Радиоимпульсный фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

,11

Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для измерения сдвига фаз сигналов заполнения радиоимпульсов в фазометричес- ких радиоизмерительных, радионавига- ционных и радиопеленгационных системах.

Цель изобретения - повьпиение точности измерения фазового сдвига сигналов заполнения радиоимпульсов.

На фиг . 1 изображена функциональная схема радиоимпульсного фазометра на фиг.2 - функциональная схема корреляционного фаэоизмерителя.

Радиоимпульсный фазометр содержит первый, второй и третий постоянные запоминающие блоки- (ПЗУ) 1, 2 и 3, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 4 и 5, первый и второй корреляционные фазоизмерители 6 и 7, выходные ключи 8 и 9, запоминающие элементы 10 и 11, входные ключи 1 2 и 13, формирователи 14 и 15 видеоимпульсов, перемножающий цифро- аналоговый преобразователь (ПЦАП) 16 первый и второй регистры 17 и 18 сдвига, первый и второй делители 19 и 20 частоты, первые элементы 21 и 22 совпадения, вторые элементы 23 и 24 совпадения, формирователи 25 и 26, счетчики 27 и 28, цифровой от- счетный блок 29, вычислительный блок 30, элемент 31 задержки, элемент И 32, первый и второй триггеры 33 и 34, генератор 35 тактовых импульсов.

Входы формирователей 14 и 15 видеоимпульсов являются входами радиоимпульсного фазометра и подключены к информационным входам входных ключей 12 и 13. Выходные сигналы фор- мирователей 14 и 15 видеоимпульсов поступают на вторые входы первых элементов 21 и 22 совпадения. Выход генератора 35 тактовых импульсов через первый делитель 19 частоты под- ключен к первым входам первых элементов 21 и 22 совпадения, через второй делитель 20 частоты - к тактовому входу второго регистра 18 сдвига, а также соединен с тактовым входом первого регистра 17 сдвига. С выходов разрядов второго делителя 20 частоты сигнал поступает на входы третьего ПЗУ 3. Тактовые входы счетчиков 27 и 28 соединены с выходами первых элементов 21 и 22 совпадения. На предустановочных входах счетчиков 27 и 28 дискретно устанавливают

5

0

5

5

5

0 5 0 5

58J

ся значения кодов N

(

0

Nj, определяю-I щих начальные моменты обращения к входным сигналам. Выходные сигналы счетчиков 27 и 28 запускают формирователи 25 и 26, подключенные выходами к тактовым входам соответственно первого и второго триггеров 33 и 34 и вторым входам вторых элементов 23 и 24 совпадения, на первые входы которых поступает последовательность импульсов с выходов первого регистра 17 сдвига. Управляющие входы входных ключей 12 и 13 соединены с выходами вторых элементов 23 и 24 совпадения, а выходы их - с входами запоминающих элементов 10 и 11. Информация с выходов запоминающих элементов 10 и 11 поступает на первые входы первого и второго корреляционных фазоизмерителей 6 и 7 . через выходные ключи В и 9, работой которых управляет последовательность импульсов с выходов второго регистра 18 сдвига. Вторые входы первого и второго корреляционных фазоизмерителей 6 и 7 соединены с выхода ПЦАП 16, к цифровым входам которого подключается код третьего ПЗУ 3, а к аналоговому входу - нормирующее значение постоянного напряжения. Выходные сигналы первого и второго корреляционных фазоизмерителей 6 и 7 пре- образ.уются в цифровой код с помощью соответственно первого и второго АЦП 4 и 5. Вычислительный блок 30 выходами соединен с входами цифрового отсчетного блока 29, а входами - с выходами первого и второго АЦП 4 и 5. На управляющие входы первого и второго АЦП 4 и 5 поступает сигнал управления с выхода элемента И 32, входы которого подключены к выходам первого и второго триггеров 33 и 34.

Первый корреляционный фазоизмери- тель 6 построен следующим образом.

