Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/04 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение ОТЕТОСИТСЯ к фааоиамерительной технике и может быть использовано в радиолокации и радионав$1гации, где необходимо измерять фазовый сдвиг, пропоршючальньй дальности при наличия, шумов, регулярных помех и паразитных фа; зовых сдвигов в трактах радиоцальномерных систем. Известен фазометр, содержащий датчики синусоидальных напряжений, уснлитеяи пграничители, схемы совпадений, фазо сдвигающий элемент, схему ИЛИ, преобра зователь фаза-код, устройства сравнения кодов, устройство статистической обработ ки, устройство передачи кода оценки точек О,2ТГ ; в тракт опорного сигнала вво дится дополнительный калиброванный фазовый сдвиг, который учитывается и исключается при Последующей обработке результатов измерения ij . Этот фазометр имеет сложную конструкцию и точность измерений его недостаточная. Известен также фазометр, выполненный в виде двух каналов опорного и исследуемого сигналов, содержащий в канале формирозателп узкого и широкого импульсов и устройства переключения импульсов, первый и второй входь которых соединены с выходами формирователей узкого и широкого импульсов, триггер, входы которого подключены к выходам устройствпереклвдчення импульсов, схему совпадения, генератор квантущей частоты, рогист™ рируюший счетчик, устройство отсчета числа измерений, формирователь строб-им пульса, второй элемент совпадений, первый вход Которого соединен с выходом формирователя строб-импульса, а второй вход-, с выходом формирователя узкого импульса в исследуемом канале, второй счетчик, устройство сравнения, выход которого соединен с третьими входами устройства переключения импульсов 2 . Этому фазометру свойствешю наличие погрешностей в окружностях точек О и 2f за счет того, что при измерениях в районе точек Ч- О триггер,, формирующий временной интервал моментами проK-fia через нуль опорного и исследуемого сигнала в некоторых измерениях будет выключен в течение всего периода измеря емого сигнала, что приводит к завышению результата измерения. Очевидно, что при измерениях в районе точки 2ТГ , результат измерения будет занижен, так как из-за флуктуации исследуемого сигнала возможны попадания узкого строб-кмпульса на широкий стар- -импульс, что при всдит к Тому, что триггер, формирующий временной интервал, остается включенным в течение всего периода измеряемого сигнала. Характеристика такого фазометра будет .нелинейна.я. Целью изобретения является увеличение точности измерения за счет линейности характеристики фазометра. Достигается ето тем, что цифровой фазометр, выполненный в виде двух каналов опорного и исследуемого сигналов и содер жащий в каждом из .каналов формирователи узкого и широкого импульсов, соединенные по входу с источниками опорного и исследуемого сигналов, а по выходам - с входами блоков переключения импульсов, триг гер - общий для обоих каналов, входы которого подключены к выходам блоков переключения импульсов, первый элемент совпадений, соединенный первым входом с выходом триггера, вторым с генератором квантующей частоты и третьим - с выходом узла отсчета числа измерений,-Второй элемент совпадений,, первьй вход которсу го соединен с выходам формирователя строб-импульсов, второй вход - с формирователем узкого импульса в канале исследуемого сигнала и с выходом узла отсчета числа измерений, а выход - с одним из счетчиков, узел сравнения, выход котоРОГО подключен к третьим входам блоков переключения импульсов, а входы, один из которых - к выходу первого счетчика, а второй - к источнику сигнала Пуск и к второму входу узла отсчета числа измерений, второй счетчик, соединенный с выходом первого элемента совпадений, снабжен в каналах опорного и исследуемого сигна™ лов вторыми формирователями широкого импульса, блоком переключения узких импульсов, блоком переключения широких импульсов, вторым триггером, третьим элементом совпадения, третьим счетчиком и сумматором, причем второй формирова™ тель широкого импульса в канале опорного сигнала подключен между источником опорного сигнала и первым входом уст ройстБа переключения широких импульсоэ 6 9 а второй формироватол : Ш11.и)К.ого и.пульса в канале исследуемого сигнала 11оцклк чен между источником исследуемого сиги. ла и вторым входом устройства переключения широких импульсов, третий вход ко- торого соединен с третьим входом блока переключения у;зких импульсов и третьим входом сумматора, первый вход блока переключения узких импульсов соединен с выходом формирователя узкого импульса в канале исследуемого сигнала, а второй его ; Подключен к выходу формирователя узкого импульса в канале опорного сигнала, выходы устройства переключения узких и щирдаих импульсов подключены к входам второго триггера, выход Которого соединен с входом третьего элемента совпадений, второй вход которого подключен к выходу генератора квантующей частоты, третий вход - к выходу узла отсчета числа измерений, а выход - к входу третьего счетчика, выход которого подсоединен к второму входу сумматора, соединенного первым своим входом с выходом второго счетчика. На чертеже