Фазометр доплеровского набега фазы радиоимпульсных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

Sxafa

(Л

С

Изобретение может быть использовано для измерения доплеровского набега фазы радиоимпульсных сигналов в радиолокационных и навигационных системах. Цель изобретения - расширение пределов измерения и повышение точности измерений Фазометр содержит блоки 1 и 2 задержки, инвертор 3, блок 4 умножения, блоки 5 и 6 усреднения, блок 7 вычисления фазы, блок 8 коррекции пределов измерения, блок 9 вычисления модуля, пороговый блок 10, блок 11 памяти, ключ 12. Приведены примеры реализации блока 4 умножения, блоков 5, 6 усреднения и блока 9 вычисления модуля 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

00

о со о

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения до- плеровского набега фазы радиоимпульсных периодических сигналов на фоне шума; может быть использовано в радиолокационных и навигационных системах для определения скорости.

Известен фазометр, состоящий из последовательно соединенных усилителя, линии задержки, фазового детектора и блока усреднения фазы, второй вход фазового детектора через фазовращатель на я /2 соединен со входом линии задержки, являющимся входом устройства, выходом которого является выход блока усреднения. Однако данное устройство обладает нелинейной характеристикой, поэтому в некоторых режимах возникают существенные ошибки; кроме того, характеристика блока усреднения не учитывает цикличность фазы.

Известен также фазометр, содержащий два сумматора, входы которых являются входами фазометра, к ним также подключены детекторы огибающих, выходы сумматоров соединены через последовательно включенные усилители с АРУ, линии задержки и ключи со вторыми входами сумматоров, вторые входы ключей соединены с выходами детекторо в огибающих, а вторые входы усилителей с АРУ подключены к выхо- иВтЬчТГй7 а ЬгюрньГх напряжений, выходы сумматоров соединены со входами смесителей, выходы которых через последовательно соединенные фильтры нижних частот и избирательные усилители подключены ко входам фазоиндикатора, выход одного из фильтров нижних частот соединен со входом системы ФАПЧ, выходы которой соединены со вторыми входами смесителей.

Однако данное устройство имеет низкую точность измерения и, кроме того, из-за наличия в нем системы ФАПЧ обладает повышенной инерционностью.

Наиболее близким к изобретению является фазометр среднего значения набега фазы, содержащий последовательно соединенные фазометр мгновенного значения, блок памяти, блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом фазометра мгновенного значения, блок свертки, тригонометрический преобразователь, два выхода которого соединены с двумя одинаковыми каналами, состоящими из последовательно соединенных перемножмтеля и блока усреднения, выходы блока усреднения каждого ка- нала соединены с соответствующими входами блока вычисления фазы, вторые входы перемножителя через блок вычисления модуля соединены со входом фазометра

мгновенного значения, являющимся входом устройства.

Данный фазометр из-за двойного тригонометрического преобразования обладает

большой аппаратурной погрешностью, имеет малые пределы измерения фазы -ж /2; л /2. Целью изобретения является расширение пределов измерений и повышение точности измерений за счет меньшего числа

функциональных преобразований и умень-. шения вероятности работы устройства по шумам.

На фиг,1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 - блока умножения; на

фиг.З - блока усреднения; на фиг.4 - блока коррекции пределов измерения; на фиг,5 - блока вычисления модуля; на фиг.б - блока присвоения знака.

Фазометр набега фазы доплеровских сигналов содержит первый и второй блоки Т и 2 задержки, выходы первого блока 1 задержки непосредственно, а второго через инвертор 3 соединены соответственно с

первым и вторым входами блока 4 умножения третий и четвертый входы которого объединены со входами блоков задержки, являющимися входами фазометра, первый и второй выходы блока 4 умножения соединены соответственно со входами первого и второго блоков 5, 6 усреднения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 9 вычисления модуля и первым и вторым входами блока 7 вычисления фазы, а также вторым и третьим входами блока 8 коррекции пределов измерения, первый вход которого соединен с выходом блока 7 вычисления фазы; выход блока 8 коррекции пределов измерения соединен со входом ключа 12, управляющий вход которого подключен через пороговый блок 10 к выходу блока 9 вычисления модуля, второй вход порогового блока 10 соединен с выходом блока 11 памяти,

