Способ измерения функции изменения частоты импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты заполнения коротких линейно-частотно модулируемых (ЛЧМ) радиоимпульсов и оценки отклонения этой функции от линейной.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие сущность способа; на фиг.2 - функциональная схема устройства, в котором реализован предложенный способ.

Суть способа состоит в следующем.

Пусть исследуемый сигнал характеризуется следующими параметрами, фиг.1 а, а):

период следования радиоимпульсов - Т, длительность радиоимпульсов - т , частота заполнения применяется по закону:

шз (DO + ht,

где Шо - начальное значение исследуемой частоты;

h Aw gm/ f- скорость изменения частоты;

- максимальная девиация частоты.

Частота заполнения радиоимпульсов гетеродинируется на частоту, которая выбирается из условий обеспечения требуемой точности и надежной работы примененной

ГОШ

2

ш

о

00

элементной базы. После гетеродинирова- ния частота исследуемого сигнала описывается функцией

(Or О) го + ht ,

где Шго - начальное значение исследуемой частоты после гетеродинирования.

Гетеродинированный сигнал преобразуется в импульсную последовательность калиброванной длительности по следующему алгоритму.

Формируются импульсы калиброванной длительности ( гк) по переходу через нуль амплитуды п периода исследуемой частоты заполнения радиоимпульса (фиг,1, а, а), т.е. в первом радиоимпульсе калиброванный импульс формируется по первому переходу через нуль амплитуды исследуемого сигнала, во втором радиоимпульсе - по второму переходу и т.д., включая формирование калиброванного импульса по последнему переходу через нуль амплитуды исследуемого сигнала. При этом i-й период импульсной последовательности описывается функцией

ТПР| - Т + Ti,

где TI - i-й период частоты заполнения радиоимпульса, котор ый может быть найден из условия

Ti ti - ti-i

(2)

ti, ti-i - момент времени 1-го и (i-1)-ro перехода через нуль амплитуды исследуемого сигнала, определяемые из условий

(«ro + h ti) ti l 2 лг,(3)

(Юго + h -ti-i) -ti-i(i -1) -л:2 . (4)

Соотношение (1) с учетом (2)-{4) и после проведения преобразований принимает

вид

т , ft)i -Ь8Ьл: i -0)f +8лп(1 - 1) Tnpi - I +-gh

(5)

Выделяется К-я гармоника импульсной последовательности, которая описывается соотношением

UM - 2 и/(Я К} sln( Кг„/2 ТПр) cosf К t/Tnp), (6)

где U - амплитуда калиброванных импульсов.

Импульсная последовательность, определяемая (1)(5) выражениями, имеет малые, трудно регистрируемые изменения периода. Для увеличения этих изменений импульсная последовательность раскладывается в ряд Фурье:

оо

f(t)

У. Ак cos(Kcot+ Ф),

К 0

выделяется К-я гармоника гармонического разложения импульсной последовательности. Поэтому при изменении периода ТПр| импульсной последовательности на величину А Т К-я гармоника получает приращение

-т

Тпр

1(1

Tnpl v

Tnpi + ЛТ

При измерении набега фазы за единицу времени у первой и К-й гармоник более точными будут результаты измерений набега фазы у к-й гармоники. С этой целью номер гармоники к выбирается максимально возможным. Ограничением сверху номера служит требование неперекрываемости спектров К-й и к+1-й гармоник.

Из импульсов К-й гармоники промежуточного сигнала (фиг. 1 в, а) формируется последовательно следующие интервалы

усреднения Tyj (фиг.1 в, с), а из импульсов гетеродинного сигнала (фиг. 1 в, в)-опорные интервалы Т0 (фиг.1 в, d). При этом всегда совмещаются во времени начала сформированных интервалов ryi игоа , их длительности устанавливают равными:

Tyj nx(Tnpi)J/K;

f о ЛоТо,

(7) (8)

где j - индекс, относящийся к j-му интервалу усреднения;

Пх - количество импульсов К-й гармоники промежуточного сигнала в интервале ус- реднения;

(Tnpi)j - среднее значение периода промежуточной частоты на J-м интервале усреднения;

По - количество импульсов гетеродин- ной частоты f0 1 /То в опорном интервале. Образуют измерительные интервалы как модуль разности соответствующих интервалов усреднения и опорных интервалов (фиг.1. в, к)

ruj ryj-r0,(9)

которые коммутируют импульсы гетеродинной частоты, Количество коммутирующих

импульсов описывается соотношение(фи(.1

B,f)

NK .