Первый вход первого перемножающего блока 36 соединен с выходом выходных ключей 8 и с вторым входом второго перемножающего блока 37.

Первый вход второго перемножающего блока 37 соединен с выходом ПЦАП 16, а через квадратурный фазовращатель 38 - с вторым входом первого перемножающего блока 36.

Выходы первого и второго перемножающих блоков 36 и 37 через соответственно первый и второй блоки усре:д- нения 39 и 40 подключены соответственно к первому и второму входам блока 41 деления, который соединен выходом с входом вычислителя арктангенса 42. Выход последнего подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 4.

Аналогичным образом построен второй корреляционный фазоизмеритель 7.

Радиоимпульсный фазометр работает следующим образом.

В исходном состоянии на предуста- новочных входах счетчиков 27 и 28 записаны в дополнительном коде числа N,, N, определяющие собой моменты

-

t начала обращения соответствен

но к первому и второму входным радиоимпульсам. Предполагается, что входные радиоимпульсы могут быть как совмещены, так и разнесены во времени. В момент появления исследуемого радиоимпульса, например ), вы- ходный напряжением формирователя 14 видеоимпульса, фиксирующего передний фронт огибающей радиоимпульса, открывается первый элемент 21 совпадения и импульсы с генератора тактовых импульсов поступают через первый делитель частоты 19 на тактовый вход счетчика 27. Частота следования выходных импульсов первого делителя 19 частоты выбирается в зависимости от требуемой точности установки момента начала обращения к входному сигналу. С приходом N-TO счетного импульса на

выходе счетчика 27 возникает сигнал переполнения, которым запускается формирователь 25 сигнала разрешения.

Сигнал с формирователя 25 в виде импульса, длительность которого равна длительности первого сигнала заполнения радиоимпульса, открывает т ячеек второго элемента 23 совпадения и разрешает прохождение m выходных импульсов первого регистра 17 сдвиг- га, разнесенных во времени и прост ранстве, на запуск входных ключей 2. С помощью быстродействующих входных ключей 1 2 под действием запускающих импульсов стробируется йериод заполнения радиоимпульса, поступающего на их информационные входы, в результате чего в блоке 10 запоминающих злементов запоминается m мгновенных значений .радиоимпульса. Выходные сигналы запоминающих элементов 10 в виде по- стоянных напряжений, пропорциональных простробированным мгновенным значениям, считываются (рециркулируют

10

5

35

40

5

0 5

2575584

ся) под действием выходных сигналов . второго регистра 18 сдвига, частота следования которых выбирается низкой и определяется коэффициентом деления второго делителя 20 частоты, стоящего на входе второго регистра 18 сдвига. В результате считывания на выходе блока выходных ключей 8 формируется низкочастотный квазисинусоидальный сигнал, который поступает на первый вход первого корреляционного фазоиз- мерителя 6.

С помощью генератора 35 тактовых импульсов, второго делителя 20 частоты, программируемого третьего ПЗУ 3 и ШТАП 16, формируется методом экстраполяции нулевого порядка квазисинусоидальный сигнал копии рециркули- руемого сигнала, подаваемый на вторые входы первого корреляционного фазо- измерителя 6.

Выходные сигналы разрядов второго делителя 20 частоты поступают на соответствующие адресные входы третьего ПЗУ 3. За время одного периода заполнения второго делителя 20 частоты опрашиваются все k ячеек третьего ПЗУ 3, в которых записаны значения кодов, соответствующие гармонической функции. При этом на выходе третьего ПЗУ 3 получают периодически изменяющийся во времени параллельный цифровой код, .который поступает на цифровые входы ПЦАП 16.

Уровень постоянного напряжения

20

25

30

U0, поступающего на аналоговый вход ПЦАП 16, определяет значение амплитуды его квазисинусоидального выходного напряжения, являющегося копией рециркулированного сигнала и поступающего на вторые входы первого и второго корреляционных фазоизмерителей 6.

