Способ измерения амплитуды и фазы радиоимпульсного сигнала

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ А ШЛИТУЛЫ И ФАЗЫ РАДИОШШУЛЬСНОГО СИГНАЛА, основанньй на измерении максимального значения входного сигнала, в соответствии с которым производят преобразование входного сигнала до равенства амплитуд входного и опорного сигналов, и измерении сдвига фазы между входным и опорным сигналами , при котором формируют первые и вторые последовательности коротких импульсов и прямоугольные импульсы длительностью, пропорциональной сдвигу фазы между сигналами, при этом первая и вторая п следовательности коротких импульсов соответствуют моментам перехода опорным и входным преобразованным сигналом через фиксированньи уровень, а временные интервалы прямоугольных импульсов формируют в моменты, когда начало каждого совпадает с нечетным коротким импульсом первой последовательности , а конец - с нечетным импульсом второй последовательности коротких импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения амплитуды и сдвига фазы радиоимпульсного сигнала, формируют дополнительные прямоугольные импульсы, начало которых совпадает с четным коротким импульсом первой последовательности, а конец с таким же импульсом второй последовательности коротких импульсов, при этом значение фазового сдвига находят по формуле Ч , а ам (Л плитуду входного сигнала определяют с как произведение максимсшьного значения входного сигнала на корректируюидий коэффициент 1-1 и,U: Sin - + «rcsin К: - и on Kj on Л Г; -разность основного и догде полнительного прямоуголь9 ) СП ных импульсТэБ) i - среднеарифметическое ёяачение этих же импульсов} Т - период несущей частоты входного сигнала-, Ц -амплитуда опорного сигнаon ла-, U - а1 дшитуда фиксированного уровня.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) (!! ) (5»)4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ начало каждого совпадает с нечетным коротким импульсом первой последовательности, а конец — с нечетным импульсом второй последовательности коротких импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды и сдвига фазы радиоимпульсного сигнала, формируют дополнительные прямоугольные импульсы, начало которых совпадает с четным коротким импульсом первой последовательности, а конец— с таким же импульсом второй последовательности коротких импульсов, при этом значение фазового сдвига находят по формуле Ч= 2»» /1, а ам- плитуду входного сигнала определяют как произведение максимального значения входного сигнала на корректируюций коэффициент

LI; Тд7; u„-»

K;= sin агсЫп

"оп ов где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3583837/24-21 (22) 26.04.83 (46) 07.09.85. Ьюл. № 33 (72) Г.П.Белаш, Е.И.Качанов и А.И.Валяев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И.Ульянова (Ленина) (53) 621:317(088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 734592, кл. G 01 Р 25/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 938206, кл. G О » R 29/00, 1981. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД

И ФАЗЪ| РАДИОИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА, основанный на измерении максимального значения входного сигнала, в соответствии с которым производят преобразование входного сигнала до равенства амплитуд входного и опорного сигналов, и измерении сдвИга фазы между входным и опорным сигналами, при котором формируют первые и вторые последовательности коротких импульсов и прямоугольные импульсы длительностью, пропорциональной сдвигу фазы меж -,у сигналами, при этом первая и вторая последовательности коротких импульсов соответствуют моментам перехода опорным и входным преобразованным сигналом через фиксированный уровень, а временные интервалы прямоугольных импульсов формируют в моменты, когда

d < — разность основного и до1 полнительного прямоугольных импульсов)

Т вЂ” среднеарифметической зна J чение этих же импульсов, Т вЂ” период несущей частоты входного сигнала;

Uо — амплитуда опорного сигнала;

0; — а»»»»литуда фиксированного уровня.

1177765

Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может использоваться при создании устройств, измеряющих амплитуду и фазу радиоимпульсных сигналов. 5

Цель изобретения — повышение точности измерения амплитуды и сдвига фазы радиоимпульсного сигнала.

Формируя дополнительные прямоугольные сигналы при использовании моментов пересечения опорным и преобразованным входным сигналами фиксированных уровней и суммируя эти дополнительные прямоугольные сигналы с прямоугольными сигналами, удается увеличить точность измерения фазы за счет компенсации методической погрешности, обусловленной неравенством амплитуд опорного и преобразованного входного сигналов. Кроме того, раз- 20 ность прямоугольного и дополнительного прямоугольного сигналов несет информацию об отношении амплитуд опорного и преобразованного входного радиоимпульсных сигналов. Эта информа- 25 ция используется для увеличения точности измерения амплитуды радиоимпульсного сигнала.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняюцие способ иэмере- 50 ния амплитуды и фазы радиоимпульс ного сигнала, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие линейное пре- . образование входного радиоимпульсного сигнала, а также возникновение и компенсацию методической погрешности; настиг.З вЂ” график зависимости методической погрешности от отношения амплитуд опорного v преобразованного сигналов и от числа используемых 40 фиксированных. уровней.

