Цифровое устройство для измерения частоты сигнала

 

Союз Советсннн

Соцнапистичеснин

Республик

О П И С А Н И И ()875292

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22)ЗаЯвлено 08.02.80 (21) 2878212/18-21 с присоединением заявки № (5 I ) M. Кл.

G 0l R 23/00

)Ьвударстванный квмнтет

СССР .

00 делам йзабретеннй н втнрытн!1 (23) П риоритет (53) УДК 62! .3! 7. . 7 (088.8) Опубликовано 23. !0.81 ° Бюллетень ¹ 39

Дата, опубликования описания 25. 10. 81

«."4КФ,;ц т,.», Ц Ш leep; . ХВ д:,, „,„- . д

1дг», Ж Ь Я н тт 7 ъ .1 (72) Автор изобретения

M. И. Малыкин (7I ) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано .в радиолокации, радионавигации, радиоуправлении, а также в других областях техники, где необходимо измерение частоты радиосигналов на фоне шума.

Известно устройство измерения частоты, состоящее из К пар основных и дополнительных фильтров, N амплитудных

° н детекторов с подключенными к их выходам блоком определения номера каналов, управляемого коммутатора, двух фазометров, сумматора, блока формирования оценки частоты и блока вычисления частотной поправки (1.).

Недостаток устройства в том, что оно не обладает возможностью оперативной перестройки при смене характера сигнала. 20

Наиболее близким по технической. сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из полосового фильтра, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), умножителя, генератора, аргументов, двух тригонометрических преобразователей з ng u cos 9, генератора амплитуд, четырех накопителей, квадраторов, сумматоров, блоков извлечения квадратного корня, вычитающих устройств, формирователей коэффиииентов и управляющего устройства 1.2 ).

Недостатком этого устройства является невысокая точность, обусловленная нелинейностью и невысокой крутизной дискриминаторной характеристики амплитудно-частотных дискриминаторов, на основе которых оно построено, а также влияние на точность измерения частоты погрешностей определения амплитуд ортогональных составляющих сигнала.

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты.

Эта цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения частоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор

875292

50 м

А„= Z И(к)соЧ,, к=о

М

А = 211(К)сОВ9, Б1= Z М(К)61ИЧ4, м

B2 = Q N (k) c) jn Q

K=O

1 аргумента, основной преобразователь

cos f основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисления отношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя, последовательно соединенные фильтр и аналого-цифровой преобразователь, блок управления, выход которбго подключен к входу второго генератора аргумента и к входу первого генератора аргумента, выход которого соединен с входом основного преобразователя sinЧ, блок формирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а также третий и чет-. вертый накопители и блок разности, введены блок обнуления фазы, дополнительные преобразователи cos Q H s i n, три дополнительных умножителя, дополнительныи блок вычисления отношения, первый и второй преобразователи artgg и блок определения частотной поправки, вход которого соединен с выходом блока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователя агсйсф, вход последнего соединен с выходом блока вычисления отношения, при этом выход блока обнуления фазы под— ключен к входу фильтра, входы дополнительных преобразователей созе u s in т объединены и соединены с выходом второго генератора аргумента, выходы первого и второго дополнительных преобразователей соз*1 и s in 9 подключены к первым входам третьего и четвертого

gs дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом второго дополнительного умножителя, с вторым входом основного умножителя и с выхо40 дом аналого-цифрового преобразователя, выходы второго, .третьего и четвертого дополнительных умножителей подключены к входам второго, третьего и четвертого накопителей, выходы третьего и

45 четвертого накопителей соединены с входами дополнительного блока вычисления.отношения, вь1ход последнего подключен к входу второго преобразователя arctgg, выход которого соединен с. вторым входом блока разности, выход блока определения частотной поправки соединен с вторым входом блока формирования оценки частоты, а выход основного преобразователя з(nf подключен" к второму входу второго дополнитель,ного усилителя.

На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового устройства для измерения

4 частоты сигнала; на фиг. 2 — фазочастотные характеристики коррелято- ров и характеристика фазочастотного дискриминатора.

Устройство содержит блок 1 обнуления фазы, полосовой фильтр 2, АЦП 3, генераторы 4 и 5 аргументов, преобразователи 6 и 7 соз, преобразователи 8 и 9 sing, умножители О, 11, l2 и 13, накопители 14, 15, 16 и 17, блоки 18 и 19 вычисления отношения, преобразователи 20 и 21 àrctg блок 22 разности (сумматор), блок 23 определения частотной поправки, блок 24 формирования оценки частоты и блок 25 управления.

Устройство работает следуницим образом.

Входной сигнал U(t) = cos(27lrft+Я, где f — подлежащая измерению частота сигнала, а 1 Π— начальная фаза, после прохождения через блок 1 обнуления фазы, .где частота сигнала делится в r раз, становится равен U(t) = cosgllft.

Пройдя через полосовой фильтр 2, сигнал кодируется в АЦП 3 в дискретные моменты времени kit (k = 0,1,2...).

Интервал дискретизации Ь+, выбираемый из условия дискретизации узкополосных сигналов, равен, где Д Р вЂ” полоса пропускания полосового фильтра 2.

