Цифровой корреляционный фазометр

(19) (1 И СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 01 К 25/08 ЕН пятый ым вы соврого ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИОПИСАНИЕ ИЗ втаваиаму авиитва(71) Южное производственное объедиии венное по морским геологоразведочным работам110 жморгеология 1 (53) 621.317.77(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР, . 9 576547 в кл, Се 01 Й 25/00 в 19732. Авторское свидетельство СССР Р 759979, кл. 0 .01 Й 25/08 1977, (54)(57) 1.,ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ФАЗОМЕ 1 Р, содержащий два формирователя, синтезатор частоты, один выход которого соединен с входом элемента совпадения, элемент задержки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точностй измерения разности фаз, в него введены два смесителя, выходами соединенные с входами соответствующих формирователей, блоканализа и"измеренйя времей ного сдвига и блок анализа максимума взаимно корреляционной функции, причем его первый вход соединен с вы . ходом элемента совпадения, второй вход - с входом элемента задержки и с вторым выходом синтезатора часто" ты, третий вход - с вторым входом блока анализа и измерения временного сдвига, четвертый - с выходом элемента задержки, соединенным с пер.вым входом блока анализа и измерения временного сдвига, третий вход которого соединен с выходом блока анали за максимума взаимно корреляционной функции, четвертый вход - с третьим выходом синтезатора частоты и с первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с первым вхо" дом устройства, второй вход устройства соединен с вторым входом второго смесителя, первый вход которого соединен с выходом блока анализа и измерения временного сдвига, вход которого соединен с первв хоцом синтезатора частоты, выходы формирователей соедннены.с соответствующими входами элемента совпадения.2, Фаэометр по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок анализа максимума взаимно корреляционной функции содержит последовательно сое диненные счеТчик, блок сравнения векода, регистр, второй вход кото- .соединен с выходом ключа, первый вход которого соединен с выходом счетчика, второй вход - с выходом блока сравнения весов кода и с треть им входом блока анализа максимума взаимно корреляционной функции, второй вход которого соединен с блоком сравнения весов кода, первый вход- первым входом счетчика, четвертый - с вторым входом счетчика, а выход - с выходом блока сравнения весов кода3. Фаэометр по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок анализа и измерения временного сдвига содержит последовательно соединенные счетчик, первый ключ, реверсивный счетчик и последовательно соединенные второй ключ, регистр памяти, блок индикации, вход второго ключа соединен с первым выходом счетчика, второй вход регистра памяти соединен с вторым выходом счетчика, третий вход регистра памяти соединен с третьим входом блока анализа и измерения временного сдвига, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа, первый вход - свходом счетчика, четвертый - с вторым входом первого ключа, пятый -с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с выходом блока анализа и измерения временного сдвига, 105607765 Изобретение относится к радиоизмерению и предназначено для измерений разности Фаэ в фазовом польрадионавигационных и радиогеодеэических систем.Известен цифровой фаэометр содержащий усилители-ограничителисоединенные по выходам через последовательно соединенные Формировате"ли, триггер, ключ с измерительнымсчетчиком, генератор счетных импуль"сов, подключенный к Формирователюимпульсных последовательностей, вы"ходы которого подключены соответственно к вторым входам Формирователейи ключа, реверсивный счетчик полных 15углов, коммутатор, измерительныйреверсивный счетчик, блок сравнениявесов кода, линию задержки, второйключ и второй триггер, причем импульсные выходы блока сравнения ве- щсов кодов через коммутатор, подключенный к соответствующим информационным выходам измерительного реверсивного счетчика, подключены к ймпульсным входам указанного счетчика,выходы которого подключены .