Устройство для измерения сдвига фазы Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

(21)А107862/24-21

(22)23.06.86

(46) 30.01.88. Бюл. № 4

(71)Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе

(72)А.П.Шахурин

(53)621.317.77(088.8)

(56)Шахгильдян В.В. и др. Системы фазовой автоподстройки частоты. М.: Связь, 1972, с. 172, рис.5.1а.

Первачев С.В. и др. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. М.: Сов.радио, 1973, с.325, рис.11.1.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗЫ

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности измерения фазы радиосигнала в условиях его возможного замирания, а также пропадания. Устройство содержит переменожители 1,3 и 9 и 11, усилители 2, 6, 10 и 14, сумматоры 4 и 12, интеграторы 5, 13, фазовый модулятор 7, квадратор 15 и фазовращатель 16. Опорный генератор 8 представляет собой источник синусоидального сигнала той же частоты, что и частота входного радиосигнала. Делители 19 и 21 вырабатьшают напряжение, пропорциональное частному от деления напряжения, поступающего на второй вход делителя, на напряжение, поступающее на его первый вход. Блок 24 константы представляет собой источник двух постоянных напряжений. Кроме того, устройство оснащено интегратором 17, сумматорами 18 и 23, перемножителями 20 и 22 и образованы новые функциональные связи. I ил.

с

Ё

(Л

Ь

00

о сд

со о

1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиоизмерителям, и может 6iJTb использовано для измерения сдвига фазы радиосигнала в условиях его возможного замирания, а также пропадания.

Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фазы радиосигнала в условиях его возможного за- ю мирания, а также пропадания за счет

использования дополнительной информации о достоверности присутствия полезного сигнала во входной реализации .15

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения сдвига фазы.

Устройство для измерения сдвига фазы включает в себя последовательно 20 соединенные первый перемножитель 1, первый усилитель 2, второй перемножи- тель 3, первый сумматор 4 и первый интегратор 5, выход которого через второй усилитель 6 связан с вторым 25 входом первого сумматора 4, Первый вход первого перемножителя 1 является входом устройства. Выход интегратора 5 через фазовый модулятор 7 связан с другим входом первого перемно- 30 жителя 1. Второй вход фазового модулятора 7 подключен к выходу опорного генератора 8. В устройство входят, кроме того, последовательно соединенные третий перемножитель 9, тре- 5 тий умножитель 10, четвертый перемножитель 11, второй сумматор 12 и второй интегратор 13, выход которого подсоединен через четвертьш усилитель 14 к второму входу второго сумматора 12, 40 а также через квадратор 15 - к второму входу четвертого перемножителя 11. Выход фазового модулятора 7 через фазовращатель 16 связан с вторым входом третьего перемножителя 9, пер-дЗ вый вход которого подсоединен к первому входу первого перемножителя 1. Выход второго интегратора 13 подключен также к второму входу второго пе- ремножителя 3. Кроме того, в устрой- Q ство входят последовательно соединенные третий интегратор 17, третий сумматор 18, первый делитель 19 и пятый перемножитель 20, а также последовательно соединенные второй де- литель 21 и шестой перемножитель 22. Выходы пятого 20 и шестого 22 перемножителей соединены с соответствующими входами четвертого сумматора 23,

13705962

выход которого является выходом устройства. Выход первого усилителя 2 связан с входом третьего интегратора 17, выход которого подключен к второму входу первого делителя 19. Выход первого интегратора 5 соединен с вторым входом пятого перемножителя 20, а выход третьего сумматора 18 - с первьм входом второго делителя 21, второй вход которого, а также второй вход третьего сь мматора 18 подключены к первому выходу блока 24 константы, второй выход которого связан с вторым входом шестого перемножителя 22.

