Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоимпульсной измерительной технике и може использоваться для измерения разности: фаз при наложении радиоимпульсных сигналов с перекрываинцимися спектрами и неизвестными несущими частотами. Известно устройство для измерени фазовых сдвигов при наложении сигналов, .использующее принцип предварительной фильтрации и содержащее четыре фильтрующих элем&нта,входы которых попарно связаны с входными клеммами устройства, и два фазометра, входы которьк .подключены к выхо дам фильтрующих злементов, причем фильтрующие элементы находятся в разных парах ГЛ , Недостатками устройства являются значительные аппаратурные затраты при использовании фильтрующих элементов на базе Совокупности параллельных узкополосных фильтров, а также то, что при работе с короткими радиоимпульсными сигналами,время существования которых меньше времен отклика узкополосных фильтров, применение описанного устройства не да ет удовлетворительных результатов. I Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство, содержащее сумматор, вычитатель, фазовращатель, два амплитуд ных детектора, два блока определения полярности, блок определения экстремумов, блок выборки-хранения и блок обработки информации, причем входы сумматора и вычитателя объеди нены и соединены с входными клеммами устройства, вход фазовращателя связан с выходом сумматора, вход первого амплитудного детектора соединен с выходом вычитателя и входом первого блока определения полярност вход второго амплитудного детектора соединен с выходом фазовращателя и входом второго блока определения полярности, выход первого амплитудного детектора связйн с входом блок определения экстремумов, а выход второго - с входом блока рыборки-хр нения, задаюпщй выход блока определения экстремумов соединен с управляющими входами блоков определения полярности и блока выборки-хранения, выходы которых и выход блока определения экстремумов соединены с входами блока обработки информации,два выхода которого соединены с выходными клеммами устройства Ш Недостатками этого устройства являются.ограниченные функциональные возможности при работе с наложенными радиоимпульсными сигналами, имекяцими близкие частоты, т.е. перекрывакициеся спектры, а также ограничение на минимальное время обращения к сигналу, т.е. на время измерения фазовых сдвигов при наложении двух радиоимпульсных сигналов в перекрьтающимися спектрами и неизвестными несущими частотами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и уменьшение времени измерения фазовых сдвигов при наложении двух радиоимпульсных сигналов с перекрываюпщмися спектрами и неизвестными несущими частотами. Указанная цель достигается тем, что Б устройство, содержащее сумматор, вьмитатель, входы которых связаны с входными клеммами устройства, фазовращатель, вход которого соеди- , ней с выходом сумматора, и блок выборки-хранения, введены детектор наложения сигналов, адаптер периода, интегратор,клкгч и вычислитель, входы которого соединены с входами детектора наложения сигналов и выходами фазовращателя и вычитателя, выход вычислителя связан с информаЦИОННЮ1И входами блока выборки-хранения и ключа, выход детектора наложения сигналов подключен к управляялцим входам адаптера периода и ключа, информационный вход адаптера периода соединен с выходом фазовращателя, а выход подключен к управлякяцему входу блока выборки-хранения, выход которого связан с входом интегратора, причем выходы интегратора и ключа соединены с выходными клеммами. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиоимпульсного фазометра; на фиг.