Дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение касается радиоизмери тельных систем и может быть исполь зовано при проектировании систем об работки сигнала в фазовом пеленгато ре или фазовом дальномере. fesecTHO устройство для измерени фазового сдвига сигналов, содержаще генератор калибровочных импульсов, первый вентиль, первый счетчик, пер вьй TiJHrrep, элементы совпадения, второй вентиль, второй счетчик, вто рой триггер, третий вентиль, шину опорных сигналов, шину измеряемого сигнала и шину начала измерения, со динение которых представляет из себ дискретньй фазометр с пилообразной характеристикой, к выходу которого (выход элемента совпадения) подключен дискретный блок измерения фазы фазового сигнала, вьтолненный в виде сумматора, со старших (в-м) разрядов которого производят съем изме ренного значения фазового сдвига сигнала Cl Л. Измеренное значение получают в виде среднего значения на интервале осреднения, реализуется вычисление m по формуле tf Г: J-- tf .-Пределы сумми« Трования обеспечиваются блоком синхро низации и управления, обслуживающим работу дискретного фазометра и работу дискретного блока измерения фазы. Блок синхронизации и управления состоит из элементов: первый вентиль, первый триггер, второй вентиль, второй счетчик, второй триггер, третий вентиль. Недостатком этого устройства явля ется тот факт, что фазовые отсчеты дискретного фазометра относятся к циклическим и оценки при некоторых значениях Ц. могут давать большие погрешности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство (способ работы которого описывается известным алгоритмом), содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса. Входная шина отсчетов сигнала соединена с входами вычислителя синуса и вычислителя косинуса. Выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса. Выход вычислителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, выход которого подключен к выходной шине С2. Устройство дает оценку фазы Ч по алгоритму V circt &5tn4./5cos4.)-pJr, p -y 5i nxs nv-Si n:/ i cosV,- , Xsin4. Величину Ч обычно относят на середину интеррала осреднения. Рассмотрим случай . При разных значениях Rточка, для которой справедлива оценка Ч, на интервале наблюдения имеет разное положение и, следовательно, значение Ч, отнесенное на середину интервала, будет иметь составляющую погрешности, что является, недостатком этого устройства. Цель изобретения - повьпнение точности измерения фазы, отнесенной к фиксированной точке интервала наблюдения, т.е. повьш1ение точности измерения начальной фазы. Поставленная цель достигается тем, чтр в дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала, содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктан генса, выход вычислителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, введены блок вычисления значений полинома, блок сложения по модулю 2л и блок синхронизации и управления, выходы которого подключены к вычислителю синуса, к вычислителю косинуса, к первому сумматору, к второму сумматору и к блоку вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока сложения по модулю 2-, второй вход которого подключен к шине отсчетов сигнала, выход блока сложения по модулю 2л подключен к входу вычислителя синуса и входу вычислителя косинуса. На. фиг. 1 представлена схема дискретного устройства измерения фазы фазового сигнала; на фиг. 2 - эпюры сигналов. Устройство содержит блок 1 сложения по модулю , блок 2 вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока 1 сложения по модулю 2Л, выход которот го соединен со входами вычислителя 3 синуса и вычислителя 4 косинуса, выходы которых соответственно через первый сумматор 5 и второй сумматор подключены к входам вычислителя 7 арктангенса, выход которого подключен к выходной пгане 8 устройства, выходы блока 9 синхронизации и управления подключены к входам блока 2 вычисления значений полинома вычислителя 3 синуса, вычислителя 4 косинуса, первого и второго сумматоров 5 и 6, второй вход блока 1 сложения по модулю 2JI подключен -к шине 10 отсчетов сигнала. На эпюре « показан произвольный входной фазовый сигнал е,, имеющий амплитуду.Е, начальную фазу,Чд, значения 51 и и положительны. Пунктиром обозначен тот же сигнал с нулевой начальной фазой. На эпюре 5 показан е выходной сигнал блока 2 вычисления значений полинома, отсчеты которого подаются на блок 1. Скорость изменения этого сигнала и ее производная имеют обрат ный знак по сравнению с сигналом й но начальная фаза его рарна нулю (для сигналов е -Й-Ь--(t) . которых известно, что 1 иЛ- положительны, можно задавать , так как значения выходных кодов блока 2 вычисления значений полинома е,-с( fjjt-t- -получаются положительны при Эпюра в представд:1яет сумму сигналов вс и е. Начальное значение рдвно t/, далее до момента i величина е„ остается постоянной, так как за последовательные отрезки dt величина приращения Лвс равна по мрдулю и обратна по знаку. В момент t сигнал скачкообразно увеличивается на величину Е и остается равным Е+ % На эпюре представлен результат взятых по модулю Е суммы fif, С те «гением времени он постоянен, а вели чина его равна . Этот сигнал и является выходным у блока сложения по одулю Е, а преобразования реализует блок 1 сложения по модулю 2J. Алгоритм работы устройства просто описьгоается на языке фортрана CALL фазы (A,C,F,QN) ,N (I)+QN(I) дк дк-шт(рк/()) CK CK+COS(QK) CS CS+SIN(QK) CONTINUE AH ATANZ(CS,CK), где , C S7, фазы - подпрограмма моделирования отсчетов ycTpoi cTBa вычисления значений полинома; - число фазовых отсчетов на интервале наблюдения (количество элементов выборки); ОИ - массив отсчетов входного сигнала (элементы выборки Указанная цель достигается тем, что при сложении по модулю 2)Г отсчетов входного сигнала 4(t-)V«t.-.ft)rmod27;J с отсчетами фaзы.,( ,блока 2 вычисления значений полинома для i 1, 2, 12.. (где , а, Л, otj 2 -V К - целое положительное число, равное максимальной величине ожидаемого количества перескоков сверху вниз фазы фазового сигнала на интервале наблюдения) получается постоянный во времени сигнал Ч, отсчеты которого флюктуируют случайным образом при Наличии шума Е (t). Полученные числовые коды подаются на вычислители 3 и 4 синуса и косинуса, которые определяют значение функции отар гумента, лежащего в пределах 0-2. Заменять блок 1 сложения по модулю на блок сложения г нецелесообразно, так как значения кодов после сложения, подаваемые на вычислители 3 и 4, могут быть более 2 и алгоритмы вычисления значений синуса и косинуса усложнятся (операция взятая по модулю 2 J, будет выполняться блоками 3 и 4, т,е, дважды)/ Блок 2 вычисления значений полинома реализован с целью вычисления в следящем режиме полиномиальной функции от изменяю щегося во времени аргумента i (т) (p-ix + .. .+с(., . Для рассматриваемого случая берется полином третьей степени, коэффициенты о,,, 0„. полагают равными нулю. Величины «о, «, ск сч итаются известными , Ь(й, (. Преобразования выходного сигнала блока 1, приводящие к получению оце ки начальной фазы, выполняются вычис лителями 3 и 4 синуса и косинуса и далее сумматорами 5 и 6 и вычислителем 7 арктангенса. Предлагаемое дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала оказывается полезным в устройствах обработки сигналов низких частот. так как реализация элементов устройства известна, широко используется в цифровой технике и обработка отсчетов сигнала в дискретных устройствах измерения фазы находит все

