Способ измерения сдвига фаз Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

-л/Г

О1

4

Г

Фг/г. / Изобретение относится к электрорадиоизмерениям и может быть использовано при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями при большом уровне шумов и помех, напримеа в радионавигации., . Известен способ измерения сдвига фаз, который заключается в ограничении сигнала и опорного сигнала, перемножении их, интегрировании и вычислении фазового сдвига 1. Недостатком такого способа является низкая помехоустойчивость, при отношении сигнал-шум (с,) менее 2-3 измерение становится невозможным из-за грубых ошибок. Наиболее близким к изобретению .по технической сущности является способ, заключающийся в том, что фор мируют сигнал, ортогональный опорному, измеряемый сигнал ограничивают, перемножают с ограниченными опорными сигналом и опорным сигналом, сдви нутым на , интегрируют в каждо канале и вычисляют значение фазового сдвигаС2. Недостатком известного способа является систематическая погрешност которая возникает при изменении отношения сигнал-шум и связана с ограничением измеряемого сигнгша. При малом отношении сигнал-шум в результате интегрирования произведений ограниченных измеряемого и опо 1НЫХ сигналов получают величины пропорциональные синусу и косинусу изме ряемого сдвига фаз. Фазовый сдвиг вы числяют как arctg отношения этих величин. При большом отношении- сигнал-шум CJ, 2-3 величины на в ыходах интеграторов пропорциональны измеряемому сдвигу 9 - и при вычислении функции arctg отношений этих величин возникает систематическая погрешность, достигающая единиц градусоБ.. Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз в широ ком диапазоне отношений сигнал-шум. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что формируют СИГНсШ, ортогональный опорному, производят операции ограничения и перемножения сигналов, интегрируют и определяют значение фазового сдвига, измеряемый сигнал суммируют с двумя опорны ми взаимно-ортогоналЪньши сигналами, причем ограничивают оба суммарных сигнала,, перемножают ограниченную сумму изме1)яемого .и опорного си налов и ограниченный ортогональный опорный сигнал, а также ограниченную сумму, измеряемого сигнала и орто гонального опорного сигнала и ограни ченный опорный сигнал. На фиг.1 приведена векторная диаграмма сигналов .(вектора АЕ DB измepяe Iый сигнал, О& - опорный сигнал, ОА ;; ортогональный опорный сигнал, ОВ - сумма сигнала и опорного сигнала, 61 - сумма сигнала и орЧсг гонального опорного сигнала); на фиг.2 - пример устройства, реализующего способ. На фиг.З обозначены сумматоры 1,2, фазовращатель 3 на 90° ограничители 4-7, элементы 8,9. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, интеграторы 10, 11, вычислительный блок 12. После операции суммирования сигнал с опорными сигнёшами отношения сигнал-шум () становятся заведомо больше единиц4л. Амплитуды опорных сигналов, прибавляемых к измеряемому сигналу, выбираются в несколько раз ( например, в 3 раз а 7 больше амплитухчы, огибающей Входной смеси сигнала и шума. В результате операции ограничения/ перемножения и интегри :ювания определяются величины пропорциональные сдвигам фаз между суммой сигнала с опорным сигналом и ортогональным опорным сигналом (У-) , а также мезвду суммой сиг-. нала с ортогональным опорным сигналом (.2) . Т . 4 -iJ{3i n())+cosuigt jdli, (1/ 2Т (c SWpt)(t) W,, (2)1 где т - время интегрирования; Sti) - измеряемый сигнал, 5{t)();| sinu(ji,- опорный сигнал и ортогоcqawft-b нальный опорный сигнал. Строгая пропорциональность между t| , и результатами интегрирования произведений ограниченных сигналов обеспечивается, во-первых, тем что отношение сигнал-шум до операции ограничения за счет операции суммирования превьппает единицу во всем диапазоне отношений измеряемого сигнала и шума, во-вторых, тем что значения V и % близки к нулю за счет соответствующейкомбинации перемножаемых сигналов. Абсолютные значения сдвигов фаз f и превышают 20 что следует из векторной диаграммы , Здесь за единицу приняты амплитуды опорных сигналов и учтено, что эта амплитуда превышает амплитуду смеси измеряемого сигнала и шума по крайней мере в 3 раза. В этих условиях смещение оценок Ч и не. .более 21сГ радусов. Погрешност числения также мала, так к ) 1,2-to . и относительная погрешность выч ления arctg отношения двух чисе т.е. искомого угла в не превыш 2. Следовательно, максимгшьная сис матическая погрешность способа тавляет - вто-х и у меньшается с увеличением (« Искомой сдвиг фаз определяет соотношения ,(f. Qsarctgr () по значениям и V получаемым выходах интеграторов. Из векторной диагрммы следуе (l 0; co5e|t 4 ()i(fV . Из системы уравнений (4 ) мож получить и ein0. и co. Из (5 ) следуют роотношения для вычисления фазы и амплитуды меряемого сигнала, 4-i( --Ч1 -ч4ф1 ЛНЧ()( -ЧГгЧ Способ позволяет определить амплитуду 0 измеряемого, сигнала по результатам измерений Ч и При измерении Uy,, за единицу принимается амплитуда опорного колебания . . Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. На первые входы линейных сумматоров 1,2 подается измеряеквлй сигнал, на вторые BXOJEW соответственно опорг ный сигнал и ортогональный опорный сигнал с выхода фазовращателя 3, на вход которого подается опорный сигнал. Фазовращатель 3 формирует ортогональный опорный сигнал. Опорный :сигнал, фазовращателя 3 и выходы сумматоров 1,2 поДклк чены к входам ограничителей 4-7. Выходы ограничитег лей подключены к входам элементов 8,9 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем выходы ограничителей 4 и 7 :- к входам элемента 9, а .выходы ограничителей 5 и 6 - к входам элемента 8. Элементы 8,9 ИСКЛЮЧАЮИШЕ ИЛИ выполняют операцию пер емножения. Выходы элекюнтов 8,9 подклгочею: к входам интеграторов 10, 11 которые могут быть выполне ны в виде реверсивных счетчиков. выходы интеграторов 10, 11 присоединены к входам вычислительного блока 12, реализукяцего алгоритм вычислений по формулам(б Л По сравнению с прототипом данный способ дает повышение точности изме-; рений в условиях меняющегося в широких пределах отношения сигнал-шум за счет того, что до операции ограничения осуществляется суммирование измеряемого сигнала с опорным, при этом извлечение фазовой информации (ограничение,. перемножение, интегрирование ) происходит, при. отношениях сигнал-шум больших некоторого минимально допустимого значения (например f) 3). Диапазон изменений отношений сигиал шум перем аётся в область, где систематическая погрешность ие возникает, а другие составляющие погрешности заведомо ма- ЛЫ.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА. ФАЗ, заключающийся в том, что формируют сигнал, ортогональный опорному, производят операции ограничения и перемножения сигналов, интегрируют и определяют значение фазового сдвига, отличающийся тем,, что, с целью пЬвыше.ния точноети измерения в широком диапазоне отношений сигнал/шум, измеряемый сигнал суммируют с двумя опорными, взаимно-ортогональными сигналами, причем ограничивают оба суммарных сигнала, перемножают ограниченную сумму измеряемого и опорного сигналов и ограниченный ортогональный опорный сигнал, а также ограниченную сумму измеряемого сигнала и ортогонального опорного сигнала и ограниченный опорный сигнал. а 9