CN102200550B - 一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法，该方法第一步先对两路频率相同的射频信分别进行带通采样和带通滤波进行数字下变频，得到相应的数字中频带通信号；第二步，得到两路信号相位差的正弦分量；同步的得到两路信号相位差的余弦分量；第三步，正弦分量和余弦分量相比，消除了幅度影响，得到相位差的正切值，根据相位差的正切值和正弦分量、余弦分量的符号可以精确算出相位差。本发明测量相位差，可以大大节省硬件成本，并提高鉴相性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电气测量技术，具体设计一种相位差的测量技术。
背景技术
幅度、相位、频率是正弦波的三要素，相位差则是研究两个相同频率信号之间关系的重要参数。
两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。两个同频率正弦量的相位差就等于初相之差.是一个不随时间变化的常数.
相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。传统的测量方法很多，有示波器测量法，将相位差转化为时间间隔法，电压测量法，零示法等。
在现有的测量过程中，为了获取几个信号之间的相位差，通常采用多个采样通道同时对各个信号进行采样的方法，包括如下的步骤：首先对各个采样通道进行校准测试，即计算并存储各个信号采样通道的传输特性，以在最终测量结果中消除不同通道传输特性的影响，主要是获取幅频、相频等参数；然后多个采样通道同时对各个信号进行采集，并对采集到的信号进行放大、滤波等预处理，再进行AD转换；最后经过由信息处理模块提取每个信号的相位，经过处理即可获得各个信号之间的相位差，该步骤中应该按照不同信道的传输特性对测量结果进行校准。
现有的测量方法需要很复杂的硬件支持，所需硬件成本高；同时，现有测量方法的测量速速慢、测量的精度低，无法满足快速发展的工业自动化、智能控制以及通讯电子等领域。
发明内容
本发明针对现有相位差测量技术所存在的缺陷，而提供一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法。该方法测量速度快、测量结果精度高且抗干扰性强。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法，所述方法包括如下步骤：
(1)先对两路频率相同的第一路射频信号和第二路射频信号分别进行带通采样和带通滤波，再进行数字下变频，得到相同中频频率的第一路数字中频带通信号和第二路数字中频带通信号；
(2)两路数字中频带通信号做乘法运算，再进行低通滤波，得到两路信号相位差的余弦分量；同时，第一路数字中频带通信号与延迟一个采样点后的第二路数字中频带通信号做乘法运算，再进行低通滤波，得到两路信号相位差的正弦分量；
(3)将正弦分量和余弦分量相比，消除幅度影响，得到相位差的正切值；
(4)根据相位差的正切值和正弦分量、余弦分量的符号算出相位差。
在本发明的一实例中，所述步骤(1)中进行带通采样时，所选取的采样频率既满足带通采样定理，又满足：采样频率＝4×中频频率。
在本发明的另一实例中，所述步骤(2)中进行低通滤波时，滤除2倍中频及以上频率分量。
本方法全数字化处理，测量速度快，测量结果准确可靠，抗干扰性强。使用本方法测量相位差，可以大大节省硬件成本，提高鉴相性能。
本方法可以广泛用于工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明为了测量两路同频率输入信号的相位差
，本发明给出了一种新的鉴相方法，即延迟正交数字中频鉴相方法，该方法包括如下步骤：
第一步，先对两路频率为f，幅度分别为UA和UB，相位差为
的射频信号、UBcos(2πft)分别进行带通采样和带通滤波，再进行数字下变频，得到两路中频频率为fI的数字中频带通信号。其中
该步骤中进行带通采样时，需选取适当的采样频率fs，该fs既满足带通采样定理，又满足fs＝4fI。
第二步，两路数字中频带通信号做乘法运算后，再低通滤波，滤除2倍中频及以上频率分量，得到两路信号相位差的余弦分量
；同步的，第一路数字中频带通信号与延迟一个采样点后的第二路数字中频带通信号做乘法运算后，再低通滤波，滤除2倍中频及以上频率分量，得到两路信号相位差的正弦分量
，其中U＝UAUB/2。
第三步，将正弦分量和余弦分量相比，消除了幅度影响，得到相位差
的正切值。
最后，根据正切值和正弦分量I、余弦分量Q的符号可以精确算出
。若
I≥0，Q≥0，则
I≤0，Q≥0，则
I≤0，Q≤0，则
I≥0，Q≤0，则
基于上述方案，本发明的具体实施过程如下：
该实施例测量来自射频前端的AB两路射频信号的相位差，这两路信号的频率相同，为90MHz，带宽12MHz。
首先，对AB两路射频信号分别进行带通采样和带通滤波，其带通采样频率为120MHz，再进行数字下变频，从而得到两路中频频率为30MHz的数字中频带通信号，其中频频率为带通采样频率的1/4。
对两路中频信号相乘进行低通滤波得到相差的余弦分量Q＝-0.5545，对第一路数字中频信号与延迟一个采样点后的第二路数字中频信号做乘法运算后低通滤波得到相差的正弦分量I＝0.3202，则。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)先对两路频率相同的第一路射频信号和第二路射频信号分别进行带通采样和带通滤波，再进行数字下变频，得到相同中频频率的第一路数字中频带通信号和第二路数字中频带通信号；
(2)两路数字中频带通信号做乘法运算，再进行低通滤波，得到两路信号相位差的余弦分量；同时，第一路数字中频带通信号与延迟一个采样点后的第二路数字中频带通信号做乘法运算，再进行低通滤波，得到两路信号相位差的正弦分量；
(3)将正弦分量和余弦分量相比，消除幅度影响，得到相位差的正切值；
(4)根据相位差的正切值和正弦分量、余弦分量的符号算出相位差。
2.根据权利要求1所述的一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法，其特征在于，所述步骤(1)中进行带通采样时，所选取的采样频率既满足带通采样定理，又满足：采样频率＝4×中频频率。
3.根据权利要求1所述的一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法，其特征在于，所述步骤(2)中进行低通滤波时，滤除2倍中频及以上频率分量。
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| CN 201110143841 CN102200550B (zh) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | 一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法 |
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