На фиг. 1 èçîáðàæåí случай измерения фазы между опорным сигналом

Uon(t) = Vo„ sin u)t и преобразованным

pxopHblM сигHBIIOM Ньх (t) Ч8х sin(t+45

w g). Формируются и первых и и вторых последовательностей коротких импульсов (ПКИ) . На фи-.. 1 б и 1ъ представлены i-тая и j-тая первые

ПКИ, соответствующие фиксированным 50 уровням Ч; > О и V. (О. На фиг; 18 и 18 даны i-тая и j-тая вторые последовательности коротких импульсов, соответствующие Ч1 и V Также в соответствии со сформированными ПКИ 55 осуществляется формирование прямоугольных сигналов (ПС). На фиг. 1 6 н 1 изображены ПС, соответствующие V и Ч,,Кроме этих сигналов, 1 формируются также дополнительные прямоугольные сигналы (ДПС). На фиг. 1 и 1и представлены ДПС соответственно для V; и V > .

Как видно из фиг. 2у, йри наличии шумов в канале распространения входного радиоимпульсного (РИ) сигнала максимальное значение входного сигнала u,„ „(t) не равно амплитуде

Ч „ первой гармоники РИ сигнала, т.е. Ч „ P V „ (считаем, что опорный сигнал не подвергается воздействию шумов). После аналого-цифрового преобразования амплитуды V++ и IIoлучения соответствующего этой амплитуде кода К осуцествляется линей1 ное преобразование входного сигнала

U>X (t) . Как видно из фиг. 2Г, амплии туда Ч „преобразованного сигнала

"ех() = Vex sin(@rot ) (s данном случае уменьшенного входного сигнала) не равна амплитуде V „опорного сигнала. В связи с этим появляется методическая погрешность л,, возникновение которой поясняется фиг. 26 (в данном случае .Goo = т.е. Т = 2Tr). Эта погрешность, измеренная на -м фиксированном уровне V;, может быть определена следующим образом:

И„= are sin „- arcs in — . (1) V) .. V;

Чм

Если U п)VП„, то йЧ;7 О, в противном случае д4; (О. Если ДПС длительностью „ сложить с ПС длительностью с„1, то суммарная

T длительность, 2 = 1 +

«2 Y пропорциональна удвоенному фазовому сдвигу (фиг. 2ъ). При этом

ПС и ДПС содержат методические погрешности a9 ; равные по величине, но противоположные по знаку. Поэтому при таком суммировании удается избавиться от методической погрешности. Если же из ПС длительностью С 1„ вычесть ДПС длительностью Г 2, то полученная разность дГ; = с „ а = — - 2 51 пропорциональна т

12 2 удвоенной методической погрешности соответствуюцей Ч;

Если ввести коэффициент k и

= V „/Чр„, тогда формула (1) может

1177765 быть преобразована в следующую форму:

Vt 1 Ч1

arcsin = и

Чви 4 Usx

sin ndY;++

V1

Чои отсюда получаем функциональную зависимость, связывающую дЧ; с коэффициентом k

V1l

V; .(2)

V яы(а g;+ arcsin )

Oh

Чтобы на каждом периоде и для каждого уровня V. не вычислять k no

1 формуле (2) или (3), можно сначала 50 суммировать д ; для каждого из п фиксированных уровней и получать дТ = h

r dt;

1=1 риод погре

Тогда усредненная за пе2х д7 д я шность Д V- — . 55

2п Т.п

Тогда формула (1) может быть преобразована следующим образом:

Из формулы (2) следует, что существует вполне определенная связь между k, и д 1 ; для V, Таким об1 разом, методическая погрешность д 1 несет информацию об амплитуде преоб-. разованного сигнала, точнее об отношении этой амплитуды к амплитуде 20 опорного сигнала, неизменного по

2в 2 величине. Учитывая, что д ;= Ь -(;, получаем выражение, связывающее k, с величиной д1,;, измеренной за один 25 период на фиксированном уровне V„, V

k1 . Т . Ч;)

U sin .» д Г; + arcsin ). (3)

0n у Чоп 1

Такая зависимость справедлива для любого фиксированного уровня, который пересекает преобразованный сигнал.

Искомый фазовый сдвиг определяетЗ5 ся как среднее арифметическое из и фазовых сдвигов 1 ., измеренных на п

У фиксированных уровнях в каждом периоп де входного сигнала, т.е.

