Измеритель частоты Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для измерения частоты гармонических сигналов в условиях действия аддитивной шумовой помехи.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерителя частоты.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя частоты.

Устройство содержит первую линию 1 задержки, вторую линию 2 задержки, первый перемножитель 3, второй перемножитель 4, делитель 5, блок 6 нелинейного преобразования, первый фильтр 7, блок 8 возведения в квадрат, второй фильтр 9,тре- тий перемножитель 10, первый сумматор 11, третий фильтр 12, четвертый перемножитель 13, второй сумматор 14. четвертый фильтр 15, пятый перемножитель 16. Первая линия 1 задержки последовательно соединена с второй линией 2 задержки и первым

перемножителем 3, второй вход которого соединен с входом первой линии 1 задержки, первый вход перемножителя 4 соединен с выходом первой линии 1 задержки, а второй вход соединен с входом первой линии 1 задержки, первый фильтр 7 включен между входом измерителя и входом первой линии 1 задержки, кроме того, к входу первой линии 1 задержки последовательно подсоединены блок 8 возведения в квадрат, второй фильтр 9, третий перемножитель 10 и пер- ый сумматор 11, первый вход делителя 5 соединен с выходом первого сумматора 11, а выход делителя 5 соединен с входом блока нелинейного преобразования 6, к выходу второго перемножителя 4 nocflefloeateflbHO подсоединены третий фильтр 12. четвертый перемножитель 13 и второй сумматор 14. выход которого соединен с вторым входом делителя 5, к выходу первого перемножителя 3 последовательно подсоединены четСП

с

а

со

00

ел

вертый фильтр 15 и пятый перемножитель 16, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 11, вторые входы третьего, четвертого и пятого 10, 13, 16 перемножителей соединены между собой и соединены с выходом делителя 5, выход третьего фильтра 12 соединен с третьим аходом первого сумматора 11, выход второго фильтра 9 соединен с вторым входом второго сумматора 14 и третий вход второго сумматора 14 соединен с его первым входом.

Устройство работает следующим обрезом. Смесь сигнала и шума проходит через первый фильтр 7 с полосой пропускания от нуля до частоты fe. Далее она поступает на последовательно соединенные первую и вторую линии 1, 2 задержки, имеющие одинаковое время задержки т 1/2fe. После блока 8 возведения в квадрат и второго 4 и первого 3 перемножителей получаем соответственно

(t)+n(t)2

(1)

(t) + n(t)IS(t-T) + n(t-T),(2)

U3 S(t) + n(t)S(t -2 r) + n (t-2r) , (3}

где S(t) V cos 0)1- полезный сигнал;30

n(t) ограниченный по полосе белый шум с автокорреляционной функцией вида

sin 2 yrfijr

Pn(tr)

2 я f в

35

V - амплитуда сигнала;

а) - частота сигнала;

т время задержки.

Второй, третий и четвертый фильтры 9, 12, 15 нижних частот выделяют постоянные составляющие этих напряжений. Время усреднения в фильтрах достаточно велико, сигнал и шум не коррелированы. Учитывая, что отсчеты шума, разделенные интервалом т, тоже не коррелированы, после фильтров получим

U4 Ui 0,5V - + , U5 U2 0,5 V2cos tar, U6 Оз 0,5 V2 cos 2 cur.

где о - дисперсия шума в пределах полосы от нуля до тв а верхняя черта означает усреднение сигнала в фильтрах. Напряжения на выходах первого и второго сумматоров 11 и 14 соответственно равны

U7 IUU9+ U5+U6U9, Ue U4 + 2U5Ug.

(7) (8)

5Напряжение на выходе делителя 5 пропорционально отношению входных напряжений

ug

U7 U4Ug + Us + Ue Ug

Us

Щ + 2 U5 Ug

(9)

После подстановки (4), (5), (6) в (9) получим

15

1 |Q P1 + U9() U9/ 0+2U9pi

(Ю)

20

где ре, 1 + 2 02/V2 ; cos 2 ca r.

p - cos (or ; pi

Часть устройства, включающая блок 8 возведения в квадрат, перемножители 3, 4, 10, 13, 16, сумматоры 11, 14 и делитель 5 представляет собой аналоговое решающее устройство, определяющее величину напряжения Ug из (10). Приводя (10) к квадратному уравнению.решение имеет вид

Ug

(11)

После непосредственной подстановки (10) и (11) превращаются в тождества, если

Ug -pi cos (Dt.

Таким образом, напряжение Ug на выхо- де делителя 5 представляет собой отсчет нормированной автокорреляционной функции полезного сигнала S(t) V cos при сдвиге по времени на Д t г. Это напряжение Т оо не зависит ни от амплитуды входного сигнала, ни от

уровня помехи о2. После нелинейного преобразователя 6, выходное напряжение которого связано с входным напряжением выражением

1

2л:г

arccos Ug,

(13)

получаем оценку частоты

л .

Однозначность измерения частоты обеспечивается при условии

0 .

По сравнению с прототипом в данном устройстве, напряжение, пропорциональное частоте 1 э, не зависит от дисперсии

шума о2, то оценка частоты оказывается несмещенной.

Формула изобретения Измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные первую и вторую линии задержки и первый перемножитель, второй вход которого соединен с входом первой линии задержки, кроме того, второй перемножитель, первый вход которого соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход соединен с входом первой линии задержки, делитель, сумматор и блок нелинейного преобразования, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены, первый, второй, третий и четвертый фильтры, третий, четвертый, пятый пе(14) ремножители, блок возведения в квадрат и

втпрой сумматор, причем между входом устройства и входом первой линии задержки включен первый фильтр, к входу первой ли- 5 нии задержки последовательно подсоеди

(15)нены блок возведения в квадрат, второй фильтр, третий перемножитель и первый сумматор, первый вход делителя соединен с выходом первого сумматора, а выход де10 лителя соединен с входом блока нелинейного преобразования, к выходу второго перемножителя последовательно подсоединены третий фильтр, четвертый перемножитель и второй сумматор, выход которого

15 соединен со вторым входом делителя, к выходу первого перемножителя последовательно подсоединены четвертый фильтр и пятый перемножитель, выход которого соединен со вторым входом первого суммато20 ра, при этом вторые входы третьего, четвертого и пятого перемножителей соединены между собой и соединены с выходом делителя, выход третьего фильтра соединен с третьим входом первого сумматора, выход

25 второго фильтра соединен со вторым входом второго сумматора, а третий вход второго сумматора соединен с его первым входом.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частоты гармонического сигнала. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства. Измеритель частоты содержит линии задержки, перемножители, делитель и блок нелинейного преобразования. Введение фильтров, устройства возведения в квадрат, перемножителей и сумматоров, а также образование новых функциональных связей обеспечивает помехоустойчивость измерителя по отношению к шумовой помехе. 1 ил.