Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано в технике связи и радиолокации, где широко применяются фазоманипулирова.н- ные (ФМ) сигналычс известным значением несущей частоты.

Целью изобретения является повышение точности измерения сдвига фаз в фазоманипулированном сдвиге.

Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале основан на использовании спектрального анализа периодического фазоманипулиро- ванного сигнала U(t) с известной несущей частотой FO, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности Ј, Сначала на вход анализатора спектра подают гармонический сигнал с известной несущей частотой и фиксируют положение несущей на экране. Затем подают на вход того же анализатора спектра сигнал U(t), измеряют интервал частот между несущей и значением частоты Гдэдн § соответствующим ближайшему к несущей минимуму огибающей спектра, и по разности частот определяют величину фазового сдвига

сп

СП 1C

СО

Дб t l-2fr(F

МИН

).

На фиг.1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.. - зависимость интервала частот ЬР1 F

/иим

- F

i t

ОТ

сдвига фаз Д0 в фазоманипулирован- ном сигнале; на фиг.З (а, б) - пери- одический фазоманипулированный сигнал U,(t) и спектр этого сигнала вблизи несущей частоты F0 ; на фиг.А - огибающие спектров идеально- то (математического) ФМ-сигнала (кри- вая 7) и сигнала с конечной длительностью фронтов субимпульсов (кривая 8) при одинаковой величине сдвига фаз &9 в обоих сигналах; на фиг.З - огибающие спектров идеального ФМ-сиг- нала (кривая 9) и сигнала с паразитной амплитудной модуляцией (кривая 10) при одинаковой величине сдвига фаз Л0 ; на фиг.6 - временные диаграммы.

Устройство состоит из генератора 1 СВЧ-колебаний, подключенного через фазовый манипулятор 2 к входу анализатора 3 спектра,, а также из последовательно соединенных первого генератора 4 импульсов, блока 5 временной задержки и второго генератора 6 импульсов, причем выход генератора 4 импульсов подключен одновременно к входу внешней импульсной моду- ляции генератора 1 СВЧ-колебаний, а выход генератора 6 импульсов - к управляющему входу фазового манипулятора 2.

Измерение по предлагаемому спосо- бу с помощью устройства осуществляется следующим образом.

Включают все блоки устройства, кроме генератора 4 импульсов.

При выключенном генераторе 4 им- пульсов импульсы на управляющий вход фазового манипулятора 2 не поступают. В генераторе 1 СВЧ-колебаний с помощью переключателя режима работы устанавливают реж.им непрерыв- ной генерации. При этом непрерывный гармонический сигнал с несущей частотой FQ., формируемый генератором 1, поступает через фазовый манипулятор 2 на вход анализатора 3 спектра. На экране анализатора спектра фиксируют положение несущей ( например, включа в анализаторе генератор частотных меток и совмещая одну из них с несущей).

Включают генератор 4 импульсов. В генераторе 1 СВЧ-колебаний с помощью переключателя режима работы устанавливают режим влетней импульсной модуляции. Генератор 4 импульсов формирует периодически повторяющиеся импульсы с длительностью 2 (где - длительность субимпульса, см.фиг.За), которые поступают на вход внешней импульсной модуляции генератора 1, а через блок 5 временной задержки, с временем задержки t на запуск генератор 6 импульсов. При этом генератор 1 СВЧ-колебаний формирует радиоимпульсы с несущей частотой F0, длительность и период следования которых определяется генератором 4 импульсов.Генератор 6 импульсов при поступлении на его вход запускающих импульсов формирует видеоимпульсы длительностью t , которые подаются на управляющий вход фазового манипулятора 2, В момент прихода виг деоимпульсов на управляющий вход фазовый манипулятор 2 скачкообразно изменяет фазу высокочастотного колебания в радиоимпульсе на ведичинуйб.. Поскольку, благодаря наличию блока 5 временной задержки, импульсы на управляющем входе фазового манипулятора 2 появляются с задержкой на время Ј относительно переднего фронта радиоимпульса, а длительность последнего равна 2С , то скачкообразное изменение фазы происходит в середине радиоимпульса. Таким образом, на выходе фазового манипулятора 2 формируется периодический фазоманипулнрован- ный сигнал U,(t) (фиг.За) с несущей частотой FO , состоящий из двух субимпульсов одинаковой длительноетиЈЈ с фазовым сдвигом Д0 , величину которого необходимо измерить.

Сигнал подают на анализатор спектра и на экране анализатора наблюдают изображение спектра фазоманипулиро- ванного сигнала, состоящее из совокупности линий (фиг.Зб). Огибающая этих лифий соответствует1 огибающей спектра сигнала, а сам спектр будет близок к сплошному.

