Цифровой измеритель частоты и фазы гармонического сигнала

 

Изсбрртение относится к радио™ измррн 1 ель.юн технике и быть использовано для оценки частоты и фаты г чрмоническсн о cm нлла. Цель изобрегениг - повышение точности измерения фазы сигнала и расширение диапазона рабочих частот В предлагземый измеритель введены U-триггер Т, регистры 8, 20, 21 и 22, блок 16 формирования оценки фазы, сумматора 18, что позволяет изменением кода на входе 19 оперативно перестраивать измеритель по диапазону частот Измеритель также содержит компаратор 1, счетчнк-делитель 4, сннхронизатор 5, счетчик 6, генератор 9 тригонометрических функций, сумма - тор 10, оперативное запоминакэдее устройство (ОЗУ) 11, квадратор 13 и блок 14 поиска максимума. 9 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 0 01 R 23/00, 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4617002/21 (22) 25 ° 10 ° 88 (46) 07.02.9!. Вюп, h 5 (72) В ° Л, Волохов, Л.II ° Зайченко, Л»Г,Еротеико и В.1; !!искорж (53) 681 3(088.8) (56) Лвторское свидетельсгво (t.СР

h 1092733, кл ° G О! К 23/00, 1981, (54) Ц!1ФРОВО!! II 111FPIIT1:ЛЬ !ЛСТОТЫ И

ФАЗЫ ГЛ! !!0Ц!! П . СК0 0 CII Г!1Л !Л (57) !!зс бре гение относится к радиоиз.-1ериз ельиой т xIIHlt и Moil,åò быть использовано для оценки частоты и фазы r зр. онического сигнала ° Цель и зоб (ie 1 t 3! и я повыше )lие точt!ОГти

1!зз! ретeниe относится к рапио» и имерительной технике и может быть использовано для оценки параметров гармонического сигнала - фазы и час» таты в шумах °

Цель изобретения - повышение точ» ности измерения фазы сигнала и рас» ширение диапазона рабочих частот, its фиг.1 приведена структурная схема цифрового измерителя частоты и фазы сигнала; на фиг ° 2 - 6 - примеры раилизации генератора тригонометрических функции, квадратора, бло» ка поиска максимума, блока формиро» вания оценки фазы и синхронизатора, соответственно; на фиг.7-9 - эпюры сигналов, поясняющие работу измери» теля и синхронизатора.

„„SU„„1626176 А 1

2 измерения фазы сигнала и расширение диапазона рабочих частот ° В предла» гаемый измеритель введены D-триггер

3, регистры 8, 20, 21 и 22, блок 16 формирования оценки фазы, сумматора

18, что позволяет изменением кода на входе 19 оперативно перестраи» вать.и«меритель по диапазону частот»

Измеритель также содержит компара» тор I, счетчик-делитель 4, синхро» иизатор 5, счетчик 6, генератор 9 тригонометрических функций, сумма тор 10, оперзгивное запоминающее устройство (ОЗУ) 11, квадратор 13 и блок 14 поиска максимума, 9 ил, Цифровой измеритель частоты и фа» зы сигнала содержит (фиг,1) компаратор 1, вход которого является первым входом 2 измерителя, D-триггер 3, на

D-вход которого подан уровень логи» ческой единицы, счетчик-делитель 4, синхронизатор 5, последовательно со» единенные счетчик 6, информационный вход которого являет"я пятым входом

7 устройства, регистр 8, генератор 9 тригонометрических функций, сумматор

10, оперативное запоминающее устройство 11, регистр 12, квадратор 13, блок 14 поиска максимума, второй вход которого является третьим входом 15 измерителя и блок 16 формиро» вания оценки фазы, выход которого является первым выходом 17 измерите»

162Ы 76 ля, последовательно соединенные сум» матор 18, первый вход которого является четнертым входом 19 измерителя, регистры 20 и 21, а также регистр 22, второй вход 23 измерителя, второй выход 24, причем объединенные счетные входы счетчика-делителя 4, счетчика б и синхрониэирующий вход регистра 20 соединены с входом 23 измерителя, !О первый выход счетчика делителя 4, второй вход 23 измерителя, выход Dтриггера 3 и второй выход счетчика делителя 4 соединены соответственно с нходами 25 ° 1-25 ° 4 синхронизатора 5, 15 а синхронизирующий вход генератора

9 тригонометрических .функций,объединенные синхронизирующие Входы регисчров 12 и 22, блока 16 формирования оценки фазы, первый 26 ° 1 синхрониэи- д) рующий вход блока 14 поиска максимума и управляющий вход оперативного запоминающего устройства 11, объединенные синхрониэирующий вход квадратора 13 и второй 26 ° 2 синхронизирую» 25 щий вход блока 14 поиска максимума, объединенные управляющие нх ды сумма" тора 10 и блока 14 поиска максимума, объединенные входы начальной установки счетчика 6, регистра 20 и третий 30

26,3 синхрониэирующий вход блока 14 поиска максимума, адресные входы опе» ративного запоминающего устройстьа