представлена структурная схема устройства, Одноцнфровой фазометр состоит из формирователей 1 увкого Импульса, формирователей 2 и 3 щирокого импульса в канале опорного сигнала, формирователя 4 стро&импульса, формирователей 5 и 6 ширжого импульса и формирователя 7 узкого импульса в канале исследуемого сигнала, блоков 8 и 9 переключения импульсов, блока 10 перегшючения узких импульсов, блока 11 переключения широких импульсов, триггеров 12 и 13, генератора квантуд)щей частоты 14, узла 15 отсчета числа измерений, элементов совпадений 16, 17 и 18, счетчиков 19, 20 и 21, узла сравнения 22, сумматора 23. Формирователи 1 и 7 узких импульсов формируют по положительнымфронтам опорного и исследуемого сигналов узкие имп льсы, формирователи 2 и 5 формируют импульсы по длительности, равные 4eTBef3- ти периода опорного и исследуемого сигналов, а вторые формирователи 3 и 6 широких импульсов формируют импульсы по длительности, равные трем четвертям периода опорного и исследуемого сигналов. Формирователь 4 строб-импульса в опорном канале формирует импульс по длительное- ти, равный половине периода опорного сигнала. Счетчик 19 прчизводит подсчет числа уоких импульсов исследуемого канала, прощедших через элекшит совпадений 18 56 ;vi N ппслеапвательиых измерений, второй вход которого соединен с выходом фо мирователя 4 строб-импульса. Совпадение строб-импульса и узкого исследуемого им пульсов указывает на тот факт, что измеряемая разность фаз лежит в пределах О... 1C . Узел сравнения 22 определяет Количество импульсов, поступивших в счет чик 19 за N последовательных измерени и управляет работой блсков переключения 8 - 11 и сумматора 23./Если число импульсов в счетчике 19 меньше N/2, то по сигналу узла сравнения 22 через блок 8 переключения импульсов в опорном канале будет проходить широкий импульс, через блок 9 переключения кмпульсов в канале исследуемого сигнала будет проходить узкий импульс,/через блок Ю переключения узких импульсов будет проходить узкий импульс опорного канала, через блок 11 переключения широких импуль сов проходит импульс с выхода второго формирователя 6 широкого импульса в исследуемом канале, а сумматор 23 работает в режиме сложения содержимого : счетчиков 2О w 21. При этом на входы триггера 12 поступают ширский старт-импульс и узкий стоп-импульс, а на входы триггера 13 узкий опорный импульс и широкий исследуемый импульс. Если число , импульсов, отсчитанных счетчиком 19 больше N/2, то по сигналу yanacpaBHeния 22 через блок В переключения импул сов в опорном канале будет проходить у кий старт-импульс, через блок 9 переключения импульсов в канале исследуемого сигнала будет проходить широкий стопимпульс, через блок 10 переключения уэких импульсов будет проходить узкий исследуемый импульс, через блок 11 переключения широких импульсов проходит импульс с выхода второго формирователя 3 широкого импульса в опорном канале, а сумматор 23 работает в режиме вычитания содержимого счетчика из содер;жимого счетчика 20. В обоих случаях триггер 12 формирует врЪменной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу и На это время открывает элемент совпадений 16, через который квантующие импульсы с генератора 14 поступают на вход счетчика 20. Триггер 13 в первом случае формирует временной интервал меи ду узким опорным и вторым широким исследуемыми импульсами, если измеряемая разность фаз превышает 21Г , а во второ случае - временной интервал между уэкиМ исследуемым импульсом и вторым 9 широким опорным импульсом, если измеряемая разность фаз меньше нуля. Пороключение указанных формирователей импу.Исов и режима работы сумматора 23 проис- ходит в районе f 1t , так как длительность строб-импульса выбрана равной половине периода опорного сигнала, а крите рием срабатывания узла сравнения является совпадение/не менее половины узких стоп-импульсов со строб-иУ«гпульсом в течение последовательных измерений. Отсчет чисхСа измерений производится по числу стоп-импульсов. Рассмотрим работу фазометра в окрестностях точек О и 21Г. При измерениях в са«рестности точки 4 О на установочные входы триггера 12через блоки 8 и 9 переключения поступает в опорном канале сигнал с формирователя 1 узких и тульсов, а в канале исследуемого сигнала - сигнал с формирователя 5 широких импульсов. При этом триггер 12 формирует временной интервал, которьА на элементе совпадений 16 заполняется квантующими импульсами, подсчитываемыми счетчиком 20. На вход установки в единицу триггера 13через блок переключения импульсов 10 поступает сигнал с формирователя 7 узкого импульса в исследуемом канале, а на вход установки коль триггера 13 через блок 11 переключения импульсов поступает широкий импульс с выхода формирователя 3 в опорном канале. Триггер 13 формирует временной интервал в том случае, если из-за флуктуации исследуемого сигнала значение измеряемой разности фаз будет меньше нуля. Этот временной интервал заполняется на элементе совпадений 17, квантуюшими импульсами, которые подсчитываются счетчиком 21. Сумматор 23, на выхол е которого формируется результат измерения, производит вычитание содержимого счетчика21 из содержимого счетчика 20. При