Устройство для определения фазы сигналов

 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением. Для расширения динамического диапазона амплитуд исследуемых сигналов в смеси с нестационарной помехой стабилизируется положение среднего значения смеси сигнала с нестационарной помехой на интервале обработки. Стабилизация осуществляется за счет формирования сигнала смешения с последующим введением его в блок привязки уровня. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (j9) (11) 279 А1 (51)5 (01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ ГКНТ ССС) (2) ) 4444898/24-21 (22) 20.06.88 (46) 23. 07. 90. Бюл. 1(- 27 (71) Томский институт автоматизиро ванных систем управления и радиоэлектроникии (72) С.И.Богомолов, Н.Г.Переход и В.Д.Ринчинов (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1345134, кл. G 01 R 25/00, 1985, Авторское свидетельство СССР

9 1442932, кл. С 01 R 25/00, 1987. Изобретение относится к фазоиэме-. рительной технике и может быть использовано в радиотехнике при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением.

Целью изобретения является расши— рение динамического диапазона исследуемых сигналов путем стабилизации положения среднего значения смеси сигнала с нестационарной помехой на интервале обработки.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — эпюры входного сигнала с нестационарным средним значением и эпюры его составляющих.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 копии сигнала, фазовращатель 2 на 90, первый перемножитель 3, второй перемножитель

4 и вычислитель 5 отношения, блок 6 привязки уровня, блок 7 вычитания, 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением. Для расширения динамического диапазона амплитуд исследуемых сигналов в смеси с нестационарной помехой стабилизируется положение среднего значения смеси сигнала с нестационарной помехой на интервале обработки. Стабилизация осуществляется эа счет формирования сигнала смешения с последующим введением его в блок привязки уровня. 2 ил.

1 формирователь 8 импульсов, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 интеграторы, первый сумматор 13, второй сумматор 14, первый 15, второй

16 и третий )7 блоки выборки и хранения. К входу устройства подключены последовательно соединенные блок 6 привязки уров ня, в торой перемножитель

4, второй интегратор )0, первый сумматор 13, выходом подключенный к второму входу вычислителя 5 отношения, выход которого является выходом устройства, К выходу блока 6 привязки уровня подключены последовательно соединенные четвертый интегратор 12, второй блок

16 выборки и хранения, второй сумма-.. тор 14, блок 7 вычитания, выход которого подключен к опорному входу блока 6 привязки уровня. Выход четвертого интегратора 12 подключен к второму входу в то рого с умма тора ) 4, в ыход

1580279 которого подключен к второму входу третьего блока 17 выборки и хранения, выход которого подключен к третьим входам первого и второго сумматоров

13 и 14. Выход блока 6 привязки уров5 ня подключен также к второмы входам блока 7 вычитания и первого перемножитечя 3. К выходу второго перемножителя 4 подключены также последователь-10 но соединенные третий интегратор 11 и первый блок 15 выборки и хранения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора 13. Выход генератора 1 копии сигнала подключен к первому входу второго перемножителя

4 и входу формирователя 8 импульсов, Первый выход формирователя 8 импульсов подключен к первым входам четвертого интегратора 12, второго 16 и третьего 17 блоков выборки и хранения, а также к вторым входам третьего интегратора 11, первого блока 15 выборки и хранения и к управляющему входу блока 6 привязки уровня. Второй 25 выход формирователя 8 импульсов подключен к вторым входам первого и второго интеграторов 9 и 10 соответст —. венно, Устройство работает следующим об- О разом.

Входной сигнал, описываемый выражением

Ц = cosM t

Ц = sinQt (2).

S(А) = А соэ(gt-Q)+UD+kt+x(t), (1) показан на фиг.2а. Этот сигнал содержит следующие составляющие: полезный сигнал (фиг.2б), среднее значение принятой смеси (фиг.2в) и помеха

x(t), которая для наглядности изобра- 40 жена в виде гармонического сигнала (фиг.2г) . На фиг.2 обозначено:

= А cosg — начальное смещение, обусс ловленное начальной фазой сигнала;

k - крутизна изменения среднего зна". 45 чения нестационарной помехи.

Генератор 1 копии сигнала формирует гармоническое напряжение с частотой входного сигнала, которое поступает на вход формирователя импульсов 5Q и перемножителя 4 непосредственно, а на вход перемножителя 3 — через фазо-.. вращатель 2 на 90 . В результате на о перемножители 3 и 4 поступают сигналы соответственно 55

На первом выходе формирователя 8 импульсов вырабатываются короткие импульсы в моменты нуль-переходов с положительной производной сигнала генератора 1, а на втором выходе формирователя — последовательность импульсов в моменты нуль-переходов с отри-. цательной производной сигнала генератора 1, Короткие импульсы с первого выхода формирователя 8 импульсов пост тупают на управляющие входы блока 6 привязки уровня и блоков 15-17 выборки и хранения, на установочные входы интеграторов 11 и 12. В результате на выходе интегратора 12, обнуляемого