З блок-схема адапера периода; на фиг.4 - временные диаграммы,поясняющие принцип работы адаптера периода . В состав радиоимпульсного фазометра входят сумматор 1, фазовращатель 2, детектор 3 наложения сигна3лов, адаптер 4 периода, блок 5 выбо ки-хранения, интегратор 6, вычитатель 7, вычислитель 8 и ключ 9. Входы сумматора 1 и вычитателя 7 объединены и соединены с входными клеммами устройства. Выход сумматора 1 связан с входом фазовращателя 2. Входы вычислителя 8 соединены с входами детектора 3 наложения сигналов и выходами фазовращателя 2 и вычитателя 7. Выход вьгаислителя 8 связан с информационными входами блока 5 выборки-хранения и ключа 9. Выход детектора 3 наложения сигналов подключен к управляющим входам адаптера 4 периода и ключа ,9. Информационный вход адаптера 4 периода соединен с выходом фазовращателя 2, а выход подключен к управляющему входу блока 5 выборки-хранения, выход которого связан с входом интегратора 6. Выходы интегратора 6 и ключа 9 соединены с выходными клеммами. Радиоимпульс с прямоугольной сгибающей может быть представлен в виде произведения единичной функции на периодическую f(t). Функция единичного скачка 1 (t) ,(t) . t О, 1/2, t О, ;i, t 0. В общем случае она может быть смещена вдоль оси времени. Для единичной функции, смещенной вправо на время о, можно записать 1(t-t).B соответствии с определением (1) умножение функции f(t) на единичную функцию отсекает ее для времени t 1о так, что имеем. (t) Аналитическое выражение сдвинут по фазе наложенных радиоимпульсов с прямоугольной огибающей может бы записано в следующем виде U,lt)-A,5i(w,i+qi4tv,|2)l(t-tO-l(t-t4 A2S (Wzt-K j- 2/2) ( (Чз U2lt) l,ein(w.itq.,-c,;/2)l(i-t,)M(t-t4) -VA2si lW2t M2- tl /2)(l(t-t2)-l(t-m где и, - выражение для наложенных радиоимпульс в первом канале; 2 . то же, во, втором каA,,);,,4i амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса, ( - фазовый сдвиг между первыми радиоимпульса. ми по каналам, А. амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса, 2 фазовый, сдвиг между вторыми радиоимпул-ьсами по каналам, г, ,t4 время начала и конца первогорадиоргмпульса, время начала и конца второго радиоимпульса. Детектор 3 наложения сигналов формирует импульс, соответствующий участку наложения сигналов. Блок 3 представляет собой последовательное соединение фазового детектора,входы которого подключены к выходам фазовращателя 2 и вычитателя 7, и порогового элемента. На.участке (фиг.2) без наложения сигналов после формирования разностного и сумматорного сигналов и сдвига суммарного сигнала на Ir /2 получаются сигналы с одинаковой частотой и начальной фазой, но разными амплитудами. Фазовый детектор дает нулевую разность фаз. При наложении сигналов на интервале возникает разность фаз, отличная от нуля. Пороговый элемент имеет порог вьше уровня шумов. f Таким образом, при наложении сигналов фазовый детектор даетненулевую текущую разность фаз и на выходе порогового элемента возникает импульс, длительность которого соответствует участку наложения сигналов. Адаптер 4 периода имеет следующие функции. За время действия открытого участка t -tn осуществляется адаптация к периоду высокочастотного заполнения радиоимпульса. Определяются моменты перехода через ноль и интервалы зременимежду ними. В этом случае адаптер 4 периода работает в релонме адаптации к сигналу. На интервал времени импульсу с выхода детектора 3 наложения сигнало1в адаптер периода переключается на режим экстраполяции ноль-периодов сигнала, В соответствующие моменты времени формируются импульсы, которые подаются на управляющий вход блока 5 выборки-хранения с целью стробирования выходного сигнала вычислителя 8. Пример вьшолнения адаптера 4 периода включает формирователь 10, ключ 11, компаратор 12, ключ 13, интегратор 14, пиковьй детектор 15. Вход формирователя 10 является информационным входом адаптера 4 пе риода. Связанные между собой управляющие входы ключей 11 и 13 являются управляющим входом адаптера 4 периода, выход формирователя 10 связан с информационным входом ключа 11, выход которого объединен с выходом ключа 13 и связан со сбросовым входом интегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входам компаратора 12 и пикового детектора 15. Выход пикового детектора 15 связан с вторым входом компаратора 12, вьпсод которого соединен с информационным входом : ключа 13. Причем выход ключа 13 является выходом узла. В момент появления разрешающего сигнала Do на управляющем входе