Фазометрическое устройство Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к технике измерения фазы радирсигналов и может быть использовано в аппаратуре систем навигации и единого времени. Известно фазометрическое устройс во, содержащее усилитель-ограничитель, фазовый детектор, три элемента знака, реверсивный счетчик, блок переменного коррекционного эффекта, дискретный фазовращатель, опорный генератор, делитель частоты, формирователь вспомогательных стробов и блок управляемой задержки ClJ. Недостаток фазометрического устройства состоит в том, что его постоянная времени не может уменьшает ся при увеличении фазового paccofOia сования после.первоначальной отработки опорной, шкалы. Действительн сли в процессе отработки фазового рассогласования величина ступени сдвига опорной шкалы уменьшилась, то при внезапном увеличении рассо.гл сования (из-.за изменения фазы сигнала или сбоя в фазометрическом устройстве),дальнейшая отработка будет производиться с той же малой величиной ступени сдвига (большой п.остоянной времени), Таким образом, в процессе работы устройство утрачивает признаки изме рителя с переменной полосой пропускания, что приводит к увеличению среднего времени измерения при возрастании числа скачков фазы сигнала Наиболее-близким к предлагаемому является фазометрическое устройство содержащее чувствительный элемент, реверсивный счетчик, блок переменно го коррекционного эффекта, дополнительный реверсивный счетчик, дискретный фазовращатель, опорный генератор, делитель частоты, дешифратор лслючи, блок . задержки, вход импульса сброса, отсчетный блок, в котором опорйый генератор, дискретный фазовращатель, делитель частоты, чувствительный элемент, основной реверси ный счетчик, дополнительный реверси ный счетчик и дешифратор соединены последовательно, к дец1ифратору подключены ключи, соединенные через блок переменного коррекционного эф(екта с дискретным фазовращателем, а блок задержки соединен с дополнит ельным реверсивным счетчиком и вхо дом импульсов сброса устройства 23 : К недостаткам известного устройс ва от носится большое время измерени Цель изобретения - сокращение вр мени . измерения фазы сигнала, - Поставленная.цель достигается тем,, что в устройство, содержащее п ледовательно соединенные опорный ге нератор, дискретный фазовращатель, делитель частоты, чувствительный элемент, основной реверсивный счетчик, дополнительный реверсивный счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с управляющими входами двух ключей, блок задержки, выход которого соединен с установочным входом дополнительного реверсивного счетчика, а вход - с входом импульсов устройства и сигнальным входом второго ключа, дополнительно введены последовательно соединенные второй делитель частоты, блок формирования измерительных импульсов и блок усреднения, при этом управляющие входы дискретного фазовращателя соединены с выходами основного реверсивного счетчика, выход первого делителя частоты подключен дополнительно к сигнальному входу блока формирования измерительных импульсов и через первый ключ к-устано вочному входу второго делителя частоты, вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход второго ключа соединен со стартовым входом блока формирования измерительных импульсов. На фиг. 1 изображена: структурная схема фазометрического устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 вариант реализации блока формирования измерительных.импульсов. Фазометрическое устройство содержит чувствительный элемент 1, основной реверсивный счетчик 2, дополнительный реверсивный счетчик 3, дискретный фазовращатель 4, опорньй гене атор 5, первый делитель б частоты, дешифратор 7, ключи 8-1 и 8-2, блок 9 задержки, имеющий вход 10. импульсов сброса, второй делитель11 частоты, блок 12 формирования измерительньрс импульсов и блок. 13 усреднения, Выхсщы чувствительного элемента 1 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 2, выходы которого подключены к соответствующим входам дополнительного реверсивного счетчика 3 и управляющим входам дискретного фазовращателя 4. Сигнальный вход дискретного фазовращателя 4 подключен к выходу опорного генератора 5, а выход - к первому - делителю 6 частоты. Потенциальные выходы разрядов дополнительного реверсивного счетчика 3 подключены к дешифратору 7, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 8-1 и 8-2. Установочный вход реверсивного счетчика 3 подключен к выходу блока 9 задержки, вход которого соединен с входом 10 импульсов Сброса и сигнальным входом ключа 8-2. Выход опорного генератора 5 подключен также к вхсяу второго делителя 11 частоты, установочный вход которого соединен с выходом ключа 8-1/ а выход - с импyяьcныIvI входом блока 12 формирования измерительных импульсов. Сигнальный вход последнего соединен с выходе первого делителя б частоты, входом опорного сигнала чувствительного элемента 1 и сигнальньв4 входом ключа 8-1, а стартовый вход - с выхбдом ключа 8-2, Выход Олрка 12 подключен к входу блок 13 усреднений. Измерение фазы с помощью предлагаемого устройства осуществляется в два этапа. На первом этапе происходит отработка начального рассогла сования принимаемого и опорного сиг налов с использованием широкополосного компенсационного фазся етра, включающего элемент 1, счетчик 2,, фазовращатель 4, генератор 5 и дели :.