Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

«

изобретение относится к фазоим- пульсной измерительной технике и может быть испрльзовано для измерения разности фаз при наложении радиоим- пульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами.

Цель изобретения - повьшение точности измерения разности фаз.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства , на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Радиоимпульсный фазометр содержи сумматор 1, фазовращатель 2, преобразователи 3-1 и 3-2 частоты, блоки 4-1 и 4-2 выборки-хранения, вы- читатели 5-1 - 5-3, вычислители 6-1 и 6-2, ключи 7-1 и 7-2, детектор 8 наложения сигналов, инвертор 9, узел 10 автоподстройки частоты.

Входы сумматора 1 н вычитателя 5-2 объединены и являются входами устройства. Выход сумматора 1 связан с входом фазовращателя 2. Входы вычислителя 6-й и детектора 8 наложения сигналов попарно связаны и подключены к выходам фазовращателя 2 и вычитателя 5-2. Информационный вход узла 10 автоподстройки частоты подключен к одной из входных клемм устройства, а выход - к первым входам преобразователей 3-1 и 3-2 ча- стоты, вторые входы которых связань с выходами фазовращателя 2 и вычитателя 5-2. Выход вычислителя 6-2 связан с. информационным входом ключа 7-2, выход которого подключен к второй выходной клемме устройства. Выход детектора 8 наложения сигнало связан с управляющими входами узла 10 автоподстройки частоты, ключа 7-2, блоков 4-1 и 4-2 выборки-хранения и входом инвертора 9, выход которого соединен d управляющим .входом ключа 7-1. Вход блока 4-1 выборки-хранения связан с выходом преобразователя 3-1 частоты и входо

вычитателя 5-1, а выход - с другим входом вычитателя 5-1. Вход блока 4-2 выборки-хранения связан с выходом преобразователя 3-2 частоты и входом вычитателя 5-3, а выход.- с другим входом вычитателя 5-3. Выходы вычитателей 5-1 и 5-3 подключены к входам вычислителя 6-1, выход которого связан с информационным входом ключа 7-1 , последний под23

24737

ключей к выходной клемме устройства.

Устройство работает следующим образом.

S Входные, сигналы описываются выражениями

U,(t| A,sin(co,t+i,+V,/2)l(i-t,4(i-t4) 10 A,sin(a),t+cpj+ct)j/2)l(t-tj-l(t45)

Uj(-t)-A,5in(tO,t+Cf,-V,/2)l(t-tjbl(t-t4) +

j5in(co,t + cpj-cv,/2)i(t-t,vi(t-t,rj,

(О

5 где U,(t) - выражение для наложенных радиоимпульсов в первом канале (U-, фиг.2а); выражение для наложенных радиоимпульсов во

втором канале (и2,фиг.2б);

Ц tfi - амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса;

(, - фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам;

. амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса;

30 ф - фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам; t ,j, t - время начала и конца

первого радиоимпульса; 35 t, tj - время начала и конца

второго радиоимпульса. Из входных сигналов .и ,(t) и 1(-Ь} формируют суммарный U(t) и разностный Up(t) (1)4, фиг. 2г) сигналы по- 40 средством сумматора 1 и вычитателя 5-2. Аналитические выражения полученных сигналов имеют вид

lJ(i)2A,co6(v,/2)5ir,(u,,l(i-i,)-i(bt) + 45 cos(Vг/2)sin(aittqJ(t-yм(t-t,)i

; llp(t),6in(Q,|2)co5(co,l+t,(i-t,)-l(t-t4)t 2) (v,/2)cos(a,(-tjVl(t-t,),

где Uj(t) и Up(t) - суммарный и разностный сигналы соответственно.

