Цифровой фазометр

 

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий соединенные общим входом N фа.зосдвигающих блоков одного канала, связанных с первыми входами фазовых, детекторов, и соедине-нные общим входом N фазосдвигающих блоков другого канала, связанных с уходами фазовых детекторов, выходы которых подключены к усилителям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения ошибки дискретизации, в него введены регистр памяти, блок сравнения кодов, блок управления, электронно-управляемый фазовращатель, источник опорного напряжения, преобразователь код-напряжение, формирователь выходного кода, преобразователь кода Джонсона в двоичный код и последовательно соединенные амплитудный детектор, формирователь импульсов и регистр последовательных приближений, m выходов которого соединены с m входами преобразователя код-напряженке и m входами формирователя выходного кода, причем N входов регистра памяти соединены с выходами усилителей, которые дополнительно подключены к первой группе входов блока сравнения кодов, выход которого связан с вторым входом регистра последовательных приближений, а N выходов регистра памяти подсоединены к второй группе входов блока сравнения кодов и входам преобразователя кода Джонсона в двоичный код, при этом выход формирователя импульсов дополнительно соединен с одним из входов формирователя выходного кода (Л и через блок управления - с регистром памяти, а второй выход блока управления связан с третьим входом регистра последовательных приближе .ний и одним из входов формирователя выходного кода, причем источник опорного напряжения соединен с управляющим входом преобразователя кодOi напряжение, выход которого связаи 4 О с вторым входом электронно-управляемого фазовращателя, выход которого ю соединен с одним общим входом N 4: фазосдвигающих блоков, а первый вход электронно-управляемого фазовращате .ля и вход амплитудного детектора подсоединены к одному из входных каналов .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1164624 A

4(51) G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3691529/24-21 (22) 10.01.84 (46) 30.06.85. Бюл. N- 24 (72) А.В.Кирьяков, С.А.Богомолов и Ю.В.Воробьев (53) 621.317.77 (088.8) (56) 1. Патент Японии У 48-53736, кл, G 01 R 25/00, 1983.

2. Южаков В.В. Фазовые интерферометры в микроволновых системах насадки. — "Зарубежная радиотехника", 1977, Ф 6.. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР, содержащий соединенные общим входом N фазосдвигающих блоков одного канала, связанных с первыми входами фазовых, детекторов, и соединенные общим входом N фазосдвигающих блоков другого канала, связанных с вторыми входами фазовых детекторов, выходы которых подключены к усилителям, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения ошибки дискретизации, в него введены регистр памяти, блок сравнения кодов, блок управления, электронно-управляемый фазовращатель, источник опорного напряжения, преобразователь код-напряжение, формирователь выходного кода, преобразователь кода Джонсона в двоичный код и последовательно соединенные амплитудный детектор, формирователь импульсов и регистр последовательных приближений, m выходов которого соединены с m входами преобразователя код-напряжение и m входами формирователя выходного кода, причем N входов регистра памяти соединены с выходами усилителей, которые дополнительно подключены к первой группе входов блока сравнения кодов, выход которого связан с вторым входом регистра последовательных приближений, à И выходов регистра памяти подсоединены к второй группе входов блока сравнения кодов и входам преобразователя кода Джонсона в двоичный код, при этом выход формирователя импульсов дополнительно соединен с одним из входов формирователя выходного кода и через блок управления — с регистром памяти, а второй выход блока С управления связан с третьим входом регистра последовательных приближе.ний и одним из входов формирователя выходного кода, причем источник

1 опорного напряжения соединен с управ-1 ляющим входом преобразователя коднапряжение, выход которого связан с вторым входом электронно-управляемого фазовращателя, выход которого © соединен с одним общим входом N фазосдвигающих блоков, а первый вход 4 электронно-управляемого фазовращате.ля и вход амплитудного детектора подсоединены к одному из входных кана лов.

116462ч

Изобретение относится к радиотехническим устройствам, служащим для выделения информации о разности фаз двух сигналов, в частности к преобразователям разности фаз двух 5 радиоимпульсных сигналов одинаковой частоты в цифровой код.

Известен быстродействующий дискретный фазометр, предназначенный. для измерения разности фаз двух радиоимпульсных сигналов за время, равное длительности входного импульса, При этом сигналы разветвляются. и формируется дискретный набор из

N компенсирующих фазовых сдвигов, на которые сдвигается первый сигнал.

N образцов первого сигнала, каждый из которых сдвинут на свой фазовый сдвиг, сравниваются со вторым сигналом на N параллельных схемах сложения 1).