к входамреверсивного счетчика полных углов,выход второго ключа, соединенный через линию задержки с одним из входоввторого триггера,и выходы измеритель ного счетчика подключены к соответст.вующим входам блока сравнения весов. кода, выход которого соединен такжес коммутатором, другой вход второготриггера соединен с одним из входов.измерительного счетчика, а выход зто го триггера подключен к одному извходов второго ключа 1 .Недостатком данного устройстваявляется невысокая точность измерения разности фаз, так как результат 40конечного измерения может быть смещен относительно истинного значениявследствие высокого уровня помех.Вторым существенным недостаткомявляется отсутствие контроля за качеством фазовых измерений, вследствиечего в обработку могут поступить некорректные измерения разности Фаз,что в общем случае снижает надежностьпроведенных измерений,50Известен цифровой фазометр, содержащий усилители-ограничители, формирователи импульсов, первый и вто-.1рой триггеры, первый и второй ключи, счетчик импульсов, формирователь импульсных последовательностейсчетных импульсов со сдвигом 180и 90 О между ними, блок сравнения весов кода, два последовательно соединенных реверсивных счетчика, линиюзадержки, генератор счетных импульсов, подключенный к входу Формирователя импульсных последовательностей счетных импульсов со сдвигом 180и 90 ф между ними, выходы которогосоединены с входом первого ключа и первыми входами формирователей импульсов, вторые входы которых подключены к выходам усилителей-ограничителей, а выход одного иэ формирователей ймпульсов подключен к обнуляющему входу счетчика импульсов иустановленному входу второго триггера, выход второго Формирователяподсоединен к первому входу второгоключа, при этом оба формирователяимпульсов соединены с входом первого триггера, выход которого черезпервый ключ подключен, к счетномувходу счетчика импульсов, а информационные выходы счетчика импульсови первого реверсивного счетчика по"разрядно подключены к блоку сравне"ния весов кода, импульсные выходыкоторого через коммутатор, соединенныйс информационными выходами первого реверсивного счетчика и счетчика импульсов, соединены с соответствующими импульсными входами первогореверсивного счетчика, а выход второго триггера подключен к второму входу второго ключа, выход которого через линию задеркки подключен к установленному входу второго триггера,третий. триггер.и третий ключ, причемпервый вход третьего триггера соединен с выходом второго ключа, второйвход его - с выходом линии равенстваблока сравнения весов кода, а третий - с выходом первого формировате"ля импульсов, при этом выход третьеготриггера подключен к первому входутретьего ключа, второй вход которогоподключен к Формирователю импульснымпоследовательностей счетных импульсовсо сдвигом 180 и 90 между ними, авыход - к имйульсному входу блокасравнения весов кода,Последовательно соединенные генератор и формирователь импульсныхпоследовательностей счетных импульсовсо сдвигом 180 и 90 между нимипредставляют иэ себя синтезатор частоты,Известный цифровой фазометр отличается быстродействием и следящимрежимом измерений 2 .Однако этот Фаэометр используетсяпри радиоизмерениях, не сопровождающихся высоким уровнем помех. Крометого, отсутствие контроля за качеством фазовых измерений существенноухудшает надежность проведенныхизмерений 0 Фазовом сдвиге судят поположению лишь двух точек во времени,не используя того объема информации,который несут все остальные точки.Этим объясняется малая точность ипомехозащищенность измерений Фазового сдвига и большая зависимостьрезультата измерений от искажениявходных сигналов,Целью изобретения является повышение точности измерения разностиФаз ва счет использования информации о временном положении всех то" чек измеряемого сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой корреляционный фазометр, содержащий два формирователя, синтезатор частоты, один выход которого соединен с входом зле мента совпадения, элемент задержки, введены два смесителя, выходамн сое-, диненные со входами с,ответству щ х 1 О формирователей, блок анализа и измерения временного сдвига и блок анализа максимума взаимно корреляционной функции, причем его первый вход соединен с выходом элемента совпа дения, второй вход - с входом элемента задержки и с вторым выходом синтезатора частоты, третий вход - с вторым входом блока анализа и измерений временного сдвига, четвертый - 20 с выходом элемента задержки, соединенным с первым входом блока анализа и измерения временного сдвига, третий вход которого соединен с выходом блока анализа максимума взаимно корреляционной функции, четвертый вход " с третьим выходом синтезатора частоты и с первым входом первого смесителя, второй вход которого сое" динен с первым входом устройства, второй вход устройства соединен с вторым входом второго смесителя, .