Цифровое устройство для измерения частоты сигнала Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть исполь зовано в радиолокации, радионавига-ции радиоуправлении, а также в других областях техники, где необходимо измерение частоты радиосигналов на фоне шума. Известно устройство измерения частоты, состоящее из N пар основных и дополнительных фильтров N амплитудны детекторов с подключенными к их выхода блоком определения номера каналов, уп равляемого коммутатора, двух фазометров, сумматора, блока формирования оценки частоты и блока вычисления частотной поправки fl. Недостаток устройства в том, что оно не обладает возможностью оперативной перестройки при смене характера сигнала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство, состоящее из полосового филь ра, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), умножителя, генератора аргументов, двух тригонометрических преобразователей sinf и , генератора амплитуд, четырех накопителей, квадраторов, сумматоров, блоков извлечения квадратного корня, вычитающих устройств, формирователей коэффициентов и управляющего устройства 1.2 J. Недостатком этого устройства является невысокая точность, обусловленная нелинейностью и невысокой крутизной дискриминаторной характеристики амплитудно-частотных дискриминаторов, на основе которых оно построено, а также влияние на точность измерения частоты погрешностей определения амплитуд ортогональных составляющих сигнала . Цель изобретения - повьппение точности измерения частоты. Эта цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения .частоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор аргумента, основной преобразователь cos/, основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисления отношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя, последовательно соединенные фильтр и аналого-цифровой преобразователь, бло управления, выход которого подключен к входу второго генератора аргумента и к входу первого генератора аргумента, выход которого соединен с входом основного преобразователя slnV, блок формирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу бло ка управления, а также третий и четвертый накопители и блок разности, введены блок обнуления фазы, дополнительные преобразователи , три дополнительных умножителя, дополнительный блок вычисления отношения, первый и второй преобразователи artg и блок определения частотной поправки, вход которого соединен с выходом блока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователя arctgjr, вход последнего соединен с вы ходом блока вычисления отношения, при этом выход блока обнуления фазы подключен к входу фильтра, входы дополни тельных преобразователейCOSУ и sinV объединены и соединены с выходом второго генератора аргзгмента, выходы пер вого и второго дополнительных преобразователей с OS Ч и S} п Ч подключены к первым входам третьего и четвертого дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединен и соединены с Первым входом второго дополнительного умножителя, с вторым входом основного умножителя и с выходом аналого-цифрового преобразователя выходы второго, третьего и четвертого дополнительных умножителей подключены к входам второго, третьего и четвертого накопителей, выходы третьего и четвертого накопителей соединены с вх дами дополнительного блока вычисления отношения, вьгход последнего подключен к входу второго преобразователя arctgJf, выход которого соединен с вторым входом блока разности, выход блока определения частотной поправки соединен с вторым входом блока формирования оценки частоты, а выход основ ного преобразователя sinf подключен к второму входу второго дополнитель.ного усилителя. На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового устройства для измерения 8 24 частоты сигнала; на фиг. 2 - фазочастотные Характеристики корреляторов и характеристика фазочастотного дискриминатора. Устройство содержит блок 1 обнуления фазы, полосовой фи.аьтр 2, АЦП 3, генераторы 4 и 5 аргументов, преобразователи 6 и 7 cosV, преобразователи 8 и 9 , умножители 10, 11, 12 и 13, накопители 14, 15, 16 и 17, блоки 18 и 19 вычисления отношения, преобразователи 20 и 21 arctg , блок 22 разности ( сумматор) , блок 23 определения частотной поправки, блок 24 формирования оценки и блок 25 управления. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал и(t) cos (2rfгft ft , где f - подлежащая измерению частота сигнала, а начальная фаза, после прохождения через блок 1 обнуления фазы, где частота сигнала делится в г раз, становится равен U(t) . Пройдя через полосовой фильтр 2, сигнал кодируется в АЦП 3 в дискретные моменты времени (k 0,1,2...). Интервал дискретизации ut, выбираемый условия дискретизации узкополосных Сигналов, равен&ts г, где лР - полоса пропускания полосового фиипьтра 2. В моменты времени kAt в генераторах 4 и 5 формируются аргументы ZfC(fQ-&f)k&t и (), где fo ожидаемое значение частоты сигнала, Л.