Цифровой компенсационный фазометр Советский патент 1989 года по МПК G01R25/08 

W 2Ъ- F где t, , t2 - моменты времени, соответствующие началам первого и второго радиоимпульсов, причем t2 t,, угловая частота колебания, заполняющего радиоимпульсы.

Измерению подлежит кумулятивный фазовый сдвиг радиоимпульсов, т.е. величина, равная разности аргументов, т.е.. u(t2-t, ) + (cpt-q,). Для простоты последующих математических выкладок пусть п, - число разрядов аналогового регистра сдвига, N( - число отводов регистра 3, п0 - число разрядов между отводами, f2 - частота следования импульсов на выходе 7.6 синтезатора и интервал ( ,) удовлетворяют соотношениям п, п N fг К4 F (К2 - целое число); пс К2, (,) F N - целое число. В первом такте осуществляется компенсация кумулятивного фазового сдвига (временного смещения огибающих радиоимпульсов) грубо, с точностью, например, до одного периода заполнения, т.е. до Т 1/F. В вычислителе путем подсчета периодов I/F измеряется интервал t, , т.е. определяется число N. Коммутатор 5 под действием кодового сигнала N, -N с выхода

,

ермt,, аиоов, х ло ота во. мви, ет

8.5вычислителя подсоединяют вход фильтра 10 к (М(-М)-му отводу регистра 3, для которого число разрядов равно пг п, - . Синтезатор 7 в

5 первом такте вырабатывает по выходу 7.4 импульсы, следующие с частотой fj f. Импульсы с выходов 7.4 и

7.6поступают на первые тактовые входы 1.2 и 2„2 каналов. В первом такте

20 вход стробирования (записи)., тактовый вход и вход считывания регистра 3 объединены и подключены к первому тактовому входу канала

Под действием тактовых импульсов

25 в регистр каждого канала записывается, продвигается к выходу и считывается на выходы входной радиоимпульс. Работа регистра 3 аналогична работе ,цифрового регистра сдвига с той раз 30 ницей, что в нем циркулир лот не О и 1, а зарядовые пакеты, пропорциональные выборкам входного сигнала в моменты действия импульсов на входе стробирования. Таким образом, на выходах каналов (выход последнего гц - го для регистра канала 1 и выход пг го для регистра канала 2) формируются ступенчатые копии входных радиоимпульсов, первые гармоники которых на вы4Q ходах фильтров 11 и 10 имеют вид (без учета задержек в ФНЧ):

35

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике, дефектоскопии, измерениях дистанции и других областях науки и техники, где необходимо измерять фазовый сдвиг двух радиоимпульсных сигналов (радиоимпульсов), которые разнесены либо смещены во времени относительно друг друга. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности. Цифровой компенсационный фазометр содержит два идентичных канала 1 и 2, каждый из которых выполнен в виде аналогового регистра 3 сдвига и переключателя 4, коммутатор 5, индикатор 6 нулевого фазового сдвига, синтезатор 7 частоты, вычислитель 8, цифровой индикатор 9 и два фильтра 10 и 11 нижних частот. В предложенном фазометре отсутствуют "мертвые зоны" и повышена его точность. Фазометр может быть использован для контроля параметров радиоимпульсных и локационных систем, работающих с фазированной антенной решеткой в области звуковых и ультразвуковых частот. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

(t)

(t)

sin 2fi-F(t-t,, )-Ч,, nPHt{Ii txtfl +Ј

О, при остальных t

sin 2ЈF(t-t4l)-( при ti(t.t2( +

О, при остальных t

где t( t, + n,/f, ; :at tj. + n2/f, .

2

После подстановки tu t, + N/F в получают t2, t, + N/F + пг/Ј2.

Подставляя t,, в аргумент U« (t) и отбрасывая осцилирующий член, получают начальную фазу Q, сигнала UM (t) на входе индикатора 6, т.е.

у, (2 fr f t „ + q-, ) - 2 + 27 n,/K0f

f Ft, + cf,,

где К 0 f,/F.

Аналогично для сигнала на другом

входе индикаторл

(2. 2V-F-t2, + cft 2 V F -t, + +27TN+ 2 n2/Ka +(fa.