Недостатком указанной схемы яв= ляется значительная фазодинамическая ошибка, возникающая при изменении уровней входных сигналов, Для ее устранения вместо схем сравнения используют набор фазовых детекторов с усилителями и фиксируют только переходы черсз ноль выходных напряжений, которые пропорциональны 30

cos дМ(где д (=,,- (— разность фаз входных сигналов) .

Известен дискретный фазометр, содержащий фазосдвигающие. блоки, установленные по обоим входам парал- 35 лельного набора из И фазовых детекторов, в качестве которых используются аналоговые перемножители. Усилители, подключенные к выходу фазовых детекторов, реагируют только на 40 полярность входного напряжения. Расположение полярности видеосигналов на выходе усилителей характеризует сектор (один из 2 секторов в пределах от О до 360 ), в котором нахо- 45 дится измеряемая разность фаз, Если положительная полярность — "1", а отрицательная — "О" (или наоборот), то измеряемая разность представляет собой набор единиц и нулей на выхо- gp де фазометра 2 j.

Недостатком такого фазометра является сравнительно большая ошибка дискретизации. Ее уменьшение путем распараллеливания схемы, т.е. вслед- ствие увеличения числа фаэосдвигающих устройств, фазовых детекторов и усилителей, приводит к резкому

l возрастанию числа элементов, веса и габаритов схемы фазометра.

Цель изобретения — увеличение точности измерения путем уменьшения ошибки дискретизации.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содер= жащий соединенные обшим входом И фазосдвигающих блоков одного канала, связанных с первыми входами фазовых детекторов, и соединенные общим входом N фазосдвигающих блоков другого канала, связанных с вторыми входами фазовых .детекторов, выходы которых подключены к усилителям, введены амплитудный детектор, формирователь импульсов, электронноуправляемый фазовращатель, регистр памяти, блок сравнения кодов, регистр последовательных приближений, преобразователь код-напряжение,.ис- точник опорного напряжения, блок управления, преобразователь кода

Джонсона в двоичный код и формирователь выходного кода, причем вход амплитудного детектора соединен с первым входом электронно-управляемого фазовращателя и является входом всего устройства, выход электронноуправляемого фазовращателя соединен с одним общим входом И фазосдвигающих блоков, выход амплитудного детектора соединен с формирователем импульсов, выход которого соединен с входом блока управления, управляющим входом регистра последовательных приближений и вторым входом формирователя выходного кода, m выходов которого являются выходами устройства, первый выход блока управления подключен к синхронизирующему входу регистра памяти, N входов которого соединены с выходами усилителей, а N выходов с первой группой входов блока сравнения кодов и преобразователем кода Джонсона в двоичный код, второй выход блока управления соединен с вторым входом регистра последовательных приближений и первым входом формирователя выходного кода,. выход блока сравнения кодов соединен с третьим входом регистра последовательных приближений, m выходов которого соединены с m входами преобразователя коднапряжение и m входами формирователя выходного кода, выход источника опорного напряжения соединен с вхорегистра 9 последовательных приближений, д выходов которого подсоединены к m входам преобразователя 10 код-напряжение и rn входам формирователя 13 выходного кода, выход источника 12 опорного напряжения соединен с входом преобразователя

10 код-напряжение, выход которого соединен с вторым входом электронноуправляемого фазовращателя 6, а выход преобразователя 14 кода Джонсона в двоичный код является выходом старших разрядов всего устройства.

Устройство работает следующим об разом.

На два входа фазометра поступает одновременно пара радиоимпульсов одинаковой несущей частоты, разность фаз которых замеряется в результате набора параллельных каналов практически мгновенно (за время действия входного радиоимпульса). Информацию о разности фаз в дискретном виде представляет набор потенциалов разного уровня ("0" или "1 ) на выходе усилителей 3. Фазосдвигающие блоки

1, установленные по первому входуфазометра, обеспечивают дискретные фазовые сдвиги N образцов первого сигнала

9„=0„ с>з (Lo1 +ч ), 1 1 равные 45, 45 + — Ф, 45- + 2- — Ф, 45 + (N-1) — Ф (где Ф вЂ” велио

2 чина дискрета измерения, определяемая числом параллельных каналов N u

180 равная N ). На такие же по величи не но со знаком минус фазовые сдвиги сдвигаются М образцов второго сигнала

Затем N образцов .первого сигнала с заданными фазовыми сдвигами поступают на первые входы фазовых детекторов (ФД) 2, а соответствующие N образцов второго сигнала поступают на вторые входы ФД 2. Выходные напряжения каждого ФД пропорциональны произведению амплитуд двух его входных сигналов и косинусу их разности фаэ. Усилители 3 обеспечивают формирование выходных нулей и единиц в зависимости от полярности сигнала на выходе соответствующего фазового детектора. На выходе всех усилителей

3 1164624 дом преобразователя код-напряжение, выход которого соединен с вторым входом электронно-управляемого фазовращателя, а выход преобразователя кода Джонсона в двоичный код является выходом старших разрядов всего устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства на фиг. 2 — таблица выходных уровней при уменьшении дискрета в восемь раз.