Блок 4 умножения содержит два канала (1, II), каждый из которых включает первый перемножитель 13, последовательно включенные второй перемножитель 14 и сумматор 15, выход первого перемножителя 13

0 одного канала соединен со вторым входом сумматора 15 другого канала, а первым, вторым, третьим, четвертым входами блока умножения соответственно являются объединенные между собой первые входы

5 первого и второго перемножителей 13, 14 каждого из каналов, объединенные вторые входы вторых перемножителей 14, объединенные вторые входы первых перемножителей 13, а выходами блока умножения являются выходы сумматоров 15 каналов,

Блоки 5 и 6 усреднения состоят из IM-1 последовательно включенных блоков 16 задержки и N-1 сумматоров 17, причем входом блока усреднения являются объединенные входы первого блока 16 задержки и первого сумматора 17, а выход К-того(К 2,(М-1)) блока 16 задержки соеди- нен со вторым входом К-того (К 2,(N-1)) сумматора 17, выходом блока усреднения служит выход (М-1)-го сумматора. Блок 9 коррекции пределов измерения содержит последовательно включенные модульный блок 18, вычитатель 19, блок 20 присвоения знака, первый ключ 21, сумматор 22, при этом второй вход блока 9 коррекции пределов через второй ключ 23 соединен со вторым входом сумматора 22, выход блока памяти 24 соединен со вторым входом вы- читателя 19, третий вход блока 9 коррекции пределов измерения соединен с управляющими входами первого 21 и второго 23 ключей, первый вход блока 20 присвоения знака является первым входом блока 9 коррекции пределов измерения, выход сумматора 22 является его выходом.

Блок 10 вычисления модуля содержит два квадратора 25,26 и сумматор 27, причем входами блока вычисления модуля являются входы квадраторов, выходы которых сое- динены с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом блока 10 вычисления модуля.

Блок 20 присвоения знака содержит перемножители 28, 31, блок 29 памяти, ограничитель 30, причем первый вход блока 20 присвоения знака является первым входом перемножителя 28, второй -вход которого соединен с выходом блока 29 памяти, выход перемножителя 28 соединен со входом ограничителя 30, выход которого соединен с первым входом перемножителя 31, второй вход которого является вторым входом блока 20 присвоения знака, выходом блока 20 присвоения знака служит выход перемножителя 31.

Фазометр доплеровского набега фазы радиоимпульсн ых сигналов работает следующим образом.

Для оценки доплеровского набега производится сравнение фаз соседних отраженных от цели импульсов, В соответствии с этим подходом квадратурные составляющие сигнала, описываемые в одном элементе разрешения по дальности последовательностью комплексных величин

Uj Xj + tyJ UJei((1)

где Uj - j-тый отсчет в последовательности,

xj и yj - соответственно действительная и мнимая части комплексного отсчета, Uj - его модуль, р - доплеровский сдвиг фазы за период

повторения Т,

поступают вначале на блоки 1, 2 задержки (фиг,1), где задерживаются не период повторения Т. После этого составляющая, соответствующая мнимой части комплексного

числа (или синусной составляющей квадратурных каналов), дополнительно поступает на инвертор 3 с целью осуществления комплексного сопряжения. Далее в блоке 4 умножения (фиг,2) осуществляется обработка

отсчетов в соответствии с алгоритмом

u,elf

UBUX Uj-1 Uj uj-1

(xj-i-lyj-i) (xj+ yj) xj-i xj-iyj-1 Xj+lyj xj-i+yj-l -yj

XJ-1 XJ + yj-iyj+l (yj X)-1-yj-1Xj).

