Цифровой фазометр Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиотехническим устройствам, служащим для выделения информации о разности фаз двух сигналов,, в частности к преобразователям разности фаз двух радиоимпульсных сигналов одинаковой частоты в цифровой код.

Известен быстродействующий дискретный фазометр, предназначенный для измерения разности фаз двух радиоимпульсных сигналов за время, равное длительности входного импуль са. При этом сигналы разветвляются, и формируется дискретньй набор из N компенсирующих фазовых сдвигов на которые сдвигается первый сигнал N образцов первого сигнала, каждый из которых сдвинут на свой фазовый сдвиг, сравниваются со вторым сигналом на N параллельных схемах сложения р J.

Недостатком указанной схемы является значительная фазодинамическая ошибка, возникающая при изменении уровней входных сигналов. Для ее устранения вместо схем сравнения используют набор фазовых детекторов с усилителями и фиксируют только переходы через ноль выходных напряжений, которые пропорциональны cos д Ч (где /3 разность фаз входных сигналов).

Известен дискретньй фазометр, содержащий фазосдвигающие блоки, установленные по обоим входам параллельного набора из N фазовых детекторов, в качестве которых используются аналоговые перемножйтели. Усилители, подключенные к выходу фазовых детекторов, реагируют только на полярность входного напряжения. Расположение полярности видеосигналов на выходе усилителей характеризует сектор (один из 2 секторов в пределах от О до 360), в котором находится измеряемая разность фаз. Если положительная Полярность - 1, а отрицательная - О (или наоборот), то измеряемая разность представляет собой набор единиц и нулей на выходе фазометра С2 J.

Недостатком такого фазометра является сравнительно большая ошибка дискретизации. Ее уменьшение путем распараллеливания схемы, т.е. вследствие увеличения числа фазосдвигающих устройств, фазовых детекторов и усилителей, приводит к резкому

. возрастанию числа элементов, веса и габаритов схемы фазометра.

Цель изобретения - увеличение точности измерения путем уменьшения 5 ошибки дискретизации.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий соединенные обшим входом N фазосдвигающих блоков одного канала,

0 связанных с первыми входами фазовых детекторов, и соединенные общим входом N фазосдвигающих блоков другого канала, связанных с вторыми входами фазовых .детекторов, выходы

5 которых подключены к усилителям,

введены амплитудный детектор, формирователь импульсов, электронноуправляемый фазовращатель, регистр памяти, блок сравнения кодов, регистр последовательных приближений, преобразователь код-напряжение,.источник опорного напряжения, блок управления, преобразователь кода Джонсона в двоичньш код и формирователь выходного кода, причем вход амплитудного детектора соединен с первым входом электронно-управляемого фазовращателя и является входом всего устройства, выход электронно0 управляемого фазовращателя соединен с одним общим входом N фазосдвигающих блоков, выход амплитудного детектора соединен с формирователем импульсов, выход которого соединен

5 с входом блока управления, управляющим входом регистра последовательных приближений и вторым входом формирователя выходного кода, m выходов которого являются выходами

0 устройства, первьй выход блока

управления подключен к синхронизирующему входу регистра памяти, N входов которого соединены с выходами усилителей, а N выходов с первой

5 группой входов блока сравнения кодов и преобразователем кода Джонсона в двоичный код, второй выход блока управления соединен с вторым входом регистра последовательных приближе0 НИИ и первым входом формирователя выходного кода,, выход блока сравнения кодов соединен с третьим входом регистра последовательных приближений, m выходов которого соединены

