СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА Советский патент 1971 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники.

Известен способ измерения фазового сдвига путем перемножения и интегрирования входных сигналов, определения синхронно мгновенных значений входных сигналов через равные промежутки времени, возведения их в квадрат, суммирования результата в течение периода, дополнительного перемножения суммы квадратов мгновенных значений, получаемых после окончания периода, извлечения из этого произведения квадратного корня, деления «а этот корень суммы произведения мгновенных значений входных сигналов и определения по результату последней операции значения искомой величины.

Недостатком известного способа является низкая точность и помехоустойчивость измерений фазовых соотношений регулярных сигналов в присутствии шумовых помех. Это объясняется тем, что известный способ не обеспечивает подавления случайных шумовых составляющих, т. е. не повышает отношения сигнал-шум на входе прибора.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии шумовых помех.

сигнала по другому каналу на целое число периодов одного из входных сигналов, определяемое величиной отношения сигнал-шум на входе прибора и видом энергетического

спектра помехи.

На фиг. 1 представлена блок-схема фазометра, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - корреляционная функция помехи и корреляционная функция синусоидального

сигнала; на фиг. 3 - зависимость дополнительной (приборной) задержки Тп в функции от отношения шум-сигнал на вы.ходе фазометра для различных значений параметра а, определяемого отношением сигнал-шум на

входе прибора.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит нормирующие блоки / и /, блок 2 задержки, блок 3 управления, измеритель 4 корреляционного момента и индикатор 5.

Выход блока 1 подключен через последовательно включенный блок 2 к одному из входов измерителя 4, выход блока 5 подключен ко второму в.чоду блока 2, а второй выход блока

3 подсоединен к третьему входу измерителя 4, выход которого подключен ко входу индикатора 5. Входные сигналы поступают на нормирующие устройства / и /. Предварительная нормализация входных напряжений по

просто осуществлена, позволяет избежать определения действуюпдих значений сигналов, так как прн этом обеспечнвается постоянство действующего значения шумовой номехн . С выхода блока / входной сигнал поступаег на вход блока 2, который обеспечивает создание необходимой приборпой задержки т,,, одного нз сравниваемых синуеондальных сигналов отноеительио другого. С выхода блока 2 задержаннЕз1Й на Тп сигнал поступает на один из входов измерителя 4, на второй вход которого иостуиает второй из сравниваемых сигналов с выхода блока /. Р1змеритель 4 выиоЛНяет операции умножения, возведения в квадрат, суммирования, извлечения квадратного корня и деления. Сигнал с выхода измерителя 4 поступает на вход индикатора 5, который может быть проградуирован неносредственио Б градусах, щкала при этом нелинейная (косинусоидальная), пределы измерения фазометра О-180°. Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 3 управления.

Фазовый сдвиг двух синусоидальных сигналов x(t)Amism((j:)t+(fi) и y(t)Am2siu (f-2) определяется путем измерения их взаимокорреляционной функции:

cos,.,.

(1)

Ат- -Ат

соз(ф2-фО-значение искомого

сдвига фаз,

жу(т)-значение корреляционной функции при данном сдвиге

фаз t С учетом известного свойства автокорреляционной функции, согласно которому ее значение при т 0 есть дисперсия, выражение (1) можно записать следующим образом: агссоз4 ЖV D,D, где Д-с Лт, -дисперсия сигнала x(t}, Dy Am,i -дисперсия сигнала y{t). Таким образом, фазовый сдвиг двух синусоидальных сигналов может быть измерен путем вычисления арккосинуса отношения их взаимокорреляционного момента, соответствующего данному сдвигу, к корню квадратному из произведений их дисперсий. При выражение (2) упрощается , arc COS В случае измерения фазового сдвига сипусоидальных сигналов л:(0 и y(t+T:) при нали-ши случайиых шумовых помех взаимокорреляционная функция сигиалов х(/)г() и r/(/ + T) + r(+t) будет иметь четыре составляющие:

s(t) (-) +.W .r(-). (4)

где /.%-y(t)-взаимокорреляциоиная функция синусоидальиых сигналов,

.тг(т),(/(т) -взаимокорреляционные функции сигиала и помехи, (т) -автокорреляционная функция

помехи.

Объектом измере ия является взаимокорреляционная функция сигналов (т). При этом возникает погрешпость, обусловленная действием на отсчетное устройсгво взаимокорреляционных функций сигнала и помехи и автокорреляционной функции помехи:

Д/, (т) (т) ,у (т) (t) .

(5)

В случае, когда верхняя граничная частота полосы шумовых помех высока по сравнению с частотой сигнала, снраведливо утверл дение, что длнтельиость корреляции помехи значительно меньше длительности корреляции полезного периодического сигнала. Таким образом, с возрастанием т автокорреляционная функция помехи К.гг(т:} стремится к нулю, тогда как взаимокорреляциоиная функция сигнала Кху(т:) при любой задержке т имеет вид

периодической незатухаюи ей косинусоидальной функции.

Выбирая соответствующим образом дополнительную (приборную) задержку Тп, в зависимости от спектра щумовой помехи можно

существенно повысить точность измерения корреляционной функции периодического сигнала и, следовательно, точность измерения фазового сдвига сравниваемых сигналов. Предмет изобретения Способ измерения фазового сдвига путем перемпожения и интегрирования входных сигналов, определения синхронно мгновенных значений входных сигналов через равные промежутки времеии, возведения их в квадрат, суммировапия результата в течение периода, доиолиительиого иеремножения суммы квадратов мгновенных значений, полученных после окончатся периода, извлечения из этого произведения квад)атного корня, деления на этот корень суммы нроизведения мгновенных значений входных сигналов и онределения по результату последней операции значения искомой величины, отличающийся тем, что, с целью новышения точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии помех, входной сигнал по одному из каналов сдвигают относительно сигнала но другому каналу на целое чнсло нериодов одного из входных сигналов, которое онределяют но величине отношения сигнал-шум на входе прибора и виду энергетического спектра помехи.

KlilffT}

-1