(2)

С выхода блока 4 умножения отсчеты

поступают в блоки 5, 6 усреднения (фиг.З),

осуществляющие с помощью элементов 16

задержки и сумматоров 17 скользящее

вдоль азимута суммирование по правилу:

30

Ё Uj-iUj.

rr 2

(3)

На выходах блоков 5, 6 усреднения образуются соответственно величины:

35 а 2, (ХН xj + yj-r yj) Ucos# ;

b 2, (YJ XJ- УН XJ) Usln 940J 2

Величины а и Ь поступают на соответствующие входы блока 7 вычисления фазы, где

вычисляется оценка у arctg(b/a). Последующие преобразования величины р происходят в блоке 8 коррекции пределов измерения и зависят от знака а. При а 0 открыт (фиг.4) второй ключ 23, и величина через сумматор 22 непосредственно поступает на выход блока коррекции пределов измерения. При а 0 открыт первый ключ 21, а второй ключ 23 закрыт. При этом в

модульном блоке 18 образуется I р . вычи- таемый в блоке 19 из величины п, поступающей от блока 24 памяти. Полученной разности в блоке 20 присваивается знак величины Ь.

Блок 20 присвоения знака (фиг.б) работает следующим образом.

На вход 1 блока присвоения знака поступает величина b (соотношение (4)), где в перемножителе 28 производится ее умножение на постоянный множитель из блока 29 памяти с целью масштабирования и дальнейшего ограничения в ограничителе 30 по уровню ± 1. Таким образом, после ограничения величина на выходе ограничителя 30 имеет смысл знака величины Ь, который, поступая на первый вход перемножителя

31, присваивается разности л- р , поступающей на вход 11 блока 20 присвоения знака, то есть на второй вход перемножителя 31 с выхода вычитателя 19.

Рассмотренные операции позволяют в два раза расширить диапазон однозначно измеряемых доплеровских скоростей цели, определяемых величиной оценки усредненного по N отсчетам доплеровского Сдвига фазы цели:

f arctg(b/a), (sgn Ь)(я- р ), ,

(5)

где Рдц - доплеровский сдвиг частоты отраженного от цели сигнала.

Для уменьшения вероятности работы устройства по шумам в нем исключается выдача полученной оценки на выход в отсутствие отраженного от цели сигнала. С выходов блоков усреднения 5, 6 величины а и b поступают на вход блока 9 вычисления модуля (фиг.5), где в соответствии с его структурой вычисляется квадрат модуля входной величины а2 + Ь2. Если происходит превышение над величиной порога, записанной в блоке 11 памяти, то с выхода порогового блока 10 поступает сигнал разрешения прохождения результата вычисления с выхода блока 8 коррекции пределов измерения через ключ 12. В противном случае ключ 12 разомкнут. Формула изобретения 1. Фазометр доплеровского набега фазы радиоимпульсных сигналов, содержащий первый блок задержки, блок вычисления модуля, блок умножения, первый и второй выходы которого соединены соответственно через

первый и второй блоки усреднения с первым и вторым входами блока вычисления фазы, отличающийся тем, что, с целью расширения пределов измерений и повышения точности измерений, в него введены блок коррекции пределов измерения, второй блок задержки, инвертор, блок памяти, пороговый блок и ключ, вход которого соединен с выходом блока коррекции

пределов измерения, второй, третий и. первый входы которого соединены соответственно с первым, вторым входами и выходом блока вычисления фазы, управляющий вход ключа соединен с выходом

порогового блока, к первому и второму входам которого подключены соответственно выходы блока памяти и блока вычисления модуля, выходы первого и второго блоков усреднения соединены

соответственно с первым и вторым входами блока вычисления модуля, первый и второй входы блока умножения соединены соответственно с выходами первого блока задержки и инвертора, вход которого подключен через второй блок задержки к четвертому входу блока умножения, являющемуся вторым входом устройства, а первым входом и выходом устройства являются соответственно вход первого

блока задержки, объединенный с третьим входом блока умножения, и выход ключа. 2. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что блок коррекции пределов измерения содержит блок памяти, первый ключ,

последовательно соединенные модульный блок, вычмтатель, блок присвоения знака, второй ключ и сумматор, выход которого является выходом блока коррекции пределов измерения, а второй вход соединен с

выходом первого ключа, выход блока памяти соединен с вторым входом вычитателя, а первым, вторым и третьим входами блока коррекции пределов измерения являются соответственно первый вход блока присвоения

знака, объединенные входы первого ключа и модульного блока и объединенные управляющие входы первого и второго ключей.

/

г з

2

фие. 2

Фиг.З

2J

/

f

V/

A

w

-$

11

ФиеА

4Ii

V

11

26

фиг 5

0L

28

30

31

0I

29

Фиг. 6