Устройство для определения фазы сигналов

(51)4 С 01 К 25 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТ Р 45 тут автоматизир вления и радио.Г.Перехо(088,8)идетельство СССР01 К 25/00,16.03.8 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Томский инстванных систем упрэлектроники(56) Авторское свВ 1345 134, кл. С 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫГНАЛОВ7) Изобретение относится к фазоизтельной технике и может быть использовано в радиотехнике при измерении фазы . сигналов с нестационарным средним значением. Для расширения суммарного динамического диапазона исследуемых сигналов почти в два раза в устройстве после второго и последующих периодов полезного сигнала начало каждого последующего измерения смещается на величину, равную Е Т, относительно мгновенного значения сигнала в моменты времени с(и+1)Т, где 1 - крутизна изменения среднего значения сигнала; Т - период полезного сигнала и = 1, 2, 33 иле- оценка среднего значения шума за период полезногосигнала;, шуме х(й) Изобретение относится к фаэоизмерительной технике, может быть исполь" эовано в радиотехнике при измерении фазы сигналов с нестационарным средним эначением и является усовершенствованием устройства по основному авт, св. В 1 Э 45134.Цель изобретения " расширение динамического диапазона исследуемых сигналов с нестационарным средним значением.На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - входной сигнал и его составляющие, на фиг.Э - выходной сигнп блоха привязки уровня.Устройство содержит генератор копии сигнала, фаэовращатель 2 на 90,о перемножитель 3, интегратор 4,блок 5 привязки уровня, формирователь 6 импульсов, перемножитель 7, интегра.тор 8, вычислитель 9 отношения, блок 10 вычитания, интеграторы 11 и 12, блок 13 выборки и хранения, сумматор 14, блок 15 выборки и хранения, сумматор 16 и блок 17 выборки и хранения.Генератор 1 копии сигнала через фаэовращатель 2 на 90 , перемножитель 3 и интегратор 4 соединены с вычислителем 9 отношения, выход которого является выходом устройства, а также к выходу генератора 1 копии сигнала подключены последовательно соединенные перемножитель 7 и интег" ратор 8, первый вход блока 5 привязки уровня подключен к входу устройства, второй вход блока 5 соединен с объединенными вторыми входами интеграторов 4 и 8 и с первым выходом формирователя Ь импульсов, а Выход блока 5 привязки уровня соединен с объединенными вторыми входами пере- множителей Э и 7, выход генератора 1 копии сигнала соединен также с входом формирователя 6 импульсов, входом блока 13 выборки и хранения, выход которого через сумматор 14, блок 15 выборки и хранения и сумматор 16, второй вход которого соединен с выходом интегратора 8, соединен с вторым входом вычислителя 9 отношения, второй выход формирователя Ь импульсов и выход перемножителя 7 подключены к соответствующим входам интегратора 11, выход которого под" ключен к второму входу суйчатора 14, причем второй выход формирователя 6 импульсов подключен также к второмувходу блока 13 выборки и хранения,первый выход формирователя 6 импуль 5сов соединен с первыми входами интегратора 12 и блока 17 выборки ихранения, а выход блока 5 привязкиуровня соединен с первым входом блока 10 вычитания, с вторыми входами10 интегратора 12 и блока 13 выборки ихранения, а выход интегратора 12соединен с вторым входом блока 10 вычитания, выход которого соединен стретьим входом блока 5 привязки уровня и с вторым входом блока 17 выборки и хранения, выход которого соединен с третьим входом сумматора 14.На фиг.2 представлены графики:ю - смесь сигнала с помехой; 6 - по 20 лезный сигнал 6 - среднее значениепринятой смеси; с- помеха с нестационарным средним значением,В известном устройстве привязкапоследующего измерения осуществля 25 ется к мгновенному значению нестационарного сигнала с шумом и диапазонизменения нестационарного сигнала сшумом, в Зависюости от начальной фазы полезного сигнала, составляетЗ 0 от - д 2 Ащ+А до + Л 2 А,+А .