Ф по заднему фронту этих импульсов в моменты времени t = nT +,„, получаем напряжение где I — среднее значение смеси сиг1 нала с помехой на выходе блока 6 при-. вязки уровня эа интервал обработки, равный периоду полезного сигнала Т;

1 —, 1 у2у Фу ° ° ° у

j = 1,2„3„... л

Значение с (g (c Т, поэтому в расчетах его влиянием пренебрегаем, упоминая о нем только при описании принципа работы устройства. Сигнал (3) с выхода интегратора 12 поступает на первый вход сумматора 14 с весовым коэффициентом, равным 2. На второй и третий входы сумматора 14 поступают сигналы с выходов блоков 17 и 16 выборки и хранения. На выходе сумматора 14 по".. лучаем сигнал (4)

Этот сигнал поступает на первый вход блока 7 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 6 привязки уровня. В результате по переднему фронту импульс-., сов, формируемых на первом выходе формирователя 8 импульсов в моменты времени t = nT, сигнал на выходе блока 6 привязки уровня периодически привязывается к сигналу на выходе блока 7 вычитания. Опишем сигнал на выходе блока 6 привязки уровня в разные интервалы времени.

158027 9

П, (т) = и„ (Т) . (9) 25

0 + с —

30

С = — x(t)dt.

И Т (11- 1т. соответственно равны Асов

2 (10) В интервале времени 0 (t & T

U<(t) = Ассов(Ос Ч)+11о +kt+x(t) (5) В интервале времени Т (t 2Т

f (с) —,(с) — с„= A,сов(ас—

-<Р) — U + kt + x(t) - kt — 2С„ (6) Т

1 где С вЂ” i x(t) dt.

Т ) о

В интервале времени 2Тc. t « ЗТ и последующих, предполагая, что крутизнаа К постоянна, получим, что сигнал на выходе блока 6 привязки уровня (в интерв алах времени nT (t (n+1) Т) описывается выражением

0 (с) = А соэ(ус -g) + kT +

+ x(t) (2п + 1)

kT+ С,,— 2С„, (7) где и 2,3,4...,, а

Сигнал с выхода блока 6 привязки уровня поступает также на перемножители 3 и 4, на вторые входы которых поступают сигналы (2) . Результирующий сигнал с выхода перемножителя 3 поступает на интегратор 9, а с выхода перемножителя 4 — на интеграторы 10 и

11. Интегратор 11 обнуляется по заднему фронту импульсами с первого выхода формирователя 8 (в моменты времени t = nT + (,„) и накапливает информацию в интервалах времени (и-1)Та t c nT, где п = 1,2,3,...

Напряжение на выходе интегратора

11 к моменту времени t Т с учетом выражения (5) равно

Т

U (Т) — J U (t) sin Q tdt

Ю Т ) о т (А сов(А}с- tf) + U + kt

Т с о о

+ x(t) sinQtdt — —, (8) A(sin 4 kT

2 2Ъ

Это напряжение по переднему фронту импульсов с первого выхода формирователя 8 импульсов в моменты времени

t = nT запоминается на блоке 15 выбор-. ки и хранения и в момент времени t T

Я равно

15 Интеграторы 9 и 10 обнуляются по заднему фронту импульсами с второго выхода формирователя 8 (в моменты (2n — l)T л времени t -= + (, и накаплиц

20 вают информацию в интервалах времени (2n — 1)T (2п + l)T

tt, 2

Информация с интеграторов 9 и 1О за интервал времени не используется, поэтому рассмотрим их работу, начиная с момента времени

Т л

t =- — + (. Напряжения на выходе ин2

35 теграторов 9 и 10 к моменту времени

t = — Т с учетом выражений (5) и (6)

}} (Т) = — J (А сов((}с-t}1} + U +

3 1

Tf® 3!2Т

+ kt+ х(С)11 cosgtdt + — (ГА сов(ИС-tf)45

Т вЂ”. U + kt + х(с) — kT — 2С cosgtdt

О 1

Яхт

А сов(Ис-y) + kt +

Т,1 1 с т12 т

U0

+ x(t) cosgtdt + — J cosgtdt

Т з1аттй (Uo+ kT + 2С1)

cosgtd t т

7! 580279

U (- T) = — i А (os(Qt-g) +

1О 2 Т д (, с т11

Ъйт

U + kt + x(t) sinQtdt + — . А cos(Qt- 5

0 т с — q)-U + kt + x(t) — k(T)-2C,JsinUtdt 2 т

I (Г Ассов (Qt+) + kt + x(t)J singtdt+

rn

U, . (Бо+ kt+ 2С() ( ( т ) . - т т12 5

Aosing kT Uo Uo+ kT + 2С»

+ - » — CO

2 .2 »»

П

Aqsing kT 2Uo + kT + 2Ci

2 2(i о 20

Напряжение (10) поступает на первый вход вычислителя 5 отношения, а напряжение (11) — на первый вход сумматора 13 с весовым коэффициентом, 25 равным О, 5, на второй вход которого поступает напряжение (9) с выхода блока 15.выборки и хранения также с весовым коэффициентом, равным 0,5.