11, управляющий вход генератора 9 тригонометрических функций и объеди ненные синхронизирующие входи регистров 8 и 2! соединены соответственно с первым 27 ° 1 - восьмым 27 ° 8 выхода» ми синхронизатора 5 °

Генератор 9 тригонометрических 40 функций (фиг ° 2) содержит между входом и выходом последовательно соединенные регистр 28, сумматор 29, коммутатор 30, второй вход которого является вторым входом генератора тригономет- 45 рических функций, регистр 31, выход которого дополнительно соединен с вторым входом сумматора 29, постоянное запоминающее устройство 32, регистр 33, причем объединенные синхронизирующие входы регистров 31 и 33 являются синхрониэирующим, а объединенные синхронизирующий вход регистра 28 и управляющий вход коммутатора

30 управляющим входами генератора

55 тригонометрических функций.

Квадратор !3 (фиг.3) содержит между Входом и выходом последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство 34, регистр 35, синхронизирующий вход которого является снн» хрониэирующим входом кнадратора, и сумматор 36, второй вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства 34 °

Блок 14 поиска максимума (фиг.4) содержит последовательно соедииеннке регистр 37, коммутатор 38, второй

Вход КОторогo яBJIHpтся ВтОрым ВхОДОм блока поис а максимума, рег сгр 39, блок 40 сравнения, второй вход которого соединен с выходом регистра 37, элемент ИЛИ 4! выход которого соеди» нен с синхронизирующим нходом регистра 39, а также последовательно соединенные счетчик 42 и регистр 43, вы» ход которого является н -орым выходом блока поиска максимума, причем син хронизирующий Вход регистра 37 соеди» нен с первым стробирующим Входом бло» ка 40 сравнения и является первым синхрониэирующим входом 26 ° бпока поиска максимума, счетный вход счетчика 42 является вторым синхронизирующим входом 26.2 б.пока поиска максимума, входы установки в нуль счетчика 42 и регистра 43 соединены с вторым входом элемента И;!И 41 и являются третьим синхронизируюшим вхо дом 26 ° 3, а управляющий вход комму» татора 38, соединенный с вторым стробирующим Входом блока 40 сраннения, является управляющим входом блока поиска максимума.

Блок 16 формирования оценки фазы содержит между нходом и выходом по» следовательно со.диненные регистры

44 и 45, постоянное запоминающее устройство 46> инвертор 47, сумматор

48, постоянное запоминающее устрой» ство 49, регистр 50, а также постоян» ное запоминающее устройство 51, вход которого соединен с выходом регистра 44, а выход с вторым входом сумматора 48, элемент ИСКЛЮЧАКЗЦЕЕ

ИЛИ 52, входы которого соединены с входом и выходом старшего разряда регистра 44, а выход с входом стар» шего разряда регистра 45, причем выход .таршего разряда регистра 45 соединен с входом старшего разряда постоянного запоминающего устройст» ва 49, выход старшего разряда регистра 44 - с входом старшего. разря» да регистра 50, сийхронизирующие входы регистров 44 и 45 объединены и яв»

16261 76 ляются синхрониэирующим входом блок», а вход синхрони 3 ции регистра 50 является вторым входом блока, Синхронизатор 5 (фиг ° 6) содержит

D-триггер 53, D-вход которого является входом 25 ° 3 синхронизатора, D-триггер 54, на D-вход которого по.дан .уровень логической единицы, а выход соединен с 1)-входом 11-триггера 55, выход которого соединен с входом установки в нуль D — триггера 54 и первым входом элемента И11И 56, счетчик 57, выход старшего разряда которого соединен с синхраииэирующим входом D-триггера 58 и вторым входом элемента 1ШИ 56, П- гр11ггер 59, выход которого соединен с D-Входом D-триггера 60, cttttxpottt 3иру1сщий вход которого соединен с cHttxpottltзирующими входами D-триггеров 53 и 55, счетчика 57 и является входом 25 ° 2 синхро" низатора, а выход соеди11ен с входом установкч в нул1. D-тр11ггер;1 59 и счет чика 57, D-триггер 61, синхронизирукщий вход которого соединен с cttttxpoнизирующим Входом D-триггера 59 и является Входом 25 ° 4 синхро11и l lтора, а выход соединен с 13-Входом D-тр11ггера 62, выход кото13ого соепи11ен с

D-входом D-триггера 61, синхронизирующий ttxop к О тор огo, O6 t,еди не113111и синхронизирующими Входами D t ðè ããåров 54 и 62, яв:1яется входом 25.1 синхронизатора„а Выход соединен с входами установки в нуль D-триггеров

58, 61, 62, причем на D-Входы D-триггеров 59 и 61 подан уровень логической единицы. цифровой измеритель частоты и фазы сигнала работает следующим образом.