первый вход которого соединен с выходом блока анализа и измерения временного сдвига, пятый вход которого соединен с первым выходом синтезатора частоты, выходы формирователей соединены с соответствующими входами элемента совпадения.Кроме того, блок анализа максимума взаимно корреляционной Функции 40 содержит последовательно соединенные счетчик, блок сравнения весов кода, регистр, второй вход которого соединен с выходом ключа, первый вход которого соединен с выходом счетчика, 45 второй вход - с выходом блока сравнения весов кода и с третьим входом блока анализа максимума взаимно корреляционной функции, второй вход которого соединен с блоком сравнения 50 весов кода, первый вход - с первым входом счетчика, четвертый - с вторым входом счетчика, а выход - с выходом блока сравнения весов кода.Причем блок анализа и измерения временного сдвига содержит последовательно соединенные счетчик, первый ключ, реверсивный счетчик и последо-вательно соединенные второй ключ реУ гистр памяти, блок индикации, вход 6. второго ключа соединен с первым выходом счетчика, второй вход регистра памяти соединен с вторым выходом счет. чика, третий вход регистра памяти соединен с третьим входом блока анализа и измерения временного сдвига, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа, первый вход - с входом счетчика, чет" вертый - с вторым входом первого ключа, пятый - с вторьщ входом ре версивного счетчика, выход которого соединен с выходом блока анализа н измерения временного сдвига.На фиг, 1 изображена схема цифрового корреляционного фазометра; на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит синтезатор 1 частоты, смесители 2 и 3 частоты, Формирователи 4 и 5 прямоугольного сигнала, каждый из которых содержит избирательный фильтр и усилитель-ограничитель, элемент 6 совпадения, блок 7 анализа максимума взаимно корреляционной функции, содержащий в себе счетчик 8, блок 9 сравнения весов кода, регистр 10, ключ 11, блок 12 анализа и измерения временного сдвига, содержащий в себе реверсивный счетчик 13, первый ключ 14, ,счетчик. 15, второй ключ 16, регистр 17 памяти, блок 18 индикацйи и элемент 19 задержки.Цифровой корреляционный фазометрработает следующим образом, При наличии входных, подлежащихизмерению сигналов на смесители 2и 3 поступают сигналы видаЧц сои(ВС-АД и Чп соэ%1. -сД, На вторые входы смесителей 2 и 3 поступают электрические сигналы с частотой ФС, формируемые синтезатором 1 частоты, причем на вход смесителя 2 указанная частота поступает непосредственно, а на вход смесителя 3 - через реверсивный счетчик 13,который совместно с ключом 14 исчетчиком 15 выполняет Функцию цифрового Фазовращателя,Таким образом, электрический сигнал, поступаемый на смеситель 3 от синтезатора 1, задержан по фазе относительно сигнала, поступаемого на смеситель 2 от синтезатора 1 частоты на величину , соответствующую числу записанному в счетчике 15.На выходе формирователей 4 и 5 прямоугольного сигнала, состоящих иэ избирательного фильтра, настроенного на частоту(Ю-Ъс.1=йа и усилителя-огранйчителя, формируют-.ся сигналы ЧсоьЦЧЧ, Ф/с)+91 Чс,Ъ 3 иЧу, Соэ НЮ -Ос,1 Ф, -(Ч Чс 1 Юк 1соответственно или Чсо 5(Но Ч+11) аЧпС 05(%о 9 а Чс Чк)и- фаза электрического сигнала синтезатора. Разность Фаз сиг 1056077налов, подлежащих измерению, будетсоответствовать значению(р-ц, (4Таким образом, если электрическийсигнал, Формируемый синтезатором 1 ипоступающий на вход смесителя 3,.