5 cm входами преобразователя коднапряжение и m входами формирователя выходного кода, выход источника

i опорного напряжения соединен с входом преобразователя код-напряженце, выход которого соединен с вторым входом электронно-управляемого фазовращателя, а выход преобразователя кода Джонсона в двоичный код является выходом старших разрядов всего устройства. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - таблица выходных уровней при уменьшении дискрета в восемь раз. Цифровой фазометр содержит 2N фазосдвигающих блоков 1, N фазовых детекторов 2, N усилителей 3, ампли тудньй детектор 4, формирователь 5, импульсов, электронно-управляемый фазовращатель 6, регистр 7 памяти, блок 8 сравнения кодов, регистр 9 последовательных приближений, преоб разователь 10 код-напряжение, блок 11 управления, источник 12 опорного напряжения, формирователь 13 выходного кода, преобразователь 14 кода Джонсона в двоичный код. Первые входы N первых фазосдвига щих блоков. 1 соединены с первым вхо дом устройства, выход блоков 1 соединены с первыми входами фазовых детекторов- 2, вторые входы которых подключены к выходам вторых N фазосдвигающих блоков 1, соединенных своими входами с выходами фазовраща теля 6. Вход фазовращателя 6 и вход амплитудного детектора 4 объед нены со вторым входом устройства. Вьгход амплитудного детектора 4 соединен с формирователем 5 импульсов выход которого соединен с входом блока 11 управления, первым входом регистра 9 последовательных прибли- жений и вторым входом формирователя 13выходного кода, m выходов которо го являются выходами всего устройст ва, первый выход блока 11 управления подключен к синхронизирующему входу регистра 7 памяти, N входов которого подключены к выходам усили телей 3 и второй группе входов блока 8 сравнения кодов, а N выходов к первой группе входов блока 8 срав нения кодов и входам преобразовател 14кода Джонсона в двоичный код, второй выход блока 11 управления со единен с вторым входом регистра 9 последовательных приближений и первым входом формирователя 13 выходного кода, выход блока 9 сравнения кодов соединен, с третьим входом регистра 9 последовательных приближений, гп выходов которого подсоединены к m входам преобразователя 10 код-напряжение и m входам формирователя 13 выходного кода, выход источника 12 опорного напряжения соединен с входом преобразователя 10 код-напряжение, выход которого соединен с вторым входом электронноуправляемого фазовращателя 6, а выход преобразователя 14 кода Джонсона в двоичный код является выходом старших разрядов всего устройства. Устройство работает следующим об разом. На два входа фазометра поступает одновременно пара радиоимпульсов одинаковой несущей частоты, разность фаз которых замеряется в результате набора параллельных каналов пра ктически мгновенно (за время действия входного радиоимпульса-). Информацию о разности фаз в дискретном виде представляет набор потенциалов разного уровня -(О или 1) на выходе усилителей 3. Фазосдвигающие блоки 1, установленные по первому входуфазометра, обеспечивают дискретные фазовые сдвиги /V образцов первого сигнала S, (u), равные 45, 5° + j Ф, 45° + 2-4- Ф, ..., 45° + (N-1) J Ф (где Ф - величина дискрета измерения, определяемая числом параллельных каналов N и 180 „ равная -г:-;, На такие же по величине но со знаком минус фазовые сдвиги сдвигаются N образцов второго сигнала5i )co5(u),). Затем N образцов .первого сигнала с заданными фазовыми сдвигами поступают на первые входы фазовых детекторов (ФД) 2, а соответствующие N образцов второго сигнала поступают на вторые входы ФД 2. Выходные напряжения каждого ФД пропорциональны произведению амплитуд двух его входных сигналов и косинусу их разности фаз, Усилители 3 обеспечивают формирование выходных нулей и единиц в зависимости от полярности сигнала на выходе соответствующего фазового детектора. На выходе.