-10

При этом выходной код N пропорциональный искомой амплитуде входного

РИ сигнала, равен произведению N

1 на k где k — среднее арифметическое из и корректирующих коэффициен- 45

1 и тов k<, т. е. N, = N„k = N,— .

1п. А 1.

Т с Ч; — (arcsin —

Ч

Чо оп

arcsin †). (4)

Uoh. где n — число пересеченных преобразованным сигналом фиксироФ ванных уровней (no 4 и) .

Если амплитуда преобразованного

A и

Vвх < ЧЧв„и, тогда Чвх эа период может пересечь не все и фиксированных уровней, суммирование нужно производить по числу пересеченных фиксированных уровней, поэтому в выражении (4) суммирование производится от 1 до и„.

Кроме того, выражение (1) может быть преобразовано и другим образом

"o

1 — (acr sin

П0 1=1 Von (5) av=— о

Ч; ои

arcsxn

Способ осуществляют следующим образом.

Пусть, например, V< 2,47 В, Чби = 1,0В, в ичина нага квантованйя дЧО = 10 В, следоват ьно, Voë соответствует 100 единицам (g, =.

= Ч„и /дЧ = 100). При измерении, амплитуды радиоимпульсного сигнала оказывается, что за счет действия шумов в канале распространения входсигнала Чм«с = 2,50Р. После преобразования в цифровой код максимального значения входного сигнала получают N, = 250 (т.е. на 3 единиНа фиг. 3 изображена зависимость (д1 (= f(U „/V ) для различного числа и фиксйрованных уровней. При этом фиксированные уровни берутся с равномерным интервалом, т.е. V1 — V„.1 = V = сопя", и выражение (5) приобретает форму

Ау и i= — Z (area in (—.— 3

no (=, о

Von(i — 1) 1 — srcsin вх

Как видно из фиг. 3, при 1/k и

= Чв /Чви = 0,9-1,1 зависимости Д9 от 1/k с достаточной для практики точностью можно считать прямыми линиями, т.е. эти зависимости близки к линейным. Таким же образом, используя выражение (4), можно построить зависимости. k = f(di,, пв) ..

1177765 цы больше, так как искомый код дол.-. жен быть равен V@, /4ЧО = 247).

В соответствий с кодами Ф и N< входное напряжение делится, после 5 такого линейного преобразования амплитуда преобразованного входного . игнала равна Ч Ч@ — 0,988 B.

Величина корректирующего коэффициента k Ч8„!Ч „ может быть получена,. по зависимости k = f(a7) после вычисления llЧс использованием Il фикси11ованных уровней. Если не учйтывать погрешность аппроксимации кривых (фиг. 3), то величина k = 0,988.

Для уточнения действительной амплитуды ЧВ» отыскивается число Н = N„k =

= 247. Таким образом, после нахождения методической погрешности д и использования зависимости k = Е(ьЩ уточняют действительную амплитуд входного сигнала и выходной код N — 247 = Чьх Нь

При нахождении корректирующего 25 коэффициента можно. использовать формулу (4) либо (5) . Так, для рассмотренного примера относительная погрешность по амплитуде равна 3:247 = — 1,2Х. 30

При использовании выражения (5) и восьми (n = 8) фиксированных уровней

О погрешность по фазе для известного о способа составляет 0,4 . Эта погрешность обусловлена отличием V от

6к

У „ и не может быть уменьшена даже за счет усреднения результатов измерений на различных фиксированных уровнях и на различных периодах входного радиоимпульсного сигнала. Использование предложенного способа позволяет компенсировать эту фазовую погрешность и, кроме того, найти корректирующий коэффициент, позволяющий сократить погрешность по амплитуде.

С увеличением интенсивности шумов, воздействующих на входной радиоимпульсный сигнал, целесообразно увеличивать число фиксированных уровней, что позволяет увеличить число усредняемых корректирующих коэффициентов и одновременно повысить точность и помехоустойчивость измерения амплитуды и фазы. В зависимости от характера и интенсивности шумов, а также числа фиксированных уровней предложенный способ позволяет более чем в

2 раза уменьшить погрешность измерения амплитуды. Кроме того, при сравнении точности измерения фазы с помощью предложенного способа со способом, использующим моменты пересечения входным сигналом нулевого уровня, можно отметить, что эта точность в

f(;" 7)7Т фазы на каждом периоде входных сигналов.

1177765 юг. 1

11777á5

4,0

n,=ä п, 10

n,:7Ã

«и» г0

-п =4 по е

10 па- 04 g /Кар

Pere 7

ВНИИПИ Заказ 5550/46 Тираж 748 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4