значениях О триггер 12 остается выключенным в течение периода опорного сигнала за счет широкого стоп-импульса, перекрываюшегр узкий старт-импульс. При значениях ч д триг гер 12 формирует временной интервал, пропорциональный измеряемой разности фаз, а триггер 13 остается выключенным в течение периода опорного сигнала, за счет присутствия на входе установки в ноль широкого опорного импульса, перекрывающего узкий исследуемый импульс. При измерениях R окрестности точки Р 2 ТГ на установочные входы тригге768pa 12 через блоки 8 и 9 переключения ггоступает в опорном канале сигнал с фор мирователя 2 ширся нх импульсов, а в канале исследуемого сигнала - сигнал с формирователя 7 узких импульсов. При этом триггер 12 сформирует временной интервал, который на элементе совпадений 16 заполняется квантуюшими импульсами, подсчитываемыми счетчиком 20, На вход установки в единицу триггера 13 через блок переключения импульсов 10 поступает сигнал с формирователя 1 узкого импульса опорного канала, а на вход установки в ноль триггера 13 через блок, переключения импульсов 11 поступает широкий импульс с выхода формирователя 6 в исследуемом канале. Триггер 13 формирует временной интервал в том случае, если иэ-за флуктуации исследуемого сигнала значение измеряемой разности фаз будет больше 21 , Этот временной интервал заполняется на элементе совпаде ний 17 квантующими импульса ми, которые подсчитывает счетчкпс 21. Сумматор 23, на выходе которого формируе1х;я результат измерения производит сложение содержимого счетчиков 20 и 2 Пр.и значениях триггер 12 остается включенным в течение всего периода опорного сигнала за счет широкого старт-импульса, перекрывающего узкий стоп-импултэС, При значениях f 2/Г триггер 12 формирует временной интерва пропорциональный измеряемой разности фаз, а триггер 13 остается вьшлюченным в течение периода опорного сигнала, за счет присутствия на входе установки в нуль широкого исследуемого импульса, перекрывающего узкий опорный импульс. Предложенное устройство по сравнению с фазометром-прототипом обеспечивает более высокую точность измерения в ок: решностях точек Ои 29Г , что повышает надёйсность работы при эксплуатации радионавигационной системы, в которой используется предлагаемое устройство. Формула .изобретения Цифровой фазометр, выполненный в ви де каналов опорного и исследуемого сигналов и содержащий в каждом из каналов формирователи узкого и широкого импуль сов, соединенные по входу с источникам опорного и исследуемого сигналов, а по выходам - с входами блоков переключения импульсов, триггер - общий для обоад каналов, входы которого подключены к выходам блжов переключения импульсов, 98 первый элемент совпадений, соединенный первым входом с выходом триггера, вторым - с Генератором .квантующей частоты и третьим - с выходом yaia отсчета числа измерений, второй элемент совпадений, первый вход Которого соединен с выходом формирователя строб-импульсов, второй вход -.с формирователем узкого импульса в канале исследуемого сигнала и с входом узла отсчета числа измерений, а выход - с одним из счетчиков, узел.сравнения, выход которого подключен к третьим входам блоков переключения импульсов, а входы, один из которыхУк выходу первого счетчика, а второй - к источнику си1нала Пуск и к второму входу узла отсчета числа измерений, второй счетчик, соедине;:ный с выходом первого элемента совпадений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения аа счет линейности характеристики фазометра, он снабжен в каналах опорного и исследуемого сигналов вторыми формирователями широкого импульса, блоком переключения узких импульсов, блоком переключения широких импульсов, вторым триггером, третьим элементом совпадений, третьим счетчиком и сумматором, причем второй- формироват ель широкого импульса в канале опорного сигнала подключен между источником опорного сигнала и первым входом блгжа переключения широк;их импульсов, а второй формирователь широкого импульса в канале исследуемого С1 гнала подключен между источником исследуемого сигнала и вторым входом блока переключения щиро5 их импульсов, третий вход Которого объединен с третьим входом блока переключения уэких импульсов и третьим входом сумматора, первый вход блока переключения узких импульсов соединен с выходом формирователя узкого импульса в канале исследуемого сигнала, а второй вход его подключен к выходу формирователя узкого импульса в канале опорного сигнала, выходы блоков переключения узких и широких импульсов подключены к входам второго триггера, выход которого соединен с входом третьего элемента совпаде- - V НИИ, второй вход которого подключен к выходу генератора квантующей частоты, третий вход - к выходу узла отсчета числа измерений, а выход - к входу третьего счетчика, выход которого подсоедиЕген -второму входу сумматора, соединенного первым своим входом с выходом второго счетчика.

9681389IQ

Источники информации, принятые во2. Заявка № 2325286/21

внимание при экспертизе.к;:, в 01 R 25/08, 06.О7.76, по кото1. Авторское свидетельство СССР ,рой принято решение о выдаче авторскоhfc 331530, К.Т, G 01 R 25/00, 1974.р свидетельства, (прототип).