На вход 2 измерителя поступает узкополосная смесь сигнала с шумом (фнг,7а)

U(t) = V cos (2tt с t + <Р, ) + v(t) где V — амплитуда си r нал а; неизвестная частота сигнала, с постоянная на интервале изме» рения, длительностью T„ с (f„, н+2 ),где н — нижнее возмо;.,Ное значение часто» ты сигнала;

f =f +F-центральное значение частоты

О Н сигнала;

2F((f — диапазон возможных значений

О частоты сигнала; ф = подлежащая оценке начальная

С

° фаза сигнала, т,е ° фаза сиг» нала в момент времени t =О, ф а(0,Л) 3

v (t) — у 3копо.1ос13ыш 1яум, 5

Такой сигнал формируется с помощью полосового фильтра, полоса пропуска» ния которого равна диапазону 2Р неопределенности частоты сигнала °

Сигнал с периодом следования Т, 1О зада333щ13й интервал измерения, формируется на ВЬ1ходе старшего разряда ра:3pяднoго (R = loI;>ftT) счетчика» делителя 4 (IIIHr ° 8б) 11з сигнала тактоВой частОты l т и поДаетсЯ на ВХОД

25.4 синхрОни Затора 5. Фронт этого сигнала является 13ачалом очередного интервала измерения

Комиаратор I формирует импульсы

2О нуль-пересечений с частотой следования, равной частоте входного сигнала ° Фронты IIIIIIQJlbcott совпадают с моментами пересечения входным сигналом нулевого уров11я с 11опожительной tIpo»

25 изводной (фиг.7б). Импульсы нуль» пересечений поступают на синхрони» зирующий вход D 1 ðèããåð» 3 ° 11а вход установки в 1 упь D-триггера 3 подается сигll;1JI с выхода П гo разряда счет»

30 чика-дели геля 4 (фиг ° 7а) ° 3тот сиг» нап им1 ет 313орму м+;lttJtptt и период сле»

Дов;1ния Т, ttpll ICM

H = intPlot, (1 г/2F)) где int (Х) — цг..lëí часть числа Х °

Таким обр3зом, D-триггер 3 уста» навпивается в состояние логической единицы первым импульсом нуль пере» сечения, поступившим на синхронизи4() рующий ВХОД D триггера 3 ВО BpeMtt каждого и-го (и = 1, 2, ..., И) по» ложительного полупериода меандра так называемого "окна" ° Период сле» дования "окон" связан с диапазоном неопределенности частоты 2F ВХОДНОГО сигнала: 1 р с 1/2F.

Длительность "окна", должна превышать период 1/f входного сиг нала, чтобы в "окно" гарантированно попал хотя бы один нмгульс нуль» пересечения. Удобно форми. свать 3. О = 1/2Т, что заведомо больше пе» рнода входного сигнала Копичество

"окон" на каждом интервале нзмере ния длительностью Т постоянно и рав»

ННо 11 = 2 -".

Таким образом, эа период следования "окон" Т на выходе D-тригге»

P ра 3 формируется единственный поло»

1626176

15

25

30 где f g f }<+ (Е )

31,2,...,Ь=1,Ь опорные частоты; порядковый номер опорной частоты; шаг формирования сетки опорных частот; полоса анализа;

$f = 1/2Т

35 (f„1 f„ /2Г)1 л l при Y (f11) О, Y (f )-, arccg(Yc (ff )/Yg(ff )) + gí, g = I, пРи Y (ff ) 0, 2, при Yt(fg)(О, 75 е) > 0 ° жительный фронт, который соответствует по времени прореженным пример» но в f„ /2F раз импульсам нуль-пересечений (фиг ° 7г), Прореженные импульсы нуль пере» сечениИ поступают в синхронизатор

5, на D-вход D-трчггера 53, на синхрониэирующий вход которого поступают импульсы тактовой частоты f (фиг. 7д). Таким образом, на выходе

D-триггера 53 формируются прорежен» ные и синхронизированные по фронтам сигнала тактовой частоты импульсы нуль-пересечений (фиг,7е).

Апгоритм обработки последователь» ности синхронизированных импульсов нуль-пересечений с целью измерения частоты и фазы сигнала включает следующие действия, Формируют на интер» вале измерения (»Т/2, Т/2) дискрет» ный аналог квадрата модуля Z(fg) комплексного корреляционного интегра» ла (спектра) Y(fg) Hc} дискретном множестве опорных частот fC б (f},, f}< + 2F) й

Z(f< )=)Y(ff )P = (jKexP(-jZs ff fz)) >

<}з <

Приведенный алгоритм реализуется в устройстве следующим образом.

В начале интервала измерения на входы начальной установки (R+1)-разрядных счетчика 6 и регистра 20 подается импульс начальной установки с выхода 27 ° 5 синхронизатора.5„ При

50 этом счетчик 6 устанавливается в состояние 2"+ ° 3/4, а регистр 20 - в

1R fr Т/2 состояние 2 - 2 — — — — —, где

gw<

)XJ - дробная часть числа Х; К =

2 йк/ т код нижней частоты Йн

Rt<

Импульсы тактовой частоты fT, посту» лающие на вход счетчика 6 и синхро1. = (2F/5f)+1 - число опорных частот;

К вЂ” количество проре» женных им1}ульсов нуль пересечений, поступивших в те чение интервала измерения (-Т/2, Т/2), т е, кол }чество "окон"; б (-Т/2,Т/2) — время поступления фронтов син» хронизированных импульсов куль» пересечений, измеренное относительно середины интервала (Т/2, Т/2) (далее ис» пользуется также об(значение t1)):

Определяют частоту Го, при которой 7(f ) принимает наибольшее значение из превысивших некоторый порогл порог обнаружения ° Частота f являет— ся оценкой частоты сигнала.