тель 6. На втором этапе Гтроизвсдит;ся непосредственно измерение положения флуктуирующего фронта опорного сигнала/ фаза которого после первого этапа измерений связана с .фазой принимаемого сигнала, отнЬсйтельно стартового импульса, В качес ве последнего выбран импульс сброг са, поступающий на вход 10. Устройство работает следующим образом. Принимаемый и опорный сигналыпо тупают на входы чувствительного эле мента 1, где сравниваются их фазы. По результатам сравнения на первом и втором выходах элемента/1 формиру ются серии импульсов, поступающих на сугФ4Иру1Лдий и вьМитающий входы . реверсивного счетчика 2. G выходов счетчика 2 импульсы/это тупают на управляющие входы дискрет ного фазоваращателя 4. Под действием управляющих импульсов происходит сдвиг опорного сигнала, формируемого из частоты опорного генератора 5 делителем 6. Направление сдвига определяется входом фазовращателя 4, который поступают управляющие икшул сы. эффективная полоса пропускания компенсационного фазометра,,обраэО ванного элементом 1, счетчиком 2, фазовращателем 4, генератором 5 и делителем б, выбрана достаточно широкойV что обеспечивает быструю .отработку начального рассогласовани принимаемого и опорного сигналов. При этом из-за шумов на входе устройства величина флуктуации опорнот го сигнала происходит в пределах, превышающих заданную ошибку измерен ния фазы. . . . С выходов реверсивиОгр счетчика управляп(Ш1ие импульсы поступают также на входы дополнительного реверси ного счетчика 3. Обнулений счетчика 3 производится импульсами сброса с входа 10 устройства, прошедшими блок 9 задержки. Емкость счетчика 3 выбирают так/ чтобы на интервале между импульсами бброса он не neper - попнялся при любых рассогласованиях между сигналами. На первом этапе при наличии рассогласования между сигналами среднее число управлягадих импульсов на одном из входов дополнительного реверсивного счетчика 3 значительно йервышает число импульсов , поступающих на второй вход этого же счетчика. Разность импульсов, накопленная в счетчике 3 к концу интервала между обнуляющими импульсами, превышает пороговое значение, и на управляющие входы ключей 8-1 и 8-2 поступают с выходов дешифратора 7 соответственно высокий и низкий потенциалы. Высокий потенциал отпирает ключ 8-1, а низкий пртенциал запирает ключ 8-2. Подстраив,аемый опорный сигнал с выхода делителя 6 частоты проходит через открытый ключ 8-1 на установочный вход второгр делителя 11 частоты. На .счётный вход этргр же делителя поступает сигнал с генератрра ,5. На выхрде делителя 11 образуются вспомогательные импульсы, частота следования-которых равна частоте опорного сигнала с делителя 6i Ус|Танрвка делителя 11 происходит та;ким образом, что вспомогательные импульсы сдвинуты отнрсительно фронiTPB опорного сигнала на полпериода. При изменении фазы опорного сигнала в процессе автоподстройки указанный сдвиг поддерживается неизменным с точностью до периода частоты опорного генератора 5 за счет установки делителя 11. Игтульсы сброса с входа 10, следующие с частотой, численноравной полосе пропускания компенсационного фазометра (с периодом, определяекым постоянной времени фазометра), поступают на сигнальный вход ключа 8-2 непосредственно перед обнулением реверсивного счетчика 3. В процессе отработки фазометра импульсы сброса через закрытый ключ 8-2 не проходят и на стартовый ход блока. 12 не врздёйст вуют. -На втррртя этапе, прсле отработки начального рассогласования и фйуктуациях опорного сигнала около среднего положения, на вход реверсивного счетчика 3 поступает на интервале меящу обнулениями примерно равное . . число импульсов. Превышения порога i в счетчике 3 не происходит, и к моменту прихода импульса сброса на управляющие входы ключей 8-1 и 8-2 с выходов дешифратора 7 поступают низкий и Высокий :потенциалы соответ- . ственнр, при этом ключ 8-1 закрывается, и ключ 8-2 откры вается. Опорный сигнал с делителя б частоты ч.ерез закрытый ключ 8-1 не проходит и установка второго делителя 11 частоты теперь не произврдится. ПрложеЦие,вспомргательных импульсов на выводе делителя 11 задано его посл ней установкой. В результате, вспо гательные импульсы сдвинуты относи тельно среднего положения фронтов опорного сигнала на полпериода- с точностью, определяемой отклонением опорного сигнала от среднего положения в момент запирания ключа 8-1 .