Радиоимпульсный фазометр

 

РАДИОИМПУЛЬСНЫЙ ФАЗОМЕТР содержащий сумматор и вычйтатель, входы которых соединены с входными клеммами устройства., фазовращатель, вход которого связан с выходом сз 4матора, и блок выборки-хранения, отличаю щ.и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения времени измерения фазовых сдвигов при наложении двух раднЬимпульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами, в него введены детектор налеясения сигналов , адаптер периода, интегратор, ключ и вычЯсЛитель, входы которого соединены с входами детектора наложения сигналов и выходами фазовращателя и вычитателя, выход вычислитег ля связан с информационными входа блока выборки-хранения и ключа, .выход детектора наложения сигналов подключен к управляющим входам ададтера периода и ключа, информационный i вход адаптеру периода соединен с выходом фазовращателя, а выход подт ключен к управляющему входу блока выборки-хранения, выход которого связан с входом интегратора,причем выходы интегратора и ключа соединены с выходными клеммами. и се fUs} 30 У1 9д Й.

ое а»

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

;,цб» G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, (21) 3530467/ 18-21 (22) 28.12.82 (46) 23.03.84. Бюл. У 11 (72) В.А. Киржбаум и И.Д. Золотарев (71) -Омский политехнический институт (53) 621.317.373 (088.8) (56) 1. Зюко А.Г., Кловский Л..Д. и др. Теория передачи сигналов. М., "Связь", 1980.

2. Авторское свидетельство СССР .

rio заявке Ф 3432597/21, кл. С 01 R 25/00, 30.04.82 (54) (57) РАДИОИИПУЛЬСНЫЙ ФАЗОИЕТР, .содержащий сумматор и вычитатель, входы которых соединены с входными клеммами устройства, фазовращатель, вход которого связан с выходом сумматора, и блок выборки»хранения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и уменьшения времени измерения фазовых сдвигов при наложении двух радиоиипульсных сигналов с перекрывающимися спектраин и неязвестныии несущими частотаии, в него введены детектор наложения сигналов, .адаптер периода, интегратор, ключ и вычислитель, входы которого соединены с входамн детектора наложения сигналов и выходаии фазовращателя и вычитателя, выход вычислите.— ля связан с информационньв н входаин блока выборки-хранения и ключа,,выход детектора наложения сигналов подключен к управляющим входам ададтера периода и ключа, информационный вход адаптера периода соединен с вы" ходом фазовращателя, а выход подключен к управляющему входу блока выборки-хранения, выход которого связан с:входом интегратора, причем выходы интегратора и ключа соединены с выходными клеммами.

1081

Изобретение относится к фазо. импульсной измерительной технике и может использоваться для измерения разности фаз при наложении радиоимпульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами.

Известно устройство для измерения фазовых сдвигов при наложении сигналов, использующее принцип предва- 10 рительной фильтрации и содержащее четыре фильтрующих элемента, входы которых попарно связаны с входными клеммами устройства, и два фазометра, входы которых .подключены к выхо- 15 дам фильтрующих элементов, причем фильтрующие элементы находятся в разных парах t1j

Недостатками устройства являются значительные аппаратурные затраты 20 при использовании фильтрующих элементов на базе совокупности параллельных узкополосных фильтров, а также то, что при работе с короткими радиоимпульсными сигналами, время 25 существования которых меньше времени отклйка узкополосных фильтров, применение описанного устройства.не дает удовлетворительных результатов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство, содержащее сумматор, вычитатель, фазовращатель, два амплитудных детектора, два блока определения полярности, блок определения Ç5 экстремумов, блок выборки-хранения и блок обработки информации, причем входы сумматора и вычитателя объединены и соединены с входными клеммами устройства, вход фазовращателя связан с выходом сумматора, вход первого амплитудного детектора сое1 динен с выходом вычитателя и входом первого блока определения полярности, вход второго амплитудного детектора соединен с выходом фазовращателя и входом второго блока определения полярности, выход первого амплитудного детектора связан с входом блока определения экстремумов, а выход второго — с входом блока выборки-хранения, задающий выход блока определения экстремумов соединен с управляющими входами блоков определения полярности и блока выборки-хране- 55 ния, выходы которых и выход блока определения экстремумов соединены с входами блока обработки информа561 ции,два выхода которого соединены с вьоьодньаьи клеммами устройства (2)

Недостатками этого устройства являются, ограниченные функциональные возможности при работе с наложенными радиоимпульсными сигналами, имеющими близкие частоты, т.е. перекрывающиеся спектры, а также ограничение на минимальное время обращения к сигналу, т.е ° на время измерения фазовых сдвигов при наложении двух радиоимпульсных сигналов в перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами.