{- ширина частотного дискриминатора. В преобразователях 6 и 8 формируются дискретные значения функций cosYxf и , а во вторых преобразователях {cosV) и (sinV) 7 и 9 формируются дискретные значения функций sin, которые поступают на умножители 10, 11, 12 и 13 соответственно, где перемножаются с кодами выборок сигнала N(k). Произведения поступают на накопители 14, 15, 16 и 17, на выходах которых соответственно образуются суммы А i: М(к), в. - S NU) sihif., 1 1/-П (K)COSM2, Б2 2 ) , где количество слагаемых М определяется длительностью сигнала Т и интервалом дискретизации . 5, суммы являются дискретными ан логами корреляционньтх интегралов А Ju(t) , В -- ГиСЪ) о .о А.1 ГОШС05Ч 2 3, .2.1 U(-t)siH , оQ . где cosMlf, cosfjj ,- непрерывные sinfg аналоги функций cosHlj, cos-fa, sinf, sin fa. Ha выходе блоков 18 и 19 образуют ся отношения и §, которые равны о. п А А-г %Qi, || tgd. Следовательно, на выходах преобра зователей 20 и 21 имеют место значения углов ©.--arcrtg f ив.агсЪ При равенстве нулю начальной фазы и решении интегралов имеем .1t(T & --агсЬ simaitcf T -i-COC 2ttd T 1ЩЩТ где(5;--Ь(о-), сУ.)Эти выражения являются линейными функциями частотных расстроек d)j и (52 и представляют собой фазочастот ные характеристики корреляторов, показанные на фиг. 2а. Сумма Q Q. 4 Q.2 образуемая на выходе сумматора 22, также являет ся линейтюй функцией частотной расстройки сГ f - и представляет собой диСКриминаторную характеристику Gj Kcf, показанную на фиг. 26. Поделенное в блоке определения частотной поправки 23 на величину К значение Q в виде частотной поправ ки d складывается в блоке 24 формиро вания оценки частоты с величиной , на выходе которого образуется истинн значение частоты сигнала. . В данном случае крутизна дискрими наторной характеристики равна 5 f Если размах характеристики равен ± и точность измерения фазы составляет 1 , то относительная точность измере НИН фазы и разрешающая способность по частоте будет составлять 1/180, т.е. приблизительно в 20 раз выше, чем у прототипа. 2 Таким образом, в цифровом устройстве для измерения частоты сигнала, основанном на фазочастотных различиях сигнала, реализуется повьш1ение точности измерения частоты сигнала благодаря принципиально линейной дискриминаторной характеристике, отсутствию зависимости измерения частоты от погрешностей измерения амплитуды, а татсже больщой крутизне, дискриминаторной характеристики. Формула изобретения Цифровое устройство для измерения частоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор аргумента, основной преобразователь cosf, основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисления Отношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя, последовательно соединенные фильтр и аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого подключен к входу второго генератора аргумента и к входу первого генератора аргумента, выход которого соединен с входом основного преобразователя si пЧ, блок формирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а также третий и четвертый накопители и блок разности, отличающеес я тем, что, с целью повьшгения точности измерения, в него введены блок обнуления фазы, дополнительные преобразователи cosf и , три дополнительных умножителя, дополнительный блок вычисления отноше:ния, первый и второй преобразователи arctq M блок определения частотной поправки, вход которого соединен с выхЬдом блока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователя arctg, вход последнего соединен с выходом блока вычисления отношения, при этом выход блока обнуления фазы подключен к входу фильтра, входы дополнительных преобразователей объединены и соединены с выходом второго генератора аргумента, выход первого и второго дополнительных преобразователей cos f и sinV подключены к первым, входам третьего и четвертого дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом второго ополнительного умножителя, с вторым

входом основного умножителя и с выходом аналого-цифрового преобразователя, выходы второго, третьего и четBepTofO дополнительных умножителей подключены к входам второго, третьего 5 и четвертого накопителей, вькоды третьего и четвертого накопителей соединены с входами дополнительного блока вычисления отношения, выход последнего подключен к входу второго преоб- to разователя arctgf, выход которого соединен с вторым входом блока разности, выход блока определения частотной поZj-iZn

правки соединен с вторым входом блока формирования оценки частоты, а выход основного преобразователя sinf подключен к второму входу второго дополнительного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 47826, кл. G 01 R 23/00, 1975 (прототип) . fftutt