Сдвигают суммарный сигнал на с помощью широкополостного фазовращателя 2, настроенного на постоян- S5 ный с,цвиг ТГ/2 по всей рабочей полосе частот. В результате аналитическое выражение сдвинутого сигнала UfjCt) (и, фиг. 2в) принимает вид

SO

и fp (t) 2A, cos ( V. /2 )cos ( O,t+ Cf,) X (t-t, )-l(t-t ,cos( v.i/2)cos ; x(co,t+Cfj)l(t-tJ-l(t-t}).(3)

Сдвинутый суммарный ) (Ug, фиг. 2в) и разностный UnCt) (U4, фиг. 2г) сигналы поступаюют на вхо- . ды вычислителя 6-2, реализующего функцию удвоенного значения арктангенса отношения, и на детектор 8 наложения сигналов. Выходной сигнал вычислителя 6-2 (Uy, фиг. 2д) поступает на информационный вход ключа 7-2, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода детектора 8 наложения сигналов (U, фиг, 2е). В результате на открытых участках и , выделяемых; ключом 7-2, который запирается сигналом Ug на интервал наложения t. t,, выделяется напряжение ( фиг. 2ж), соответствующее измеряемой разности фаз между Одними кз наложенных радиоимпульсных сигналов

Для измерения разности фаз ду закрытыми сигналами с одчой из входных клемм, входной сигнал поступает на узел 10 автоподстр . йки частоты. За время t,-tj осуществляется подстройка частоты управляемого генератора на частоту и), .

По управляющему сигналу из детектора 8 наложения сигналов на интервал наложения t -t вляйтся отключение от входной клеммы.

В преобразователях частоты осуществляется перемножение входных сигналов и последующая фильтрация сигналов посредством фильтра низких частот, т.е. выделение сигналов разностной частоты w, - coj. и ().Qff причем частота среза выбирается таким образом, чтобы обеспечить подавление сигналов суммарной частоты 6, t 6),, и Qj + w. В итоге составляющие

A,A,cos(.M2),rJrlt(i,.Ar-C05(Vj/2) xcoз(u,+ Wr)(Ьt,)-1(t-t4l i A,6in(4ij2}cos(u,tcJr)b4,+C|r +AjA,5in( co5(u,rH+if2 t rV nt-t.Vl(i-i4), (4)

подавляются и на выходе преобразователей частоты имеем

Uh,Hl K- -S n(4. 2)cos(cO,-Wr)t + 4,-4 rl-+Ar« (5

xA.j5in((;2, 2ko5(WrW,1t + 4 j-4 rl 5 Ht-t,b {t-t4l| -,

Un5(,p,-co5(c;,|2)cos(u,-Ur),,-A,x

xco5((i),/2)c05(UrUf)(t-i.V4t-tnl,

где Up (t), (t) - сигналы на выходах преобразователей 3-1 и 3-2 частоты соответственно (фиг. 2з,и),

А, «г , tfr амплитуда, частота и начальная фаза вспомогательного генератора.

При точной настройке GJ г i и на участках , и вьщеляются постоянные составляющие от разност- ного и сдвинутого суммарного сигналов

Un, АГ A,sin((p,/2) .C05((f, -fff.);/fi UL A- A.cos(w. /2).cos((f. -It,}

и

A,cos(9,/2).cos((f, -c)

где Ujj - постоянная составляющая

от разностного сигнала; . и - постоянная составляющая от сдвинутого суммарного сигнала.

Сигналы с выходов преобразователей 3-1 и 3-2 частоты U,(t) и ) поступают на информационные входы блоков 4-1 и 4-2 выборки-хранения и на первые входы вычитателей 5-1 и

5-3 соответственно. На управляющие входы блоков 4-1 и 4-2 выборки-хранения поступает cjHrHan с выхода детектора 8 наложения сигналов, обеспечивающий режим записи на участках

tj-tj и . и - режим хранения на участке . В результате на блоках 4-1 и 4-2 выборки-хранения запоминаются постоянные составлякяцие и и Up2 соответственно. С выходов

блоков 4-1 и 4-2 выборки-хранения сигналш поступают на вторые входы вычитателей 5- и 5-3, На выходах вычитателей 5-1 и 5-3 на участке tj формируются сигналы

Un,(t)-U A A2sin(V2/2)cosx r(i-to,)t+(f,-q,). Kt-tj)- (7) -Kt-t,)};

ияг (t) A2cos(.i/2)cosx Г (W2-Ur)t+(..l(t-t2)- (8) -l(t-t,)J ,

Полученные сигналы с выходов вычитателей 5-1 и 5-3 поступают на входы вычислителя 6-1 удвоенного эна- чения арктангенса отношения, выход которого связан с информационным входом ключа 7-1, На управляющий вход ключа 7-1 поступает сигнал с инвертора 9 (Ujj, фиг. 2к), который обеспечивает инвертирование выходного сигнала детектора 8 наложения сигналов, что обеспечивает противофазное срабатывание ключей 7-1 и 7-2. В результате ключ 7-1 открывается на интервал , пропуская на выход сигнал с вычислителя 6-1, со ответствующий второй измеряемой разности фаз (U,,, фиг. 2л).

