Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале

 

Использование: в области радиоизмерений , а именно в фазометрии, а также в технике связи и радиолокации, где широко применяются фазоманипулированные сигналы Сущность изобретения: способ сокращает время измерения сдвига фаз и реализуется подачей на вход анализатора спектра фазоманипулированного сигнала с известной несущей частотой, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности г , фиксацией положения частоты Fminj, соответствующей ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, и частоты Рт1п,соответствующей следующему от несущей минимуму огибающей спектра, измерением интервала частот от Fmirn и определением величины фазового сдвига по формуле А0 2ЯГ( -Fminl)- - JlSCj ( F mln - F mini ) . 3 ИЛ. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 R 25/00

ГОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4805131/21 (22) 21,03.90 (46) 30.10.92, Бюл. М 40 (71) Казанский авиационный институт им.

А,Е. Туполева (72) С.Р. Закиров, Н.M. Пищальников и В.К.

Раскин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1552119, кл. G 01 R 25/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ В ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННОМ

СИГНАЛЕ (57) Использование: в области радиоиэмерений, а именно в фазометрии, а также в технике связи и радиолокации, где широко применяются фазоманипулированные сигналы, Сущность изобретения: способ сокраИзобретение относится к области радиоизмерений, а именно к фазометрии, и может быть использовано в технике связи и радиолокации, где широко применяются фазоманипулированные (ФМ) сигналы.

Известен способ определения сдвига фаз в ФМ сигнале спектральным методом (1, Молебный В.В. Некоторые вопросы измерения быстрых изменений фазы. — В кн.:

Автоматический контроль и методы электрических измерений (труды 5 конференции). — Новосибирск, Изд-во "Наука" C0 AH

СССР, 1965 г., с. 87 — 93), основанный на использовании спектрального анализа периодического ФМ-сигнала, состоящего иэ двух субимпульсов одинаковой длительности, при котором с помощью анализатора спектра измеряют величину(амплитуду) несущего колебания U,„. нормирует ее к величине несущего колебания неманипулированного

„„5U„„1772764 А1 щает время измерения сдвига фаэ и реализуется подачей на вход анализатора спектра фазоманипулированного сигнала с известной несущей частотой, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности г, фиксацией положения частоты Fmi>, соответствующей ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, и частоты

Fmin,,соответствующей следующему от несущей минимуму огибающей спектра, измерением интервала частот от Fmin po Fmin и определением величины фазового сдвига по формуле

ЛО = 2 ГТ (Р ming > mln1 ) г з п (F min, F min) ) ° 3 ил. сигнала О0 и определяют величину фазового сдвига по формуле;

Ь

ЛО=2 arccos(0„„/U ), (1)

Зависимость величины несущего колебания от величины сдвига фаз представлена в (1 с. 91 рис. 51). При ЛО= 180 несущее колебание в спектре ФМ-сигнала исчезает, при ЛО= 0 его величина максимальна и равна U<.

Недостатком указанного способа является большое время измерения, обусловленное его двухступенчатостью (после измерения величины UÄ,,требуется произвести переключения для снятия манипуляции и только после этого измеряется величина

U0). Кроме того, способ характеризуется низкой точностью, что связано с использованием амплитудных измерений.

1772764

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения сдвига фаз в

ФМ-сигнале (Вяселев М,P., Гимадеева Л.А.

Пейсахов Л,А. Пичугин А.Ю., Раскин 8.К.

Способ определения сдвига фаз в фаэоманипулированном сигнале, Положительное решение от 25,11.88 г; по заявке ЬЬ

4442128/24-21, основанный на использовании спектрального анализа исследуемого периодического ФМ-сигнала с заранее известной несущей частотой Ро, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности г . В процессе анализа фиксируют положение частоты Fmin, соответствующей ближайшему к несущей частоте минимум огибающей спектра на экране анализатора.

Затем анализируют спектр гармонического сигнала, частота которого равна несущей частоте ФМ-сигнала F<, измеряют интервал частот между зафиксированной частотой

Fmin и частотой Fp и по измеренной разности частот определяют величину фазового сдвига по формуле; г(1 2r(F miп1 Fî)) 5

25

1 где Fo — несущая частота. г — длительность субимпульса, Недостатком указанного способа явля- 30 ется большое время измерения, обусловленное его двухступенчатостью (после фиксации положения частоты Fmtn требуется произвести переключение для снятия манипуляции и установление режима

"непрерывной" генерации гармонического сигнала и только после этого измеряется величина (Fmi„ — Fo). Как видно из Приложения 1, в способе определения сдвига фаз, принятом за прототип, операции ММ 3...,4 (связанные с переключениями рода работ) удваивают общее количественное операций при измерении. Это увеличивает время измерения в 2,5 — 3 раза.