задержан на величину р относительноФазы электрического сигнала, поступаемого на аналогичный вход смесителя 2, то на выходе формировате"лей 4 и 5 прямоугольных сигналовбудут присутствовать сигналы, фазы 1 Окоторых равны. Следовательно, задача уравнивания Фаз сводится к подбору необходимой величины Фазовойзадержки к по определенному критерию, В данном случае используется 15критерий максимума корреляционнойФункции, для чего введен блок 7 анализа максимума взаимно корреляцион"ной функции.20Работа блока 7 анализа максимума,взаимно корреляционной Функции поясняется временной. диаграммой; приведенной на Фиг. 2,о и 6- сигналы,поступающие с выхода формирователей 4 и 5 прямоугольных сигналовсоответственно на входы элемента 6совпадения,На выходе элемента б совпадения(фиг. 2,5) фомируются импульсныепоследовательности, длительностькоторых соответствует совпадающимчастям положительных и отрицательных полуволн сигналов, Частота за-полнения импульсных последовательностей счетными импульсами Вс, формируемая синтезатором 1, выбираетсяиз условия Ъс = В й (где М - основание системы единиц измерения, приизмерении разности фаз в градусах 408360, при измерении разности фазв сантициклах Н = 100) .Счетные импульсы с выхода элемента 6 совпадения поступают на счетчик 8, где подсчитываются в течение 5времени анализа (Фиг. 2,8 ). НаФиг, 2, ирассмотрены три случаянакопления информации в течение времени 10,В первом случае Фаэовая задержкамежду сигналами иа выходе формирователей 4 и 5 прямоугольных импульсовв течение времени 1 ц соответствуетЧн (фиг, 2,а и а)В течение времени Ва счетчик 8 им.55пульсов подсчитает количество счетных импульсов, равное А (Фиг. 2,2) .По окончании времени(с,- , задаваемого синтезатором 1 частоты, на импульсный вход блока 9 сравнения весов кода поступает импульс, опраши.вающий Информационные выходы счетчика 8 и регистра 10. Если веса кода,а следовательно, и число импульсов,подсчитанное счетчиком 8, больше чгс ла, записанного в регистре 10, то на выходе блока 9 сравнения весов кода Формируется импульс,. который в свою очередь открывает ключ 11 переэачисыванилЕсли число импульсов, посчитанное счетчиком 8 за время 1 меньше числа, записанного ранее в регистр 10, то перезапись содержимого счетчика 8 в регистр 10 не производится, так кас в этом случае на импульсном выходе блока 9 сравнения весов кода импульс не формируется. По окончании времени анализа 1 а импульс, задержанный элементом 19 задержки, обнуляет счетчик 8, после чего в течение .следующего промежутка времени анализа д операция подсчета импульсов счетчиком 8 сравнения с кодом, записанным ранее в регистре 10, и перезапись числа со счетчика 8 в регистр 10 повторяются (в случае, если число записанное в счетчике 8 по окончании времени анализа больше числа, записанного ранее в регистре 10) . Элемент 19 задержки используется для обеспечения возможности первоначально провести сравнение весов кода счетчика 8 и регистра 10, а затем обнуле ние счетчика 8.Таким образом, блок 7 анализа максимума взаимно корреляционной функции позволяет в течение М интервалов времени анализа 1 а определить максимум взаимно корреляционной функции, соответствующей максимальному числу импульсов в одном из интервалов анализа (ц, которое было подсчитано счетчиком 8 и перезаписано в регистр 10 эа время анализа, равное 8 1 ц .На фиг. 2,показаны три случая для различных разностей Фаз входных сигналов. Как видно из временной диаграммы, наибольшее количество импульсов В, подсчитанное счетчиком 8 и потому перезаписанное в регистр 10, будет соответствовать условию, при котором разности фаз входных сигналов равны нулю. В течение следующего времени анализа Ч о содержимое регистра 10 не изменится, так как в нем записано максимальное число из всех подсчитанных счетчиком 8.Таким образом, максимум взаимно корреляционной функции найден. Анализ числа, записанного в регистре 10 и соответствующего максимуму взаимно корреляционной Функции, однозначно показывает, с какими сигналами производятся Фазовые измерения (скрытыми в шумах, высоким отношением сигнал/шум, отсутствием одного иэ сигналов, отсутствием обоих сигналов). Число, записанное в регистре 10, поокончании измерения, т.е, через время И 1 ц, фиксируется посредством бло ка 18 индикации.