Первый корреляционный фазоизмеритель 6 определяет фазовый сдвиг между первой гармоникой рециркулируемо- го сигнала и копией. Сигнал копии представляет собой экстраполяцию нулевого синусоидального сигнала и при использовании k значений такого сигнала содержит в своем спектре высшие гармонические составляющие порядка

п(К-1) и п(К+1), где ,2,3

гармоники рециркулируемого сигнала ниже (К-1)-го порядка не приводят к погрешности измерения фазового сдвига.

Выходное напряжение первого корреляционного фазоизмерителя 6, пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу, преобразуется с помощью первого АЦП 4 в соответствующий цифровой код, который хранится в его собственном буферном регистре.

Таким же образом обрабатывается второй радиоимпульс, с той лишь разницей., что на выходе счетчика 28 сигнал переполенния возникает в момент

кода N на предустановочных входах.

N

2, опредеt в пределах дливремени tj , соответствующий значению Q сигналов относительно опорного сформированного сигнала и определению искомого фазового сдвига как разности указанных значений начальных фаз. Сформированный опорный сигнал не со- 15 держит 2, 3 ... (К-2)-й гармоник,

где К - число ступеней экстраполяции, благодаря чему результат измерения корреляционным фазоизмерителем не t . или t, с c,ji c .зависит от наличия указанных гармоИмпульсы разрешения формирователей 20 ник в рециркулировапных сигналах. 25 и 26 взводят первый и второй триггеры 33 и 34 в состояние логической 1, элемент И 32 через элемент 31 задержки выдает сигнал одновременВыбор значений кодов N,, ляюшд х моменты t тельности о радиоимпульса, соответствует различным периодам сигналов заполнения, между которыми необходимо измерить фазовый сдвиг. Соотношение величин t,, t может быть различным:

. хХс с .

Формула изобретения

1. Радиоимпульсный фазометр, со- ной переписи цифровых кодов, храня- 25 держащий генератор тактовых импуль- щихся в буферных регистрах первого и второго АЦП 4 и 5, на ПЗУ 1 и 2. По этим адресам в первом и втором ПЗУ 1 и 2 записаны соответствующие им значения фазового сдвига. Разность полученных значений разности фаз ре- циркулированных сигналов относительно общего сигнала копии определяется вычислительным блоком 30 и равна измеряемому фазовому сдвигу сигналов заполнения радиоимпульсов. Элемент 31 задержки исключает поступление сигналов переписи на первый и второй АЦП 4 и 5 до момента появления на их выходах кодов, соответствующих измеряемой разности фаз.

Выходная информация индуцируется цифровым отсчетным блоком 29.

Существенным отличием предлагаемосов, первый и второй делители частоты, первый и второй регистры сдвига и два канала, каждый из которых состоит из первого и второго элемен- 30 тов совпадения, формирователя видеоимпульса, счетчика, формирователя запоминаюш 1х элементов, входных и выходных ключей, при этом выход генератора тактовых импульсов через первый делитель частоты подключен к первым входам первых элементов совпадения, а через второй делитель частоты - к тактовому входу второго регистра сдвига и непосредственно - к тактовому входу первого регистра сдвига, сигналы с выходов которого поступают на первые входы вторых элементов совпадения, выходами подключенных с управляющим входам вход35

40

го технического решения является тот ных ключей, а вторыми входами 1ерез

факт, что известные устройства измеряют разность фаз сигналов заполнения двух радиоимпульсов. В фазометре косвенно измеряется разность начальформирователи - к выходам переполнен ния счетчиков с предустановкой кода, тактовые входы которых соединены с выходад и первых элементов совпадения

ных фаз сигналов заполнения радиоим- ,„ запоминаюш 1е элементы входами подпульсов по отношению к одной и той же начальной фазе высокостабильного опорного сигнала копии (после вычитания полученных результатов находим искомый фазовый сдвиг).

Предлагаемое устройство имеет по сравнению с прототипом более высокую точность измерения фазового сдвига.