Целью изобретения является сокращение времени определения сдвига фаэ. Поставленная цель достигается тем, что s известном способе определения сдвига фаз в ФМ-сигнале, основанном на использовании спектрального анализа периодического 50

ФМ-сигнала U{t), состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности s, при котором в процессе анализа фиксируют значение частоты Fmin соответствующее ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, дополнительно фикси-. руют значение частоты Fmtn соответствующее следующему от несущей частоты минимуму огибающей спектра. измеряют интервал частот от Fmin до Fmln и по измеренной разности частот определяют величину сдвига фаэ по формуле:

Л О = 2 mt (E mtnz — F mtni )—

K эяп (E minz mtn1 ), (3)

Данное выражение получено следующим образом. В материалах заявки М

4442128/24-21 от 12.05,88 г., принятой эа прототип, получено аналитическое выражеwe для огибающей спектра (Я(щ)! периодического фазоманипулированного сигнала

U(t) с несущей частотой Ро, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности r со сдвигом фаз Л О . Считая форму сигнала близкой к идеальной, т.е. практически отсутствуют переходные процессы (e = 1 ) и паразитная амплитудная модуляция (m =1);

4, i Б а ((Ф -Фо1 (, /R J

Г67* Б..: йГ

Й tStnf(i -Wogl2) i И

A>t

Первый сомножитель 2 задает масштаб огибающей спектра.

Второй сомножит е л ь

1Мп(W — Wo r/2)l — определяет положение не зависящих от ЬО нулей (минимУмов) FminZi огибающей. спектРа:

2 (" minzt " о ) 7 2 = + л, откуда

Р пФщ = Р о + t < (5) где (t 1,2,3. 2 ель определяют положение зависящих от нулей (минимумов) F mtn)t, огибающей спектра:

2 zc (F mtë )t, — Fо,) г + Ь О = г + 2 tc m (k 0,1,2,3...) (6)

Положение ближайшего к несущей частоте минимума Р щотносительно Fn используется в способе, принятом за прототип, для определения сдвига фаз:

ЛО=К(1 — 2т(F mtn> — F о)) (7)

В заявляемом способе сдвиг фаз определяется по относительному расположению минимума огибающей спектра Emint, ближайшего к Го и следующего минимума (положение которого не зависит от ЛО Fminz

Рассмотрим отдел ьно случаи

663 (0; ж)и ЛО j -.7г; О)

1, При ЛО <(0; z) 1772764

П римеча н и е:

-1 если х < 0

sgn(x) =

О х=О

1 х>0

Е щ1q<> ро и положение следующего минимУма опРеДелим из(4) как Fmln2- Fo+

+ 1/ х (пРи этом Fmln2 -Fo > О)

Откуда Fo- Fmin2 1/ W.

Подставляя это значение Fo s P), получим

ЛО =?Х(1 2 t (F mmlnn1 F mmlnn2 }

-2 3 =2 ? х(F min2 — F mln1} -?Х (8) 2. При ЛО (— л; О)

Fmln1 < Fo И ПОЛОЖЕНИЕ СЛЕДУЮЩЕГО минимума определим из (4) как Fn 1л2 - Р -1/ Х (пРи ЭтОм Fmin2 Fmin1 < О) откуда

Fo = Fmln2+1/ х.

Подставляя это значение Fo в (4) получим

re- (- (eÄ,„, -,щи+2) =, . (5а)

Используя функцию зоп(х) f см. 6. Корн

Г., Корн Т., Справочник по математике. Для научных работников и инженеров, пер, с анл. под ред, Арамановича И.Г„изд. 2, "Наука" M., 1970 г., с. 677). Можно объединить формулы (5) и (5а) 2 ГХ (F т!п2 mln1 )

?х зЯп (F min? . F min1 }, Предлагаемый способ отличается от известных технических решений тем, что использует новую последовательность операций (не требующую переключения рода работы генератора) и поэтому соответствует критерию "новизна", а также соответствует и критерию "существенные отличия", т.к. предложен новый признак— определение сдвига фаз в ФМ сигнале с использованием зависимости между ЛО и

ЧаСтОтНЫМ ИНтЕРВаЛОМ Fmin2 — Fmlnl В. ЕГО спектре. Этот признак не только не использован ранее для определения сдвига фаз, но и количественно не описан.

На фиr. 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предполагаемый способ, а на фиг. 2 — зависимость интеРвала частот Fmin2 Fmln1 - ЛЕ от сдвига фаз Л О.

На фиг. За представлен периодический

ФМ-сигнал U(t), а на фиг. 3 б — спектр этого сигнала вблизи несущей частоты Fo.

Устройство состоит из генератора СВЧколебаний 1, подключенного через фазовый манипулятор 2 к входу анализатора спектра

3, а также иэ последовательно соединенных генератора импульсов 4, блока временной задержки 5 и генератора импульсов 6, причем выход генератора импульсов 4 подключен одновременно к входу внешней импульсной модуляции генератора СВЧ-колебаний 1, а выход генератора импульсов 6 к управляющему входу фазового манипулятора 2.