Функция (10) с учетом (1), (5), (6) (9) преобразуется к виду

М ГПх Тг,Т /Т L ПХ /11

NK (-Ј- Па Т0)/lo + -i-ЈVy- U1)

где (Ti)j - среднее значение периода исследуемых колебаний на j-м интервале усреднения.

Если коэффициент по выбрать из условия

(пк -Т/К-ПоТоУТо 0 .(12)

то функция (11) принимает вид

NKj (fijj пх/(К -То),(13)

т.е. получаемый код пропорционален периоду исследуемых колебаний.

Этот код преобразуется в напряжение (фиг,1 в. q), а затем визуализируется. Одновременно визуализируется и код, рассчитан- ный по соотношениям (1)-(13) для идеального радиоимпульса.

Таким образом, способ позволяет перейти от последовательности радиоимпульсов к последовательности калиброванных импульсов, осуществить умножение частотных изменений, сформировать код, пропорциональный периоду следования импульсов частоты заполнения радиоимпульсов. При этом код NK измеряется при ту г , что обеспечивает значительное повышение разрешающей способности измерений и пропорциональное повышение точности измерений. Динамические погрешности снижены за счет учета в результирующих оценках длительности каждого периода исследуемых колебаний, исключения частотных детекторов.

Функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ, приведена на фиг.2.

Устройство содержит смеситель 1, гетеродин 2, осциллограф 3, первый усилитель 4, блок задержки 7, первый счетчик 8, запоминающий блок 9, устройство сравнения 10, формирователь импульсов 11, второй счетчик 12, фильтр 13, второй делитель 14, второй коммутатор 15, второй усилитель 16, третий делитель 17, триггер 18. первую 19, вторую 20 входные шины и выходную шину 21.

Элементы соединены следующим образом.

Второй вход смесителя 1 подключен к выходу гетеродина 2, а выход смесителя 1 5 соединен с входом первого усилителя 4, выход которого соединен с вычитающим входом первого делителя 7, а выход первого делителя 7 соединен с входом формирователя импульсов 11, выход которого через

10 фильтр 13, второй усилитель 16 соединен с вычитающим входом третьего делителя 17, выход третьего делителя 17 подключен к первому входу триггера 18, а также к входам записи кодов второго 14 и третьего 17 дели15 телей, вычитающий вход второго делителя 14 соединен с выходом гетеродина 2, выход второго делителя 14 соединен с вторым входом триггера 18 и входом обнуления второго счетчика 12, выход триггера 18, соединен с

20 выходом гетеродина 2, выход второго коммутатора 15 соединен со счетным входом второго счетчика 12, информационный выход которого соединен с входом устройства сравнения 10, второй вход которого соеди25 нен с выходом запоминающего блока 9, вход выборки запоминающего устройства 9 через блок задержки 5 соединен с второй входной шиной 20, вход первого счетчика 8 соединен со второй входной шиной 20, а

30 выход соединен с адресным входом запоминающего устройства 9 и с информационным входом первого делителя 7, вход записи кодов которого соединен с выходом блока задержки 5, информационный выход

35 устройства сравнения 10 соединен с входом ЦАП 6, выход которого соединен с входом осциллографа 3, первая входная шина 19 соединена с первым входом смесителя 1, входная шина 21 подключена к информационному

40 выходу устройства сравнения 10.

Второй 14 и третий 17 делители содержат каждый двоично-десятичные реверсивные счетчики 23 и хроссирровочное поле 24.

Устройство для измерения параметров

45 импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией работает следующим образом. Перед началом проведения измерений устанавливают коэффициенты деления второго 14 (по) и третьего 17 (пх) делителей. Эти коэф50 фициенты рассчитывают с учетом соотношений (7) и (12). Длительность выходного сигнала формирователя импульсов 11 выбирают по соотношению (6) с учетом необходимости получения максимальной амплитуды требуемой

55 гармоники промежуточного сигнала.

На входную шину 20 поступают импульсы, синхронные с первыми импульсами измеряемого импульсного ЛЧМ- сигнала (фиг. 1 а, с). Эти импульсы поступают на счетный вход первог о счетчика 8, на информационном выходе которого устанавливается код коэффициента деления первого делителя 7. Этот код, задержанный в блоке задержки 5 импульсом, записывается в первый делитель 7.