Анализ числа, соответствующего максимуму взаимно корреляционной функции, имеет большое значение для оценки надежности фазовых измерений,Вторая задача состоит в том, чтобы определить, на каком порядковом номере, изменяющемся от 0 до 1 време ни анализа 1 ц определен максимум взаимно корреляционной функции. Число, соответствующее порядковому номеру времени анализа 1, на котором определен максимум взаимно корреляционной Функции, определяет величину фазовой задержки , при которой разности фаз сигналов на выходе формирователей 4 и 5 прямоугольных сигналов равны нулю. Для определения порядкового номера времени анализасоответствующего максимуму взаимно корреляционной Функции, введен блок 12 анализа и измерения временного сдвига, который работает следующим образом: по окончании каждого интервала времени анализа 1 д счетчик 15 добавляет к числу, ранее в нем записанному, одну единицу. Ключ 14 открывается передним фронтом импульсной последовательности, следуемой,с частотой 3 Чс, и фазойформируемой синтезатором 1 частоты, перезаписывая информацию со.счетчика 15 в реверсивный счетчик 13 на время, соответствующее фазе 9 сигнала с частотой Фсформируемой синтезатором 1 частоты, Далее на вычитающий вход реверсивного счетчика 13 поступает импульсная последовательность с частотой, равной Фс Я, формируемой синтеза тором 1 частоты. Реверсивный счетчик 13, работающий на вычитание,. считывает количество счетных импульсов К, равное числу К, записанному в счетчике 15, после чего при переходе через нуль формируется импульсная последовательность с частотой Юс, поступающая на вход смесите ля 3. Передний фронт импульсной последовательности, сформированной на выходе реверсивного счетчика 13 задержан на фазе относительно переднего фронта импульсной последовательности, следуемой с частотой М и фазой Щ , формируемой синтезатором 1 частоты на величину Щ, соот 5 ветствующую значению К в счетчике 15. Условие разности фаэ входных сигналов( р, в , соответствует максимуму. взаимно корреляционной функции. Усло-. вие-рри у щ, Ч не соответствует максймуму взаимно корреляци"онной: функции. Следовательно, научастке от 0 до Я интервалов времени 5анализа 1 д будет только один временной интервал, соответствующий максимуму взаимно корреляционной функции.На фиг. 2, показано поступление импульсов по окончании времени гц на 10счетчик 15. На фиг. 2 е показано нафкопление счетных импульсов счетчиком 15 на протяжении времени Т=К 1 а .Блок 9 сравнения весов кода при условии, что число, подсчитанное счетчиком 8 эа время анализа 1 ц, больше 15 числа в регистре 10, формируют навыходе импульс (фиг. 2,Ж), открывающий ключ 1 б, перезаписывая, такимобразом в регистр 17 памяти(Фиг. 2, содержимое счетчика 15.20 Число, записанное в счетчике 15, вэтом случае соответствует порядковымномерам интервала времени анализа 1 я,при которых определены высокие значения взаимно корреляционной функции.Максимальное значение взаимно корреляционной функции будет одно на интервале времени Т= К. . При подсчете 8 импульсов на выходе счетника 15формируется импульс переполненияфиг. 2,О ), который разрешает передачу информации с регистра 17 памятина блок 18 индикации. Блок 18 индика-.ции регистрирует, таким образом, норядковый номер временного интервалаанализа 1 (фиг. 2,К), соответствую"щий максимальному значению взаимнокорреляционной функции, и число за-.писанное в регистре 10 и соответствующее максимуму взаимно корреляционной функции.40 Определенному таким образом порядковому номеру временного интервала анализасоответствует максимальное значение взаимно корреляционной Функции и величина фазовой задержки ц, при которой выполняетсяусловие ф - :. Величина фазовойзадержки ц, измеренная с помощьюпредлагаемого устройства, определяется с высокой. точностью при любомуровне помех, так как здесь используется информация о вСех точках сигнала.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерений при любом уровнепбмех и анализа полученной инфорМации за счет особого построения блока анализа максимума взаимно корреляционной функции блока анализа и измерения временного сдвига.УФказ 9 Филиал ППП Патентф, г.ужгород, ул.Проектная,94/37 Тираж 710 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений