Дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала

 

ДИСКРЕТНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ФАЗОВОГО СИГНАЛА, содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса, выход вычис--Л; лителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, отлЧ чающеес я тем, что, с целью повьшения точности измерения начальной фазы, в него введены блок вычисления значений полинома, блок сложения по модулю 2jr и блок синхронизации и управления , выходы которого подключены к вычислителю синуса, к вычислителю косинуса, к первому сумматору, к второму сумматору и к блоку вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока еложения по модулю 2ji, второй вход кото- 9 рого подключен к шине отсчетов сигнасл ла, выход блока сложения по модулю 2J подключен к входу вычислителя синуса и входу вычислителя косинуса. 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 5 А

gyp 6 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3434111/18-21 (22) 03 ° 05.82 (46) 30.05.84. Бюл. № 20 (72) Г.А.Мелешков (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 416697, кл. G 01 Р 25/00, 1972.

2. Березин Л.В., Вейцель В.А.

Теория и проектирование радиосистем.

М., "Советское радио", 1977, с. 366. (54)(57) ДИСКРЕТНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕ-

РЕНИЯ ФАЗЫ ФАЗОВОГО СИГНАЛА, содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса, выход вычислителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повьппения точности измерения начальной фазы, в него введены блок вычисления значений полинома, блок сложения по модулю 23 и блок синхронизации и управления, выходы которого подключены к вычислителю синуса, к вычислителю косинуса, к первому сумматору, к второму сумматору и к блоку вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока слоа жения по модулю 23, второй вход кото- Е рого подключен к шине отсчетов сигнала, выход блока сложения по модулю 2Л подключен к входу вычислителя синуса и входу вычислителя косинуса.

1095095

Изобретение касается радиоизмерительных систем и может быть использовано при проектировании систем обработки сигнала в фазовом пеленгаторе или фазовом дальномере. 5

Известно устройство для измерения фазового сдвига сигналов, содержащее генератор калибровочных импульсов, первый вентиль, первый счетчик, первый триггер, элементы совпадения, второй вентиль, второй счетчик, второй триггер, третий вентиль, шину опорных сигналов, шину измеряемого сигнала и шину начала измерения, сое.динение которых представляет из себя дискретный фазометр с пилообразной характеристикой, к выходу которого .(выход элемента совпадения) подключен дискретный блок измерения фазы фазового сигнала, выполненный в виде сумматора, со старших (3 -tn) разрядов которого производят съем измеренного значения фазового сдвига сигнала 1 3.

Измеренное значение получают в виде среднего значения на интервале осреднения, реализуется вычисление

fTl по формуле g + = А, Q.-Пределы суммиЬъ > 30 рования обеспечиваются блоком синхронизации и управления, обслуживающим работу дискретного фазометра и работу дискретного блока измерения фазы.

Блок синхронизации и управления сос35 тоит из элементов: первый вентиль, первый триггер, второй вентиль, второй счетчик, второй триггер, третий вентиль.

Недостатком этого устройства является тот факт, что фаэовые отсчеты дискретного фазометра относятся к циклическим и оценки при некоторых значениях могут давать большие

1 45 погрешности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство (способ работы которого описывается известным алгоритмом), содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса. Входная шина отсчетов сигнала соединена с входами вычислителя синуса и вычислителя косинуса. Выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса. Выход вычислителя косинуса подключен к вхо-, ду второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, выход которого подключен к выходной шине Г23. устройство дает оценку фазы Ч по алгоритму

4 ыгс - gslnV./ . сову. + pTi, „,/

1 где р = — — (9 i g n х в1 g n 3 — s i g n 3 );

Х= X. Сов 9 1 =. 51п9.

Величину 4 + обычно относят на середину интервала осреднения. Рассмотрим случайЯ40. При разных значениях уточка, для которой справедлива оценка Ч, на интервале наблюдения имеет разное положение и, следовательно, значение 4 », отнесенное на середину интервала, будет иметь составляющую погрешности, что является. недостатком этого устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения фазы, отнесенной к фиксированной точке интервала наблюдения, т.е. повышение точности измерения начальной фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала, содержащее вычислитель синуса, вычислитель косинуса, два сумматора, вычислитель арктангенса, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход вычислителя синуса подключен к входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу вычислителя арктангенса, выход вычислителя косинуса подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу вычислителя арктангенса, введены блок вычисления значений полинома, блок сложения по модулю 2Л и блок синхронизации и управления, выходы которого подключены к вычислителю синуса, к вычислителю косинуса, к первому сумматору, к второму сумматору и к блоку вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока сложения по модулю 2>l, второй вход которого подключен к шине отсчетов сигнала, выход блока сложения по модулю

24 подключен к входу вычислителя синуса и входу вычислителя косинуса.

3 10950

На, фиг. 1 представлена схема дискретного устройства измерения фазы фазового сигнала; на фиг. 2 — эпюры сигналов.

Устройство содержит блок 1 сложения по модулю 2Я, блок 2 вычисления значений полинома, выход которого подключен к первому входу блока 1 сложения по модулю 2Л, выход которо-. го соединен со входами вычислителя 3 10 синуса и вычислителя 4 косинуса, выходы которых соответственно через первый сумматор 5 и второй сумматор 6 подключены к входам вычислителя 7 арктангенса, выход которого под- 15 ключен к выходной шине 8 устройства, выходы блока 9 синхронизации и управления подключены к входам блока 2 вычисления значений полинома, вычислителя 3 синуса, вычислителя 4 20 косинуса, первого и второго сумматоров 5 и 6, второй вход блока 1 сложения по модулю 2Р подключен -к шине 10 отсчетов сигнала.

На эпюре ol показан произвольный 25 входной фазовый сигнал е, имеющий амплитуду Е, начальную фазу, f0, значенияЯиЯ положительны. Пунктиром обозначен тот же сигнал с нулевой начальной фазой.

На эпюре о показан Я r выходной сигнал блока 2 вычисления значений полинома, отсчеты которого подаются на блок 1. Скорость изменения этого сигнала и ее производная имеют обрат6 ный знак по сравнению с сигналом 8 но начальная фаза его равна нулю (для сигналов р — (яф- .у. (ф) г

G О которых известно что Я иЙ вЂ” полоУ 40 жительны, можно задавать a =0, так как значения выходных кодов блока 2 вычисления значений полинома B„= ct +

ЯС

+gg+ получаются положительны при =®

Эпюра В редстав яет су у сигна- 45 лов е и е . Начальное значение рлвно

r далее до момента 1„ величина Ел остается постоянной, так как за последовательные отрезки .Ю величина приращения де равна aer по иоду- 50 лю и обратна по знаку. В момент 1 сигнал скачкообразно увеличивается на величину Е и остается равным E+ Yz, На эпюре представлен результат взятых по модулю Е суммы e + er С те-б5 чением времени он постоянен, à велИчина его равна („. Этот сигнал и является выходным у блока сложения по,модулю Е, а преобразования реализует блок 1 сложения по модулю 27.

Алгоритм работы устройства просто описывается на языке фортрана

F -F

С=-С, A=K+2+iIH

CALL Фазы (А,С,F,QN).

СК=О

С$= 0

D01 I=1 9N

QK=QU(I)+QN(I)

QK=QK-INT(QK/(2+IIH))+2+IIH

CK=CK+COS(QK)

СS=CS+SIN(QK)

CONTINUE

AH=ATANZ(CS,CK), где У=Я/2Я, С=.Я, АИ= Р; фазы — подпрограмма моделирования отсчетов устройства вычисления значений полинома;

И=ш — число фазовых отсчетов на интервале наблюдения (количество элементов выборки);

ОИ вЂ” массив отсчетов входного сигнала (элементы выборки).

Указанная цель достигается тем, что при сложении по модулю 2 отсчетов входного сигнала г

Ч= о + f(<)(m«2>3 с отсчетами фазы. e r (t;j = a>+ а 1+ иг ;

2 блока 2 вычисления значений полинома для i =1, 2, (rp, о =2%К, a1 = Я аг 2

К вЂ” целое положительное число, рав= ное максимальной величине ожидаемого количества перескоков сверху вниз фазы фазового сигнала на интервале наблюдения) получается постоянный во времени сигнал Ч, отсчеты которого флюктуируют случайным образом при наличии шума ((t ). Полученные числовые коды подаются на вычислители 3 и 4 синуса и косинуса, которые определяют значение функции от аргумента, лежащего в пределах 0-2К

Заменять блок 1 сложения по модулю

2л на блок сложения. нецелесообразно, так как значения кодов после сложения, подаваемые на вычислители 3 и 4, могут быть более 27 и алгоритмы вычисления значений синуса и косинуса усложнятся (операция, взятая по модулю 2,, будет выполняться блоками 3 и 4, т,е, дважды) s Блок 2 вычисления значений полинома реализован

109509 с целью вычисления в следящем режиме полиномиальной функции от изменяющегося во времени аргумента э (х)= а„х"+ с1„„х" "+...+a.,õ+ д, . Для рассматриваемого случая берется полином третьей степени, коэффициенты а„, полагают равными нулю. ВеличиП-1 ны а а чг считаются известными

o» 1» г ао=О 41 =Я» 4г =%2.

О» 1» г

f0

Преобразования выходного сигнала блока 1, приводящие к получению оценки начальной фазы, выполняются вычислителями 3 и 4 синуса и косинуса и далее сумматорами 5 и 6 и вычислителем 7 арктангейса. 15

Предлагаемое дискретное устройство измерения фазы фазового сигнала оказывается полезным в устройствах обработки сигналов низких частот, так как реализация элементов устрой- г0 ства известна, широко используется в цифровой технике и обработка отсчетов сигнала в дискретных устройствах измерения фазы находит все

5 4 более широкое применение, обеспечивая высокие точности оценки неизвестных параметров.

Так, например, при отсчетах фазы о 1; „=1<1; Уг =1,4; з=1,9; =2,6 рад, следующих с интервалом 1с, среднее значение равно Ч, =1,6 рад;

Величина d"„=/9 — Ч» /=0,6 рад составляет погрешность измерения фазы в начале интервала. В случае обработки этих отсчетов в пре лагаемом

cf* устройстве при Я =-0,2 — оценка. Й » = » т.е. точйость измерения начальной фазы повышается на

0,6 рад. В результате использования изобретения в радиотехнических системах траекторных измерений при повышении точности фазовых измерений уточняются параметры движения объек-, та (наклонная дальность, угловые координаты) и может быть получен эффект повьппения безопасности полета и точности приземления.

ВНИИПИ Заказ 3588/27

Тираж 711 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгоррд, ул. Проектная, 4