На третий вход сумматора 13 поступает 30 напряжение, формируемое интегратором

12, сумматором 14, блоками 16 и 17.

Напряжение на выходе интегратора

12 в моменты времени t nt можно вычислить по формуле (3) и в момент вре-3 мени t = Т оно имеет вид

U

kT

Это напряжение с весовым коэффици- 40 ентом, равным 2, поступает на второй вход сумматора 14, на первый вычитающий вход которого поступают сигналы с блока 16 выборки и хранения, а на третий вход поступает сигнал с выхода 45 блока 17 выборки и хранения. Напряжение на выходе сумматора 14 описывается выражением (4), Так как U qy (О) О и U 6(О) О, то в момент времени с=*Т

У»,»(Т) 2U (Т) + Ulz (О) — U(g (О)

2Uo + kT + 2C1, (13)

Это напряжение по переднему фронту импульса с первого выхода формирователя 8 импульсов в момент времени с Т запоминается на блоке 17 выборки и хранения

U1ò (T) U ) (T) 2Uî + kT + 2С q. (14)

Напряжение (13) поступает также на второй вход блока 7 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 6 привязки уровня и по переднему фронту импульса с первого выхода формирователя 8 импульсов в момент времени t = Т производится привязка выходного сигнала блока 6 привязки уровня к сигналу на выходе блока 7 вычитания, в результате сигнал на вь(ходе блока 6 привязки уровня будет опи; сываться выражением (6).

Напряжение (12) поступает также на вход блока 16 выборки и хранения и по переднему фронту импульса с первого выхода формирователя 8 импульса в момент времени t = Т + t запоминается на нем

U,g (Т) = Ui (Т) = Uo + + С,, (15)

kT

t >c i, < — время задержки, необходи мое для согласования во времени работы блоков 16 и 17 выборки и хранения. л

В момент времени t = Т + (.„происходит обнуление интеграторов ll и 12.

Далее сигнал (14) с весовым коэфг(z

0,5 фициентом, равным sin63tdt =

1 — поступает на третий вход сумма2.7( тора 13, В результате в момент времени t = — Т на выходе сумматора 13 с

3 учетом выражений (9), (11). и (14) на2 нряжение равно

UZ((- Т) = Оэ5 U o (-2 Т) + U (T)+

3 3 1

2((+ O,5U(g (T) = 0,5(+ - с,—

А з1п

2Uo + kT + 2C(2Ц+ -kT + 2С

) — р-

+ 0 5(Acsinq kT) Acsinq

2((Это напряжение поступает на второй вход вычислителя 5 отношения, на первый вход которого поступает напряжение (9) с выхода интеГратора 9. На выходе вычислителя 5 отношения в мо1 58027 9

3 мент времени t — Т формируется сиг2 нал, пропорциональный отношению сигналов, поступающих на его входы

u,(- т) - 0„(- Т) /U,(- Т) 3 3 3

Aesind

A cosy (17) 3 л

В момент времени t — Т + 0ц про2 исходит обнуление интеграторов 9 и

10, Таким образом, в моментывремени (2n+1)T ае

2 на выходе устройства обеспечивается несмещенная оценка тан-20 генса фазы исходного колебания

$() = А соз(Ю -() + 0 + 1с +

+ x(t), 25

Формула изобретения

Устройство для определения фазы сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор копии сигнала, фазовращатель на .90 „ первый перемножитель, первый интегратор и вычисли" тель отношения, выход к оторог о является выходом устройства, выход генератора копии сигнала соединен с входом формирователя импульсов, а также с первым входом второго перемножителя, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего интеграто- 40 ров, выход в торого интег ра тора с о единен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока выборки и хра" нения, а выход первого сумматора соединен с вторым входом вычислителя отношения, блок привязки уровня, первый вход которого соединен с входом устройс тв а, управляющий вход — с первым выходом формирователя импульсов, опорный вход — с выходом блока вычитания, а выход блока привязки уровня соединен с вторыми объединенными входами первого и второго перемножителей, первый выход формирователя импульсов соединен с первыми входами четвертого интегратора, второго и третьего блоков выборки и хранения, при этом вторые входы четвертого интегратора и блока вычитания подключены к выходу блока прив язки уров ня, выход в торого . блока выборки и хранения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего блока выборки и хранения, отлич ающеес я тем, что, с целью расширения динамическОго диапазона исследуемых сигналов, первый выход фо рмиров а теля импульсов соединен также с вторыми входами третьего ин-. тегратора и первого блока выборки и хранения, первый вход которого соединен с выходом третьего интегратора, второй выход формирователя импульсов соединен с объединенными вторыми входами первого и второго интеграторов, выход четвертого интегратора соединен с вторым входом второго блока выборки и хранения и третьим входом второго сумматора, второй вход которого соединен с введенным третьим входом первого сумматора, а выход второго сумматора подключен к второму входу третьего блока выборки и хранения и к пер-... вому входу блока вычитанйя.

1580279

Составитель Ю.Макаревич

Редактор С.Пекарь Техред М,Дндык Корректор С.Шекмар

Заказ 2009

Тираж 551

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101