Цифровой фазометр содержит 2N фазосдвигающих блоков 1, N фазовых детекторов 2, N усилителей 3, амплитудный детектор 4, формирователь 5, импульсов, электронно-управляемый фазовращатель 6, регистр 7 памяти, блок 8 сравнения кодов, регистр 9 последовательных приближений, преобразователь 10 код-напряжение, блок

11 управления, источник 12 опорного напряжения, формирователь 13 выходного кода, преобразователь 14 кода

Джонсона в двоичный код.

Первые входы М первых фазосдвигаю-25 щих блоков 1 соединены с первым входом устройства, выход блоков 1 соединены с первыми входами фазовых детекторов 2, вторые входы которых подключены к выходам вторых N фаэо- 30 сдвигающих блоков 1, соединенных .своими входами с выходами фаэовращателя 6. Вход фазовращателя 6 и вход амплитудного детектора 4 объединены со вторым входом устройства.

Выход амплитудного детектора 4 соединен с формирователем 5 импульсов, выход которого соединен с входом блока 11 управления, первым входом регистра 9 последовательных прибли- 4р жений и вторым входом формирователя

13 выходного кода, m выходов которого являются выходами всего устройства, первый выход блока 11 управления подключен к синхронизирующему 45 входу регистра 7 памяти, N входов которого подключены к выходам усилителей 3 и второй группе входов бло ка 8 сравнения кодов, à N выходов— к первой группе входов блока 8 срав- 50 нения кодов и входам преобразователя

14 кода Джонсона в двоичный код, второй выход блока 11 управления соединен с вторым входом регистра 9 последовательных приближений и пер- SS вым входом формирователя 13 выходного кода, выход блока 9 сравнения кодов соединен, с третьим входом

11646

3 в момент действия входного радиоимпульса одновременно появляются видеоимпульсы той же длительности в виде нулей или единиц, Положение

5 групп. нулей и единиц зависит от. значения измеряемой разности фаз д g = (g — Ч ) и однозначно отражает

25 это значение в виде унитарного кода !О (кода Джонсона).

Работа цифрового фазометра с введением элементов, позволяющих уменьшить ошибку дискретизации, осуществляется следующим образом. Если за- 15 кодировать дискрет фазометра Ф в двоичном коде, то код той же части дискрета, к которой принадлежит истинное значение разности фаз а4 будет уточняюшим кодом. Уточнение 20 дискрета происходит путем сравнения значения кода фазометра с выхода усилителей без сдвига фазы второго сигнала Эг и при сдвиге на минус

1 1 1

2Ф, 4Ф, 8Фитд.

В исходном состоянии напряжение на выходе преобразователя 10 коднапряжение (ПКН) отсутствует и электронно-управляемый фазовращатель (ЭУФ) 6 не создает фазового сдвига.

Во время поступления первой пары радиоимпульсов g u S на выходах

1! 1! усилителей 3 появляется набор 0" и "1" отражающих в коде Джонсона раз- 35 ность фаз ЬЧ . Одновременно радиоимпульс 5> поступает на амплитудный детектор (АД) 4 и далее на формиро, ватель 5 импульсов (ФИ). С выхода

ФИ 5 логический сигнал поступает на 40 блок 11 управления (БУ). На выходе

БУ 11 формируется сигнал, по которому происходит запись полученного коца в регистр памяти (РП) 7. Измеренное значение кода принадлежит 45

j -му дискрету

ay, д (д q,, (д У, + ф ))

По окончании первого входного радиоимпульса в регистре 9 последо- 50 вательных приближений (РПП) установится в состояние "1" (старший разряд). В это же время код формирователя 13 выходного кода (ФВК) станет.

1000..., что соответствует середи- 55 не уточняемого дискрета. Под воздействием кода РПП 9 на выходе ПКН 10 сформируется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечит сдвиг сигнала

24

1 на минус — Ф. Во время поступлег 2 ния второй пары радиоимпульсов с той же разностью фаз на выходе усилителя появляется код Джонсона, соответствующий разности фаз сигналов

S и 5, равной d9 = dY --" Ф. Если г 1 0 г при этом код Джонсона вновь соответствует 1-му дискрету, как и при . первом импульсе, это означает

1 истинное значение лУ сдвинуто от о начала дискрета более чем на 1/2 Ф, т.е.