Исследуемый сигнал через смеситель 1 и первый усилитель 4 поступает на вычитающий вход первого делителя 7.

После того, как поступающие на вычитающий вход делителя импульсы измеряемого сигнала (фиг.1 а, а) выберут код предварительной установки нуля, на выходе первого делителя 7 появится импульс управления формирователем импульсов 8.

Выходной сигнал первого делителя 7 преобразуется формирователем импульсов 11 в последовательность калиброванных импульсов (фиг.1 а, в), после чего фильтр 13 и второй усилитель 16 осуществляют выделение требуемой гармоники промежуточного сигнала.

На выходе третьего делителя 17 из импульсов к-й гармоники калиброванной импульсной последовательности (фиг.1 в, а) формируется последовательность импульсов усреднения, следующих с периодом ryj (7).

Импульсы усреднения, поступая на вхо ды записи второго 14 и третьего 17 делителей, осуществляют синхронизацию их работы. Из импульсов гетеродинного сигнала на входе второго делителя 14 формируется последовательность опорных импульсов, задержанная относительно последовательности импульсов, задержанная относительно последовательности импульсов усреднения на опорный интервал т: 0 (8),

Импульсы усреднения устанавливают триггер 18 в единичное состояние и опорные импульсы - в нулевое. В результате на выходе формируется последовательность измерительных интервалов (фиг.1 в, е) (9), которые коммутируют на выход второго коммутатора 15 выходные импульсы гетеродина 2. Количество коммутируемых импульсов определяется соотношением (13),

В торой счетчик 12 устанавливается в нулевое состояние импульсами усреднения,

поэтому он подсчитывает количество коммутируемых импульсов каждым измерительным интервалом.

Полученный код в устройстве сравнения

10 вычитается из эталонного кода, записанного в запоминающем блоке 9. Результат вычитания в виде цифрового кода подается на ЦАП и преобразуется в аналоговый сигнал, амплитуда которого определяет отклонение измеряемого ЛЧМ- сигнала от номинального значения, и визуализируется осциллографом 3.

С целью возможности использования цифровых индикаторов к информационному

выходу устройства сравнения 10 подключена выходная шина 21,

Формула изобретения Способ измерения функции изменения

частоты импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией, заключающийся в гете- родинирозании линейно изменяющейся частоты заполнения исследуемых радиоимпульсов и измерении длительности измерительных интервалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, гетеродинированный сигнал преобразуется в непрерывную импульсную последовательность путем формирования калиброванной

длительности по переходу через ноль амплитуды п-го периода сигнала заполнения п-го радиоимпульса, где п 1, 2, 3..., q; q -максимальное количество периодов сигнала заполнения радиоимпульса, выделяется Кя гармоника импульсной последовательности, а измерительные интервалы формируются как разность интервалов усреднения, сформированных из заданного количества импульсов К-й

гармоники преобразованной импульсной последовательности и опорных интер- вэлов, образованных из заданного количества импульсов гетеродинного сигнала, причем интервалы усреднения формируются состыкованным, а начала соответствующих интервалов усреднения и опорных интервалов совмещаются во времени.

Редактор Н.Горват

Фиг 2

Составитель А.Авакян Техред М.Моргентал

Корректор Т.Палий

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения функции изменения частоты заполнения коротких частотно-модулированных радиоимпульсов. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается тем, что в способе измерения функции изменения частоты импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией, заключающемся в гетеродинировании линейно изменяющейся частоты заполнения исследуемых радиоимпульсов и измерения длительности измерительных интервалов, гетеродинированный сигнал преобразуется в непрерывную импульсную последовательность путем формирования калиброванной длительности по переходу через нуль амплитуды V-ro периода сигнала заполнения n-го радиоимпульса, где п 1, 2, 3q; q -максимальное количество периодов сигнала заполнения радиоимпульса, выделяется К-я гармоника импульсной последовательности, а измерительные интервалы формируются как разность интервалов усреднения, сформированных из заданного количества импульсов К-й гармоники преобразованной импульсной последовательности и опорных интервалов, образованных из заданного количества импульсов гетеродинного сигнала, причем интервалы усреднения формируются состыкованными, а начала соответствующих интервалов усреднения и опорных интервалов совмещаются во времени. 2 ил.