Работа устройства на втором эт пе поясняется с помощью временных диаграмм (фиг. 2)„ Импульсы сброса с входа 10 устройства (фиг. 2а) через открытый ключ 8-2 проходят на . стартовый вход блока 12, на выходе которого формируются измерительные импульсы (фиг. 2г) . На сигнальный вход блока 12 с делителя б частоты поступает опорный сигнал (фиг. 26) флуктуирукхций вокруг среднего значе ния , определяемого фазой принимаемого сигнала. На импульсный вход блока 12 подаются вспомогательные импульсы, с делителя 11 (фиг. 2в), сдвинутые относительно среднего положения фронтов опорного сигнала на величину, близкую к половине периода. Окончание формирования измерительного импульса в момент появления фронта опорного сигнала н сигнальном входе блока 12 происходит при условии, что между импульсом сброса (фиг. 2а) и фронтом опор ного сигнала(фиг. 26) на импульсный вход блока 12 пришел вспомога.тельный импульс (фиг. 2в), №лпульс сброса, вспомогательный импульс и фронт опорного сигнала поступают на входы блока 12 поочередно. Длительность измерительного, импульса равна t . При нахохсдении фронта флуктуирую щего опорного сигнала мезкду импульсом сброса и вспомогательным импуль сом окончавше измерительного импуль са совпадает с моментом появления следующего фронта опорного сигнала при этом длительность измерительного импульса равна t2. Поскольку опорный сигнал синхронизирован в среднем с принимаемым сигналом., длительности измерительных импульсов несут информацию об измеряемой фазе. После накопления и усреднения результатов измерений t в блоке 13 временной сдвиг t 1СРеднего положения фронта опорного сигнала относительно импульса сброса определяют вьтражением где п - числонезависимых измерений , выполненных через интер вал корреляции. При этом среднеквадратическая ойибка определения t в УН раз меньш той же величины, характеризующей флуктуации опорного сигнала вокруг средней фазы принятого сигнала. Формула (1) дает несмещенную оценку ср аднего сдвига опорного сигнала относительно импульса сброса при условии, что формирование измерт1тельных импульсов в блоке 12 происходит описанiiHM выше способом. Если же .срез измерительного шлпульса формировать ближайшим после импульса сброса фронтом опорного сигнала, то это приведет к большим ошибкам измерения t в случаях, когда величина измеряемого сдвига близка к нулю и фронт опорного сигнала флуктуирует вокруг стартового импульса (импульса сброса). В варианте реализации блока 12 формирования измерительных импульсов (фиг. 3), состоящего из двух триггеров 14 и 15, ключа 16 и элемента 17 совпадения, до появления иглпульса сброса на стартовомвходе триггеры 14 и 15 находятся в нулевом состоянии. Импульсом сброса триггер 14 переводится в единичное состояние, и высокий потенциал о триггера 14, поступающий на управляющий вход ключа 16 и элемент 17 совпадения,°разрешает прохождение ближайшего вспомогательного им.пульса, поступающего на импульсный вход; через ключ 16. Импульс с выхода ключа 16 устанавливает триггер 15 в единичное состояние, при этом на второй вход элемента 17 совпадения также подается высокий потенциал, в моментпоступления фронта опорного сигнала на сигнальный, вход на выходе элемента 17 совпадения формируется перепад, устанавливающий триггеры 14 и в исходное нулевое . состояние, и на выходе блока 12 формируется измерительный импульС. Из описания работы устройства видно, что в процессе измерения отсутствуют длительные этапы отработки рассогласования.при большой постоянной времени фазометра. Информация о фазе сигнала, полученная после быстрой отработки начального рассогласования с; малой постоянной времени, используется на втором этапе для не.посредственного измерения фазы сигнала с заданной точностью. Для этого производится усреднение положений флуктуиру1зщих фронтов опорного .сигнала, что позволяет определить фазу сигнала за минимгхльное, потенциально достижимое для второго этапа время измерения. При соотношении сигнал/шум 1 по. мощности) в полосе 10 Гц на вхое устройства точности измерения 1,8° и начальном рассогласований между сигналами 180, предлагаемое фазометрическое устройство позволяет. получить измерение через /v 65 с, тог- . да как в известном устройстве для измерения потребуется «200 с, а в , компенсационном фазометре с неизмен1ной узкой полосой пропускания --/ЗОО с,

ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединенные опорный генератор, дискретный фазовращатель, делитель частоты, чувствительный элемент, основной реверсивный счетчик, дополнительный реверсивный счетчик и Дешифратор, выходы которого соединены с управляющими входами двух ключей, блок задержки, выход которого соединен, с установочныгл входом дополнительного реверсивного счетчика, а вход - с . входом импульсов сброса устройства и сигнальньи-1- входом второго ключа, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени измерения фазы, в него дополнительно введены последовательно соединенные второй делитель частоты, блок формирования измерительных импульсов и блок усреднения, при этом управля Э1Дие входы дискретного фазовращателя соединены с вьоходами основного реверсивного счетчика, выход первого делитвг ля частоты подключен дополнительно к сигнальному входу блока формирования измерительных импульсов и через первый ключ к установочному входу второго делителя частоты, вход которого соединен с выходом опорного (Л генератора, ai выход второго ключа соединен со стартовым входом блока формирования измерительных импульсов.

Vuf-2