Цифровой следящий астатический фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/08 

(54) ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ АСТАТИЧЕСКИЙ ФАЗОМЕТР

1

Изобретение относится к электри ческим измерительным устройствам и может быть использовано для измерения разности фаз, например, непрерывно изменяющейся в пределах значительно больше полного угла (360), в условиях воздействия шумов и флуктуационныхпомех, например вприемоиндикаторных фазовых радиогеодезических и радионавигационных систем. Известны цифровые фазометры выборочных значений,в которых повышение помехоусзтойчивости да стигается усреднением отсчетов по ряду выборок с постоянным измерительным временем 1 J.

Недостатком фазометров является сложность получения следящего рода работы, а также большие ошибки при измерении непрерывно изменякадейся разности фаз.

Известен цифровой следящий фазометр (ЦСФ) , содержащий формирователь интервалов, генератор счеТных (квантующих) импульсов, делители, реверсивный и линейный счетчики и блок вычитания ,йли ключи параллельного переноса содержимого реверсивного счетчика в линейный в дополнительном коде, которые обеспечивают непрерывное измерение разности фаз, изменякщейся в пределах.

значительно превышаннцих 360° (предел измерений ограничен емкостью реверт сивного счетчика целых циклов, являющегося составной частьк ЦСФ) t2l.

Известный фазометр обладает некоторой помехоустойчивостью благодаряограниченной скорости отработки, однако при воздействии на входные сигналы шумов и помех, которые вызывают

ia флуктуации мерного интедзвала, отсчеты в них также флуктуируют, особенно в области низких частот, что снижает ,их точность.

Цель изобретения - повышение точ15ности цифрового следящего фазометра в условиях воздействия флуктуацион- , ных шумов и помех.