Сумматоры 4, 12 и 18 служат для сложения сигналов, одновременно поступающих на входы этих узлов, и не содержат элементов памяти. Опорный генератор 8 представляет собой источник синусоидального сигнала той же частоты, что и частота входного радиосигнала. Фазовращатель 16 обеспечивает сдвиг фазы поступающего на его вход сигнала на /2, Делители 19 и 21 вырабатывают напряжение, пропорциональное частному от деления напряжения, поступающего на второй вход делителя, на напряжение, поступающее на его первый вход. Блок 24 константы представляет собой источник двух постоянных напряжений. Напряжение и, на первом выходе блока пропорционально отношению и, q/p, где () - вероятность отсутствия полезного сигнала на входе измерителя ()I-q - вероятность присутствия полезного сигнала ( и 6 0 - гипотезы о присутствии и отсутствии сигнала соответственно). Напряжение UQ на втором выходе блока 24 равно f, где ( - априорная оценка фазы, задаваемая соотношением

U.

0

Ц р(ч ),

, ч ии

где p(cfj - априорное распределение фазы.

Если p(f) имеет, например, нормальное распределение, т.е. p(v) N(v,Dt), тогда Cf (f.

Устройство для измерения сдвига фазы работает следующим образом.

Перед приходом радиосигнала устройство приводится в исходное состояние, для чего обнуляются интеграторы 5 и 1 3 канала измерителя и интегратор 17 канала обнаружителя, а на выходах опорного генератора В и блока 24 константы выставляются соответстжения, поступающего на второй вход делителя, на напряжение, поступающее на его первый вход. Блок 24 константы представляет собой источник двух постоянных напряжений. Напряжение и, на первом выходе блока пропорционально отношению и, q/p, где () - вероятность отсутствия полезного сигнала на входе измерителя ()I-q - вероятность присутствия полезного сигнала ( и 6 0 - гипотезы о присутствии и отсутствии сигнала соответственно). Напряжение UQ на втором выходе блока 24 равно f, где ( - априорная оценка фазы, задаваемая соотношением

U.

0

Ц р(ч ),

, ч ии

где p(cfj - априорное распределение фазы.

Если p(f) имеет, например, нормальное распределение, т.е. p(v) N(v,Dt), тогда Cf (f.

Устройство для измерения сдвига фазы работает следующим образом.

Перед приходом радиосигнала устройство приводится в исходное состояние, для чего обнуляются интеграторы 5 и 1 3 канала измерителя и интегратор 17 канала обнаружителя, а на выходах опорного генератора В и блок 24 константы выставляются соответстпующие сигналы. Оценка фазы хфлукту- ирующего радиосигнала является взвешенной суммой апостериорной и априорной оценок фазы с весами, пропорциональными апостериорным вероятностям присутствия и отсутствия сигнала. Оценка присутствующего с вероятностью единиц сигнала up., вырабатывается на выходе интегратора 5, входящего в состав измерителя, работающего по принципу следящей системы ФЛПЧ и отслеживающего флуктуации фазы радиосигнала, поступающего на вход устройства в смеси с шумом. Причем схема измерителя предназначена для эффективной работы устройства в условиях как стационарного, так и нестационарного режимов, когда срьш слежения на30

35

иболее вероятен. На выходе интеграто- оц Фазовращатель, второй усилитель,тре- ра 17 вырабатьшается напряжение, пропорциональное статистике обнаружения (отношению правдоподобия входного радиосигнала. Обнар ,окитель использует корреляционный принцип обработки н состоит из перемножителя 1 входной реализа1и1и на опорный сигнал с подстроенной фазой, усилителя 2 и интегратора 17. На выходах делителей 19 и 21 образуются напряжения, пропорциональные обнаруженческим весам наличия Р(Й l/Yp и отсутствия P(t)o/Yp) сигнала. В перемножителе 20 осуществляется перемножение сигнала на напряжение, пропорциональное апостериорной вероятности присутствия сигнала, а в перемножителе 22 - перемножение априорной оценки фазы на апостериорную вероятность отсутствия сигнала. Сумматор 23 производит суммирование напряжений с выходов перемножителей 20 и 22.