всех усилителей 3 в момент действия входного радиоимпульса одновременно появляются видеоимпульс той же длительности в виде нулей или единиц. Положение групп .нулей и единиц зависит от. значения измеряемой разности фаз ) и однозначно отражает это значение в виде унитарного кода (кода Джонсона). Работа цифрового фазометра с вве дением элементов, позволяющих умень шить ошибку дискретизации, осуществ ляется следующим образом. Если закодировать дискрет фазометра Ф в двоичном коде, то код той же части дискрета, к которой принадлежит истинное значение разности фаз л Ч будет уточняющим кодом. Уточнение дискрета происходит путем рравнения значения кода фазометра с выхода усилителей без сдвига фазы второго сигнала 52 и при сдвиге на минус Ф, Ф, Ф и т.д. В исходном состоянии напряжение на выходе преобразователя 10 коднапряжение (ПКН) отсутствует и электронно-управляемый фазовращател (ЭУФ) 6 не создает фазового сдвига. Во время поступления первой пары радиоимпульсов S и 52 на выходах усилителей 3 появляется набор О и 1 отражающих в коде Джонсона ра ность фаз лЧ. Одновременно радиоимпульс Sj поступает на амплитудный детектор (АД) 4 и далее на формироч ватель 5 импульсов (ФИ). С выхода ФИ 5 логический сигнал поступает на блок 11 управления {БУ). На выходе БУ 11 формируется сигнал, по которо му происходит запись полученного кода в регистр памяти (РП) 7. Измеренное значение кода принадлежит J-му дискрету дЧ, . Дд.-Ф) . По окончании первого входного радиоимпульса в регистре 9 ,последонательных приближений (РПП) установится в состояние 1 (старший разряд) . Б это же время код формирователя 13 выходного кода (ФБК) станет ..., что соответствует середине уточняемого дискрета. Под возде;й ствием кода РПП 9 на выходе ПКН 10 сформируется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечит сдвиг сигнала 4 5 на минус -у Ф. Во время поступления второй пары радиоимпульсов с той же разностью фаз на выходе усилителя появляется код Джонсона, соответствующий разности фаз сигналов 5 и 5 , равной АЧ t. Если при этом код Джонсона вновь соответствует i-му дискрету, как и при . первом импульсе, это означает, что истинное значение л Ч сдвинуто от начала дискрета более чем на 1/2 Ф, .,е(л,.1ф),(лс..Ф. : На выходе блока 8 сравнения кодов (БСК) формируется сигнал равенства кодов и после окончания второго импульса старший разряд РПП9 остается в состоянии 1.Кроме того,последующий разряд также устанавливается в в состояние 1.На выходе ПКН 10 устанавливается напряжение,при котором ЭУФ6 обеспечивает сдвиг входного сигнала на минус (- + т) Ф Уточняющий код на выходе ФВК 13 становится 1100... При поступлении третьего импульса проверяется, находится ли истиная разность в последней четверти i-ro дискрета. Если во время второго импульса код Джонсона составляeT.()-My дискрету, это означает, что истинное значение лЧ сдвинуто от начала дискрета менее чем на Ф, .. ,(л..|ф). Сигнал на выходе БСК 8 отсутствует, и после окончания второго импульса старший разряд РПП 9 устанавливается в состояние О, а последующий разряд .- в состояние 1. На выходе ПКН 10 устанавливается напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг входного сигнала S на минус -г Ф. Код ФВК 13/становится 0100... В этом случае при поступлении третьего импульса проверяется находится ли истинная разность фаз в первой четверти i-ro дискрета. Пример. Примем величину дискрета Ф 22,5, степень уточнения восемь раз (до 2,8125), а истинная разность фаз Д4о 106° .

