основанный на сопоставлении полярностей двух сигналов, суммирования интервалов несовпадения с весом "1", интервалов совпадения 2положительных полярностей с весом ф 2 ф если на бпижайцем предшествующем интервале несовпадения полярностей пер вый сигнал был отрицательным, и с весом 0", если он был попокитепьным, и интервалов еовпадення отрицательных полярностей, взятых с весом ф 2 ф, если на ближайшем предшествукзцем интервале несовпадения полярностей первый сигнал был положительным, и с весом "0, если он был отрицательным 2 .Йедостаток этого способа - низкая точность при наличии некоррелированных помех. Известно устройство, обеспечиваккцее оптимальное измерение фазы сигнала, состоящее из полосового фильтра, преобразователя напряжения в код, генератора дискретных аргументов, тригонометрическихх преобразователей, линий задержки, генератора дискретных амплитуд и блока определения отношения. Благодаря пифровому выполнению, параметры этого устройМОО5Цо поступает на вторые входы первогои второго элементов 4 и 5 совпадения,а колебание О на вторые входы третьегои четвертого ьпементов 6 и 7 совпадения.Элементы совпадения формируют на свс3их выходах логическую "1" при совпадении полярностей и логический "О" принесовпадении полярностей, поступакзцихна их входы сигналов. Инверторы 12 и18 преобразуют ф 1 ф в "О, и наоборот 10О 1На выходах инвертора 12 (фиг. 2 Мс)и второго элемента 5 совпадения 1 фиг.23)образуются стробы единичной амплитуды,длитетьность. которых равна ссответственно времени несовпадения и времени совпа 3дения полярностей сигналов ОЛ и Оо,На выходах инЬертора 13 (фиг. 2 ) итретьего элемента 6 еовпадения (фиг,2 к)образуются стробы единичной амплитуды,длитатьность которых равна соответственно времени несовпадения и времени совпадения полярностей сигналов Ц и 0.На фиг. 2 д и 2 В показаны результаты сопоставления полярностей сигналовОлс Оо,и Ол с Оо соответственно. При этомийтервапам совпадения полярностей придан знак плюс, а интервалам несовпадения полярностей - знак минус,Можно видеть, что указанное сопостав ление сигнала и опорных колебаний, адекватно их перемножению.Сумматор 10 работает следующим образом.На входы входящих в него элементов 338 и 9 совпадения поступают временныестробы. На вторые их входы поступаютимпульсы счета от генератора импульсов 14, и производится заполнение стробов импульсами счета. Полученные пачкиимпульсов счета на выходе элемента 9совпадения соответствуют интерваламсовпадения полярностей входного и опорного сигналов и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15, Пачки импульсов с выхода элемента 8 совпадения соответствуют интервалам несовпадения полярностей входного и опорноного сигналов и подаются на вычитающийвход реверсивного счетчика 15. Как вид 30но из фиг. 2, сумма сигналов (фиг, 2 жи с учетом того, что сигнал (фиг. 2 к)суммируется со знаком минус, равна произведению сигналов Ол и О ол фиг.2 д),Аналогично работает сумматор 11,33Сумматоры 10 и 11 образуют на своих выходах соответственно алгебраическиесуммы Йл и Й количество импульсов счета, поступающих на их входы за время 14 6накопления Г. Зависимость чисел Й и1 Иот фазы входного сигналя показана на фиг, Зо но, при этом фаза сигнала определяется относИтап но фазы опорного ко 01Модуль и знак числа Йл и знак числа Й поступают на преобразователь 16 кодфаза, который формирует оценку фазы сигнала как0 о-Мкри 9 со,0 270-9 к/Ри- Мг 10,где; Ч = - 1иач =Т оо 90 Ю о М" ,Н,с 2- Мп,м- частота колебаний генератораимпульсов счета.График зависимости оценки фазы отфазы входного сигнала показан на фиг.38,откуда видно, что оценка фазы с точностьюдо флюктуационной погрешности повторяетфазу входного сигнала.Таким образом, предлагаемый способв отличие от известного свободен отпогрешностей нелинейного характера иобеспечивает оптимальное измерение фазысигнала,Как оптимальный измеритель фазыпредлагаемое устройство, осуществляющееспособ измерения фазы, сочетает в себедостоиствя аналоговых и цифрового устройств измерения фазы, а именно, онопросто в исполнении, так как реализованополностью на цифровых интегральных схемах, его характеристики стабильны и легко поддаются перестройке в широкомдиапазоне. Оно свободно отнеточности,нестабильности и трудности перестройкианалоговых устройств, а также от недостатков устройств, основанных на цифровойфильтрации, заключающихся в нестабильности фазового сдвига в полосовом фильтре, погрешностях дискретизации и квантования, аппаратурной сложности.Формула изобретения1, Способ измерения фазы сигнала, по которому сопоставляют его полярности с полярностью опорного колебания и формируют первую нормированную к нерио. ду сигнала сумму интервалов совпадения и несовпадения полярностей, о т л и - чающийсятем, что, сцвцьюповышения точности измерения, полярность7 М 0014 8 сигнала допапннтельно сопоставляют с го инвертора, входы преобразователя кодополярностью сдвинутого на 90 опорно- фаза соединены с выходами первого и го колебания и формируют вторую норми- второго сумматоров, выход формирователя рованную сумму совпадения и несовпа- подключен также к первым входам третьедения со знаком плюс, интервалы несовпа-го и четвертого элементов совпадения, дения со знаком минус, а оценку фазы выход первого элемента совпадения через поцучают прибавлением Ф 2 к взятому ,второй инвертор соединен с первым вхос обратным знаком значению первой сум- дом первого сумматора, выход второго мы, если вторая сумма отрицательна, элемента совпадения соединен с вторым вщ прибавлением 3/4 К к значению йервой; входом первого сумматора, а выход четсуммы, если вторая сумма положительна, вертого элемента совпадения соединен с2, Устройство для осуществления спо- входом первого инвертора. соба измерения фазы сигнала, содержащее 3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю - четыре элемента совпадения, формирова- ще е с я тем, что сумматоры выполн- тель, соединенный с первыми входамины в виде двух элементов совпадения, к первого и второго элементов совпадения, входам которых подключен генератор имдва инвертора и сумматор, о т л и ч а ю - пульсов счета, а выходы соединены с вхощ е е с я тем, что, с целью повышения дами реверсивного счетчика, выходы кото- точности измерения, в него введены два рого соединены с выходами сумматора, генератора опорного сигнала, второй сум- входы сумматора соединены с входами матор и преобразователь код-фаза, причем двух элементов совпадения, выход первого генератора опорного сиг- Источники информации, нала соедийен с вторыми входами перпринятые во внимание три экспертизе вого и второго элементов совпадения, 1. Авторское свидетельство СССР выход второго генератора опорного сигна- % 174711, кл. 601 Й 25/00 1964. ла - с вторыми входами третьего и чет. Авторское свидетельство СССР вертого элементов совпадения, входы вто- % 226723, кл. 601 Р 25/00, 1967. рого сумматора соединены с выходами 3. Авторское свидетельство СССР третьего элемента совпадения и перво- М 412565, кл. 50125/00, 1972,сное 4/5 ал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 фр Ф 717венного комитета Сретений и открытийЖ, Раушская наб ударс изоб сква,