+1 сТ,где А - амплитуда сигнала;А,- амплитуда шума;1 с - крутизна изменения среднего значения сигнала;Т - период полезного сигнала.В описанном устройстве началопоследующего измерения смещается навеличину среднего за период значе-ния сигнала относительно мгновенногозначения сигнала. Величина смещенияпосле первого периода полезного сиг- .нала равна.т11 см "-1 А сое(ые-у)+у +с +1 е(1)И)3 сФСЦТ+,+С,О,Т + С1 ссф т 1 сТ д- начальное смещение, обусловленное начальной фазой сигнала с14429 Величина смещения после нторого и последующих периодов полезного сигнала равна1 т0 см3 1, ссоз(ыс д )о +1 с+х(с) -т ЕТ131=0 Т +О-У Т- - +Сст 10 20 и т.д.Таким образом, после второго и последующих периодов полезного сиг нала начало каждого последующего измерения смещается на величину, равную 1 сТ, относительно мгновенного значения сигнала в моменты времени(и+1)Т, где и = 1, 2, 3,В результате суммарный динамический диапазон равен 1 сТ(7) 40 в интервале времени ЗТ С 4 Т45(9) 50Из выражений (6)-(9) следует,чтосигнал на выходе блока 5 привязки уровня в интервале времени 0с Т описывается выражением (Ь), в интер валах времени пТ с (и+1)Т выражением(от - Л до +д, фиг.З)Генератор 1 копии сигнала формирует гармоническое напряжение с частотой входного сигнала м, которое поступает на вход формирователя 6 импульсов и перемножителя 7 непосредственно, а на вход перемножителя 3 - через фазовращатель 2 на .90 В результате на перемножители 3 и 7 поступают сигналы, соответственно На первом выходе формирователя 6 импульсов вырабатываются короткие импульсы в моменты нуль-переходов с положительной производной сигнала генератора 1, на втором выходе формирователя последовательность импульсов в моменты нуль-переходов с отрицательной производной сигнала генератора 1. Короткие импульсы с первого выхода формирователя 6 импульсов поступают 32на упранляющие входы блока 5 привязки уровня, блоков 13 и 17 ньборки и хранения, установочные входы интеграторов 4, 8 и 12. В результате на выходе интегратора 12, обнуляемого по заднему фронту этих импульсов в моменты времени С = пТ+ , получают напряжения (1), (2), (3), где и - 1, 2, 3, значение длительности импульсов ГТ, поэтому в расчетах ею пренебрегают и пользуются ею только для наглядности при описании принципа работы устройства. Сигнал с выхода интегратора 12 поступает на вход блока 10, где он отличается от мгновенного значения сигнала с выхода блока 5 привязки уровня. В результате по переднему фронту импульсов,поступающих с первого выхода формирователя 6 импульсов в моменты времени с = пТ, сигнал на выходе блока 5 привязки уровня периодически "привязывается" разности мгновенного и среднего за период сигнала значений сигнала, получаемого на выходе блока 10 вычитания. Используя выражения (1), (2) и (3), можно описать сигнал на выходе блока 5 привязки уровня.В интервале времени 0С Т Б (с) =А,сон(ыс- М+У,+сс+х(с), (6) в интервале времени Т С2 Т У (Е) У (с) Бсм 1 =Ассов (соС ) + в интервале времени 2 Т ( ТЗТи = 1, 2, 3Величина СА поэтому в дальнейших расчетах ею пренебрегаем.Сигнал с выхода блока 5 привязки уровня поступает также на перемножители 3 и 7, на вторые входы которых поступают сигналы, соответственно (4) и (5). После перемножения сигналов (4) и (5) с сигналом (6) или (10) выходное напряжение перемножи- . теля 3 поступает на интегратор 4, а перемножителя 7 на интеграторы 8 и , 11. Интеграторы 4 и 8, обнуляемые по заднему фронту импульсов с первого выхода формирователя 6 импульсов в моменты времени С = пТ + , накапливают информацию в интервалах вре" мени (и)Т А.с пТ, а интегратор 11, обнуляемый по заднему фронту импульсов с второго выхода формирователя 6 импульсов в моменты времени(й ( гдеп=1,2,3Информация с интегратора 11 заТинтервал времени О ( С 6 - не исполь 2зуется, Так как к моменту времени= Т информация на интеграторе 11, после его обнуления в момент времениТс = - накапливается только за пол 2периода, то и информация с интеграторов 4 и 8 за интервал времени О с (Т также не используется, Поэтому можно рассмотреть работу интегратора 11, начиная с момента вреТмени= - а интеграторов 4 и 82 Ас момента времени с = Т.