в блоке 5 выборки-хранения запоминается значение с выхода вычислителя 8 . Интегратор б предназначен для ус реднения значений с выхода блока вы борки-хранени я на всем интервале наложения сигналов с целью снижения влияния погрешности определения еди ничных выборок. Вычислитель 8 предназначен для в числения удвоенного значения арктан генса отношения. Может быть реализован путем последовательного соеди нения типового аналогового делителя типового формирователя функции арктангенса и усилителя с коэффициенто усиления, равным двум. Ключ 9 управ ляется детектором 3 наложения сигна лов. При отсутствии перекрытия ключ открыт и на выходе устройства появляется сигнал, соответствующий фазо вому сдвигу между радиоимпульсными сигналами на открытых участках , (). Устройство работает следующим образом. Два наложенных радиоимпульсных сигнала с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами, имеющие фазовые сдвиги (, ц; )A,5;w(u,t4C,+ V,|l)Ui-t,)4(t-t4)+ (.i4(,(i42VUt-t3 , Uilt)A,g;n(,-(v,|2)t(t-t,V(t-t4fl + .nC(Oiltcp,-v..t,j.t-i3n, где AI , CO, ,tfi - амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса; ( - фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам, Ag ,С02,% амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса; Vf - фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам, время начала и конца первого радиоимпульса i 2 4время начала и конца второго радиоимпульса (и, v, фиг.2, а, б) , поступают на входы сумматора 1 и вычитателя 7. На выходах имеем UcWr2ft,co6(()n(,)tHt-t,)-l(t-) П2с(щ12}ъ(п (wii(p2)Ui-t2VHt-t) ; ).2ft,sin(,|2)co5(w,i4Cff)i(t.gH{t-t4)+ + ()cost02 4q j)tl(t-t2)-(t-tin, где Ug(t), Up(t) - суммарный и разностный сигналь соответственно (U4 фиг.2,г). С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигается фазовращателем 2 на фиксированньй угол во всей рабочей полосе частот. На выходе фазовращателя 2 I, , Ucol)-2A,cosi{V l2)Gos(Q,iity,)Ht-t,VUi-fc4) -2A2C05CV2f)COs(o t-VMj)(t-t7)-(t-t3n где U(t) - сдвинутый суммарный сигнал (Uj, фиг.2,в). Сдвинутый суммарньй U и разностный U 4 сигналы поступают на вход вычислителя 8, реализующего функцию удвоенного значения арктангенса отношения. Выходной сигнал Ui; вьгаислйтеля 8, показанный на фиг.2 д, поступает на информационные входы ключа 9 и блока 5 .выборки-хранения. Детек тор 3 наложения сигналов, подключен ный к фазовращателю 2 и вычитатепю 7, формирует импульсы U (фиг.2 е), соответствую1цие участку наложения сигналов ta-t-j. На открытых участках Ц-1л , , вьщеляемых ключом 9, который запирается сигналом U на интервал наложения полученное значение -1)7, (фиг.2,ж) соответствует измеряемой разности фаз между одними из наложенных радиоимпульсных сигналов. С ,выхода фазовращателя 2 сдвинутый суммарный сигнал Uj поступает н информационный вход адаптера 4 пери да. За время действия неналоженного сигнала адаптер.4 периода опр деляет моменты -перехода через ноль входного сигнала и интервалы времени между ними. При появлении на управляющем входе импульса Ug с выхода детектора 3 наложения сигналов адаптер 4 периода отключается от входа и экстраполирует ноль-переход сигнала на участок наложения (Ug,фиг.2,3). Адаптер 4 периода работает следуюпщм образом. , J, . Входной сигнал U (фиг.4) поступ ет на формирователь 10,на выходе ко торого в моменты перехода сигнала .U через ноль формируются импульсы Ufj, Эти импульсы поступают на сбросовый вход интегратора 14 через ключ 11,к .