55

ключены через входные ключи к источникам ис -ледуемых сигналов и входам формирователей видеоимпульсов, а вы- кодами - к информационньм входам выходных ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами второго регистра сдвига, вы ходные сигналы формирователей видеообусловленную независимостью результатов измерения от временного сдвига между сравниваемь 1И по фазе радиоимпульсами, а также от наличия в них высших гармоник.

Указанный положительный эффект достигают благодаря измерению с помощью корреляционных фазоизмерителей значений начальных фаз рециркуляционных

ник в рециркулировапных сигналах.

Формула изобретения

1. Радиоимпульсный фазометр, со- держащий генератор тактовых импуль-

сов, первый и второй делители частоты, первый и второй регистры сдвига и два канала, каждый из которых состоит из первого и второго элемен- тов совпадения, формирователя видеоимпульса, счетчика, формирователя запоминаюш 1х элементов, входных и выходных ключей, при этом выход генератора тактовых импульсов через первый делитель частоты подключен к первым входам первых элементов совпадения, а через второй делитель частоты - к тактовому входу второго регистра сдвига и непосредственно - к тактовому входу первого регистра сдвига, сигналы с выходов которого поступают на первые входы вторых элементов совпадения, выходами подключенных с управляющим входам вход

формирователи - к выходам переполнен ния счетчиков с предустановкой кода, тактовые входы которых соединены с выходад и первых элементов совпадения.

55

ключены через входные ключи к источникам ис -ледуемых сигналов и входам формирователей видеоимпульсов, а вы- кодами - к информационньм входам выходных ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами второго регистра сдвига, выходные сигналы формирователей видео

Импульсов поступают на вторые входы первых элементов совпадения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига сигналов заполнения радиоимпульсов, в него введены цифровой отсчетньгй блок, вычислительный блок, первый и второй триггеры, элемент И, элемент задержки, перемножающий циф- роаналоговый преобразователь, первый и второй корреляционные фазоизме рители, первь;й и второй аналого-цифровые преобразователи, первый, второй и третий постоянные запоминающие блоки, причем входы третьего постоян :ного запоминающего блока подключены к разрядным выходам второго делите- ля частоты, а его выходы - к цифровым входам перемножающего цифроанало- гового преобразователя, аналоговым входом соединенного с источником постоянного напряжения, а выходом - с вторыми входами первого и второго корреляционных фазоизмерителей, первые входы которых соединены с выходами выходных ключей, а их выходы через первый и второй аналого-цифровые преобразователи - с входами соответственно первого и второго постоянных запоминающих блоков, вычислительный блок подключен своими- выходами к входам цифрового отсчетного блока, а входами - к выходам первого и второго постоянных запоминающих блоков, тактовые входы первого и второго триггеров соединены с выходами фор

10

15 20 25

30

5

мирователеи и вторыми входами вторых элементов совпадения соответственно . в первом и втором каналах, .а выходы первого и второго триггеров подключены к входам элемента И, выходной сигнал которого через элемент задержки подается на управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей,

2. Фазометр по п.1, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что первый и второй корреляционные фазоизмерители содержат первый и второй перемножающие блоки, первый и второй блоки усреднения, квадратурный фазовращатель, блок деления, вычислитель арктангенса, причем в каждом канале первый вход первого перемножающего блока соединен с выходом выходных ключей и с вторым входом второго перемножающего блока, первый вход второго перемножающего блока соединен с выходом перемножающего цифроаналого- вого преобразователя, а через квадра - турный фазовращатель с вторым входом первого перемножающего блока, при этом вьгходы первого и второго перемножающих блоков подключены соответственно через первый и второй блоки усреднения соответственно к первому и второму входам блока деления, выходом соединенного с входом вычислителя арктангенса, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя.

Редактор М.Петрова

Составитель Шубин Техред М.Ходанич

Заказ 4913/43 Тираж 728Подписное

ВНРШПИ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор С.Черни