В результате, после интегрирования, напряжения на выходе интеграторов 4 и 8 к моменту времени с вх 2 Т соответственно равныц А (2 Т) = -ц(С)совыМС; (11)2 тц(2 т) --ц И)81 п(жас. (12)Т ажения (11) и (12) значение выражения (7), получают:2 Т1Ов(22) - -(Ассов(ис" ц)+Ссвх(с)- т1 сТ 1 АсозЧ- с,) совисас в - ; (13) Р) О Б в (2 т) - 1 ( А сов (и с" ч) +зсс+х(с)- 1--- С 1 В 1 вивава о -= (14)сТ . Асв 1 пМ 1 сТ 22 2 Г напряжение (13) поступает на один иэвходов вычислителя 9 отношения, а напряжение (14) на один из входов сумматора 16. При этом второе, слагаемоев правой части выражения (14) характеризует погрешности определения 20 квадратурной составляющей исследуемого сигнала.Для исключения этой погрешностисигнал (14) суммируется в сумматоре16 с сигналом, формируемьм интегра тором.11, сумма 1 ором с 14, блоками 13,15 и 17.Напряжение на выходе интегратора11 к моменту времени й - - Т равно32 30ц и( - Т) щ -С,(С)всоосав. 5)т Подставляя в выражение (15) выраже 35 ния (6) и (10)получаюттц (- Т) -ГА соз .) е- ц) -ц +се+3 1(16)21( 2 На блоках 13 м 17 выборки и хранения по переднему фронту импульсов с первого выхода формирователя 6 импульсов, в моменты времени С щ пТ запоминаются, соответственно, напряжения с выходов блока 5 привязки уровня и блока 10 вычитания. В результате в момент времени СТ на выходах блоков 13 и 17 выборки и хранения имеются сигналы, соответст- венно(20)2 2 Напряжение (20) с выхода блока 15выборки и хранения поступает на первый вход сумматора 16 с весовым коэффициентом, равным 0,5, где происходит его суммирование с сигналом(14), поступающим на второй вход сумматора 16 с выхода интегратора 8,также свесовым коэффициентом, равным 0,5. В результате на выходе сум 1 сТ 1 сТ-О, -- = А,соя + - + х(Т). (18)Далее сигнал (17) с весовым коэфтифициентом, равным 1/Тяпмг. И =о1/О, поступает на один из входов сумматора 14, а сигнал (18) также с весовым коэффициентом, равным 1/Г, поступает на вычитающий вход сумматора 14, на третий вход которого с выхода интегратора 11 поступает сигнал (16). В результате выходное напряжение сумматора 14 по переднему фронту импульсов с второго выхода формирователя 6 импульсов запоминается на блоке 15 выборки и хранения(21) Это напряжение поступает на первыйвход вычислителя 9 отношения, навторой вход которого поступает сигнал (13) с выхода интегратора 4Навыходе вычислителя 9 отношения вмомент времени С = 2 Т формируетсясигнал, пропорциональный отношениюсигналов, поступающих на его входы; Б (2 Т) =0 , (2 Т) /11 (2 Т) =Сд Ч (22) Таким образом, на выходе устройства получается несмещенная оценка тангенса фазы исходного колебания 8(с) =А соя (юс+и +Кс+х(с). Сравнение предлагаемого устройства с известным показывает, что при малых значениях Е и А,/А(1 динамический диапазон предлагаемого устройства используется более рационально (фиг.3). Следовательно, введение в известное устройство дополнительных узлов позволяет расширить динамический диапазон исследуемых сигналов почти в два раза,Формула изобретения тора. Устройство для определения фазы сигналов по авт. св, У 1345134, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона исследуемых сигналов с нестационарным средним значением, в него дополнительно введены последовательно соединенные четвертый интегратор, блок вычитания и третий блок выборки и хранения, при этом опорный вход блока привязки уровня соединен с выходом блока вычитания, а выход блока привязки уровня подключен к другому входу блока вычитания и входу четвертого интегратора, установочный вхОд которого соединен с первым выходом формирователя импульсов и другим входом третьего блока выборки и хранения, выход которого подключен к вычитающему входу первого сумма1442932 Составитель М.КатановаРедактор Е,Папп Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко Тираж 772 Подписное В 11 ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5