Способ измерения сдвига фаз

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА. ФАЗ, заключающийся в том, что формируют сигнал, ортогональный опорному , производят операции ограничения и перемножения сигналов, интегрируют и определяют значение фазового сдвига, отличающийся тем,, что, с целью пЬвыше.ния точноети измерения в широком диапазоне отношений сигнал/шум, измеряемый сигнал суммируют с двумя опорными, взаимно-ортогональными сигналами, причем ограничивают оба суммарных сигнала , перемножают ограниченную сумму измеряемого и опорного сигналов и ограниченный ортогональный опорный сигнал, а также ограниченную сумму измеряемого сигнала и ортогонального опорного сигнала и ограниченный опорный сигнал. а 9

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3ц ) 6 01 Р 25 00

I ь, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3392169/18-21 (22) 03.02.82 (46 ) 15. 11. 83. Бюл. 9 42 (72) 3 ° Я.Биншток и М.Б.Товбис (71) Красноярский политехнический институт (53) 621.317.77(088;8) (56) 1. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Под ред. С.Ф.Корндорфа.

Новосибирск, "Наука", 1979,с. 13.

2. Авторское свидетельство СССР

9 928247, кл. С 01 Р:25/00, .1978. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА, ФАЗ, заключающийся в том, что формируют сигнал, артогональный опорному, производят операции ограничения

„„SU„„ I 054791 А и перемножения сигналов, интегрируют и определяют значение фазового сдвига, отличающийся тем,.что, с целью повышения точнос- ти измерения в широком диапазоне от ношений сигнал/шум, измеряемый сигнал суммируют с двумя опорными, взаимно-ортогональными сигналами, причем ограничивают оба суммарных сигнала, перемножают ограниченную сумму измеряемого и опорного сигналов и ограниченный ортогональный опорный сигнал, а также ограниченную сумму измеряемого сигнала и ортогонального опорного сигнала и ограниченный опорный сигнал.

1054791!

15

Т

30 Ч„= (sign(sin w t)sign(s(tl+ccsul t))dt, (ij где Т - время интегрирования;

5() - измеряемый сигнал;

5(С)=0 зм((и „1+6);) ц) з1пыф,— опорный сигнал и ортогосозш + нальный опорный сигнал.

Строгая пропорциональность между

Ч, Ч и результатами интегрирования произведений ограниченных сигна45 лов обеспечивается, во-первых, тем что отношение сигнал-шум до операции ограничения за счет операции суммирования превышает единицу Во всем диапазоне отношений измеряемого сигнала и шума, во-вторых, тем что значения „ и ) близки к нулю ,эа счет соответствующей комбинации .перемножаемых сигналов.

Абсолютные значения сдвигов фаэ:Я„ и М не превышают 20; что

55 следует из векторной диаграммы (.) з1н 9

2 -"а С((< > Е «а "с4 3й20.

610ф + „ 005

Изобретение относится к электро радиоиэмерениям и может быть использовано при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями при большом уровне шумов и помех, например в радионавигации..

Известен способ измерения сдвига фаз, который заключается в ограничении сигнала и опорного сигнала, перемножении их, интегрировании и вычислении фазового сдвига(1 ).

Недостатком такого способа является низкая помехоустойчивость, при отношении сигнал-шум (q)менее 2-3 измерение становится невозможным из-за грубых ошибок.

Наиболее близким к изобретению .по технической сущности является способ, заключающийся в том, что формируют сигнал, ортогональный опорному, измеряемый сигнал ограничивают, перемножают с ограниченными опорными сигналом и опорным сигналом, сдвинутым на Т!(2, интегрируют в каждом канале и вычисляют значение фазового сдвига 2 ).

Недостатком известного способа является систематическая погрешность„ которая возникает при изменении отношения сигнал-шум и связана с ограничением измеряемого сигнала.

При малом отношении сигнал-шум в результате интегрирования произведений ограниченных измеряемого и опор:ных сигналов получают величины пропорциональные синусу и косинусу измеряемого сдвига фаз. фазовый сдвиг вы- З числяют как arctg отношения этих величин. При большом отношении сигнал-шум q, r 2-3 величины на выходах интеграторов пропорциональны йзмеряемому сдвигу 8 и †- 6 — и при вычислении функции arctic отношений

2 этих величин возникает систематичес-. кая погрешность, достигающая единиц градусов.

Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига фаз в широ. ком диапазоне отношений сигнал-шум.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что формируют сигнал, ортогональный опорному, производят операции ограничения и перемножения сигналов, интегрируют и определяют значение фазового сдвига, измеряемый сигнал суммируют с двумя опорными взаимно-ортогональными сигналами, причем ограничивают оба суммарных сигнала,. перемножают ограниченную сумму измеряемого,и опорного сигналов и ограниченный ортогональный опорный сигнал, а также ограниченную сумму. измеряемого сигнала и ОртОгонального Опорного сигнала и ограниченный опорный сигнал.