При наличии достоверной ин(1юрма- ции о присутствии полезного сигнала во входной реализации (, ) P(B l/Yt,) равно единице, а Р(е 0/у ) 1-Р()0, измеритель совпадает с измерителем, работающим по принципу схемы ФАПЧ.

Сопоставительный анализ данного технического решения с известным,проведенный методом статистического моделирования, для случая, когда вероятность присутствия сигнала р меньше единицы, показал, что выигрьпп увеличивается с уменьшением отношения сигнал/шум (за счет учета влияния эффекта пропадания полезного сигнала) и составляет порядка 3 - 10 дБ (при

тий усилитель, а также последовательно соединенные третий перемножитель, четвертьп усилитель, четвертый перемножитель, второй сумматор, второй интегратор и квадратор, причем выход первого интегратора соединен с входом второго усилителя, выход которого под кл}очен к второму входу первого тора, выход второго интегратора подсоединен к входу третьего усилителя, вьгход которого соединен с вторым входом второго с мматора, выход квадрато ра подключен к второму входу четверто го перемножителя, второй вход фазового модулятора подсоединен к выходу опорного генератора, выход фазового модулятора соединен с вторым входом первого перемножителя, а также с входом фазовращателя, выход которого подключен к второму входу третьего перемножителя, выход второго интегратора подсоединен к второму входу второго перемножителя, вход устройства измерения фазы соединен с первыми

45 входами первого и третьего перемножителей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фазы, в него введены блок константы, последовательно

соединенные третий интегратор, третий сумматор, первый делитель, пятый перемножитель и четвертый сумматор, а также последовательно соединенные второй делитель и шестой перемножитель, причем выход третьего сумматора соединен с первым входом второго делителя, выход шестого перемножителя подключен к второму входу четвегг- того сумматора, выход которого яв.10

55

вероятности р, лежащей в пределах 0,3-0,8) для оценки i , относительно оценки (, р . , используемой н ситуации при р . Таким образом, предлагаемое решение приводит к значительному выигрьпиу в Э(фeктивllocти устройства, возрастающему по мере уменьшения вероятности присутствия сигнала р и отношения сигнал/шум.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фазы, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, первый усилитель, второй перемножитель, первый сумматор, первый интегратор и фазовый модулятор, опорньй генератор,

Фазовращатель, второй усилитель,тре-

тий усилитель, а также последовательно соединенные третий перемножитель, четвертьп усилитель, четвертый перемножитель, второй сумматор, второй интегратор и квадратор, причем выход первого интегратора соединен с входом второго усилителя, выход которого под- кл}очен к второму входу первого тора, выход второго интегратора подсоединен к входу третьего усилителя, вьгход которого соединен с вторым входом второго с мматора, выход квадратора подключен к второму входу четвертого перемножителя, второй вход фазового модулятора подсоединен к выходу опорного генератора, выход фазового модулятора соединен с вторым входом первого перемножителя, а также с входом фазовращателя, выход которого подключен к второму входу третьего перемножителя, выход второго интегратора подсоединен к второму входу второго перемножителя, вход устройства измерения фазы соединен с первыми

входами первого и третьего перемножителей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фазы, в него введены блок константы, последовательно

соединенные третий интегратор, третий сумматор, первый делитель, пятый перемножитель и четвертый сумматор, а также последовательно соединенные второй делитель и шестой перемножитель, причем выход третьего сумматора соединен с первым входом второго делителя, выход шестого перемножителя подключен к второму входу четвегг- того сумматора, выход которого яв

513705966

ляется выходом устройства для измере-вторым входом второго делителя, вто- ния сдвига фазы, выход первого уси-рой выход блока константы подключен лителя соединен с входом третьегок второму входу шестого перемножите- интегратора, выход которого подклю-ля, выход первого интегратора подключен к второму входу первого делителя, 5чен к второму входу пятого перемно- первый выход блока константы соединенжителя и второму входу фазового мо- с вторьм входом третьего сумматора идулятора.