Целью. изобретения является расширение функциональных возможностей и уменьшение времени измерения фазовых сдвигов при наложении двух радионмнульсных сигналов с перекрывающимися спектрами и неизвестными несу щими частотами.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сумматор, вычитатель, входы которых свя заны с входными клеммами устройства, фазовращатель, вход которого соединен с выходом сумматора, и блок выборки-хранения, введены детектор наложения сигналов, адаптер периода, интегратор, ключ и вычислитель, входы которого соединены с входами детектора наложения сигналов и вы- ходами фаэовращателя и вычитателя, выход вычислителя связан с информационными входами блока выборки-хранения и ключа, выход детектора наложения сигналов подключен к управляющим входам адаптера периода и ключа, информационный вход адаптера периода соединен с выходом фазовращателя, а выход подключен к управляющему входу блока выборки-хранения, выход которого связан с входом интегратора, причем выходы интегратора и ключа соединены с выходными клеммами.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фнг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиоимпульсного фазометра, на фиг.Зблок-схема адапера периода; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы адаптера периода.

В состав радиоимпульсного фаэометра входят сумматор 1, фазовращатель 2, детектор 3 наложения сигна3 1081561 лов, адаптер 4 периода, блок 5 выборки-хранения, интегратор 6, вычитатель 7, вычислитель 8 и ключ 9.

Входы сумматора 1 и вычитателя 7 объединены и соединены с входными клеммами устройства. Выход сумматора 1 связан с входом фазовращателя 2. Входы вычислителя 8 соединены с входами детектора 3 наложения сигналов и выходами фазовращателя 1О

2 и вычитателя 7. Выход вычислителя 8 связан с информационными входами блока 5 выборки-хранения и ключа 9. Выход детектора 3 наложения сигналов подключен к управляю- 15 щим входам адаптера 4 периода и ключа .9. Информационный вход адаптера 4 периода соединен с выходом фазовращателя 2, а- выход подключен к управляющему входу блока 5 выбор- 20 ки-хранения, выход которого связан ми с входом интегратора 6. Выходы ин- уч тегратора 6 и ключа 9 соединены с пр выходными клеммами. и р со адиоимпульс с прямоугольной 25 ко сгибающей может быть представлен в вр виде произведения единичной функции на периодическую f(t).

Функция единичного скачка 1 (t) Ц д — то же, во, втором канале, Д, (,)„Я, — амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса, — фазовый сдвиг между первыми радиоимпульса. ми по каналам, 42,я (у - амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса, < — фазовый. сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам, 4 — время начала и конца

4 первого радиоимпульса, - время начала и конца

1, второго радиоимпульса.

Детектор 3 наложения сигналов форрует импульс, соответствующи». астку наложения сигналов. Блок 3 едставляет собой последовательное единение фазового детектора, входы торого подключены к выходам фазоащателя 2 и вычитателя 7, и пороого элемента. На.участке t -t с

r.2) без наложения сигналов ле формирования разностного и сумматорного сигналов и сдвига суммарного сигнала на tt /2 получаются сигналы с одинаковой частотой и начальной фазой, но разными амплитудами. Фазовый детектор дает нулевую разность фаз. При наложении сигналов на интервале t --t возникает

2 3 разность фаз, отличная от нуля. Пороговый элемент имеет порог выше уровня шумов.

40

О, 1/2, 1, а О, t = О, > О.

Аналитическое выражение сдвинутых 45 по фазе наложенных радиоимпульсов с прямоугольной огибающей может быть записано в следующем виде

tI<Í =4, а(у„Ы ц, Щгф(И11-1{1-С Я 50

+ "ZSin(uzt+ gz+gt,/2) Е" (-г) "(4Л j

Орй Д1% и (4),А+ Ц>„- с „/2) (1(1-Ф,)-1(-t4))+

«2 i (ztiW - 2)((1(t- г) 1(t-t ó),, S5 где U< — выражение для наложенных радиоимпульсов в первом канале;

В общем случае она может быть смещена вдоль оси времени. Для единичной функции, смещенной вправо на время ь, можно записать 1(t-ь) .В соответствии с определением (1) умножение функции f(t) на единичную функцию "отсекает" ее для времени л а, так, что имеем

f (t) 1(t- )

Р f(t),pt, Таким образом, при наложении сигналов фазовый детектор дает ненулевую текущую разность фаз и на выходе порогового элемента возникает импульс, длительность которого соответствует участку t -t наложе3 ния сигналов-. Адаптер 4 периода имеет следующие функции. За время действия открытого участка t 1 -t осуществляется адаптация к периоду высокочастотного заполнения радиоимпульса. Определяются моменты перехода через ноль и интервалы времени между ними. В этом случае адаптер 4 периода работает в режиме адаптации к сигналу. На интервал времени t2-t3 по импульсу с выхода детектора 3 наложения сигналов адаптер периода переключается на режим

1081561

6 экстраполяции ноль-периодов сигнала, В соответствующие моменты времени формируются импульсы, которые подаются на управляющий вход блока

5 выборки-хранения с целью стробирования выходного сигнала вычислителя 8.

