ВПТ ь Советский патент 1973 года по МПК G01R25/00 G01R23/00 

1

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

Известны цифровые способы измерения частоты и фазы гармонического сигнала по данным выборки нулей смеси сигнала с шумом, однако большинство из них из-за возпикновеиия ложных нулей независимо от объема выборки нельзя применять при малом отношении сигнал/шум.

Известны способы измерения частоты и фазы, примеиимые как при большом, так и (для достаточно длинной выборки) при малом уровне сигнала. Эти способы оперируют с выборкой отсчетов сдвига фаз и могут быть реализованы только с привлечением опорного колебания.

Для определения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (для достаточно длинной выборки) при малом уровне сигнала без привлечения опорного колебания предлагается способ, по которому формируют импульсы напряжения в моменты пересечения смесью сигнала с шумом нулевого уровня снизу вверх, измеряют время появления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, затем определяют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимается значение частоты, не равное нулЕО и соответствующее первому наибольшему максимуму энергетического

спектра выборки, а за оценку фазы - фаза составляющей спектра на этой частоте.

Как и для известных снособов, степень априорного значения частоты предполагается такой, что за оценку частоты не может быть принята частота гармоники.

Если выборку нулей смесн сигнала с шумом объемом я в моменты времени t, интерпретировать последовательпостью дельтафункций б (t-ti), то одним из возможных критериев оптимального определения частоты и фазы сигнала является максимум взаимной корреляции этой последовательности с некоторой гармонической функцией, параметры которой подлежат определению. В качестве последней при постоянной па интервале наблюдения частоте измеряемого сигнала целесообразно выбрать косинусоиду, и тогда взаимная корреляция по частоте эквивалентна преобразованию Фурье от последовательности отсчетов. Итак, задавая выборку отсчетов в виде:

f(0 28(

i}

(1)

г: 1

ДЛЯ ее спектра имеем:

f (ш) j 2 Ч( - fi) di 2 (2)

30

Максимум взаимной корреляции по частоте соответствует максимуму энергетического спектра 1Д) Дсо8ш(,-4),(3) а начальная фаза.наилучшим образом коррелирующей косинусоиды равна фазе спектральной составляющей в максимуме спектра. На фиг. 1 показан график измерения частоты и фазы гармонического сигнала по описываемому способу; на фиг. 2 - устройство для реализации способа. Устройство содержит формирователь 1, измеритель 2, фиксирующий время появления импульсов 2, вычислитель 3. Измерения по предлагаемому способу проводят в следующей последовательности. 1.Формируют импульсы нанряжения в моменты пересечения смесью сигнала е шумом пулевого уровня снизу вверх. 2.Измеряют время fi появления эти.х импульсов отпосительно начала данного интервала наблюдения (в отличие от обычно вщполияемых измерений относительно опорного сигнала). 3.Оценивают частоту сигнала со, для чего вычисляют корни u)ft уравнения 2 2(/-4)з1аЦ,-4). 0,(4) вычисляют значения функции (3) для найденных значений корней ш и за оценку частоты сигнала принимают корень , соответствующий первому наибольшему максимуму функции (3), если двигаться по оси частот от нуля в положительном направлении. 4. Оценивают фазу ф исследуемого сигнала 51п(а)/+ф), для чего сначала определяют функцию - 2 sin ш ti fft arctg „ 2 °S i i l затем вычисляют оценку фазы, определяемой в пределах от О до 2я:

(6)

«Р ft + Р

причем коэффициент р следующим образом зависит от знаков числителя

п

V

У - - Zj sin

и знаменателя

л

. v

л; 2j COS u)ti

i l

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Исследуемый сигнал подается на формирователь 1, который вырабатывает импульс в момент пересечения смесью сигнала с шумом нулевого уровня снизу вверх. Измеритель 2 фиксирует время появления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, и результаты измерений вводятся в вычислитель 3, который выполняет описанные выше вычислительные операции. выражения (5) 2 Л5г0 Пусть задана выборка (фиг. 1), состоящая из четырех иулей, моменты появления которых соответственно равны /j, t, t, t. Нуль, появившийся в момент времени 4, является ложиым и возникает сразу же вслед за нулем, появившимся в момент времени 2Остальные нули следуют с периодом Т, т. е. 2т. частота сигнала равпа со -. Совместив начало отсчета со временем появления первого нуля, можно записать t, Q-t,t. Т, t, 2Г Уравнение (4) для рассматриваемого примера сводится к уравнению 81пшГ(1 + COS со Г) О корни которого равны ,-. я2л Зя шь - и, ; -, .... Тт Т Вычисление значений функции (3) для найденных значений корней дает . 1 ДО) I 10, 2,... Отсюда в соответствии с правилом оценку частоты сигнала принимается со И частота определяется верно. Для определения фазы вычислим выражеп я ПИЯ w -Ssinco i и (, которые для рассматриваемого примера принимают значения и . Тогда, используя выражеие (5), имеем , на основании выражения (7) р 0 (или 2), и оценкой фазы в соотетствии с выражением (6) является (или 2). Поскольку начало отсчета совпадает о временами появления первого нуля, полуенная оценка фазы также является правильВ качестве формирователя 1 может быть использована любая пороговая схема. Измеритель 2 является цифровой схемой, определяюпдей число импульсов эталонной счетной сетки в интервале времени от начал интервала наблюдения до данного импульса формирователя. В качестве вычислителя 3 может быть применено специализированное устройство или использована любая универсальная вычислительная машина, память которой имеет достаточную емкость для запоминания всех вводимых данных и выполнения вычислений.

Предмет изобретения

Цифровой способ измерения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах по данпым выборки нулей смеси сигнала с шумом, отличающийся тем, что, с целью измерения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (для достаточно длинной выборки), при малом уровне сигнала без привлечения опорного колебания, формируют импульсы напряжения в моменты пересечения смесью сигнала с шумом нулевого ypoBtiH снизу вверх, измеряют время цоявления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, затем определяют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимается значение частоты, не равное нулю и соответствуюшее первому наибольшему максимуму энергетического спектра выборки, а за оценку фазы - фаза составляюшей спектра на этой частоте.

Сигнал

f oppeлupyющee ffo eSanue