На фиг. 1 не показаны блок и цепи питания. Измерение по предлагаемому способу с помощью устройства осуществляется следующим образом.

Включают все блоки устройства. В генераторе СВЧ-колебаний 1 с помощью переключателя рода работы устанавливают режим внешний импульсной модуляции, Генератор импульсов 4 формирует пеоиодически повторяющиеся импульсы с периодом Т и длительностью 2 х, которые поступают на вход внешней импульсной модуляции генератора СВЧ колебаний 1, а через блок временной задержки 5, с временем задержки х, на запуск генератора импульсов 6.

При этом генератор СВЧ колебаний формирует радиоимпульсы с несущей частотой Fo длительностью 2 х и периодом следования

Т. Генератор импульсов 6 при поступлении на pro вход запускающих импульсов формирует видеоимпульсы длительностью х, которые .подаются на управляющий вход фазового манипулятора 2, В момент прихода видеоимпульсов на управляющий вход, фазовый манипулятор 2 скачкообразно изменяет фазу высокочастотного колебания в радиоимпульсена величину ЛО, Поскольку, благодаря наличию блока временной задержки 5, импульсы на управляющем входе фазового манипулятора 2 появляются с задержкой на х относительно переднего фронта радиоимпульса, длительность последнего равна 2 х, то скачкообразное изменение фазы происходит в середине радиоимпульса. Таким образом, на выходе фазового манипулятора 2 формируется периодический фазоманипулированный сигнал U(t) (фиг, За) с несущей частотой Fo, состоящий из двух субимпульсов одинаковой длительности х с фазовым сдвигом

ЛО,величину которого необходимо измерить.

На экране анализатора спектра 3 наблюдают изображение спектра ФМ-сигнала, состоящее из совокупности линий (фиг.

Зб). Огибающая этих линий соответствует огибающей спектра сигнала, а сам спектр будет близок к сплошному. Более подробно процесс получения изображения спектра изложен в (3. Мирский Г,Я. Электронные измерения. 4-е изд., перераб. и доп.М: Радио и связь, 1986 r.. с. 232), Фиксируют положения частоты F i >, соответствующее ближайшему к несущей частоте минимуму огибающей спектра, и частоты Е г, соответствующее следующему от несущей частоты минимуму огибающей спектра. Одним иэ методов, в зависимости от конкретно типа анализатора спектра например, с помощью встроенного частотомера и цифрового индикатора. измеряют интервал частот между Fmln2 и Fmln1 и определяют сдвиг фаз по формуле;

ЛО = 2 г (Р афпг eon) ) л зяп (Р г п1 ).

Зависимость представлена на фиг. 2, Таким образом, в предлагаемом способе определения сдвига фаз в фаэоманипулированном сигнале по сравнению с прототипом исключается необходимость переключения рода работ генератора операции NN 3...4 табл. П1). Это сокращает время измерения в 2,5 — 3 раза (см. Приложение 1).

В качестве блока 1 может быть применен, например, генератор высокочастотный

Г4-107 (4. Радиоизмерительные приборы.

1981 r. Каталог-проспект. Центральный отраслевой орган научно-технической информации "ЭКОС". — M.: 1981, с, 234). Блок 2 может быть выполнен, например, по схеме рис. 6, 1б (5, Соколинский B.Ã., Шейнман

В,Г. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. — M. Радио и связь, 1983. с, 192, ил), В качества анализатора спектра можно использовать серийные приборы, например, С4-27 и С4 — 74(4. с. 140). Блоки 4;

6 — генераторы импульсов, на-: пример Г5 — 54 (4, с. 209). Блок 5 временной задержки может быть конструктивно совме5 щен с блоком 6, например, как в генераторе

Г5-54.

Формула изобретения

Способ определения сдвига фаз в фазоманипулированном сигнале, основанный на

10 использовании спектрального анализа периодического фазоманипулированного с известной несущей частотой сигнала, состоящего из двух субимпульсов одинаковой длительности к, при котором в процес15 се анализа фиксируют значение частоты

F i>, соответствующее ближайшему к несущей частоте первому минимуму огибающей спектра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени, необходимого

20 для определения сдвига фаз, в процессе анализа первый минимум определяют по его расположению между двумя наибольшими максимумами огибающей спектра„а также дополнительно фиксируют значение

25 частоты F>i>z, соответствующее следующему от несущей частоты второму минимуму огибающей спектра, определяют разность частот между вторым и первым минимумами огибающей спектра и по полученной разно30 сти частот с учетом знака этой разности определяют величину ЛО сдвига фаз по формуле: e = 2 г (minz — Р т п1 )—

Kвяп (F ming min) ), где г — длительность субимпульсов;

Fmi» — частота первого минимума огибающей спектра, Рмг — частота второго (соседнего) минимума огибающей спектра; з9п — операция учета зна à разности частот.

1772764

1772764

g(F) /

Составитель С.Закиров

Техред М.Моргентал Корректор О,Густи

Редактор В.Орлова

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

Заказ 3844 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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