Фазовьй сдвиг задержанных сигналов

V V4 - V, 2fN + 27 (n4/K2- п,/к01) + (Cf4 -ер,)

или (f + ф,4 , где V0 - коммуляуказанному на фиг. 1. При этом коро кие импульсы с дополнительного выхода 7.5 синтезатора поступают на вхотивный фазовый сдвиг исходных радио- 10 №1 считывания регистра 3. Частота импульсов, а Цп 21Г (п2/К2 - n,/Kw)- коротких импульсов выбрана отличаю- разность набегов фаз радиоимпульсов

щейся от частоты F заполнения радио импульсов путем деления частоты f в К, раз, не равное К4, например К5 Кг + 1. Также как и в первом режиме в каждом регистре под действием импульсов, действующих на их входе стробирования и тактовом входе, выполняется дискретизация и одновременно задержка входного радиоимпуль са. Однако на выходные разряды регистра (которые снабжены устройствами выборки и хранения) проходят толь ко те выборки сигнала, которые совп дают с моментом действия коротких импульсов Поскольку эти моменты см щаются по отношению к каждой в борке (так как F( Ј F), то выходной радиоимпульс формируется из С (К, +

в каналах фазометра.

Подставляя пг п, - Ж2 и К2 К0, получают if Q, , ц„ -2TN.

Таким образом, в первом такте выполняется грубая компенсация комму- лятивного фазового сдвига исходных радиоимпульсов с точностью до 2/ii , т.е. составляющая 2f N коммулятив- ного фазового сдвига, во втором такте - полная компенсация фазового сдвига путем изменения частоты Јj . Индикатор 6 вследствие периодичност своей характеристики.реагирует на разность фаз в пределах 0 - 21 s г.е. в данном случае на Q 21TN + (n4/K4 - n,/K01) + (,). Поскольку , то индикаюр 6 по оному из выходов вырабатывает импульный сигнал, под действием которого в синтезаторе изменяется частота f, Изменение f, равносильно изменению коэффициента К0| в выражении для Ц/ Разность фаз начинает уменьшаться. Как только if становится равным нулю регулярное поступление импульсов с одного из выходов нуль-индикатора прекращается. При этом частота f фиксируется, а К0) принимает значение К0| К| . Подставляя в выражени для ( значение К Of К, и приравнивая (j нулю, получают условие полной компенсации фазы входных радиоимпулсов, т.е. 2(пг/К2. - п, /К,) -Ve В соответствии с этим выражением вы

числитель определяет искомую разность о вается в положение, при котором на фаз ф0 . Всякое изменение сдвига фазего выходе присутствует уровень 1,

входных радиоимпульсов фазометра при- С приходом радиоимпульсов на входы

да 8.1 уменьшают код N, записанный в начале первого такта в счетчик 16,

Во втором режиме фазометр обеспечивает преобразование основной частоты входных сигналов. Переключатели -4 в каналах в этом режиме устанавливаются в положение, противоположное

указанному на фиг. 1. При этом короткие импульсы с дополнительного выхода 7.5 синтезатора поступают на вхо№1 считывания регистра 3. Частота коротких импульсов выбрана отличаю-

№1 считывания регистра 3. Частота коротких импульсов выбрана отличаю-

щейся от частоты F заполнения радио1 импульсов путем деления частоты f в К, раз, не равное К4, например К5 - Кг + 1. Также как и в первом режиме в каждом регистре под действием импульсов, действующих на их входе стробирования и тактовом входе, выполняется дискретизация и одновременно задержка входного радиоимпульса. Однако на выходные разряды регистра (которые снабжены устройствами выборки и хранения) проходят только те выборки сигнала, которые совпа- , дают с моментом действия коротких импульсов Поскольку эти моменты смещаются по отношению к каждой выборке (так как F( Ј F), то выходной радиоимпульс формируется из С (К, +

+ 1)-х выборок, где С 0,1,2,3,..., т.е. на разностной частоте (). В первом режиме выходной сигнал формировался из всех выборок входного сигнала, так как частоты следования. 5 импульсов, поступающих на входы стро- бирования и считывания, были одинаковы и равны f.

