Устройство для измерения фазовых сдвигов

 

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов наложенных радиоимпульсных сигналов. Устройство содержит вычислитель 1-1, сумматор 2-1, делитель 4-1, фазовращатель 3-1, два канала, включающие амплитудные детекторы 5-1 и 5-2, элемент 6-1 выделения квадратов огибающих , блок 11-1 выборки-хранения и блок 12-1 вычисления арктангенса. Введение вычислителей 1-2 и 1-3, сумматора 2-2, фазовращателя 3-2, делителя 4-2, а в каналы - элемента 6-2 вьщеления квадратов огибающих, фильтров 7-1 и 7-2 верхних частот, дифференциатора 8, преобразователя 9 полярности импульсов, формирователя 10 управляющих сигналов, блока 11-2 выборки-хранения, блока 12-2 вычисления арктангенса и образование новых функциональных связей повышают точность измерения фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным . 4 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С4

Ю

Сп сО 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4121872/24-21 (22) 30.06.86 (46) 30.01.88. Бюл. 11 4 (71) Омский политехнический институт (72) С.П.Седельников, И,А.Щуров, С.И.Журавлев и В.Г.11ельников (53) 621.317(088.8) (56) Аналоговые и цифровые интегральные схемы/Под ред. С.В.Якубовского, M.: Coa ° радио, 1979, с. 527.

Авторское свидетельство СССР

Р 1041956, кл, G 01 R 25/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОBbIX СДВИГОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов наложенных радиоимпульсных сигналов.

Устройство содержит вычислитель 1-1, сумматор 2-1, делитель 4-1, фазовраU (t

„„SU„„1370597 А 1 щатель 3-1, два канала, включающие амплитудные детекторы 5-1 и 5-2, элемент 6-1 выделения квадратов огибающих, блок 11-1 выборки-хранения и блок 12-1 вычисления арктангенса.

Введение вычислителей 1-2 и 1-3, сумматора 2-2, фаэовращателя 3-2, делителя 4-2, а в каналы — элемента

6-2 выделения квадратов огибающих, фильтров 7-1 и 7-2 верхних частот, дифференциатора 8, преобразователя

9 полярности импульсов, формирователя 10 управляющих сигналов, блока

11-2 выборки-хранения, блока 12-2 вычисления арктангенса и образование новых функциональных связей повьппают точность измерения фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным. 4 ил. () =А s > n (1+ ц + ||, ) Г 1 (t - t,, ) - 1 (t,- t, ) ) +A 2 s i n (4 ь | + " 2 (t)=A и(„++|, ) (1(t,) 1(t-t,))+A2sin(v2|+| -4,2) 11(t-t2)- (-t )j (1) — фазовый сдвиг между

2 вторыми радиоимпульса

1 ми по каналам; время начала и конца первого радиоимпульса; время начала и конца второго радиоимпульса.

На входах сумматора 2-1 и вычитателя 1-1 формируются сигналы: где А,, „ амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса; фазовый сдвиг между первыми радиоимпульса- 50 ми по каналам; амплитуда, частoTа и начальная фаза второго радиоимпульса;

А,, ц

11 (t )=2A, сов(У, ) зз п(ы +Ч)Д (t — t, )-1 (t-t, ))+2A2cos(4)sin(i 2 t+ q ))1(t-t)-1(t,-t ))

U,(t)=2A, sin(y,,)cosh!1+|, ) il (t-t, )-1(t-1 ))+2А sin(y)cos(u>2t+ |р )(1 (t-t,)-1(t-t, )1Ii

1 1370597

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов наложенных радиоимпульсных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерений фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2, 3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит вычитатели

1-1, 1-2, 1-3, сумматоры 2-1, 2-2, фазовращатели 3-1, 3-2, делители 4-1, 4-2, первый и второй каналы, в которые входят соответственно первый 5-1 и второй 5-2 амплитудные детекторы, первый 6-1 и второй 6-2 элементы выделения квадратов огибающих, первый

7-1 и второй 7-2 фильтры верхних частот, дифференциатор 8, преобразователь 9 полярности импульсов, форми- 25 рователь 10 управляющих сигналов, блоки ll""1, 11-2 выборки-хранения, блоки 12-1, 12-2 вычисления арктангенса.

