Способ измерения амплитуды и фазы радиоимпульсного сигнала Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

11 Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может использоваться при создании устройст измерякяцих амплитуду и фазу радиоимпульсных сигналов. Цель изобретения - повьшение точности измерения амплитуды и сдвига фазы радиоимпульсного сигнала. Формируя дополнительные прямоугол ные сигналы при использовании моментов пересечения опорным и преобрйзованным входным сигналами фиксированHbijc уровней и суммируя эти дополнительные прямоугольные сигналы с прямоугольными сигналами, удается увеличить точность измерения фазы за счет компенсации методической погреш ности, обусловленной неравенством амплитуд опорного и преобразованного входного сигналов. Кроме того, разность прямоугольного иДополнительно го прямоугольного сигналов несет информацию об отношении амплитуд опорного и преобразованного входного радиоимпульсных сигналов. Эта информация используется для увеличения точности измерения амплитуды радиоим пульсного сигнала. На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие способ измерекия амплитуды и фазы радиоимпульсного сигнала на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие линейное преобразование входного радиоимпульсного сигнала, а также возникновение и компенсацию методической погрешности; нафиг.З- график зависимости мет дической погрешности от отношения амплитуд опорного и преобразованного сигналов и от числа используемых фиксированных уровней. На фиг. 1й изображен случай измерения фазы между опорным сигналом Upf,(t) Vgp sin uy: и преобразованным рходньм сигналом Ug(t) Vg sinCuJot ч) Формируются п первых и п вторых последовательностей коротких импульсов (ПКИ). На фиг. 16 и 1г представлены i-тая и j-тая первые ПКИ, соответствунлцие фиксированным уровням V, О и V- 0. На фиг; 1 8 и 1й даны i-тая и j-тая вторые последовательности коротких импульсов, соответствунжще V и Vj. Также в соответствии со сформированными ПКИ осуществляется формирование прямоугольных сигналов (ПС). На фиг. ie и 1к изображены ПС, соответствую65щие V. и V-., Кроме этих сигналов, формируются также дополнительные прямоугольные сигналы (ДПС). На фиг. 1 и 1и представлены ДПС соответственно для V и Vj. Как видно из фиг. 2а, при наличии шумов в канале распространения .входного радиоимпульсного (РИ) сигнала максимальное значение входного сигнала U (t) не равно амплитуде V первой гармоники РИ сигнала, т.е. 5 Vgj( (считаем, что опорный сигнал не подвергается воздействию шумов). После аналого-цифрового преобразования амплитуды ,H получения соответствующего этой амплитуде кода N- осуществляется линейное преобразование входного сигнала U-v (t) Как видно из фиг. 25, амплитуда Vg преобразованного сигнала ((t) V2xsin(u)ot + ) (в данном случае уменьшенного входного сигнала) не равна амплитуде V(j опорного сигнала. В связи с этим появляется методическая погрешность л f. , возникновение которой поясняется фиг. 2е (в данном случае .Шц 1, т.е. Т 2). Эта погрешность, измеренная на i-M фиксированном уровне Vj , может быть определена следующим образом: ЛЯг arc sin -грг - arcsin Если Ujn -7 Vgx , то противном случае дЧ i(. 0. Если ДПС сложить с ПС длительностью то суммарная длительностью длительность i-.isi 2 Ч пропорциональна удвоенному фазовому сдвигу /(фиг. 2v). При этом ПС и дне содержат методические погрешности if- , равные по величине, но противоположные по знаку. Поэтому при таком суммировании удается избавиться от методической погрешности. Если же из ПС длительностью Г вычесть ДПС длительностью 12, то полученная разность дГ Т- --,1 -гт пропордаональна удвоенной методической погрешности uf;, соответствующей V, . Если ввести коэффициент k V.,/V, тогда формула (1) может получаем вьфажение, связывающее k с величиной аС( , измеренной за один период на фиксированном уровне V-; , .C, VOP + arcsin Такая зависимость справедлива для любого фиксированного уровня, который пересекает преобразованный сигнал. Искомый фазовый сдвиг Ч определяет ся как среднее арифметическое из п фазовых сдвигов Ч-, измеренных на п фиксированных уровнях в каждом перио Т де входного сигнала, т.е. При этом выходной код Nj, пропорциональный искомой амплитуде входного РИ сигнала, равен произведению N на k, где k - среднее арифметическое из п корректирукйцик коэффициен1тов k , т. е. Nj N - Х k; . Чтобы на каждом периоде и для каж дого уровня V не вычислять k; по формуле (2) или (3), можно сначала суммировать йТ для каждого из п фик сированных уровней и получать лТ г лт Тогда усредненная .- 2J л риод погрешность Л Т /п Т-п Тргда формула (1) может быть преобра зована следующим образом: На фиг. 3 изображена зависимость UV 1 ) для различного числа п фиксированных уровней При этом фиксированные уровни берутся с равномерным интервалом, т.е. V - . ди const, и выражение (5) приобретает форму .I:EP 14 (1 L von(i - i: - srcsin Как видно из фиг. 3, при 1/k 0,9-1,1 зависимости от 1/k с достаточной для практики точностью можно считать прямыми линиями, т.е. эти зависимости близки к линейнымо Таким же образом, используя выражение (4), можно построить зависимости, k , n).Способ осуществляют следующим образом. Пусть, например, Vg 2,47 В, Vpi 1 ,0В, величина шага квантования 4V(j 10 мБ, следовательно, V, соответствует 100 единицам (I 100). При измерении, амплитуды радиоимпульсного сигнала оказьшается, что за счет действия шумов в канале распространения входного сигнала V. 2,50В. После преобразования Вцифровой код максимального значения входного сигнала получают N 250 (т.е. на 3 единицы больше, так как искомый код долг жен быть равен Vg. /.Vo 247) „ В соответствии с кодами f и N входное напряжение делится, после такого ли.некного преобразования амплитуда преобразованного входного сигнала, равна V V. |- 0,988 В. 1и N , , Величина корректирующего коэффициента k , может быть получена , по зависимости k f(Af) после вычйсления лЧс использованием п фикси1$ованных уровней. Если не учитывать погрешность аппроксимации кривых (. 3), то величина k 0,988. Для уточнения действительной амплиту ды Vgjf отыскивается число N3 - 247. Таким образом, после нахождения методической погрешности и использования зависимости k (д0 уточняют действительную амплитуд входного сигнала ивыходной код Ng . 247 Vex /AVj. При нахождении корректирующего коэффициента можно использовать формулу (4) либо (5). Так, для рассмотренного примера относительная погреш ность по амплитуде равна 3:247 1,2%. При использовании выражения (5) и восьми (Пд 8) фиксированных уровне погрешность по фазе для известного способа составляет 0,4 . Эта погрешность обусловлена отличием V от VJP и не может быть уменьшена даже за счет усреднения результатов измерений на различных фиксированных уровнях и на различных периодах входного радиоимпульсного сигнала. Использование предложенного способа позволяет компенсировать эту фазовую погрешность и, кроме того, найти корректирующий коэффициент, позволяющнй сократить погрешность по амплитуде. С увеличением интенсивности шумов, воздействующих на входной радиоимпульсный сигнал, целесообразно увеличивать число фиксированных уровней, что позволяет увеличить число усредняемых корректирующих коэффициентов и одновременно повысить точность и помехоустойчивость измерения амплитуды и фазы. В зависимости от характера и интенсивности шумов, а также числа фиксированных уровней предложенный способ позволяет более чем в 2 раза уменьшить погрешность измерения амплитуды. Кроме того, при сравнении точности измерения фазы с помощью предложенного способа со способом, использукицим моменты пересечения входным сигналом нулевого уровня, можно отметить, что эта точность в У(Пд + 1 )/2 раз Bbmie при измерении фазы на каждом периоде входных сигналов .