Находят по значениям действительн ной Y$(f ) = э1п27Г „к мн).мой

ngл л

Y (fLI) = созе).gt> частей комплексС

} gc< Л ного корреляционного интеграла Y(f ) для частоты fII оценку фазы Ф сигна» ла, отнесенную к середине интервала измерения, т,е ° оценку начальной фазы сигнала низирующий вход регистра 20, изменяют их состояние, причем состояние счетчика 6 с каждым тактовым импуль сом увеличивается на единицу, достигает значения (2 - 1), после ко торого счетчик переполняется (переходит в состояние "0") по следующему тактовому импульсу в середине интервала измерения ° Во второй половине интервала измерения состояние счет чика 6 растет от 0 до 2 "

sin 2 «hf t частотой gf fz/2 "1/2Т.

Я<.!

1626176

При этом изменению состояния счетчика 6 (кода фазы) от 2 + 3/4 до

<< ф!

2 /4 через нуль соответствует изменение фазы опорного сигнала л л 5

sin 2«Af t от значения -«/2 до « /2 через нуль, а произвольное состояние л ш счетчика б связано с фазой 2«Aft соотношением

1О

2«hf t = 2 1 — — — + 2«h °

m Л

11+ < где h = О при О (t б Т/2, h = — при -Т/2 а t и О

Состояние регистра 20 с кажль<м тактовым импульсом увеличивается на величину <- кодл нижней частоты, подаваемого на четвертьп вход 19 измерителя и прибавляемого сумматором 18 к предыдущему состоянию регистра 20 ° 20

Состояние (R+1)-разрядного регистра

20 изменяется на интервале измере-. ния (-T/2, Т/2) периодически с пе» риодом Т = (2 5f ) ((Т и о6ра25 щается н нуль в середине интервала (в момент 1 = О). Состояние М регистра 20 в произвольный момент времени связано с представляемой этим «оп дом фазой 2« Гн t формируемого таким образом опорного сигнала sin 2 « f<, t 30 частотой f<, = 1/Т„= 01 Г,./2 соотноg < шеиием и л "+

2eft = 2«M/2 + 2«r, 35 где r = О, +I, «+2,... - целое число переполнений сумматора 18 за время и (целое число периодов опорного сиг нала). Изменением кода нижней часто» ты (можно изменять величину нижней

40 опорной частоты полосы анализа

f << = Ы fz /2, что расширяет диапа» а+< зон рабочих частот предлагаемого из» мерителя по сравнению с известным, 45 имеющим фиксированную настройку, В моменты времени t прореженный и синхронизированный импульс нуль» пересечения производит запись в регистры 8 и 21 кодов m д и М, соответ» ственио, связанных с фазами форми50 руемых опорных сигналов соотношениями г m« г

2Ы» = 2« -- — + 2«Ь„, <

55 л М<< л

2и f t = 2н — — + 2«r

Н n g+< . n2

2 коды»q и H g хранятся н регистрах 8 и 21 до прихода следующего прорежен» ного импульса нуль-пересечения в мо» мент времени tд« .

В начале каждого "окна" управляю» щим сигналом с выхода 27 ° 7 синхронизатора 5 (фиг.8з) коммутатор 30 генератора 9 тригонометрических функ» цнй переключается на пропускание сигнала от регистра 21 ° Срезом этого сигнала содержимое регистра 8 переписывается в регистр 28 генератора тригонометрических функций, В то же время фронтом синхроимпульса с выхода 27.1 (фиг,8и) синхронизатора 5 содержимое регистра 21 переписывает» ся н регистр 31 ° Содержимое последне»

ro, которым является код. М> фазы ниж» ней опорной частоты Е,1, поступает на вход пос гоянного запоминающего уст» ройства 32 и на второй вход суммато» ра 29, где суммируется с кодом m фазы опорной частоты gf, поступающим на первый вход сумматора 29 с выхода регистра 28 °

1Io окончании управляющего сигнала с выхода 27 7 синхронизатора 5 ком» мутатор 30 переключается на пропуска» ние на вход регистра 31 результатов сложения, выполняемого сумматором 29 °