Входы вычитателя 1-1 и сумматора

2-1 объединены и являются входными шинами устройства. К первой входной шине устройства присоединены также входы линейного амплитудного детектора 5-1 и дифференциатора 8. Выход сумматора 2-1 связан с входом фазовращателя 3-1, а выход фазовращателя 3-1 соединен с одним из входов делителя 4-1, другой вход которого соединен с выходом вычитателя 1 — 1, Выход делителя 4-1 связан с информационным входом блока 11-1 выборкихранения, управляющий вход которого подключен к прямому выходу формирователя 10 управляющих сигналов. Вход формирователя 10 управляющих сигналов через преобразователь 9 полярности импульсов соединен с выходом дифференциатора 8. Выходы линейных амплитудных детекторов 5-1 и 5-2 связаны с входами элементов 6-1 и

6-2 выделения квадратов огибающих соответственно,;|ричем вход линейного амплитудного детектора 5-2 подключен к второй входной шине устройства.

Выходь| элементов 6-1 и 6-2 выделения квадратов огибающих соответственно через фильтры 7-1 и 7-2 верхних частот соединены с входами вычитателя

1-2 и сумматора 2-2. Выход сумматора 2-2 через фазовращатель 3-2 связан с одним из входов делителя 4-2.

Выход последнего подключен к информационному входу блока 11-2 выборкихранения, управляющий вход которого связан с инверсным выходом формирователя 10 импульсов. Выходы блоков

11-1 и 11-2 выборки-хранения через блоки 12-1 и 12-2 вычисления арктангенса соответственно подключены к входам вычитателя 1-3. Выход блока 12-1 вычисления арктангенса подключен к первой выходной шине устройства, а выход вычитателя 1-3 — к второй выходной шине устройства.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входы поступают два наложенных радиоимпульсных сигнала с неизвестными частотами и прямоугольными огибающими |-|1 (С ) и U 2(1 ) (фиг. 2 ) 3 l370597

I

rye U„ t> и .:,(+.) — соответственно пает па вход делителя 4-1, а на втосуммарный и раз- рой вход делителя поступает сигнал ностный сигналы. /1,(t). На выходе делителя формируетсигнал ц,(1 ) с помощью фазовраща- ся напряжение

5 теля 3-1 сдвигается на угол и посту2А,я1п(1«««/г)соя(1, г+ д,)(1(г-,, ) 1(-t 4)J+2A.я1п(ч 1/г,соя(юг 1+ 4;)(1(t-t ) — (4- )) 2А, соя(1 7соя7,.«,t+ Н, ) (1(tt, )-1(- 4 )+2А гсоя(ч,«1) соя (1",+-+ / г (3) где U (1) — выходной сигнал делителя.

Вместе с этим дифференциатор 8 формирует короткие импульсы импульсы положительной полярности

U,„ (t) (фиг. 4). Формирователь управляющих сигналов формирует импульсы U„(t) управления работой блоков выборки-хранения с предварительной задержкой фронта. Так, в момент времени t, управляющий импульс

v„(t) = — - ---, где V„(t) — сигнал производной огибающей, соответствующий моментам t,, t q появления и г;г, t наложения радиоимпульсов (фиг. 4), Преобразователь полярности им25 пульсов преобразует импуль я отрицательной полярности, соответствующие с/ц,(t j отрицательному значении ††- --, в

dг, V (t)=l («--<,+;) 1(t t ), (4) где 7 — время задержки импульса необходимое для устранения переходных процессов, поступает на управляющий вход блока

11-1 выборки-хранения и обеспечивает выборку из (3) части сигнала, соответствующей открытому участку

U (t)2A, sin(«/1) соя (1/, t+ «) I 1 («,-t, + ) — l (t-t Ц

2А, сся71/1 7соя(ы„ t+ p,7Г 1(г.-t«,+" ) — 1 Г -tг:)г пг что также соответ=твует вой и второй парой

Параллельно с работой сумгатора наложенных радиоим2-1 и вычитателя 1-1 линейные ам- пульсов. пли,y/jHble детекторы 5 -1 и 5-2, зле- 35 После суммирования и вычитания менты 6-1 и 6-2 выделения квадратов сумматором 2-2 и вычитателем 1-2 и огибающих и фильтры 7-1 и 7-2 верх- сдвига раэностного сигнала на ///2 них частот выделяют и преобразуют фазовращателем 3-2 выражения (6) и сигналы огибающих, которые перед по- (7) принимают следующий вид (фиг.3): ступлением на входы сумматора 2-2

t = А,Агсоя Д-+ò соя/В 2, вычитателя 1-2 имеют следующий вид:

В

U, (t)=2A,À.соя(Я1+у+/В 2); (6) U>(t)= A«A2cos(at+a)sing!г, (9)

Делитель 4-2 работает аналогично

45 делителю 4-1, и на его выходе форми1/ „(:),U ((t) — выражение перемен- руется напряжение, соответствующее ных составляющих в

1 первом и втором ка(10) налах соответствен- где /,« и «, — фаэовые сдвиги между

1 но;

50 первой и второй парой

Я =, —, — частота биений оги- наложенных радиоимпульбающих радиоимпуль- сов. сов; Блоки 12-1 и 12-2 вычисления аркразность начальных тангенса формируют напряжения иэ (5)

« г фаз первого и второ- и (10), соответствующие значениям го наложенных радио 5 углов /1 и ««/ — /1 соответственно, //г 1/г 2/г импульсов; а вычитатель 1-3 из этих напряжений — разность фазовых формирует напряжение, соответствуюсдвигов между пер- щее углу — 1 „.