Во время первого .импульса на выходе усилителей формируется код Джонсона в соответствии с первой строкой таблицы (фиг.2). На выходе блока 11 управления формируется сигнал, по которому в регистр памяти 7 записывается измеренный код. Разряды РПП 9 находятся в исходном положении а на выходе ФВК 13 формируется код середины дискрета. По окончании первого импульса старший разряд РПП 9 устанавливается в состояние 1. На выходе ПКН 10 имеется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг минус 11,25. Во время второго импульса фазометр измеряет разность фаз. . ;

ЛЧ 11,25 95,75°

На выходе усилителей 3 формируется код в соответствии -с третьей строкой таблицы (фиг.2). На выходе БСК 8 присутствует сигнал равенства кодов, поэтому по окончании второго импульса старший (третий) разряд РПП 9 остается включенным и включается второй разряд. Под воздействием выходного кода РПП 9 на выходе ПКН 10 формируется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг входного сигнала на минус (11,25 + 5,625). .

Во время третьего импульса фазометр измеряетразность фаз ЛЧ2 Л - 11,25°- 5,625° 89,125 На выходе усилителей формируется код, отличный от записанного в регистр памяти, поэтому на выходе БСК 8 нет сигнада равенства кодов. В результате по окончании третьего импульса второй разряд РПП 9 выклюет чается и включается третий разряд.ПЬ воздействием выходного кода РПП 9 на выходе ПКН 10 имеется напряжение

при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдви на минус (11,25 + 2,8125)° .

Во время четвертого импульса фазметр измеряет разность фаз 3% дч-о - 11,25 - 2,8125 91,9375°.

Код на выходе усилителя соответсвует коду записанному в регистр памяти, поэтому на выходе БСК 8 формируется сигнал равенства. После окончания четвертого импульса первый разряд РПП 9 остается включенным. Процесс уточнения в данном случае закончен. На выходе преобразователя 14 кода Джонсона в двоичный код (фиг.1) формируются четыре старших разряда, а на выходе формирователя 13 выходного кода - три младших разряда. При этом автоматически получается выходной двоичный код фазоЫетра с ценой дискрета 2,8125 .

Точность фазометра возрастает в 8 раз.

Сигнал, определяющий начало и конец работы устройства уточнения дискрета, целесообразнее всего подавать на вход блока управления. Если схема уточнения расчигана, например, на четьфе входных импульсов, то при поступлении числа импульсов больше четырех остается код уточнения, который формируется по четвертому импульсу. Если импульсов меньше четырех, на выходе находится промежуточный код (также уточняющий). На работу схемы не влияет периодичность входных импульсов, т.е. они могут приходить в случайные моменты времени, важно только их минимальное количество.

Таким образом, использование : изобретения позволит увеличить точность измерения путем уменьшения ошибки дискретизации без увеличения числа параллельных каналов осноного фазометра.

доя лондох1чд

ЛАДА дом nnfn bHhQuif

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий соединенные общим входом N фа.зосдвигающих блоков одного канала, связанных с первыми входами фазовых, детекторов, и соедине-нные общим входом N фазосдвигающих блоков другого канала, связанных с уходами фазовых детекторов, выходы которых подключены к усилителям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения ошибки дискретизации, в него введены регистр памяти, блок сравнения кодов, блок управления, электронно-управляемый фазовращатель, источник опорного напряжения, преобразователь код-напряжение, формирователь выходного кода, преобразователь кода Джонсона в двоичный код и последовательно соединенные амплитудный детектор, формирователь импульсов и регистр последовательных приближений, m выходов которого соединены с m входами преобразователя код-напряженке и m входами формирователя выходного кода, причем N входов регистра памяти соединены с выходами усилителей, которые дополнительно подключены к первой группе входов блока сравнения кодов, выход которого связан с вторым входом регистра последовательных приближений, а N выходов регистра памяти подсоединены к второй группе входов блока сравнения кодов и входам преобразователя кода Джонсона в двоичный код, при этом выход формирователя импульсов дополнительно соединен с одним из входов формирователя выходного кода (Л и через блок управления - с регистром памяти, а второй выход блока управления связан с третьим входом регистра последовательных приближе.ний и одним из входов формирователя выходного кода, причем источник опорного напряжения соединен с управляющим входом преобразователя кодOi напряжение, выход которого связаи 4 О с вторым входом электронно-управляемого фазовращателя, выход которого ю соединен с одним общим входом N 4: фазосдвигающих блоков, а первый вход электронно-управляемого фазовращате.ля и вход амплитудного детектора подсоединены к одному из входных каналов .