Запись результатов сложения в регистр

31 осуществляется каждым t-м (3=2, 3, ° ...L) синхроимпульсом с выхода

27 ° 1 синхронизатора 5 ° Период следо» вания этих синхроимпульсов равен

Tp /L °

В результате (Ь-1)-кратного суммирования содержимого регистров 28 и 31, в последнем последовательно по времени фиксируются такие числа А ь

b„tl что

g+<

А2„- hh <2 - » „-1 <,„ 2 где « - количество переполнений с,<1 сумматора 29 при (-1)кратном прибавлении числа

m к числу Мд, /

Числа А«связаны с фазой 2« ff t

3п формируе1<ых таким образом опорных сигналов sin Znf<», 2 1,? соотношением

Ю

2« f(» 2«Е„»в + (3-1) 2«ЬКtn

- -"- "-< - + 2 (г„+ (й-I) h„+ <<„), 2 в

162617

AÏ

sin 21if» + sin 2п»Г, + ... +

cos 2» f i t i + cos 21i f I t< + ... +

+ sin Z»f

cos 2»f t, + cos 2llfzt(+ .. ° +

° л

sin Z»fI,t» + sin 2iif1„ t< + ... +

cos 2llf1 t» + сов 2ИГ +

Последовательность иэ чисел А р »

1,Ь является адресами, по кото рым из постоянного запоминающего устройства 32 поочередно извлекается и записывается в регистр 33, а затем подается на сумматор 10 последова» тельность из чередующихся действи1 . 2Aeп тельных sin 2iife t = sin -- - + п

2 l0

+ 2» ã + (f,-l)h + Е )p в1п 2» -Р.

3(. Ann n

2 и мнимых cos 2и fe, cos 2иАЕ „/2 л т л частей функции ехр(-)2!1 ЙЕ „), где

М- 1,Ь..

Одновременно на второй вход сум» матора 10 поступает считываемая из оперативного запоминающего устройст» ва 11 в регистр 12 последовательность 20 из чередующихся сумм действительных

ll-4 si 2»fe t и мнимых

Ф !

1-1

n-l

CË «e) - с 1 et rye 25 с» компонент (для и = 1 Уво (fe) с,о (() О) °

Синхронизация работы генератора 9 тригонометрических функий и опера тивного запоминающего устройства 11 обеспечивает одновременное поступление на сумматор 10 пар слагаемь х

И-1

sin 2» f ЕТ и, в1п Ziife t и слагаеи, р

35 ьых сов 2ФЕЕа, и > сов 2 Il fe t . Реpe» зультаты суммирования У (ЕЕ )

6

1 и и

=:Е.в1п 2 и Е р ° "с „(f Е)=,Осов2»ЙЕ <

p i p "-»

1,L записываются по соответствующим 2Ь адресам оперативного .заломи нающего устройства 11 взамен прежних хранившихся там сумм Y<„ »(f g) и

1Yc„s(fe), причем вычисление всех Ь чисел Аи, ехР(-j2lifg tn) и всех со

„n ответствующих 2Ь сумм У п(ЕЕ) I (fe ) заканчивается до на ала1 сле» дующего (и+2)-го импульса "окна", после чего весь цикл вычислений ч»»сел А», 1 ехр(-12 йЕ Е,, ) и сумм

Y+ „.„(Е) е Yc n+l (ЙЕ) повторяется °

11

Во время первого импульса окна" в регистры 8 и 21 записываются коды ш» и М» соответственно ° В начале второго "окна" коды m» и М< переписываются в регистры 28 и 31 и начн нается формирование чисел А „и

exp(-j2II f g t ») . К началу третьего на текущем интервале "окна" по 2L адресам оперативного запоминающего устройства 11 записаны числа: sin 2»f t, » 41

cos й1-» tl, Sin 2йй1Г, cos 2иf>t< .. °, sin 2 II f Lt l, cos 2М„,, К началу четвертого "окна" в < перативном запоминающем устройстве 1! по 2L адрег сам записаны уже суммы: sin Zhf i t. +

+ sin 2 и Г< t, cos 2 ий» t, + cos 2Я» t, sin 2йЕ 1 + sin ЙЕ, cos 2»йаГ, +

+ cos Z7fz tz,..., sin 2» f.

+ sin 2!If

К началу (п+2)-ro "окна" в опера» тивном запоминающем устройстве запи» саны следующие результаты накопления: и

sin 2ю»f, t %- sin 2»f» л

cos 2»й, t icos 2»fltp, al и

sin 2Ы с„=, sin 2» f, Pe I

cos 2llf etn icos 2»f

pa1 и

sin 2iif1,t> = sin 2Iif 1,t<, с»

11

cos 2llfI tn =, сов 2!if I,tp.

pal накопления можно

2и,,i

2»fqt!

Ряд результатов записать короче !

Y5n(fe)

pal и

Y,„(fq) =icos

Е с!

Таким образом, к началу второго

"окна", следующего за рассматривае ьым интервалом измерения, в оператив ном запоминающем устройстве ll по 2Ь адресам записаны соответствующие ре» зультаты накопления для всех N npo

1 >6176

40 реженных импульсов нуль-пересечений рассматриваемого интервала измерения - квадратурные составляющие комплексных корреляционных интегра5 лов: и

Ye(fe) = У (fe) = — sin 2hfet

Р

N (Е) = СII(fe) сов 2 fetp

5 С,й

1= 1, .