1370597

Up(t )sign(Uр(t ))+ Up(С )signjU (t")1 " U„gt 7sign(U„gt 7)+ П„7С "7з gn (U (t "$7

Таким образом, выходные сигналы устройства U,$ и 11„ соответствуют фаэовым сдвигам Ч„,и „, соответственно, 6

По сравнению с предлагаемым в базовом объекте фазовые сдвиги ц и

1 определяют иэ соотношения:

35 (12) 40 где q измеряемые фазовые сдвиги;

С, t — моменты времени, при которых огибающая раэностного сиг- 10 нала имеет максимум и минимум соответственно;

v,(t), U„(t) — огибающие разностного и сдвинутого суммарного сигна- 15 лов соответственно;

Up(t) q

V„(t) — разностный и сдвинутый суммарный сигналы соответственно. 20

Допустим, что на вход устройства поступил наложенный радиоимпульс, длительность которого равна половине

I периода огибающей. Тогда с достаточной точностью (0,95)может быть опре- 25 делен только один из экстремумов огибающей разностного сигнала. Допустим, что экстремум в момент t" определен с точностью 0,9 от истинного значения, при этом значение оги- 30 бающей Б„(С ") также равно 0,9 от истинного значения, которое должно быть в момент этого экстремума. По-сле обработки сигналов получим

1-0 45 у =2arctg --- †-- = -106

1 0,4-0,81

1+О 45 р =2arctg †- — — =100 .

2 0,4+0,81

Если экстремум огибающей раэностного сигнала в момент времени определен с точностью 0,8 от истинного значения, то полученные фазовые сдвиги равны ч,=-124 ; ц,=103 и по- 45 грешность определения составит для

34 ; для v 5 . Рассмотрен далеко не самый худший случай. Длительность радиоимпульсов может быть в десятки раз меньше периода биений огибающей, который зависит от соотношения частот наложенных радиоимпульсных сигналов.

Погрешности такого порядка могу вызвать и внешние шумы во входном воздействии или внутренние помехи как случайного, так и детерминированного характера. формулаизобретения

Устройство для измерения фазовшх сдвигов, содержащее первый сумматор, первый вычитатель, входы которых объединены и подключены к входным шинам устройства, первый фаэовращатель, вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый делитель, первый блок выборки-хранения и первый блок вычисления арктангенса, причем один вход делителя подключен к выходу первого фаэовращателя, а другой— к выходу первого вычитателя, и два линейных амплитудных детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений фазовых сдвигов наложенных сигналов при значениях их частот, близких к когерентным, в него введены последовательно соединенные дифференциатор, преобразователь полярности импульсов и формирователь управляющих сигналов, первый и второй элементы выделения квадратов огибающих, первый и второй фильтры верхних частот, второй сумматор, второй фазовращатель, второй и третий вычитатели, второй делитель, второй блок выборки-хранения и второй блок вычисления арктангенса, причем вход дифференциатора соединен с одним из входов устройства, входы первого и второго амплитудных детекторов соответственно соединены с входными шинами устройства, а выходы соответственно через первый и второй элементы выделения квадратов огибающих соединены с входами первого и второго фильтров верхних частот соответственно, выходы первого и второго фильтров верхних частот подключены к входам второго сумматора и второго вычитателя, выходы которых соединены с входами второго фазовращателя и второго делителя соответственно, причем второй вход второго делителя подключен к выходу второго фазовращателя, а выход соединен с информационным входом второго блока выборкихранения, при этом выход первого блока вычисления арктангенса подклю7 13 чен к первой выходной шине устройства и к первому входу третьего вычитателя, второй вход которого через второй блок вычисления арктангенса соединен с выходом второго блока выборки-хранения, управляющие входы

70597 8 первого и второго блоков выборки-хранения соответственно подключены к прямому и инверсному выходам форми5 рователя управляющих сигналов, второй выходной шиной устройства является выход третьего вычитателя.

1370597

Составитель Л.Воронина

Редактор И.Рыбченко Техред А.Кравчук Корректор И,Муска

Заказ 4!6/46

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

)!3035, Мрсква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4