а

flt-ffc fffr более широкое применение, обеспечивая высокие точности оценки неизвестных параметров. Так, например, при отсчетах фазы .ji ,6 рад, следукицих с интервалом 1с, среднее значение равно Ч 1,6 рад; Величина -,/| Чо-Ч / 0,6 рад составляет погрешность измерения фазы в начале интервала. В случае обработки этих отсчетов в предлагаемом устройстве при Я -0,2- , оценка Q Vfl, т.е. точность измерения начальной фазы повышается на 0,6 рад. В результате использования изобретения в радиотехнических системах траекторных измерений при повышении точности фазовых измерений уточняются параметры движения объекта (наклонная дальность, угловые координаты) и может быть получен эффект повьш1ения безопасности полета и точности приземления.

ДИСКРЕТНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ФАЗОВОГО СИГНАЛА, содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса, выход вычис--Л; лителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, отлЧ чающеес я тем, что, с целью повьшения точности измерения начальной фазы, в него введены блок вычисления значений полинома, блок сложения по модулю 2jr и блок синхронизации и управления, выходы которого подключены к вычислителю синуса, к вычислителю косинуса, к первому сумматору, к второму сумматору и к блоку вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока еложения по модулю 2ji, второй вход кото- 9 рого подключен к шине отсчетов сигнасл ла, выход блока сложения по модулю 2J подключен к входу вычислителя синуса и входу вычислителя косинуса. 5