Пример выполнения адаптера 4 периода включает формирователь 10, ключ 11,.компаратор 12, ключ 13, интегратор 14, пиковый детектор 15.

Вход формирователя 10 является информационным входом адаптера 4 периода. Связанные между собой управляющие входы ключей 11 и 13 являют- 15 ся управляющим входом адаптера 4 периода, выход формирователя 10 связан с информационным входом ключа 11, выход которого объединен с выходом ключа 13 и связан со 20 сбросовым входом интегратора 14.

Выход интегратора 14 подключен к входам компаратора 12 и пикового

Р детектора 15 ° Выход пикового детектора 15 связан с вторым входом компаратора 12, выход которого соединен с информационным входом ключа 13 ° Причем выход ключа 13 является выходом узла.

В момент появления разрешающего 30 сигнала Ц8 на управляющем входе в блоке 5 выборки-хранения запоминается значение с выхода вычислителя 8.

Интегратор 6 предназначен для ус35 реднения значений с выхода блока выборки-хранения на всем интервале наложения сигналов с целью снижения влияния погрешности определения единичных выборок.

Вычислитель 8 предназначен для вы-40 числения удвоенного значения арктангенса отношения. Может быть реализован путем последовательного соеди-i нения типового аналогового делителя,, типового формирователя функции арктангенса и усилителя с коэффициентом усиления, равным двум. Ключ 9 управляется детектором 3 наложения сигналов. При отсутствии перекрытия ключ открыт и на выходе устройства появляется сигнал, соответствующий фазовому сдвигу между радиоимпульсными сигналами на открытых участках

t -t4 (фиг;2).

Устройство работает следующим образом.

Два наложенных радиоимпульсных сигнала с перекрывающимися спектрами и неизвестными несущими частотами, имеющие фазовые сдвиги (1 „, ,ИИ, 5 п(Ы, Щ, Ц, г(4(М„1-4(g-()q, А2 (t Мз 2(2ф(И2 -<(t-13Ä, ЦЦ) А1 еп(д21+ср,-y„ 2)14(g-t,q g(t-tÄф

А,siп((»г i+ М ВЙ 21-4И-t д где Д„, Q, я„ — амплитуда, частота и начальная фаза первого радиоимпульса, (, — фазовый сдвиг между первыми радиоимпульсами по каналам, A<,ц» Я вЂ” амплитуда, частота и начальная фаза второго радиоимпульса;

Qg — фазовый сдвиг между вторыми радиоимпульсами по каналам, „,, — время начала и конца первого радиоимпульса, (,, - время начала и конца второго радиоимпульса (01, 0 фиг.2, а, б), поступают на входы сумматора 1 и вычитателя 7. На выходах имеем

Ос М=2 А,соб(с,/2М(д Ь ЖЕ@ t, l-<(t Ц+ Фойгт(4 (2++М(4 д (4 2)э p(t) =2 А,si<(qф(2)со5(и,1 4 q;)(4(t- рщ),. 2А2 5о(ц2(2)сов(ифсрД4Щ-1(-t g где U (t), u> (t) — суммарный и разностный сигналы соответственно (Uq фиг.2,г).

С выхода сумматора 1 полученный сигнал сдвигается фазовращателем 2 на фиксированный угол и /2 во всей рабочей полосе частот. На выходе фаэовращателя 2

Цф)=2g,cos(g,12)сов(ы,1tщ,)(Ф4,)-<0 1 ))

+2А сов(92(2)Сов(ЯФ Чт)Е4(С t<)-4(Ф,-th), где U„ (t) — сдвинутый суммарный сигнал (Ug фиг.2,в).

Сдвинутый суммарный U и разностный 04 сигналы поступают на вход вычислителя 8, реализующего функцию удвоенного значения арктангенса отношения. Выходной сигнал U5 вычислителя 8, показанный на фиг.2 д; посту1081561 пает на информационные входы ключа

9 и блока 5 .выборки-хранения. Детектор 3 наложения сигналов, подключен- ный к фазоврашателю 2 и вычитателю

7, формирует импульсы U (фиг.2 е), 5 соответствующие участку наложения сигналов t - . На открытьм участ2 ках t) -й2,- tg-ty, выделяемых ключом

9, который запирается сигналом П6 на интервал наложения с2-, полученное значение U . (фиг.2,ж) соответствует измеряемой разности фаз между одними из наложенных радиоимпульсных сигналов.