На фиг.1 приведена векторная диаграмма сигналов (вектора AE = DB измеряемый сигнал, ОЬ - опорный сигнал, OA - ортогональный опорный сигнал, ОВ - сумма сигнала и опорного сигнала, ОЕ - сумма сигнала и орто» гонального опорного сигнала)) на фиг.2 - пример устройства, реализующего способ.

На фиг.3 обозначены сумматоры 1,2, фазовращатель 3 на 90, ограничители 4-7, элементы 8,9 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, интеграторы 10, 11, вычислительный блок 12.

После операции суммирования сигнал .с опорными сигналами отношения сигнал-шум (,с),) становятся заведомо больше единицы. Амплитуды опорных сигналов, прибавляемых к измеряемому сигналу, выбираются в несколько раз:(например, в 3 раза больше амплитуды, огибающей входной смеси сигнала и шума. В результате операции ограничения, перемножения к интегрирования определяются величины пропорциональные сдвигам фаз между суммой сигнала с опорным сигналом и ортогональным опорным сигна. лом .(Ч1), а также между суммой сиг-. нала с ортогональным опорным сигналом (Ж>)

l (siinn(ccs w i,) sicnn (s(tl+ si и wst))dt (tl о

Здесь за единицу приняты амплитуды опорных сигналов и учтено, что эта амплитуда превышает амплитуду смеси измеряемого сигнала и шума по крайней мере в Э раза. В этих условиях смещение оценок Ч„ и Ч не, Ф

1054791,более 2 ° 10 градусов. Погрешность вы-, числения 1ф9 также мала, так как s2

12 „-4 дЬ ч- ) hV

cosZ Ч Р1,2 и относительная погрешность вычисления srctg отношения двух чисел, т.е. искомого угла 6 не превышает а24 о 4.

Следовательно, максимальная систематическая погрешность способа составляет

0,02 о и уменьшается с увеличением

Исковнй сдвиг фаз определяется иэ соотношения @,(++< v, }

9= tg:, „ (1 v ) (3} по значениям Ч, и 9>> получаемым на выходах интеграторов.

Из векторной диагрмви следует

6С =0 зМ 8= 0 cas8)tgEf

BFiU cose=(1+V Е}а Ч (4. }

Из системы уравнений (4 ) можно .получить

ag4„(e+e, ÷ )

v .si e=

<-tgM +gч„

2() (Ц

0 сев В=

tin ф Lf - Cf

Из (5 }. следуют соотношения для вычисления фазы и амплитуды из меряемого сигнала.

О„п 51пд Ф Ч) (1+ 1Ч; Я

ВсагсСс =асс4 ц созе tgV j1+tgY„}

1- Ся Ч2 4%9 1

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

10 на первые входя линейных суммато- ров 1, 2 подается измеряемый сигнал, на вторые входы соответственно опор-. ный сигнал и ортогональный опорный сигнал с выхода.фазовращателя .3, на

15 вход которого подается опорный сигнал. Фаэовращатель 3 формирует ортогональный опорный сигнал. Опорный

:сигнал, выход фазовращателя 3 и выходы сумматоров 1,2 подключены к входам ограничителей 4-7. Выходы ограничите-. лей подключены к входам элементов

8,9 ИСКЛЮЧИОЩЕЕ ИЛИ, причем выходы ограничителей 4 и 7 †. к входам эле25

8,9 подключены к входам интеграторов 10, 11 которые могут быть выпол:нены в виде реверсивных счетчиков.

ЗО Выходы интеграторов 10, 11 присоединены к входам вычислительного блока

12, реализующего алгоритм вычислений по формулам(6 ).

Способ позволяет определить амплитуду О, измеряемого, сигнала по результатам измерений Ч ., и Ч .

При измерении Um эа единицу пригнмается амплитуда опорного колебания, мента 9, а,выходы ограничителей

5 и б — к входам элемента 8. Элементы 8 9 ИС)СЛЮЧАЗМЦЕЕ ИЛИ выполняют операцию перемножения. Выходы элементов

По сравнению с прототипом данный способ дает повышение точности изме-: рений в условиях меняющегося в широких пределах отношения сигнал-шум эа счет того, что до операции ограничения осуществляется суммирование измеряемого сигнала с апорным. При этом извлечение фазовой:информации

toãðàíH÷åíHå,.ïåðåìíîÿñåeèå; интегрирование )происходит,при,отношениях сигнал-шум больших некоторого минимально допустимого значения (например с}, Ъ 3). Диапазон изменений отношений сигнал-шум перемещается в область, где систематическая погрешность не возникает, а другие составляющие погрешности заведомо ма-Лыс

10547Н

Составитель Н.Агеева

Техред T.Ôàíòà Корректор.О.Тигор

Редактор О.Колесникова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород„ ул. Проектная, 4

Заказ 9100/52 - Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5