Входящие в состав фазометра синте- затор 7 и вычислитель 8 работают следующим образом.

В вычислителе 8 вычисляется значение куммулятивного фазового сдвига в соответствии с формулой - 5 2 ii (N, - N - п,/К, ), к которому приводится выражение для fya. В начале первого такта в счетчики 16 и 21 записываются числа N, и К4 соответственно, а формирователь 15 устанавли-

да 8.1 уменьшают код N, записанный в начале первого такта в счетчик 16,

25

Таким образом, по окончании видеоимпульса с выхода формирователя 5 (t ь. г ) в счетчике оказывается записанным число (N , - N), которое поступает на выход 8.5 и цифровую схему вычитателя 13, На другой вход вычита- теля 13 поступает код отношения п,/К с выхода делителя 12. Полученная на выходе вычитателя 13 разность N, - N - п(/К умножается на 21Гв перемно- жителе 14 чисел и поступает на выход 8.4 вычислителя. Синтезатор 7 частот вырабатывает импульсы, следующие с частотами f, K,F, f , F, К„Р/КЭ. Первые формируются в умножителях 18 и 19 путем умножения частоты F сигнала на входе 7,3 в К,, раз (кодовый сигнал на выходе реверсивного счетчика 21} ив К2 const раз, Третий выходной сигнал синтезатора формируется с помощью делителя 20 путем деления частоты f2 сигнала на выходе 7.6. Кодовьй сигнал К, на выходе 7.7 получается с помощью реверсивного счетчика 21. Под действием импульсов, поступающих с входов 7.1 и 7.2 синтезатора 7 на входы суммирования (+) и вычитания (-) счет.чика 21, число К2, записанное в счетчик JQ в начале такта, уменьшается либо увеличивается в зависимости от знака фазового сдвига входных сигналов индикатора 6. При положительном фазовом сдвиге импульсы поступают на вычитающий вход счетчика 21, а число, записанное в счетчике, уменьшается. Код этого уменьшающегося числа, поступая с выхода счетчика на кодовый вход умножителя 19, уменьшает частоту f4 его выходного сигнала, что уменьшает фазовый сдвиг входных сигналов нуль-индикатора 6. Этот процесс заканчивается в момент равенства (, 0, что соответствует полной компенсации фазового сдвига . При этом импульсы с входов 7,1 и 7.2 начинают равновероятно поступать на оба счетных входа реверсивного счетчика 21. При этом число К, на его выходе сохраняется практически неизменным. Всякое изменение фазового сдвига Уг в ту или иную сторону приводит к противоположному изменению числа К( аналогично описанному.

Диапазон регулирования фазы предлагаемого фазометра составляет V 32/й , для прототипа диапазон V Ра вен 21| . Предлагаемый фазометр имеет

j-

JQ

15

20

35

40

45

50

также существенно меньшую фазовую погрешность от неидентично.ти каналов. Это гарантировано тем,, что оба

канала выполняются в одном кристалле интегральной микросхемы по единой технологии.

Фазометр компенсационного типа об ладает также рядом преимуществ по

сравнению с фазометром прямого преобразования (например триггерным) - это отсутствие мертвых зон большая точность.и т.д. Целесообразно его использование для контроля фазовых параметров радиоимпульсных и локационных систем с использованием фазированной антенной решетки в области звуковых и ультразвуковых частот.

JQ

20 Формул

изобретения

5

Q

5

0

5

0

входам канала и многоразрядного аналогового регистра сдвига, выходы от промежуточного и последнего разрядов которого являются выходами канала соответственно, сигнальный и объединенные первый и второй управляющие входы являются сигнальным и первым управляющим входами канала, а третий управляющий вход подсоединен к выходу пе- реключателя.

&ttSB3sЈ fif жф

.1$

6t.

11

vL

27

W

чикя соединены с первым задатчиком кода, при этом выход второго кодоуп- равляемого умножителя частоты соединен также с входами делителя частоты, выход которого является выходом синтезатора.

,13

4 ц .««.

1S

tse и н,

Ни

,17

Физ.г

Ю

Firs

Й КЗ

-.$

ФU

7.S