С,выхода фазовращателя 2 сдвинутый суммарный сигнал U поступает на информационный вход адаптера 4 периода. 3а время действия неналоженного сигнала t -t адаптер 4 периода опре2 деляет моменты .перехода через ноль 20 входного сигнала и интервалы времени между ними. При появлении на

Ю управляющем входе импульса U6 с вы- хода детектора 3 наложения сигналов адаптер 4 периода отключается от 25 входа и экстраполирует ноль-переходы сигнала на участок наложения -t> (U8, ôèã. 2, ç) .

Адаптер 4 периода работает следующим образом. 30 .I

Входной сигнал Ug (фиг.4) поступает на формирователь 10,на выходе ко торого в моменты перехода сигнала U . через Ноль формируются импульсы Пд1

Эти импульсы поступают на сбросовый вход интегратора 14 через ключ 11,ко.торый управляется по сигналам 06 от детектора наложения сигналов. При отсутствии наложения ключ 11 открыт, при наложении — закрыт. На вход интегратора 14 подан постоянный потенциал. На выходе интегратора 14 формируется напряжение пилообразной формы U 2 с периодом, равным периоду несущей частоты радиосигнала.

Осуществляется режим адаптации. На пиковом детекторе 15 запоминается амплитуда "пилы" По,которая сравнивается компаратором 12 с текущим значением напряжения U < на выходе

12 интегратора 14. В моменты совпадения на выходе компаратора 12 формируются импульсы Уд3, соответствующие моментам перехода через ноль входного сигнала 03 иинтервала времени между ними. Ключ 13 на выходе компаратора 12 управляется по сигналам Ug от детектора наложения сиг,налов, но противофазно первому ключу 12. При наложении сигналов проис ходит переключение на режим экстраполяции. C выхода второго ключа 13 импульсы Бя поступают на сброс интегратора 14, осуществляя автоматически режим формирования "пилы", и на управляюп(ий вход блока 5 выборки-хранения с целью стробирования выходного сигнала вычислителя 8.

Для обеспечения режима адаптации адаптера 4 периода практически достаточно одного-.двух периодов высокочастотного заполнения радиоимпульсных сигналов на интервале t< -t

Режим экстраполяции позволяет провести измерения фазового сдвига на участке наложения t2-t тоже за

3 один-два периода высокочастотного заполнения. Таким образом, радиоимпульсный фазометр может работать практически безынерционно по корот- ким радиоимпульсам (порядка несколь,ких периодов высокочастотного заполI кения). Импульсы U, управляющие блоком 5 выборки-хранения, фактически осуществляют стробирование выходного сигнала П вычислителя 8 в моменты времени, когда на входах вычислителя 8 в аддитивной смеси один из сигналов равен нулю. В результате на выходе блока 5 выборки-хранения появляется сигнал U9 (фиг.2,и), соответствующий измеряемой разности фаз другого сигнала. Сигнал У поступает на вход интегратора 6, который усредняет значения с выхода блока 5 выборки-хранения на всем интервале наложения сигналов t>-t3,что приводит к снижению влиянйя погрешности определения единичных выборок (U@ Ä фиг.2,к). Таким образом, на выходах интегратора 6 и ключа 9 формируются импульсы, соответствующие. измеряемым фаэовым сдвигам.

Предлагаемое устройство обеспечивает расширение функциональных воэможностей, уменьшение времени измерения.

В устройстве (2 при работе по наложенным радиоимпульсным сигналам, имеющим близкие несущие частоты,техническая реализация затруднена.

В предлагаемом устройстве на соотношение несущих частот наложенных радиоимпульсов ограничения не накладываются.

В базовом устройстве минимальное время обращения к сигналу, необхо1081561

10 димое для съема информации об экстремумах огибающей аддитивной смеси двух сигналов, равно периоду разностной частоты. Например, при не сущих частотах радиоимпульсных сигHRJIoB К4 = 100 кГц f2 — 100,1кГц, минимальное время измерения равно

Т

ЬГ

1 . — 10 4

,Т,Т5 с

В предлагаемом устройстве минимальное время измерения практически равно 2-3 периодам высокочастотного заполнения радиоимпульсов, и при тех же несущих частотах составляет

), 10 7с.

Малое время обращения к сигналу

5 позволяет использовать предлагаемый радиоимпульсный фазометр в современных фазоимпульсных измерительных системах, работающих с короткими (порядка нескольких периодов высокочастотного заполнения) радиоимпульсами. Расширение возможного соотношения несущих частот наложенных радиоимпульсных сигналов увеличивает функциональные возможности систем на базе предлагаемого устройства за счет расширения номенклатуры входных сигналов.

1081561

Aic Ф

Составитель М. Катанова

Редактор С, Патрушева- Техред М;Тепер Корректор М. Шароши.

Заказ 1543/40 Тирак 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная,4