(Риг.1

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ А ШЛИТУЛЫ И ФАЗЫ РАДИОШШУЛЬСНОГО СИГНАЛА, основанньй на измерении максимального значения входного сигнала, в соответствии с которым производят преобразование входного сигнала до равенства амплитуд входного и опорного сигналов, и измерении сдвига фазы между входным и опорным сигналами, при котором формируют первые и вторые последовательности коротких импульсов и прямоугольные импульсы длительностью, пропорциональной сдвигу фазы между сигналами, при этом первая и вторая п следовательности коротких импульсов соответствуют моментам перехода опорным и входным преобразованным сигналом через фиксированньи уровень, а временные интервалы прямоугольных импульсов формируют в моменты, когда начало каждого совпадает с нечетным коротким импульсом первой последовательности, а конец - с нечетным импульсом второй последовательности коротких импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения амплитуды и сдвига фазы радиоимпульсного сигнала, формируют дополнительные прямоугольные импульсы, начало которых совпадает с четным коротким импульсом первой последовательности, а конец с таким же импульсом второй последовательности коротких импульсов, при этом значение фазового сдвига находят по формуле Ч , а ам(Л плитуду входного сигнала определяют с как произведение максимсшьного значения входного сигнала на корректируюидий коэффициент 1-1 и,U: Sin - + «rcsin К: - и on Kj on Л Г; -разность основного и догде полнительного прямоуголь9) СП ных импульсТэБ) i - среднеарифметическое ёяачение этих же импульсов} Т - период несущей частоты входного сигнала-, Ц -амплитуда опорного сигнаon ла-, U - а1 дшитуда фиксированного уровня.