Указанная цель достигается тем, что в ЦСФ, содержащий генератор

20 квантующих импульсов, подключенный к формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям нам и на N, реверсивный и линейный счетчики по модулю N, подклю25ченные к блоку вычитания содержимых реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на М, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейным счетчиком, два ключа вво30да приращений в реверсивный счетчик. блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимого линейного счетчика, дополнительно введены сумматор-накопитель, один вход которого через первый ключ вв да в сумматор соединен с выходом бл ка вычитания, а первая пара выходов с первыми входами элементов совпаде ний, причем управляющий вход ключа соединен с входом блока задержки и выходом делителя на N, пороговые элементы с дискриминаторами знака, входы которых соединены с второй па рой выходов сумматора-накопителя, а выходы через элементы совпадений с первыми входами ключей ввода приращений, вторые входы которых соеди нены с выходом блока задержки, вто рой блок задержки на один такт, бло хранения .константы затухания, соеди ненный с другими входами сумматораНакопителя через второй и третий ключи- ввода; в сумматор, управляющие входы которых соединены с выходами элементов совпадений и второго блок задержки и, вход которого соединен с выходом первого блока задержки. На фиг. 1 приведена схема фазометра; на фиг. 2 и 3 - переходные характеристики устройства. Устройство содержит генератор 1, формироватепь 2, делители , бло ки б и 7 задержки, счетчики 8 и 9, блок 10 вычитания из содержимого счетчика 8, ключи 11, 17 и 19, 18 и 20, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим ключами ввода в cyMiviaTop-накопитель 12 и ключa ш ввода приращений в счетчик 9, порог вые элементы 13 и 14 соответственно для отрицательного и положительного содержимого сумматора 12, потенциал ные элементы 15. и 16 совпадений, блок 21 хранения константы С в прямом и дополнительном кодах. Устройство работает следующим образом. В формирователе 2 создаются паке ты- квантующих импульсов, количество которых в пакете пропорционально разности фаз входных сигналов. Эти пакеты через делитель 3 подаются на вход счетчика 8. Импульсы с выхода генератора 1 одновременно поступают через делитель 4 на делитель 5, и н выходе последнего образуются управляющие импульсы. Отсчет разности фаз формируется в счетчике 9 следующим образом. Пусть содержимое счетчика 8 m{mfN), содержимое счетчика 9 n(nx;N) отношение длительности пакета к периоду входных сигналов а; частота следования импульсов генератора 1 f . Тогда част.ота следования управляющих И1 шульсов на выходе делителя 5 будет , а период . М выбирается так, чтобы F была- ниже наименьшей возможной частоты входных сигналов, а выбирается из условия, чтобы f/N была выше наивысшей возможной частоты сигналов. Управляющий импульс с выхода делителя 5, воздействуя на ключ 11, производит занесение )азности m-n (по модулю N), Образовавшейся в вычитающем устройстве 10, в сумматор 12, где она добавляется к содержимому сумматора 12, .а затем, пройдя через блок б задержки, производит очистку счетчика 8. После этого счетчик считает импульсы с выхода делителя 3. К моменту прихода следующего управляющего импульса в счетчике накопится т - a,fT/M аМ импульсов. При кратности частот входных сигналов и генератора 1 это соотношение выполняется точно, при некратности статистически. Если п j т, каждый управляющий импульс заносит в сумматор 12 разность т-п (с ее знаком). Как только его содержимое превысит заданный порог, на выходе пороговых элементов 13 или 14 (в зависимости от знака содержимого) появляется . разрешающий потенциал, прикладываемый к ключам 15 или 16, на второй вход этих ключей подается потенциал , его знаковых выходов сумматора 12, так что в зависимости от знака открыт ключ 15 или 16, Выходные потенциалы последних открывают ключи либо 17 и 18 (при положительном знаке содержимого сумматора) , . либо 19 и 20 (при отрицательном знаке). УправляюЩИЙ импульс с выхода схемы б задержки, пройдя через открытый ключ 18 или 20, занесет в счетчик 9 положительное или отрицательное приращение, приблизив к m его содержимое п. Содержимое сумматора будет возрастать до тех пор, пока количество введенных приращений не сделает . , если в систему не ввести затухание, то возникнет колебательный процесс - п будет колебаться вокруг m как центра-пьисго значения. Для устранения этого явления содержимое аккумулятора после занесения в него разности m-n и сформирования импульса приращения в счетчик 9, уменьшается по абсолютной величине на некоторую константу С, значение которой хранится в блоке 21 и вводится B сумматор 12 через ключи 17 и 19 в прямом и дополнительном коде при воздействии разрешающего потенциала с выхода одного из-элементов 15 или 16 совпадений и управляющего импуль-, са, прошедилего через блоки 6 и 7 задержки. Работу устройства можно пояснить рафически, построив его переходную арактеристику - зависимость содеримого счетчика 9 и сумматора 12 от времени при скачкообразном иэмеЕ1ении входной разности фаз (фиг, 2). Такая же зависимость при фиксированной максимальной скорости нарастания разности фаз. Эта скорость равна F частоте поступления управляющих импульсов с выхода делителя 5 (фиг. Пусть, например, порог равен 8 еди ницам; принятым доя.измерения разности фаз, константа затухания С 4. Номера моментов по оси времени t соответствуют последовательным моме там поступления управляющих импульсов, заносящих приращения в счетчик .В исходном состоянии устройство находится в равновесии ( ). Пусть в момент входная разность фаз изменилась скачком на 5 единиц (фиг, 2) . Тогда и в сумматор 12 будет занесена эта величина. Поскольку 5 меньше порога, отработк не будет. В момент следующий управляющий импульс заносит в сумма тор 12 снова m-n 5, происходит превышение порога, в счетчик 9 зано сится 1 и становится , в момен , 5 вводится затухание и содержи мое сумматора 12 становится , В момент t-2 в сумматор снова заносится m-n, равная теперь 4, снова превышается порог, в счетчик 9 зано сится еще 1/ так что теперь становится , в момент , 5 снова вносится затухание С 4 и т.д. Ког да , отсчет содержимое счетчика 9 равен разности фаз входных сиг налов. Если флуктуации не выходят за порог, то они не влияют на отсчет, изменения отсчета на tl кюгут вызвать лишь большие флуктуации, ре ко вс.тречающиеся. Таким образом, по мехоустойчивость фазометра заметно повышается. При изменении входной разности фаз с постоянной максимальной скоростью (фиг. 3) разность m-n возрастает с каждым шагом на 1, содержи мое cyMvjaTopa 12 возрастает как сумма арифметической прогрессии до достижения порога. Как только достиг нут порог, в счетчик 9 поступает единичное приращение, уменьшсцощее разность m-n на 1, а из содержимого сумматора 12 вычитается константа (момент t-4,5), после этого наступает динамическое- равновесие, содержимое счетчика 9 ак же и с той же скоростью возрастает, а содержимое сумматора 12 колеблется вокруг порогового значения, то возрастая на величину m-n-4, то убывая на величину , Между отсчетом (в счетчике 9 ) и входной разностью фаз существует постоянное запаздывание в 3-4 единицы, т.е фазометр ведет себя как следтцая система с астатизмом первого порядка. Таким образом, реверсивный счетчик 9 будет отрабатывать разность фаз входных сигналов, причем при переходах через О или ЗбО будут вырабатываться выходные импульсы переноса соответствующего знака в счетчик целых циклов . Поскольку содержимое сумматора 12 при максимальной скорости отработки возрастает как сумма арифметической прогрессии, можно установить связь между величиной порога р и константой затухания С: р«С(С+1)/4 Таким образом, выбранное для примера значение порога завышено, и при смене направления изменения разности фаз может возникнуть неустойчивость. Предлагаемая схема позволяет получать помехоустойчивые цифровые фазометры в микроэлектронном исполнении,, при этом она обеспечивает измерение разности фаз, изменяющейся в самых широких пределах. Формула изобретения Цифровой следящий астатический фазометр, содержащий генератор квантующих импульсов, подключенный к формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям на М и на N, реверсивный и линейный счетчики по модулю N, подключенные к блоку вычитания содержимых реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на М, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейньм с-четчиком, два ключа ввода приращений в реверсивный счетчик, блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимого линейного счетчика, о т л и чающийся тем, что с целью повышения точности в условиях воздействия флуктуационных шумов и помех, в него дополнительно введены сумматор-накопитель, один вход которого через первый ключ ввода в сумматор соединен с выходом блока вычитания, а первая пара выходов - с первыми входами элементов совпадений, причем управляющий вход ключа соединен с входом блока задержки и выходом делителя на N, пороговые элементы с дискриминаторами знака, входы которых соединены с второй парой вькодов сумматора-накопителя, а выходы через элементы совпадений - с первыми входами ключей ввода приращений, вторые входы которых соединевы с выходом блока задержки, второй блок задержки на один такт, блок хранения константы затухания, соединенный с другими входами сумматоранакопителя через второй и третий ключи ввода в сумматор, управляющие входы которых соединены с выходами элементов совпадений и второго блока задержки, вход которого соединен с выходом первого блока задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Глинченко А.С. и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Ново,сибирск, Наука, 1979, с. 23-29.

2.Авторское свидетельство СССР № 661399,- кл. G 01 R 25/00, 19.77.