Предлагаемый радиоимпульсный фазометр расширяет полосы частот, так как использование преобразователей частоты приводит к переносу спетра из высокочастотной области в низкочастотную, что позволяет увеличить верхнюю границу рабочих частот. Применение техники ВЧ и СВЧ позволяет на 2-3 порядка расширить частотный диапазон. Повышает точность измерения разности фаз при наложении радиоимпульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами в широкой полосе частот.

Анализ формул (7) и (8) показывает, что на участке наложения радиоимпульсов, сигналы на входах вычислителя 6-1 изменяются с разностной частотой Qj-Wj.. Исключение из известного устройства-адаптера периода, обесп.ечивающего привязку к ноль-переходам высокочастотного сигнала и экстраполяцию их на участок наложения, позволяет исключить погрешность, определяемую форм гг Н 2J , Работа по медленноизменя1о;ч,я:чся сигналам позволяет получить более высокие точности. Например, применение прецизионных блоков выборки- хранения позволяет запоминать сигналы с точностью до 1%. Вьгчитатели работают практически в линейном ре- жиме. Вычислители удвоенного значения арктангенса отношений также позволяют получить точность до 3-5%. В итоге точность измерения ,при работе с широкой номенклатурой сигналов , возрастает в 5-10 раз.

5

Формула изобретения

Радиоимпульсный фазометр, содержащий последовательно соединенные 5 сумматор, фазовращатель, детектор наложения сигналов, первьтй блок выборки-хранения, первый вычитатель, первый вычислитель и первый ключ, соединенный с выходом устройства,

0 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй и третий вычита,тед:ги, узел автоподстройки частоты, два преобразователя частоты,

5 второй блок выборки-хранения, второй ключ, инвертор, второй вычислитель, при этом первый вход второго нычитате1: я соединен с вторым входом с:7мматора, первый вход которого

0 соединен с. вторым входом второго вычитателя и первьш входом узла ав- топодстройки частоты, выход которого соединен с первыми входами преобразователей частоты, выход второго вычитателя соединен с вторым входом второго преобразователя частоты, вторым входом второго вычислителя и вторым входом детектора наложения сигналов, выход которого

0 дополнительно подсоединен через инвертор к управляющему входу первого ключа и к аналогичным входам второго ключа, упранляющт-1и входами второго блока выборки-хранения, вто5 рым входом узла автсподстройки частоты, вторые входы первого преоб- разовг(теля частоты и второго вычислителя: соединены с выходом фазовращателя:, выход первого преобразова0 теля частоты соединен со вторым входом первого блока выборки-хранения и вторым входом первого вычитателя, выход второго преобразователя частоты соединен ,с первым входом тре5 тьего вычитателя непосредственно, 3. через второй блок выборки-хранения - с вторым входом третьего вычитателя,, выход которого соединен с вторым входом первого вычислителя, 0 а выход второго вычислителя-с вторым информационным входом второго ключа, выход которого является вторым выходом устройства.

Uffi

4,

Фиг. 2

Изобретение относится к фазо- импульсной измерительной технике. Может быть использовано для измерения разности фаз при наложении радиоимпульсных сигнатюЕ -с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами. Цель изобретения - повьшение точности измерения разности, фаз. Фазометр содержит сумматор 1, фазовращатель 2, преобразователи 3-1 и 3-2 частоты, блоки 4-1 и 4-2 выборки и хранения, вычитатели 5-1, 5-2 и 5-3, вычислители 6-1 и 6-2, ключи 7-1 и 7-2, детектор 8 наложения сигналов, инвертор 9, узел 10 автоподстройки частоты. Для достижения поставленной цели в устройство бьши введены вычитатели, узел 10, преобразователи частоты, второй ключ, блок 4-2, инвертор 9 и вычислитель 6-2. Работа устройства поясняется временными диаграммами. 2 ил. (О

Составитель В.Шубин Редактор Н.Воловик Техред Н.Бонкало

Заказ 1947/45 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Пожо