В моменты времени kit в генераторах 4 и 5 формируются аргументы 71 = 2 (fz—

-af)kit и 9 =- 2E{fo+6f)kit, где о

2 ожидаемое значение частоты сигнала, а - ширина частотного дискриминатора. B преобразователях 6 и 8 формируются дискретные значения функций

cos9q и sining, а во вторых преобразователях (cos9 ) и (з1п т") 7 и 9 формируются дискретные значения функций созе з1п3, которые поступают на умножители 10, 11, 12 и 13 соответственно, где перемножаются с кодами выборок сигнала N(k). Пройзведения поступают на накопители 14, 15, 16 и 17, на выходах которых соответственно образуются суммы где количество слагаемых M определяется длительностью сигнала Т и интервалом дискретизации Zt.

5 875292

Эти суммы являются дискретными аналогами корреляционных интегралов

А„= рИц cote „àÜ, о

Т = 7 1®СО Чяй у о

8„= JU(t) уи у „6®, О

Ъй=t 0 К)й и т2ЙФ., о

Формула изобретения

15 где co+<, cos9< s i nV, — непрерывные

51п 2, - аналоги функций cos р4,,cos, 5 1 и 4,, 5!n Pg

На выходе блоков 18 и 19 образуются отношения — и вЂ, которые равны

Э

8 З Д1 Д2

Ь, @ Д " а.

Следовательно, на выходах преобразователей 20 и 21 имеют место значения углов

@„=С11.Д, „" И е =Со-С1 — „ в  .

При равенстве нулю начальной фазы и решении интегралов имеем

1-сОБ 2. Вд;т

Ми жд„т

<-СО6 2д д Т с;1И2 Вд Т

ГаЕ 6„= -Èo- ЬХ), д,= Х-И„+ЬЕ).

Эти выражения являются линейными функциями частотных расстроек Д 1 и Д и представляют собой фазочастотные характеристики корреляторов, показанные на фиг. 2а.

Сумма Q = Q< + Q, образуемая на выходе сумматора 22, также является линейной функцией частотной расстройки d = f — go и представляет собой дискриминаторную характеристику Q =K, показанную на фиг. 2б.

Поделенное в блоке определения частотной поправки 23 на величину .К значение Ц в виде частотной поправки Д складывается в блоке 24 формирования оценки частоты с величиной @, на выходе которого образуется истинное значение частоты сигнала.

ЗО

45 е

6

Таким образом, в цифровом устройстве для измерения частоты сигнала, основанном на фазочастотных различиях сигнала, реализуется повышение точности измерения частоты сигнала благодаря принципиально линейной дискри" минаторной характеристике, отсутствию зависимости измерения частоты от погрешностей измерения амплитуды, а также большой крутизне дискриминаторной характеристики.

Цифровое устройство для измерения частоты сигнала, содержащее последовательно соединенные первый генератор аргумента, основной преобразователь

cos, основной умножитель, первый накопитель и основной блок вычисления отношения, второй вход которого подключен к выходу второго накопителя, последовательно соединенные фильтр и аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого подключен к входу второго генератора аргумента и к входу первого генератора аргумента, выход которого со.единен с входом основного преобразователя sing, блок формирования оценки частоты, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а также третий и четвертый накопители и блок разности, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обнуления фазы, дополнительные преобразователи cos9 н si пйгр три дополнительных умножителя, дополнительный блок вычисления отношения, первый и второй преобразователи arctq+e блок определения частотной поправки, вход которого соединен с выхбдом блока разности, вход которого подключен к выходу первого преобразователя arctg® вход последнего соединен .с выходом блока вычисления отношения, при этом выход блока обнуления фазы подключен к входу фильтра, входы дополнительных преобразователей cos 9 и s in+ объ55

В данном случае крутизна дискримииаториой характеристики раааа р ф.

Если размах характеристики равен + ф/Я. и точность измерения фазы составляет о

1, то относительная точность измерения фазы и разрешающая способность по частоте будет составлять 1/180, т.е. приблизительно в 20 раз выше, чем у прототипа. единены и соединены с выходом второго генератора аргумента, выход первого и второго дополнительных преобраэователей cos т и sin 9 подключены к первым.входам третьего и четвертого дополнительных умножителей соответственно, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом второго дополнительного умножителя, с вторым

7 875292 8 входом основного умножителя и с выхо- правки соединен с вторым входом блока дом аналого-цифрового преобразовате- формированИя оценки частоты, а выход ля, выходы второго, третьего и чет- основного преобразователя з)пт подклю, верто&о дополнйтельньгх умножителей чен к второму входу второго дополниподключены к входам второго, третьего тельного усилителя. и четвертого накопителей, выходы тре тьего и четвертого накопителей со- Источники информации, единены с входами дополнительного бло- принятые во внимание при экспертизе ка вычисления отношения, выход послед- 1. Авторское свидетельство СССР него подключен к входу второго преоб- )p )) - 566200, кл. G 01 R 23/06, 1977. разователя are tg®, выход которого со- . 2. Авторское свидетельство СССР единен с вторым входом блока разности,вы- ))- 478261, кл. G Ol R 23/00, ) 975 (проход блока определения частотной по- то тип), I

Фис 1

875292

Составитель Л. Воронина

Редактор Т. Кугрышева Техред А.Бабинец Корректор А. Дзятко

Заказ 9326/70 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушскйя наб. д. 4/5

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