торый управляется по сигналам Ug от Йетектора наложения сигналов. При отсутствии наложения ключ 11 открыт при наложении - закрыт. На вход интегратора 14 подан постоянный потен циал. На выходе интегратора 14 формируется напряжение пилообразной формы U|2 с периодом, равным периоду несущей частоты радиосигнала. Осуществляется режим адапта1даи. На пиковом детекторе 15 запоминается амплитуда пилы UQ,которая сравнивается компаратором 12 с теку|Дим значением напряжения Ui на выходе интегратора 14. В моменты совпадения на выходе компаратора 12 формируются импульсы и (3 , соответствующие моментам перехода через ноль входного сигнала Uj иинтервала времени между ними. Ключ 13 на вькоде компаратора 12 управляется по Сигналам и от детектора наложения сиг налов, но противофазно первому ключу 12. При наложении сигналов происходит переключение на режим экстраполяции. G выхода второго ключа 13 импульсы Ug поступают на сброс интегратора 14, осуществляя автоматически режим формирования пилы, и на управляюп)ий вход блока 5 выборки-хранения с целью стробирования выходного сигцала вычислителя 8. Для обеспечения режима адаптации адаптера 4 периода практически достаточно одного-двух периодов высокочастотного заполнения радиоимпульсных сигналов на интервале tj-t Режим экстраполяции позволяет провести измерения фазового сдвига на участке наложения тоже за один-два периода высокочастотного заполнения. Таким образом, радиоимпульсньй фазометр может работать практически безынерционно по коротКИМ радиоимпульсам (порядка несколь1КИХ периодов высокочастотного заполнения). Импульсы Ug, управляющие блоком 5 выборки-хранения, фактически осуществляют стробирование выходного сигнала Uс вычислителя 8 в моменты времени, когда на входах вычислителя 8 в аддитивной смеси один из сигналов равен нулю. В результате на выходе блока 5 выборки-хранения появляется сигнал UQ (фиг.2,и), соответствуюдай измеряемой разности фаз другого сигнала. Сигнал U поступает на вход интегратора 6, который усредняет значения с выхода блока 5 выборки-хранения на всем интервале наложения сигналов ,,чтр приводит к снижению влияния погрешности определения единичных выборок (U0 .2,к). Таким образом, на выходах интегратора 6 и ключа 9 формируются импульсы, соответствующие измеряемым фазовым сдвигам. Предлагаемое устройство обеспечивает расширение функ1щональных возможностей, уменьшение времени измерения. В устройстве при работе по наложенным радиоимпульсным сигналам, имекицим близкие несущие частоты,техническая реализация затруднена. В предлагаемом устройстве на соотношение Hecymjix частот наложенных радиоимпульсов ограничения не накладьгааются. В базовом устройстве минимальное время обращения к сигналу, необхо-910димое для съема информации об экстремумах огибающей аддитивной смеси двух сигналов равно периоду разностной .частоты. Например, при несущих частотах радиоимпульсных сигналов f,j 100 кГц, fj 100,1 кГц, минимальное время измерения равно . 0,1 .105с-1 В предлагаемом устройстве минимальное время измерения практически равно 2-3 периодам высокочастотного запблнения радиоимпульсов, и при тех же несущих частотах составляет (2-3)-10 с. Малое время обращения к сигналу позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах, работающих с короткими (порядка нескольких периодов высокочастотного заполнения) радиоимпульсами. Расширение возможного соотношения несущих частот наложенных радиоимпульсных сигналов увеличивает функциональные возможности систем на базе предлагаемого устройства за счет расширения номенклатуры входных сигналов.

РАДИОИМПУЛЬСНЫЙ ФАЗОМЕТР содержащий сумматор и вычйтатель, входы которых соединены с входными клеммами устройства., фазовращатель, вход которого связан с выходом сз 4матора, и блок выборки-хранения, отличаю щ.и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения времени измерения фазовых сдвигов при наложении двух раднЬимпульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами, в него введены детектор налеясения сигналов, адаптер периода, интегратор, ключ и вычЯсЛитель, входы которого соединены с входами детектора наложения сигналов и выходами фазовращателя и вычитателя, выход вычислитег ля связан с информационными входа блока выборки-хранения и ключа, .выход детектора наложения сигналов подключен к управляющим входам ададтера периода и ключа, информационный i вход адаптеру периода соединен с выходом фазовращателя, а выход подт ключен к управляющему входу блока выборки-хранения, выход которого связан с входом интегратора,причем выходы интегратора и ключа соединены с выходными клеммами. и се fUs} 30 У1 9д Й.

, Фиг.З