От начала второго до начала третьего "окна" следующего интервалл измерения синхронизатор 5 сигналом

15 режима поиска максимума с выхода

27 ° 4 (фиг,9е) переводит цифровой измеритель частоты и фазы в режим поиска максимума квлдрлтл модуля комплексного кОрреляционного интегрл"

20 ла по данным, накопленным в оперлТНВНоМ запоминлющем устроистве 11 нл предыдущем интервале измерения. Данный сигнал переводит суммлтор 10 в режим прямого нропусклния данных с 25 первого входа на выход. Перебор адресов оперативного запоминающего устройства 11, злпись и считывлни» данных в этом режиме осуш»ствлнн>тся в том же темпе и в том же порядке, как и при накоплении. Сод»ржашиеся в оперативном запоминлн>щем устройс> ве II квлдрлгурные состлвлян>щи .

Y (f Ф)э Ус(К 4) У6(12) Ус(12) > ° э пооч»редно c nt Tb ss>OT 35 ся из оперативного запоминающего устройства и через регистр 12 подаются на адресные входы постоянного запоминающего устройства 34 квадратора 13, а также нл вход регистра

22, Одновременно данные, поступлющие с генератора 9 тригонометрических, / " функций -sin 2»1 t с, cos 2н f< t <, / Л,r

sin 2я.f л

cos 2»ft tI и соответствующие первому 45 прореженному импульсу нуль пересечения t1 на новом интервале измерения, записываются по соответствующим 2L адресам оперативного запоминающего устРойства I I Нэ выходе ггостоянного запоминающего устройства 34 формиру ются соответственно квадраты состав ляющих YS(fI> ) и Yc(fI> ), I L, которые поступают на входы сумматора

36 непосредственно -Y (fg) и через буферный регистр 35 Y (11I). Калдое

5 из сформированных на выходе сумматора 36 значение квадрата модуля корре ляционного интеграла

14

Z(fg) = y4(fe) Yс(fe) f =I,Е записывается в регистр 37 блока 14 поиска максимума и сравнивается в схеме 40 сравнения с кодом норога, записанным в регистр 39, Управляю» щий сигнал с выхода 27 ° 4 синхрони» затора включает для этого коммутатор 38 на пропускание содержимого регистра 37 на вход регистра 39 и разрешает работу схемы 40 сравнения °

Если содержимое регистра 37 превосходит содержимое регистра 39, синхронизирующий импульс 27 2 (фиг ° Hp) синхронизатора 5 проходит через схему 40 сравнения и осуществляет элцись содержимого регистра 37 .(f ) через коммутлтор 38 в регистр 39, записывает в регистр 43 номер опорной частоты Гр из счетчика 42 и фиксирует в регистре 50 блока 16 формировлния оценки фл.>ь> код оценки лргументл Y(f ), т е флзь> этой со» стлвляющей сп>- ктра, Все последующие формируемые в сумматоре 36 знлч»ния квлдрлтл мод ля корр»ляцнонного ин» тегрлла Z(f +, ), Z(3(>+ ) и тлк далее срлвнивлк>т»я с превысившим порог и элппслипь>м и регистр» 39 блока 14 поискл м..кснмумл н к )«» còâ» нового порога .>нлч<.лиям кнлдрлтл модуля кор р»ляцио>п>ого инт»грллл Z(1 I> ), пока одно нз них не превысит содержимое регистра 39 и не злпишется в него в клчестве нового порога. Таким образом, процедура поиска максимума продолжается до Е(1 ) включительно °

Состояние счетчик, 4? на каждом шаге сравнения увеличивается на егп » ницу, принимая ряд значений f = I,Ь, совпадающих с номером опорной час тоты, квадрат модуля комплексного корреляционного интеграла Z(f ) для которой сравнивается в данный момент времени с порогом. Обнуление счетчи ка 42 и регистра 43 производится в начале каждого интервала измерения сигналом с выхода 27 ° 5 синхронизато ра 5 (фиг.8г).

Процедура поиска максимума квадрата модуля комплексного корреляцион» ного интеграла Z(f ) заканчивается после просмотра всех Ь значений

Z(fp) р = 1,1, при этом в регистре

43 запишется номер Ъ опорной часто»

Ф

m f1>, для которой значение модуля комплексного корреляционного интегра»

1626176

+ b 11 + с1«Е (0) 211), г"!

1,, о

Y.(fe) > О

Y„(t.,). О

1 ггц г 1 г .

