Устройство для измерения частоты Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радионэмерительной технике и может быть ир пользовано при анализе радиолокацип онной информации, Известно устройство для измерени частоты на основе анализа нуль-пересечений, содержащее последователь но соединенные блок формирования им пульсов нулей и счетчик импульсов U Недостатком устройства является низкая точность,измерения частоты. Известно также устройство для измерения частоты по переходам напряжения через нулевой уровень, содержащее последовательно соединенные счетчик чисел, соответствукдцих моментам нуль-пересечений, умножитель и с.умматор, счетчик числа нуль-нересечений, выход которого подключен к второму входу умножителя, а вход соединен с первым входом счетчика чис, соответствующих моментам нуль-пересечений, а также генератор эталонных меток времени, соединенный выходом с вторым входом счетчика чисел, соответствующих моментам нуль-пересечений 21, Недостатком устройства является его чувствительность к неизвестной случайной начальной фазе сигнала,что приводит к значительным систематическим погрешностям в случае неравенства начальной фазы нулю. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем,; что в устройство для измерения частоты, содержащее последовательно соединенные первый счетчик, умножитель и сумматор, второй счетчик, вход которого соединен, с первым входом первого счетчика, и эталонный генератор, выход которого соединен с -вторым входом первого счетчика, введены блок вычитания, блок памяти и делитель, первый вход которого соединен с вваходом сумматора, а второй с первым выходом блока памяти, второй выход которого, а также выход второго счетчика соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом умножителя. На чертеже показана структурная схема устройства для измерения частоты. Устройство содержит эталонный генератор 1, первый счетчик 2, умножитель 3, сумматор 4,-второй счетчик 5, блок вычитания 6, блок памяти 7 и делитель 8,

Устройство работает следующим образом.

Пусть исследуемый сигнал имеет вид

UH Tle SCt expjZltftl-vntf), (1)

где S(t) - комплексная огибающая сигнала;,

f - частота сигнала; n(t) - шумсЗвая составляющая. ,

При .достаточно большом отношении сигнал/шум, по мощносУтит, моменты нульпересечений сигнала могут быть представлены в виде ,

H-o,i.2,...N; (2)

где TO - период сигнала; . п - номер нуль-пересечения; - случайная флуктуация И-го нуль-пересечения«обусловленная шумовой составляюще сигнала.

Применяя метод наименьших квадратов, оценку частоты сигнала можно найти из условия

(о -- ЧV«TO. :(3)

этом

, Nbv,

I

(4)

о N Л NN .л

N Sint,-TlnS--t

mo mo h--o

Недостаток алгоритма (4) состоит в необходимости формирования двух

статистик. 5itt-t.,M hO

Выражение (4) может быть значительно упрощено без ухудшения качественных показателей алгоритма, если отнести оценку I к середине интервала- наблюдения, °т.е. суммирование в выражении (4) производить в симметричных пределах -i , при этом алгоритм оценки частоты примет вид

N-t

2tcp

(5)

N-I/Z л

Z1 n-t

М

-Ы-||а

Из .сравнения выражений (4) и (5) вццно, что последнее требует выполнения меньшего объема вычислений,что обеспечивает более простую техническую реализацию устройства.

Предлагаемое устройство для,измерения частоты обеспечивает реализацию операций, определяемых выражением (5). Поток нуль-пересечений исследуемого сигнала поступает на объединенные входы счетчика 2 чисел, соответствующих моментам нуль-пересечеНИИ, и счетчика 5 числа нуль-пересечений. На выходе счетчика 5 формируется число п, равное количеству переходов исследуемого сигнала через нулевой уровень в течение интервала с наблюдения. Одновременно в счетчике 2 формируются числа -t у, , которые соответствуют интервалу времени от начала интервала наблюдения до п-го пересечения сигналом нулевого уровня, Эти числа соответствуют количеству счетных импульсов эталонного генератора допустивших на вход счетчика за указанные интервалы времени.

Поскольку устранение влияния слус чайной начальной фазы обеспечивается переносом оценки частоты f к середине интервала наблюдения,: в- блок памяти 7 введено Число М, равное половине количества нуль-пересечений, которые должны быть проанализированы, т.е. задается фиксированная длина выборки по количеству нулей. ЧисЯо М из блока памяти 7 и числа п счетчика 5 поступают на входы блока вычитания б, на выходе которого формируется разность чисел . Указанная разность чисел Vi с выхода i блока вычитания 6 я числа с выхода счетчика 2 поступают на вход умножителя 3, который реализует oner 0 рацию вычисления п%ц, Полученное

произведение подается на вход сумматора 4, на выходе которого формируется число, равное , и поступает на вход делителя 8. Кроме 5 этого, ячейку памяти 7 введено число 2, S h . Эта константа используется B ika4ecTBe делимого в блоке делителя 8, на выходе которого получают искомую оценку частоты f

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты, содержащее последовательно соединенные первый счетчик,,умножитель .и сумматор, второй, счетчик, вход которого соединен с первым входом первого счетчика и входной шиной и

эталонный генератор, выход которого соединен с вторым входом первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок.

вычитания, блок памяти и делитель, первый вход которого соединен с выходом сумматора, а второй - с первым выходом блока па1мяти, второй выход которого, а также второго счетчика соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом умножителя.

Источники информации, прин.ятые во внимание при экспертизе 1. Колчинский Б.Е... Мандуровский И.А. Константиновский М.и. Автономные допплеровские устройства и системы навигации летательных аппаратов. М. , Сов,радио , 1975, с. 233.

2. Андроной И.С. Снитко Б.Н. Об измерении частоты по переходам напряжения через нулевой уровень. Радиотехника , т. 29, 6, 1974.