BYE 6(д

На выходе блока 8 сравнения кодов (БСК) формируется сигнал равенства кодов и после окончания второго импульса старший разряд РПП9 остается в состоянии "1" ° Кроме того,последующий разряд также устанавливается в в состояние" 1".На выходе ПКН 10 устанавливается напряжение, при котором

ЭУФ6 обеспечивает сдвиг входного сиг1 1 нала на минус (- + -) Ф

2 4

Уточняющий код на выходе ФВК 13 становится 1100...

При поступленйи третьего импульса проверяется, находится ли истиная разность д1, в последней четверти

i-го дискрета. Если во время второго импульса код Джонсона составляет (i-1)-му дискрету, это означает, что истинное значение г1 г сдвинуто

1 от начала дискрета менее чем на — Ф

2 дч s (v,, (v,. ° ф)) .

Сигнал на выходе БСК 8 отсутствует, и после окончания второго импульса старший разряд РПП 9 устанавливается в состояние "0", а последующий разряд . — в состояние "1". На выходе

ПКН 10 устанавливается напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг

1 входного сигнала S на минус — Ф.

Код ФВК 13,становится 0100... В этом случае при поступлении третьего импульса проверяется находится ли истинная разность фаэ в первой четверти i-го дискрета.

Пример. Примем величину дискрета Ф = 22,5, степень уточнения— восемь раз .(до 2,8125 ), а истинная разность фаэ йЧ = 106

7 1164

Во время первого .импульса на выходе усилителей формируется код Джонсона в соответствии с первой строкой таблицы (фиг.2). На выходе блока

11 управления формируется сигнал, 5 по которому в регистр памяти 7 записывается измеренный код. Разряды

РПП 9 находятся в исходном положении., а на выходе ФВК 13 формируется код середины дискрета. По окончании пер- 10 вого импульса старший разряд РПП 9 устанавливается в состояние "1".

На выходе ПКН 10 имеется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг о минус 11,25, Во время второго им- 15 пульса фазометр измеряет разность фаз и „= с1 Чо 1 1,25 = 95 75

На выходе усилителей 3 формирует- 20 ся код в соответствии .с третьей строкой таблицы (фиг.2). На выходе

БСК 8 присутствует сигнал равенства кодов, поэтому по окончании второго импульса старший (третий) разряд 25

РПП 9 остается включенным и включается второй разряд. Под воздействием выходного кода РПП 9 на выходе

ПКН 10 формируется напряжение, при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвиг Зр входного сигнала на минус (11,25 +

+ 5,625) .

Во время третьего импульса фазометр измеряет разность фаз и У =

Ма 11s25 5s625 = 89ю125

На выходе усилителей формируется код, отличный от записанного в регистр памяти, поэтому на выходе

ВСК 8 нет сигнала равенства кодов °

В результате по окончании третьего импульса второй разряд РПП 9 выклю чается и включается третий разряд.Под воздействием выходного кода РПП 9 на выходе ПКН 10 имеется напряжение

624 8 при котором ЭУФ 6 обеспечивает сдвйг на минус (11,25 + 2,8125)

Во время четвертого импульса фазометр измеряет разность фаз ЛЧ =

= л /, — 11,25 — 2,8125 = 91,9375

Код на выходе усилителя соответствует коду записанному в регистр памяти, поэтому на выходе БСК 8 формируется сигнал равенства. После окончания четвертого импульса первый разряд РПП 9 остается включенным.

Процесс уточнения в данном случае закончен. На выходе преобразователя

14 кода Джонсона в двоичный код (фиг.1) формируются четыре старших разряда, а на выходе формирователя

13 выходного кода — три младших разряда. При этом автоматически получается выходной двоичный код фазоМетра с ценой дискрета 2,8125

Точность фазометра возрастает в 8 раз.

Сигнал, определяющий начало и конец работы устройства уточнения дискрета, целесообразнее всего подавать на вход блока управления.

Если схема уточнения расчиТана, например, на четыре входных импульсов, то при поступлении числа импульсов больше четырех остается код уточнения, который формируется по четвертому импульсу. Если импульсов меньше четырех, на выходе находится промежуточный код (также уточняющий). На работу схемы не влияет периодичность входных импульсов, т.е. они могут приходить в случайные моменты времени, важно только их минимальное количество.

Таким образом, использование-. изобретения позволит увеличить точность измерения путем уменьшения ошибки дискретизации без увеличения числа параллельных каналов основного фазометра.

1164624

1164624

Составитель В.Шубин

Редактор Л. Пчелинская Техред М,Кузьма Корректор E Рашко

Заказ 4181/41 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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