01 с Оа

1! 1 и л ла Е(Й ) наибольшее из сформирован» цых иа д;1ццол1 интервале измерения °

Запись кода порога в регистр 39 производится в начале каждого интервала измерения сигналом с выхода 27.5 сцнхро1<изатора 5 (<1иг 8г), Коммутатор

40 rlepeioI!a

Одновременно с формированием и поиском максимума квадрата модуля корреляциогц<огo интеграла (модуля спектра) формируется оценка егп аргумента (фазы спектра) в блоке 16 формирс<яаиия .цепки фазы, Квадратурцые сост, вля «щ.. 7 (f 1I) и Y (Г- ) с

1.О:11Ц<г-.:, гц.. О КОРР ЛЯЦИОЦНОГП ИнтЕГРа1!р11 э тo:. .<1 г,1е, <ое, з, к11ючец!ое в кв.1, лзтцл<с. с кобли, <1 орл1ируе1cя в

Ilc сто»1 нпм зс<1;плиц. щем устройстве

< j, С I;!„-1<Си<И разряд Када фаэо! (П1СЛО

<1) фэргсируе вся 1 э з акового разряда ко1<а i (,, 11 1оср; дственцо, а число l<:1<< " 1

1<,1е1<лi псгра лол!> ла <3 эс. мя де иствия

c».,IIII.- режи11а поис.;;,i максимума блок гоиск<1 л11<>,сил.,ма сравнит вс» 1 форл1:1р .". .<г<., зцаче<.ия квадрата модуля

L(t n) КОМЛ .<. КСНОГП г:ОРРЕ.<11ИИПЦЦОГС< инте раца Y (i ) = г орогпм о<бц<1руже"

<.

:-1ця и л<еъду оооой,; опрецел;<т максимапвцо< из <И1 Z(fbi). Номер 1 :оиорипй ч; тот<< t.p, которой соответствул г юг э i и,цачс ill, i 1 „(f () и Y! — (2 p) и кот< рс!) . я1з!I<=.ется в регистр 4 3

OI1O Ê

, и! Ит э1пг < маг иг.з.1ьцого цо модула поступают с выхода регистра 22 через регистры 44 и 45 на адресные входы постоянных запоминающих уст5 ройств 51 и 46 соответственно на

1 выходах которых формируются логарифмы модулей этих составляющих log> 1У (f ) f и log 1 1 (f <)r, поступающие 1иа сул1матор 48 ° Логарифмы модулей действи1ð тельных составляющих log!I(Y (f<)/ предварительно 1п:вертируются :, ин» верторе 47 ° С выхода сумматора 48 код Разности loga / с (f )1

1og!t(Y (1<1)/ .ступает на адресный вход постоянного запоминающего устройства 49, с выхода которого выход1ым импульсом блок,1 14 поиска максимума считывается в регистр 50 код оценки фазы соответствующей составляющей спектра, формируемый по алгоритму! лю значения Y (f (< ), я влян<щаяся оценкой начапьной фазы сигнала, запись1веется н регистре 50 блока 1б формировани1 оценки фазы.

Аппаратурная погрешность оценки фазы сигнала, т,е. погрешность при отсутствии шумов v(t) на входе из35 мс рителя складывается Hз двух основ

1сых составляющих: погрешности, вызва1шой эффектом квантования входных данны> и конечной разрядностью пред сгавления чисел в узлах цифрового измерителя частоты и фазы сигнапа и погрешности. связанной с неопреде ленностью положения прореженных им» пульсов нуль-пересечений по отноше» пио к середине интервала измерения, Первая составляющая присуща всем цифровым измерителям и уменьшается до требуемого значения увеличением тактовой частоты, разрядности, пред» с ràâI1< íèÿ данных и результатов вы» числений

Вторая составляющая является прип пиальной для измерителей фазы сигнала по его нуль пересечениям, 55 так как в них измерение фазы сигнала в известные моменты времени подме

1я ется измерением моментов времени, когда фаза сигнала равна известной величине, например„(Ъ g — (и/2), где

1626176

g = О, +1, + 4,, ° 0ценить .)ту со» ставляющую погрешиост>1 можно цо формуле — 2 нlt/?Т, где >> <. — априорная неопределеш>ость положеш>» прореженных импульсов нуль пересечения на интервале измерени», В известном измерителе априорная неопределенность. положения импульсов нуль-пересечения, прорежеш>ых счетчиком делителем, на интервале измерения равна

/2F — 1/2) f - — 1/2F.

I0!

Лри этом погрешность опенки фазь> в известном измерителе достигает âåJ» Iчины о >1>1 (2 н/4ГТ). Например, при

2F = 6 кГ)1, Т = О,< 125 с, ф1 =- 1,2

В предлагаемом измерителе увеличение точности иэмерени» фазы достигается путем уменьшени» неопределен» ности положения прореж< нн) )х импуль- 25 сов нуль-пересечений, Для этого про» реживакие импульсов нуль-пересечений осуществляется не с помощью счетчика делителя, как в изнестн<зм измерителе, а с помощью "окон", временное положение которых на >I)1 f< риале и >M<=рения жестко определено схемой изме» рител» и одинаково на всех интервалах измер< ния, Ц этом случае неопре» деленность положения прореженных им- 35 пульсов нуль-пересечений l>a интервале измерения ие превышает периода сигнала l /f с. Рассматриваемая составляющая погрешности оценки фазы в предлагаемом измерителе f7< с 2 >1/2ТГс, 40 . те примерно в Г /2F раз меньше, чем в известном измерителе. Например, при и = 1 00 кГц и Т = 0,025 с

37 = о,oz

Испытания предлагаемого измерите- 45 ля с параметрами f>> = 100 кГц, 20 кГц, L = 300, Т = 0,025 с также подтвердили его высокую зффек» тивность.