Затем одним из методов, например, с помощью встроенного частотомера и цифрового индикатора, измеряют интервал частот между несущей и значением частоты РмиН (фиг.Зб), соответствующим ближайшему к несущей минимуму i огибанщей спектра и по разности частот определяют величину фазового сдвига &б Ъ l -2t(F мин -F0 ) . Эта зависимость представлена на фиг.2. ,

5

Предлагаемый способ измерения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале позволяет повысить точность измерений. Повышение точности измерений сдвига фаз обеспечивается в первую очередь тем, что измерение частоты и интервала частот в анализа торах спектра сопровождается меньшей погрешностью (до 3%) чем измерение амплитуд спектральных составляющих (погрешность более 5%). При этом измерение интервала частот в зависимости от конкретного типа анализатора спектра может проводиться либо с помощью калибровочных частотных меток, либо с помощью встроенного частотомера и цифрового индикатора. При измерении разности частот между характерными точками спектра в анализаторах можно использовать калибровочные частотные метки. Причем основная частотная погрешность не превосходит 3%.

Анализ технических характеристик различных анализаторов спектра по- казывает, что минимальная погрешность измерения амплитуды у типовых анализаторов спектра $и 5%, максимальная погрешность измерения частоты и интервалов не превосходит КР 3%.

Оценка погрешности измерения характерных сдвигов фаз, используемых при фазово й манипуляции, .показывает, что даже в наихудшем случае при Јц 5%иор 3% точность измерения сдвига фаз повышается в 2 раза при измерении &9 90 и в 3 раза при А0 45°.

Анализ и расчет, проведенные на ЭВМ, подтвердили вьюод о том, что в предлагаемом способе в отличие от известного отсутствует дополнительная погрешность, возникающая из-за наличия паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) или переходных процессов

Результаты расчетов представлены на фиг.4 и 5.

На фиг.4 показано влияние переходных процессов, а на фиг.З - влияние ПАМ на огибающую спектра «М сигнала. Кривые 7,9 в обоих случаях соответствуют огибающей спектра идеального ФМ-сигнала, кривая 8 - на фиг.4 - огибающей спектра ФМ-сигнала с конечной длительностью фронтов, а кривая 10 на фиг.З - огибающей спектра ФМ-сигнала с ПАМ. Как видно на

52П96

положение минимума огибающей спектра по оси частот () и, следовательно, на интервал частот &F ,, не влияют ни переходные процессы, ни ПАМ.

В известном способе за счет ПАМ и переходных процессов имеет место дополнительная погрешность измерения

10 уровня спектральной составляющей на частоте F (&UW на фиг.4 и 5), а следовательно сдвига фаз. Дополнительная относительная погрешность при m 3% и Ј 0,8 составляет Од,

15 0,9% при измерении сдвига фаз йО 180° и Ввг 13% при &б4 90° (т - коэффициент ПАМ, В коэффициент, характеризующий степень прямо- угольности субимпулъса).

20

Таким образом, предлагаемый способ измерения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале позволяет повы- сить точность измерения, что позволя25 ет, например, более точно настраивать фазовые манипуляторы в динамическом режиме ,на соответствие заданному фазовому сдвигу. Использование фазовых манипуляторов с более

0 высокой точностью установки величины фазового сдвига повышает помехоустойчивость дискретных систем передачи информации с 1М-сигналами.

35

Формула изобретения

Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале, основанный на использовании спектрального анализа исследуемого периодического фазоманипулированного сигнала с заранее известной несущей частотой, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига, сначала анализируют спектр гармонического сигнала, частота которого

равна несущей частоте, фиксируют положение несущей частоты на экране анализатора, затем анализируют спектр исследуемого фазоманипулированного сигнала, измеряя интервал

частот между зафиксированной несущей частотой и значением частоты, соответствующим ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра и по измеренной разности частот

определяют величину фазового сдвига ЛУ

( Fo), где FQ - несущая частота;

длительность субимпульса; значение частоты, соответствующее минимуму, ближайшему к несущей частоте.

Изобретение относится к радиоизмерениям, а именно к фазометрии, и может быть использовано в технике связи и радиолокации, где широко применяются фазоманипулированные сигналы. Способ повышает точность измерения сдвига фаз и реализуется предварительной подачей на вход анализатора спектра гармонического сигнала с заранее известной несущей частотой F₀. При этом фиксируются положение несущей на экране анализатора, а затем подается на вход того же анализатора спектра фазоманипулированный сигнал с той же несущей, и состоящий из двух субимпульсов одинаковой длительности Τ. После измерения интервала частот между несущей и значением частоты F_мин, соответствующим ближайшему к несущей минимуму огибающей спектра, определяется величина фазового сдвига по формуле ΔΘ = *98П [1-2Τ ( F_мин - T₀)]. 6 ил.

&U9.1

.

Фиг.2

- &д

5

foW/

Фие.З

t ГЛ

ГЛ t

s

фие.6

Составитель Ю. Макаревич Редактор В. Бугренкова Техред А.КравчукКорректор Т. Палий

Заказ 328Тираж 547Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

f

H