Измеритель позволяет в Реальном 50 времени получать оценки частоты и фа» эы сигнала при априорной неопределенности его частоты 2F = 6 кГц Точность измерения фазы сигнала близка к теоретически потенциальной, потери

55 не превы»ают 1-1,5 дБ во всем диапазоне отношений сигнал/шум, кроме условий, когда наблюдается практически

1 чистый сигнал. В этом случае составляюша» аппарату>)1>о)1 иогреяшос ги измерени» фазы си> 1. 1.1;1 <а < «< т 1)еn>:р<-. д< ле)п>ости поло н )ill» прор< ж< )1<>I )x им1)ул Ь Cof< ну)1) (>< .p< C< Ч < )111)1 11<1 и)>т2p>3;) ле I>a>I<.p< )I>I<)»<. ир< >)I>))<;)<>т расчетной величины, Ф о р и у л а и > о б р е т е и и я

Цифровой измеритель частоты и ф»эы гармош>ческого. сигнала, содержа» щ»й компара fop> вход которого являе I с» и<. pБым Входом ус rpойства<,счетчик делитель, синхрони:3<1 rnp, первый вход которо> о соедш>еи с первым вь)ходом счетчика-делителя, счет шк, счетный вход которого on< J>)>«e» с вторым входом си))крош>загоря 11»1)л»< тс» вторым входом устройства, re)«paт< р тригонометрических функ>цн) и первый сумматор, первый вход которого со динен с выходом генератора триго)>ометрических функций, II последовательно соединенш)с операт<>виое aa>>o>I>»>a><)l>>< p устройс f)>o, первый регистр, выход которого дополнительно со<динен с вторым входом первого сумматора, квадратор и блок поиска максимума, второй вход которого является третьим входом устройства, причем синхронизирую>)>и)> вход генератора тригонометрических функций, объединенные синхронизирующий вход первого регистра, первый си>>хронизирующий вход блока поиска максимума и управляю>хий вход оперативного запоминающего устройства, объединенныс синхронизируюший вход квадратора и второй синхронизирующий вход блока поиска максимума, управляющий вход блока поиска максимума, третий синхронизирующий вход блока поиска максимума, адресные входы оперативного запоминающего устройст» ва и управляющий вход генератора тригонометрических функций соедине» ны соответственно с первым « седььа>м выходами синхронизатора, о т л и ч а >0 11<. è é с я тем, что, с целью повышения точности измерения фазы и расширения диапазона рабочих частот, в него введены четыре регистра, сумматор, блок формирования оценки фазы и D-триггер, на D-вход которого подан уровень логической единицы, синхронизирующий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход « с третьим входом синхронизатора, вход второго регистра соединен с вы16261 76

Фиг. 2 ходом счетчика, а выход - с первым входом генератора тригонометрических функций, вход трегьего регистра соединен с выходом первого регистра, выход блока формирования оценки фазы

5 является первым выходом устроцства, а первый и второй входы с оединены с выходом третьего регистра и с первым выходом блока поиска максимума соот ветственно, последовательно соединены второй сумматор, первый вход кото рого являеrcII четвертым входом уст ройства, че1вертый регистр, выход которого дополнительно соединен с ВТ0- 5 рым входом второго сумматора, а си11хрон11з11рующий вход - с вторым входом устройства, и пи fbl."I регистр, выход которого соединен с вторым входом генер» горл тригоном трических функций, 1 ричем нь1ход первого сумм;1тоpR

СОЕЦИНЕЦ С IIXOljOM 01 IPP B TIIB 110 I З ЯПОминяющего устройства, счетный вход счетчика-делителя соединен с вторым входом устройства, первый выход счетчик lделителя дополнительно соединен с входом установки в О" D- триггера, а второй выход с четвертым входом синхронизатора, объединеннь1е синхронизирующие входы третьего регистра и блока формирования оценки фазы, управпяюшии вход первого сумматора, объединенные входы начальной установки счетчика и четнерто о регистра, объедипеьп1ые сипхронизирующие входы второго и »ятого регистров соединены соответственно с вторым, четвертым, IIBTb1M и BocbMbIM ьь1:одами синхронизатора, информационный вход счетчика является пятым входом устройства, а второй выход блока поиска максимумавторым выходом устройства °!

626!76

1

1

1

I

I

Фиг. 3

Фиг. 4

° °

Л . Ф

Фиг. 5

Фиг. 6

1626176

I (I

I

- 6) I 1 ((((!

I (!

ЮЮЕЮБ .Х.

Т/2

Фиг. 7.Г1

4U8. 8

Ол®ОЮ

Редактор И,Горная

Заказ 275 Тираж. 176 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

25 . 2

25, !!!

I синкронщатора

zzs

27.с

0 25, 2 1ШП(ШВ

25. Ф

8,7 жн/,ООНУЭОГПО(}0 д чсинкроНЫй770РС7

Р 274

27. 3 (((1 .Д .д 1

Составитель В,Новоселов

Техрсд М.Дидык Корректор МаДемчик